Основные представления и законы химической кинетики.Теоретические основы кинетики гомогенных реакций

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е	АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю
В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О	С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т

МиттоваИ .Я . Л аврушинаС .С . Косрю ков В . .

О снов ны е пр ед ст ав ления и законы хим ич еской кинет ики. Теор ет ич еские основ ы кинет ики гом огенны х р еакций

У чебноепособие специал ь ность 020101 (011000) – Х им ия

Воронеж

2005

2

У тверж денонаучно-м етодическим советом хим ическогоф акул ь тета протокол № от14 ф еврал я 2004 года

Авторы	МиттоваИ .Я .
	Л аврушинаС .С .
	Кострю ков В . .

У чебное пособие по курсу“ Кинетикаи катал из” подготовл ено на каф едре неорганической хим ии хим ического ф акул ь тета В оронеж ского государственногоуниверситета.

Реком ендуется дл я студентов 2 курсадневного и 4 курсавечернего отдел е- ний.

3

О снов ны е понят ия хим ич еской кинет ики

Н ачал о систем атических иссл едований скорости хим ических реакций относится к концу70-х годов XIX века. В 80-егоды Я . В ант-Г оф ф и С . Аррениуссф орм ул ировал и основны езаконы , управл яю щ иепротеканием хим и- ческих реакций, и дал и трактовкуих на основе м ол екул ярно-кинетической теории. Д ал ь нейшееразвитиеучениеохим ической кинетикепол учил ов 30- х годах XX века, когдаГ . Э йринг и М. П ол яни создал и первую теорию абсо- л ю тны х скоростей реакций – м етод активированного ком пл екса – на базе квантовой м еханики и статистической ф изики. Э татеория впервы еоткры л а перспективы расчетаскоростей просты х реакций, исходя из свойств реагирую щ их частиц. П арал л ел ь но развивал ись работы по изучению кинетики сл ож ны х реакций (А.Н . Бах и Н .А. Ш ил ов – пореакциям окисл ения), вел ась разработка общ их м етодов изучения сл ож ны х реакций (М.Б. Боденштейн). П редл ож енны й посл едним м етод квазистационарны х концентраций л еж ит в основем атем атического анал изабол ь шого числ акл ассов сл ож ны х реакций, в том числ ецепны х неразветвл енны х реакций. О бщ ая теория цепны х реакций созданав 30-егоды XX векаН .Н . С ем еновы м , С .Н . Х иншел ь вудом иссл едованы м еханизм ы сл ож ны х хим ических процессов, особенноцепны х.

В посл едниедесятил етия Х Х векавозм ож ности расширил ись в связи с

развитием	цел ого рядам етодов (спектроскопических и радиоспектроскопи-
ческих),	позвол яю щ их непосредственно регистрировать ход хим ического

превращ ения. И граю трол ь и новы евы сокоэф ф ективны ем етоды раздел ения сл ож ны х см есей (газо-ж идкостная хром отограф ия, ж идкостная под вы соким давл ением ). О гром ноезначениеим еетразвитиеком пь ю терны х наук и появ- л ениебы стродействую щ их м ашин, что позвол яет вести статистическую обработкубол ь ших м ассивов данны х, м одел ировать хим ическиереакции, дает

возм ож ность м атем атического м одел ирования	реакторов, расширяет воз-
м ож ности статистической ф изики и квантовой	м еханики дл я поним ания

природы эл ем ентарны х реакций и представл ения схем сл ож ны х процессов.

Скор ост ь хим ич еской р еакции
О сновное понятие хим ической кинетики –	скорость хим ической реак-
ции. О но характеризует кол ичество вещ ества,	вступаю щ его в реакцию в

единицуврем ени, ил и образую щ его в резул ь татереакции. В сл ож ны х процессах им еетсм ы сл говорить оскорости понекотором уопредел енном уком - поненту. В зам кнутой систем еυ=dn/dt, гдеn – числ ом ол ей данногоком по-

нента в м ом ент врем ени t. Д л я гом огенны х процессов,	чтобы искл ю чить
вл ияниенаэтувел ичинукол ичестваисходны х вещ еств,	рассм атриваю т из-

м енение кол ичества ком понентов в единицу врем ени в единице объем а

υ= V1 dndt – поданном уком поненту.

