Кинетични основи на газовите реакции
Кинетични основи на газовите реакции - Раздел Обучение, Теоретични основи на горенето и експлозията според закона за действащите маси Скорост на реакцията при постоянна температура Propo.
Съгласно закона за масовото действие скоростта на реакцията при постоянна температура е пропорционална на концентрацията на реагиращите вещества или, както се казва, „действащи маси“.
Скоростта на химическа реакция (υ) се счита за количеството вещество, реагиращо за единица време (dt) на единица обем (dV).
Помислете за протичане на реакцията съгласно уравнението:
Тъй като скоростта на реакцията характеризира намаляване на концентрацията на реагентите с времето и увеличаване на концентрацията на реакционните продукти, можем да напишем:
, (3.1)
където минусите при производните показват посоката на промяна в концентрацията на компонентите, а концентрациите на компонентите са посочени в квадратни скоби.
Тогава директна необратима реакция при T \u003d const протича със скорост:
, (3.2)
където:k– константа на скоростта на химичната реакция. Не зависи от концентрацията на компонентите, а се променя само с температурата.
Съгласно закона за масовото действие, концентрациите на реакционните компоненти са включени в кинетичното уравнение до степен, равна на стехиометричния коефициент на този компонент.
Така че за реакцията
Кинетичното уравнение има формата:
… (3.3)
Показателите a, b, c, d обикновено се наричат редове на реакцията за компонентите A, B, C, D, а сумата от показателите се нарича общ ред на реакцията.
Например реакции като
A ® bB + cC - поръчвам,
2A \u003d bB + cC - II ред,
A + B \u003d cC + dD - III ред.
Тъй като концентрациите на всички реагиращи компоненти са свързани помежду си със стехиометрични уравнения, най-простияткинетичните уравнения от първи ред са диференциални уравнения от първи ред с една независима променлива - концентрация - и могат да бъдат интегрирани.
Най-простото кинетично уравнение е уравнение от първи ред от вида
за което . (3.4)
Означаваме с [A0] концентрацията на компонент А преди началото на реакцията и, интегрирайки уравнението при гранично условие t=0, [A]=[A0], получаваме:
, или [A]=[A0]×e - kt . (3,5)
По този начин зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на веществата е експоненциална.
Кинетичната енергия на газовете го обяснява по този начин. Според хипотезата на Арениус реакцията между молекулите протича само ако те са активни, т.е. имат излишък от енергия, достатъчен за разкъсване на междуатомни връзки, така наречената енергия на активиране EA.
Тези. скоростта на химичната реакция не зависи от броя на сблъсъците на всички молекули, а само на активираните.
Според закона на Болцман броят на активните молекули
където: E е енергията на активиране,
T е температурата на газовата смес,
no е общият брой на молекулите.
Тогава броят на ефективните сблъсъци, съвпадащ със скоростта на реакция, е равен на:
където: Z0 е общият брой на молекулярните сблъсъци.
1) скоростта на реакцията е пропорционална на концентрацията на активните молекули, чийто брой зависи от температурата и налягането в сместа, тъй като налягането е броят на молекулите, които се сблъскват с всяка повърхност;
2) реакция е възможна само ако взаимодействащите молекули получават определено количество енергия, достатъчно за разкъсване или отслабване на междуатомните връзки. Активирането се състои в преминаването на молекулите в състояние, при което е възможна химическа трансформация.
Най-често процесът на активиране ечрез образуване на междинни нестабилни, но силно активни съединения от атоми.
По този начин не само за протичането на ендотермични процеси е необходимо външно захранване с енергия, но и за екзотермични. За да възникне екзотермична реакция, към нея трябва да бъде предаден импулс от топлинна енергия. Например, за да възникне реакция на горене в смес от водород и кислород, тя трябва да бъде запалена.
Минималното количество топлинна енергия, необходимо за "стартиране" на химична реакция, се нарича енергия на активиране.
Тази тема принадлежи към категорията:
Теоретични основи на горенето и експлозията
В и диалекти в m дърводелци e в каратаи .. теоретичните основи на горенето и експлозията ..
Какво ще правим с получения материал:
Всички теми в този раздел:
Свойства на газовете Основното уравнение на кинетичната теория на газовете има формата: , (2.1) където: WK
Свойства на газови смеси Когато се разглеждат смеси от газове, се добавят следните понятия: "концентрация" и "парциално налягане". 1. Тегловна концентрация Сi на i-тия газ, включен в
Парциално налягане и обем Налягането е сила, действаща върху единица повърхност. Той е право пропорционален на броя на молекулите, които се сблъскват с тази повърхност. Налягането зависи не само от броя на молекулите, но и от скоростта и
Свойства на течностите Досега разгледахме газовете. Но едно и също вещество, в зависимост от съотношението между средната кинетична и средната потенциална енергия на частиците, може да бъде в едно
Свойства на втечнените газове Втечняването на газовете се извършва чрез охлаждането им под точката на кипене. Индустриалният метод за втечняване на газ се основава на използването на положителния ефект на Джаул-Томпсън, т.е.
Свойства на твърдите тела Силно нагряване на твърдите телатяло води до топене и преминаване в течно състояние, а след това, при изпаряване, в газ. Редица твърди вещества могат да преминат директно от твърдата фаза в g
Химия на реакциите на горене Както вече разбрахте, горенето е бързо протичаща химическа реакция, придружена от отделяне на топлина и светене (пламък). Обикновено това е екзотермично окисляване
Топлинен ефект на реакцията Фактът, че всяко отделно вещество съдържа определено количество енергия, служи като обяснение за топлинните ефекти на химичните реакции. Според закона на Хес: Топлинен ефект
Енергия на активиране на реакцията За да се обясни това явление, често се използва следният пример (фиг. 9): На площадката има топка. Обектът се намира пред хълма. Следователно топката може да се търкаля надолу сама
Катализа В допълнение към повишаването на температурата и концентрацията на веществата, катализаторите се използват за ускоряване на химическа реакция, т.е. вещества, добавени към реакционната смес
Адсорбция Адсорбцията е повърхностното поглъщане на вещество от газообразна среда или разтвор от повърхностен слой на друго вещество - течност или твърдо вещество.
