Кінетичні основи газових реакцій
Кінетичні основи газових реакцій - розділ Освіта, Теоретичні основи горіння та вибуху За Законом Чинних Мас Швидкість Реакції При Постійній Темпі-Ратурі Пропо.
За законом діючих мас швидкість реакції при постійній температурі пропорційна концентрації реагуючих речовин або, як кажуть, «діючих мас».
Швидкістю хімічної реакції (υ) прийнято вважати кількість речовини, що реагує в одиницю часу (dt) в одиниці обсягу (dV).
Розглянемо реакцію, яка протікає за рівнянням:
Оскільки швидкість реакції характеризує зменшення в часі концентрації речовин, що реагують, і збільшення концентрації продуктів реакції, то можна записати:
, (3.1)
де мінуси при похідних говорять про напрям зміни концентрації компонентів, а в квадратних дужках зазначені концентрації компонентів.
Тоді пряма необоротна реакція при Т = const протікає зі швидкістю:
, (3.2)
де:k- Константа швидкості хімічної реакції. Вона залежить від концентрації компонентів, а змінюється лише з температурою.
За законом діючих мас концентрації компонентів реакції входять у кінетичне рівняння ступеня, що дорівнює стехиометрическому коефіцієнту цього компонента.
Так, для реакції
Кінетичне рівняння має вигляд:
… (3.3)
Показники ступенів a, b, c, d прийнято називати порядками реакції за компонентами А, В, С, Д, а суму показників – загальним порядком реакції.
Наприклад, реакції типу
А ® bB + cC – I порядку,
2А = bB + cC - II порядку,
А + B = cC + dД - III порядку.
Оскільки концентрації всіх реагуючих компонентів пов'язані між собою стехіометричними рівняннями, то найпростішіКінетичні рівняння I порядку є диференціальними рівняннями I порядку з однією незалежною змінною - концентрацією - і можуть бути проінтегровані.
Найпростішим кінетичним рівнянням є рівняння I порядку типу
для котрого . (3.4)
Позначимо через [A0] концентрацію компонента А до початку реакції і, проінтегрувавши рівняння за граничної умови t=0, [А]=[А0], одержуємо:
, або [A] = [A0] × e - kt. (3.5)
Таким чином, залежність швидкості реакції від концентрації речовин має експоненційний характер.
Кінетична енергія газів пояснює це так. По гіпотезі Аррениуса реакція між молекулами проходить лише тому випадку, якщо є активними, тобто. мають надмірну енергію, достатню для розриву міжатомних зв'язків, так званої енергією активації ЕА.
Тобто. швидкість хімічної реакції залежить немає кількості сутичок всіх молекул, лише активованих.
За законом Больцмана, кількість активних молекул
де: Е - Енергія активації,
Т – температура газової суміші,
nо – загальна кількість молекул.
Тоді і число ефективних зіткнень, що збігається зі швидкістю реакції, дорівнює:
де: Z0 – загальна кількість зіткнень молекул.
1) швидкість реакції пропорційна концентрації активних молекул, число яких залежить від температури і тиску в суміші, так як тиск і є кількість молекул, що стикаються з будь-якою поверхнею;
2) реакція можлива лише в тому випадку, якщо взаємодіючі молекули отримують певний запас енергії, достатній для розриву або ослаблення міжатомних зв'язків. Активація полягає у переході молекул у такий стан, у якому можливе хімічне перетворення.
Найчастіше процес активації триваєшляхом утворення проміжних нестійких але високоактивних сполук атомів.
Таким чином, не тільки для протікання ендотермічних процесів потрібне зовнішнє підведення енергії, але і для екзотермічних. Щоб відбулася екзотермічна реакція, треба повідомити їй якийсь імпульс теплової енергії. Наприклад, для перебігу реакції горіння у суміші водню з киснем, треба її підпалити.
Мінімальна кількість теплової енергії, необхідна для «запуску» хімічної реакції, називається енергією активації.
Ця тема належить розділу:
Теоретичні основи горіння та вибуху
В і говорів у м теслярі є в каратай.. теоретичні основи горіння і вибуху.
Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Всі теми цього розділу:
Властивості газів Основне рівняння кінетичної теорії газів має вигляд: , (2.1) де: WK
Властивості газових сумішей Під час розгляду сумішей газів додаються поняття: «концентрація» і «парціальний тиск». 1. Вагова концентрація Сi i–го газу, що входить до со
Тиск і об'єм Тиск – це сила, що діє на одиницю поверхні. Воно прямо пропорційне числу молекул, що стикаються з цією поверхнею. Тиск залежить не тільки від числа молекул, а й від швидкості та
Властивості рідин Досі розглядали гази. Але одна і та ж речовина в залежності від співвідношення між середньою кінетичною і середньою потенційною енергіями частинок може перебувати в одне
Властивості зріджених газів Зрідження газів здійснюється шляхом охолодження їх нижче за температуру кипіння. Промисловий метод зрідження газів заснований на використанні позитивного ефекту Джоуля-Томпсона, тобто.
Властивості твердих речовин Сильний нагрів твердоготіла призводить до плавлення та переходу в рідкий стан, а потім при випаровуванні – у газ. Ряд твердих речовин може безпосередньо з твердої фази перейти в г
Хімізм реакцій горіння Як Ви вже усвідомили, горінням називається швидкопротікаюча хімічна реакція, що супроводжується виділенням тепла і свіченням (полум'ям). Зазвичай – це екзотермічна окислювальна
Тепловий ефект реакції Те, що в кожній індивідуальній речовині укладено певну кількість енергії, є поясненням теплових ефектів хімічних реакцій. За законом Гесса: Тепловий ефект
Енергія активації реакції Для пояснення цього явища часто користуються наступним прикладом (рис. 9): На майданчику лежить куля. Майданчик розташований перед гіркою. Тому куля могла б скотитися сама в
Каталіз Крім підвищення температури та концентрації речовин, для прискорення хімічної реакції використовують каталізатори, тобто. речовини, які вводяться в реагуючу суміш,
Адсорбція Адсорбція – поверхневе поглинання будь-якої речовини з газоподібного середовища або розчину поверхневим шаром іншої речовини – рідини або твердого тіла.
