Гетерогенные реакции

Характерной особенностью гетерогенных процессов является наличие поверхности раздела фаз, на которой реакция протекает. Кроме стадии (акта) непосредственного химического взаимодействия, гетерогенная реакция включает как минимум ещё две стадии – подвод реагентов и отвод продуктов. Общую скорость гетерогенного процесса определяет скорость самой медленной стадии, которую называют лимитирующей. Подвод реагента к границе раздела фаз может быть осуществлен молекулярной диффузией (самопроизвольно под действием градиента концентраций) или конвекцией (принудительным движением потока).

Когда самой медленной стадией является акт химического взаимодействия, скорость процесса описывается закономерностями химической кинетики (процесс протекает в кинетической области).

Если лимитирующей стадией является диффузия, то процесс протекает в диффузионной области.

По первому закону Фика скорость молекулярной диффузии () определяется соотношением

,

где - количество вещества, продиффундировавшее за время в потоке сечением при градиенте концентрации .

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом диффузии, он зависит от природы диффундирующего вещества и от температуры. Влияние температуры на скорость диффузии выражает зависимость

,

где - предэкспоненциальный множитель, - энергия активации диффузии.

При повышении температуры на 10º коэффициент диффузии возрастает всего лишь на 30-40% и тогда справедливо соотношение .

Различие во влиянии температуры на скорость химического взаимодействия и скорость диффузии является одним из отличительных признаков при установлении области протекания процесса (табл. 3).

Таблица 3