Изгаряне на газообразни, течни и твърди вещества В зависимост от агрегатното състояние на горимото вещество се разграничават горенето на газове, течности, прахообразни и компактни твърди вещества. Съгласно ГОСТ 12.1.044-89: 1.
Хомогенно и хетерогенно изгаряне Въз основа на разгледаните примери, в зависимост от агрегатното състояние на сместа от гориво и окислител, т.е. по броя на фазите в сместа има: 1. Хомогенни планини
Дифузионно и кинетично горене Според степента на подготовка на горимата смес се разграничават дифузионно и кинетично горене. Разгледаните видове горене (с изключение на експлозиви) се отнасят до дифузияизгаряне. пламък,
Нормално горене В зависимост от скоростта на разпространение на пламъка по време на кинетично горене, нормално горене (в рамките на няколко m/s) или експлозивна дефлаграция (
Дефлаграционно (експлозивно) горене Нормалното горене е нестабилно и склонно към самоускоряване в затворени пространства. Причината за това е изкривяването на фронта на пламъка поради триенето на газа в стените на съда и изменението
Общи показатели за горими вещества и видове горене Общи показатели за всички вещества и видове горене са: 1) Групата на горимост е способността на дадено вещество или материал да гори. Според горимостта на веществата и материалите
И прахови въздушни смеси Индикаторите за експлозивна и пожарна опасност на газове, пари от течности и прахови въздушни смеси (прахов облак) са: 1) Долната и горната граница на концентрация на запалване (dis
Видими вещества Индикаторите за опасност от пожар при дифузионно изгаряне на твърди вещества и утаен прах са: 1) Температурата на самонагряване е най-ниската температура
Топлинно самозапалване (термична експлозия) Самозапалването е явление на рязко увеличаване на скоростта на екзотермичните реакции, което води до спонтанно запалване на вещество при липса на
Спонтанно запалване Спонтанното запалване е процес на нискотемпературно окисляване на диспергирани материали, завършващ с тлеене или пламъчно изгаряне. Вещества, склонни към самозапалване
Верижно самозапалване (верижна експлозия) Според теорията на Арениус, скоростта на химичните реакции се определя от броя на молекулите, които имат енергия на активиране. Въпреки това, самонагряване на горимата смес по време на екзотермична реакция се дължи на седмици
Запалване Запалването епроцесът на иницииране на първоначално място на горене в горима смес чрез въвеждане на високотемпературен източник на топлинна енергия в сместа отвън. произход
Топлинна теория на горенето изгаряне, което не е придружено от топлинни загуби, цялата доставка на химическа енергия на горимата система се превръща в топлинна енергия на реакционните продукти. Температура p
Изгаряне в затворен обем Когато газовете се изгарят в отворена тръба и в поток, реакционните продукти се разширяват свободно, налягането остава практически постоянно. Изгарянето в затворен съд е свързано с повишаване на налягането.
Движението на газове по време на горене Разширяването на газове в пламък (според закона на Гей-Люсак) води до факта, че горенето винаги е придружено от движение на газове. Означаваме с ρg плътността на изходната среда,
Коефициенти на ускоряване на горенето Различните режими на дефлаграционно горене се различават само по скоростта на разпространение на пламъка поради неравномерното развитие на предната повърхност на пламъка. Първоначално изгаряне
Условия за възникване на експлозия Както разбрахме по-рано, експлозията е химическа или физическа трансформация на вещество, придружена от изключително бърз преход на неговата енергия в енергията на компресия и движение на първоначалния
Ударни вълни в инертен газ Ударна компресия При всяко рязко повишаване на налягането в газ или течност възниква вълна на компресия - ударна вълна. Разпространява се през свиваема среда, превеждайки я
Запалване по време на бързо компресиране Запалимата среда може да се възпламени не само когато се въведе в нагрят съд. Възможен е и друг начин на запалване, вече не спонтанен, а принудителен - при нагряване на горимата среда в съда
Появата на детонация Ускоряване на горенето в тръбите. За да възникне детонация, силнаударна вълна, при която се получава достатъчно нагряване на експлозивната среда. Така
Стационарен режим на разпространение на детонация Достатъчно силна ударна вълна може да предизвика възпламеняване на нагрятата от нея експлозивна среда. Въпреки това, изгарянето, причинено от единичен импулс на компресия, може да бъде нестационарно. Когато един
Детонационно израждане Концентрационни граници на детонация. Топлинните загуби от реакционната зона на детонационната вълна в стените водят до отклонения от законите на детонацията, описани в
Гориво Въздушни смеси Кислородни смеси CH4 4,1 0,35 H2 0,80 0,30 C2H2 0,85 0,08
Концентрационни граници на разпространение на пламъка От теорията на горенето следва, че с намаляването на съдържанието на липсващия компонент на горимата смес, а с това и температурата на горене, нормалната скорост на пламъка намалява. Очертан
Затихване на пламъка в тесни канали Ако основната роля в затихването на пламъка се играе от радиационното отделяне на топлина, което определя границите на разпространение на пламъка, тогава за бързо изгарящи газови смеси загубите на радиация са малки
Механизмът на флегматизация на експлозивни смеси Методът за осигуряване на експлозивна безопасност е широко използван, базиран на намаляване на концентрацията на гориво под долната граница на концентрация. За неговата прегръдка