Отсюда концентрация вещества в приповерхностном слое равна

. (11)

Подставив выражение (11) в уравнение (10), получим выражение для скорости химической реакции:

, (12)

где k ₁ - константа скорости реакции в целом (макроскопическая константа скорости реакции).

В стационарных условиях макроскопическая скорость реакции соответствует уравнению реакции первого порядка по концентрации реагирующего вещества.

Очевидно, что

(13)

Проанализируем уравнение (13).

Если скорость диффузии значительно превосходит скорость собственно химической реакции (b» k), то из уравнения (13) имеем

k ₁» k

т. е. в стационарных условиях скорость всей реакции определяется скоростью собственно химической реакции. Процесс протекает в кинетическойобласти. Энергия активации реакций в этом случае обычно составляет значения более 60 кДж/моль (рис. 3). Значения концентраций C_V и C_S мало отличаются друг от друга.

Если скорость собственно химической реакции значительно превышает скорость диффузии, т. е. (k» b), то из уравнения (13) имеем

k ₁» b.

Лимитирующей стадией процесса в этом случае является диффузия реагирующего вещества к поверхности раздела фаз. Энергия активации в этой области составляет менее 10 кДж/моль. Процесс протекает в диффузионной области.

Существует и переходная область, для которой скорости реакции и диффузии соизмеримы между собой (рис. 3).

Рис. 3. Области протекания гетерогенных химических процессов.

I — кинетическая, II — диффузионная, III — переходная области

Дата добавления: 2014-01-04