Кинетика гетерогенных каталитических реакций в статических условиях

Рассмотрим процесс, в котором реагирующее вещество газ, а катализатор – твердое тело. При этом пусть реагирует одно вещество, а продукты реакции не адсорбируются и не тормозят процесс. Примером является распад NH₃ на Pt.

Как сказано выше, в типичном гетерогенном процессе реагируют только те вещества, которые адсорбированы на поверхности.

Скорость гетерогенных химических реакций – это количество вещества, реагирующего в единицу времени на единицу площади поверхности катализатора:

где х – количество вещества, прореагировавшего к моменту времени t;

S – общая площадь поверхности катализатора, на которой идет химический процесс.

Согласно постулату химической кинетики, скорость гетерогенных реакций прямо пропорциональна поверхностной концентрации веществ. Последняя, в свою очередь, прямо пропорциональна степени заполнения поверхности Θ:

Так как поверхность катализатора постоянна, то внесем S под величину знака константы скорости :

,

тогда:

Величину поверхности (Θ), занятую реагирующим веществом на 1 см² поверхности катализатора, можно найти, исходя из изотермы адсорбции Лэнгмюра:

где К – константа равновесия адсорбции или адсорбционный коэффициент; р – давление газа.

Уравнение Лэнгмюра имеет 2 формы:

а) Если адсорбция мала, то величиной К^.р в знаменателе пренебрегаем:

То есть при малых давлениях поверхность, занятая адсорбированным веществом, прямо пропорциональна давлению. Эта область называется областью линейной адсорбции.

б) Если адсорбция велика, то К ^. р>>1, то пренебрегаем в знаменателе единицей:

Это уравнение является уравнением асимптомы кривой, описываемой уравнением Лэнгмюра.

Пользуясь уравнением Лэнгмюра, можно получить кинетические уравнения гетерогенных реакций:

Дата добавления: 2014-01-06