7.3. Особливості гетерогенних реакцій

Гетерогенні реакції протікають на поверхні розділу фаз, яка є реакційним простором.

Швидкістю гетерогенної реакції називається кількість речовини, яка вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу на одиниці площі поверхні фаз:

де D n - Різниця між кількістю речовини в кінцевий t 2 і початковий t 1 моменти часу (D n = n 2 - n 1); S – площа поверхні. Площу поверхні твердого тіла не завжди легко виміряти, тому іноді швидкість гетерогенної реакції відносять не до одиниці поверхні, а до одиниці маси або одиниці об'єму твердої речовини.

Особливістю кінетики гетерогенних реакцій є вплив на швидкість реакції площі реакційної поверхні та її стану.

Зі збільшенням площі поверхні швидкість гетерогенної реакції зростає (рис. 7.6).

Однак слід пам'ятати важливе правило:

Рисунок 7.6 – Вплив площі дотику взаємодіючих фаз і стану поверхні на швидкість гетерогенної реакції СаCO3+2HCl à CaCl2+CO2↑+H2O: а) на ділянці, що має плоску поверхню, з твердою фазою (СаCO3) може одночасно контактувати менша кількість молекул HCl, тому виділяється менше продуктів – бульбашок газу CO2; б) розвинена поверхня твердої фази забезпечує більше можливостей для контакту вихідних речовин та утворення продуктів реакції

якщо в гетерогенній реакції безпосередньо бере участь тверда речовина, то до кінетичного рівняння не входить його концентрація, яка вважається постійною.

Наприклад, для гетерогенної реакції Са(к) + СО2(г) CaCO3(к) кінетичне рівняння має вигляд

Більшість гетерогенних реакцій включає три основні стадії (рис. 7.7):

1) підведення одногореагує речовини до поверхні іншої;

2) хімічна взаємодія на поверхні;

3) відведення продукту, що утворився від поверхні.

Малюнок 7.7 – Стадії гетерогенних реакцій: а) підведення однієї реагуючої речовини до поверхні іншої;

б) хімічна взаємодія на поверхні; в) відведення продукту, що утворився, від поверхні твердого реагенту

Найповільніша стадія, яка визначає швидкість реакції в цілому, називається лімітує.

Приклад 7.5. Запишіть кінетичне рівняння для реакції, що протікає за схемою:

а) СаCO3(т) + 2HCl(р) CaCl2(р) + CO2(г) + H2O(ж);

б) Fe2O3(т) + 3H2(г) 2FeO(т) + 3H2O(г).

Рішення. У разі гетерогенних реакцій концентрація твердої фази вважається постійною і не вноситься до кінетичного рівняння, тому маємо:

---