Процеси и апарати за химически технологии

17.2. Изчисляване на елементарни реакционните скорости. Преход държавна теория

17.2.1. елементарен химическа реакция

Един от основните проблеми на химична кинетика е изчисляването на темповете на химични реакции. Комплекс скорост на реакцията може да се изчисли, ако знаем основните стъпки, които съставляват тази кинетиката на реакциите уравнения, описващи тези етапи, както и числовите стойности константите на скоростта на стъпки. Следователно, определянето на кинетични уравнения и константи на елементарни скоростта на реакцията е най-важната задача на теорията на химичните процеси.

В момента основните данни за константите на елементарните реакционните скорости, получени от експеримента. Заедно със стойностите на енергията на активиране на същата реакция, тя позволява да се изчисли константата на скоростта на реакция при всяка температура в рамките на определен обхват. За групи от подобни реакции в някои случаи е възможно да се намери връзката между скоростните константи и някои доста лесно определени количествени характеристики на взаимодействие на частиците. Тези корелационни връзки позволяват изчисляване на скоростните константи, без да се правят кинетични измервания. Въпреки това, и в двата случая става въпрос за изчисляване на постоянна скорост спрямо другата, намерено от експеримента, константата на скоростта на различна температура или други реакции от същия тип.

Едно начално действие на химична конверсия е превръщане на изходния или междинен частица с директно взаимодействието му с други частици, което води до промяна в неговата химична структура. Съвкупността от всички един и същи вид на химически елементарните събития от началното реакция, или началната стъпка на химично превръщане. Преструктуриране реагент частици в продуктите на частиците могат да се появят в едно начално събитие или от няколко последователни елементарни събития. Начални действия на химични взаимодействия могат да бъдат доста различни. Това може да бъде вътрешномолекулни трансформации частици (изомеризация), например, превръщането на цис-изомер
транс-изомер:

разпадане на единична частица в няколко частици, например разпадане azomethane молекула на две свободни радикали (метилов) и азот молекула:

взаимодействие на две частици, а в някои случаи взаимодействието на три частици.

Едновременното взаимодействието на голям брой частици на началното събитие е малко вероятно. Реакция, в която участваха повече от три частици, винаги са на няколко етапа.

Начални действия могат да се появят в интерфейса. Например, молекулно хлор в някои реакции хлор играе значителна роля в повърхността на дисоциация реактор:

Според броя на първоначалните частици, които пряко участват в началното събитие, реакцията е класифициран като мономолеку, бимолекулна и тримолекулен.

Наборът от междинни състояния, чрез което системата се нарича от реакцията. В някои случаи път реакция е монотонна преход от състояние с висок потенциал енергия до състояние на ниска потенциална енергия (например, по време на образуването на молекула, молекула от отделните атоми). В това взаимно разположение на атоми се характеризира само с една координатна # 150; разстоянието между тях. Енергията е функция на разстоянието между ядрата на атомите. Това увеличава монотонно от R разстоянието = r0. съответната дължина на връзки в молекулата, за да R → (фиг. 17.2.1.1).

Рекомбинационните атоми ще бъдат представени като спускане по тази крива за постигане на равновесие разстоянието между атоми и дисоциация на молекулата в атоми # 150; като движението от точка г = r0. съответната референтна молекула до безкрайност.

Фиг. 17.2.1.1. Потенциална енергия крива
двуатомен молекула

Въпреки това, значително по-типичен случай е, когато да се премине от състоянието, съответстващо на първоначалните реагентите, на структурата, съответстваща на реакционните продукти, системата трябва да мине през междинен участък с енергия над потенциалната енергия като първичните частици и частици на крайните продукти. След това, по време на начално действие на химическа трансформация на системата трябва да се преодолее потенциал (енергия) бариера. Тъй пътя на реакцията могат да бъдат различни, а височината на преградата може да бъде много различно. Въпреки това, трябва да съществува потенциал повърхността точка, чрез която водещата пътека удължаване ниска енергийна бариера. Членка, съответстващ на този етап е наречен преход държавата или активен комплекс.

Елементарната акт се случва по време от порядъка на 10 -12 # 150; 10 -13 е. През това време, системата на атома, се подложи на химически трансформации, като правило, не разполага с време, за да купувате допълнително енергия отвън, нито да се откаже от част от своята енергия. Следователно, можем да предположим, че по време на действие на химическа трансформация на общата енергия на разглеждания система от атоми е запазена. В същото време на енергийната бариера трябва да бъдат преодолени в хода на началното акт. Следователно, за да се появят химична трансформация, общата енергия на системата от атоми трябва да са достатъчни за преодоляване на потенциал бариера. Ако не се вземат под внимание ефекта на тунела, може да се твърди, че в система с обща енергия, чиято стойност е по-малка от потенциалната бариера на енергия, не може да се случи химическа реакция. Такава система е химически активен и се нуждае от допълнителна енергия, за да активирате равни. където # 150; енергиен потенциал бариера; # 150; първоначална нулева енергия на изходните материали. Това количество допълнителна енергия се нарича истински активиране енергия.

По същия начин, за обратната реакция на енергия вярно активиране могат да бъдат написани

където # 150; първоначалното (нула), енергията на реакционните продукти.

където Q # 150; топлина на реакцията;

Всеки процес се придружава от всяка промяна на енергия е един от начините екзотермична и ендотермичен # 150; в друга. От (17.2.1.1), че истинската стойност на енергията на активиране на ендотермичен процес надвишава вярно активиране енергията на екзотермичната реакция от термичен ефект на реакцията.