Залежно від агрегатного стану паливної речовини розрізняють горіння газів, рідин, пилоподібних та компактних твердих речовин. Відповідно до ГОСТ 12.1.044-89: 1.
Гомогенне і гетерогенне горіння Виходячи з розглянутих прикладів, в залежності від агрегатного стану суміші пального та окислювача, тобто. від кількості фаз у суміші, розрізняють: 1. Гомогенне гор
Дифузійне та кінетичне горіння За ступенем підготовки горючої суміші розрізняють дифузійне та кінетичне горіння. Розглянуті види горіння (крім вибухівки) відносяться до дифузійногогоріння. Полум'я,
Нормальне горіння Залежно від швидкості поширення полум'я при кінетичному горінні може реалізуватися або нормальне горіння (у межах кількох м/с), або вибухове дефлаграційне (
Нормальне горіння нестійке і в закритому просторі схильне до прискорення. Причиною цього є викривлення фронту полум'я внаслідок тертя газу об стінки судини та змінений
Загальними показниками для горючих речовин і видів горіння Загальними показниками для будь-яких речовин і видів горіння є: 1) Група горючості - це здатність речовини або матеріалу до горіння. За горючістю речовини та матеріали п
І пилоповітряних сумішей Показниками вибухової та пожежної небезпеки газів, парів рідин та пилоповітряних сумішей (пилової хмари) є: 1) Нижня та верхня концентраційні межі займання (рас
Показниками пожежної небезпеки при дифузійному горінні твердих речовин і осілого пилу є: 1) Температура самонагрівання - це найнижча температура
Теплове самозаймання (тепловий вибух) Самовоспаление – це явище різкого збільшення швидкості екзо-термічних реакцій, що призводить до мимовільного виникнення горіння речовини без
Самозаймання Самозаймання являє собою процес низькотемпературного окислення дисперсних матеріалів, що закінчується тлінням або полум'яним горінням. Схильність до самозаймання речовин про
Ланцюгове самозаймання (ланцюговий вибух) За теорією Арреніуса швидкість хімічної реакцій визначається чисельністю молекул, що володіє енергією активації. Однак саморозігрів горючої суміші при екзотермічній реакції через тижні
Запалювання Запалювання - цепроцес ініціювання початкового вогнища горіння у горючій суміші за рахунок введення в суміш ззовні високотемпературного джерела теплової енергії. Походить
Теплова теорія горіння При адіабатичному, тобто. не супроводжується тепловими втратами згорянні, весь запас хімічної енергії паливної системи перетворюється на теплову енергію продуктів реакції. Температура п
При горінні газів у відкритій трубі і в потоці продукти реакції вільно розширюються, тиск залишається практично постійним. Спалювання в замкнутій посудині пов'язане зі зростанням тиску.
Рух газів при горінні Розширення газів у полум'ї (за законом Гей-Люссака) призводить до того, що горіння завжди супроводжується рухом газів. Позначимо через ρг – щільність вихідного середовища,
Фактори прискорення горіння Різні режими дефлаграційного горіння відрізняються лише швидкістю поширення полум'я у зв'язку з неоднаковим розвитком поверхні фронту полум'я. Горіння спочатку н
Умови виникнення вибуху Як ми з'ясували раніше, вибухом називається хімічне або фізичне перетворення речовини, що супроводжується вкрай швидким переходом його енергії в енергію стиснення та руху вихідні
Ударні хвилі в інертному газі Ударний стиск.При будь-якому різкому підвищенні тиску в газі або рідині виникає хвиля стиснення - ударна хвиля. Вона поширюється по стиснутому середовищі, переводячи її
Займання при швидкому стисканні Гарюче середовище може займатися не тільки при введенні в нагріту посудину. Можливий і інший режим займання, вже не мимовільного, а вимушеного – при нагріванні горючого середовища в посудині
Виникнення детонації Прискорення горіння у трубах. Для виникнення детонації потрібна сильнаударна хвиля, у якій відбувається достатнє нагрівання вибухового середовища. Така
Стаціонарний режим поширення детонації Достатньо сильна ударна хвиля може спричинити займання на-грітому нею вибухового середовища. Однак горіння, викликане поодиноким імпульсом стиснення, може бути нестаціонарним. При оді
Виродження детонації Концентраційні межі детонації. Теплові втрати із зони реакції детонаційної хвилі в стінках призводять до відхилень від закономірностей детонації, викладених у
Пальне Повітряні суміші Кисневі суміші СН4 4,1 0,35 Н2 0,80 0,30 С2Н2 0,85 0,08 Шорсткості стінок труби
Концентраційні межі поширення полум'я З теорії горіння слід, що в міру зниження вмісту недостатнього компонента горючої суміші, а з ним і температури горіння, зменшується нормальна швидкість полум'я. Викладено
Затухання полум'я у вузьких каналах Якщо в згасанні полум'я головну роль грає тепловідведення випромінюванням, яке визначає межі поширення полум'я, то для газових сумішей, що швидко горять, радіаційні втрати малі
Механізм флегматизації вибухонебезпечних сумішей Достатньо широко використовується метод забезпечення вибухобезпечності, заснований на зниженні концентрації пального меншої нижньої концентраційної межі. Для його оголошення