Вгом огенном процессеизм енениев нескол ь кораз объем апри сохранении остал ь ны х усл овий, вкл ю чая концентрации реагентов, приводит к про-

порционал ь ном уизм енению числ аактов хим ическогопревращ ения, ночис- л о актов в единицеобъем аи скорость неизм енятся, то есть независитот

4

объем аV. В сл учаегетерогенногогом оф азногопроцесса(см . ниж е), идущ его наповерхности раздел аф аз, изм енениеобъем анеизм еняет числ аактов хи- м ическогопревращ ения. Т огдаυ обратнопропорционал ь наобъем у. Н оуве- л ичениеS – поверхности раздел аф аз дол ж ноприводить к увел ичению числ а актов хим ической реакции, то есть к увел ичению скорости. Т огдапри пере- м ешивании в отсутствиеградиентов концентрации в предел ах реактораυ ~ S/V. Е сл и возникает градиент концентрации, то есть недостаточнаскорость диф ф узии реагентов к поверхности ил и продуктов отнее, тоскорость м ож ет и небы ть ~ S/V, ам ож етбы ть какая-тодругая зависим ость . С корость гом о- генно-гетерогенного гом оф азного процессатак ж е, как правил о, зависит от отношения S/V, нов некоторы х сл учаях этазависим ость м ож етбы ть сл абой. И так, л ю бой гом оф азны й процесс, скорость которого зависит от S/V, им еет хотя бы однугетерогенную стадию . Н о процесс, дл я которого V независит отS/V, необязател ь ногом огенны й, он м ож етбы ть гом огенно-гетерогенны м .

Е сл и V = const, то u =	1 dn			=	d æ		n ö		=	dc	. Т аким образом , дл я гом оф аз-
						ç		÷
	V dt									dt
					dt èV ø

ного процесса, идущ его при V=const, скорость ю процесса по этом уком понентуназы вается изм енениеконцентрации этогоком понентав единицувре-

м ени.

Н о

это

не

общ ее определ ение

скорости, так

как

v =

1 dn

-

n

dV

¹

1 dn

,

есл и V ≠ const. В общ ем

сл учае производная

dc

dt

V dt

V 2

dt

V dt

связананетол ь косчисл ом актов хим ическогопревращ ения, нои определ я- ется законом изм енения объем асистем ы . Э то изм енением ож етбы ть и произвол ь ны м (цил индрспоршнем ).

У ниверсал ь ного определ ения дл я гетероф азного процесса нет. Д л я го-

м огенны х гетероф азны х обы чноиспол ь зую т u = V1 dndt , поним ая под V объем той ф азы , в которой происходитхим ическоепревращ ение. П ри разл ож ении

Н 2О 2 в растворе: по Н 2О 2	– υ – изм енение концентрации Н 2О 2 в единицу
врем ени, по кисл ороду–	изм енение кол ичества кисл орода в газовой ф азе,

отнесенноек единицеобъем араствора. Разм ерность скорости – разм ерность

концентрации, дел енной наврем я. Кол ичествовещ ествам ож нопредставить
числ ом	частиц, числ ом м ол ей ил и в систем еС И – кил ом ол ей. Т огдав пер-
вом сл учаеединицаизм ерения концентрации – это м ол екул а/м 3		ил и м -3. В о
втором	– км ол ь /м 3, что эквивал ентно м ол ь /л , то есть М. Т огдаскорость – в
-3 -1	-1
М с ил и М с , и посл едняя единицав NA числ ораз бол ь шепервой.
Е сл и процесс описы вается одним стехиом етрическим		уравнением

l

m

dn

dn

A2

dn

Ai

dn

dn

B2

dn

Bm

å

→ å

Bb, то -

a

A1

i

= -

= ... = -

=

B1

=

= ... =

i =1

i=1

i i

i

a2

al

b1

b2

bm

a1

Э ти производны е –

это изм енение dn некоторой хим ической перем ен-

ной χ, характеризую щ ей гл убинупротекания реакций. В начал ь ны й м ом ент

5

(nA )

(nB )

n =

0.

Е сл и

начал ь ны е числ а м ол ей

ком понентов:

;

, то

(nA )

= (nB

)

i

0

i

0

nA =

- ain; nB

+ bj n

i

i

0

i

j

0

[ A

]

- [

A

]

éBj

ù

-

éBj

ù

П ри V = const:

i

0

i

=

ë

û

ë

û0

= x i = 1, 2… l; j = 1, 2… m, гдеx

bj

ai

– удел ь ная хим ическая перем енная,

равная n/V. Концентрации м огут бы ть

вы раж ены

через x в виде: [Ai] = [Ai]0 – aix; [Bj] = [Bj]0 + bjx, а

dx

– это ско-

υ.

dt

рость

реакции в

цел ом

Т огда скорости по отдел ь ны м

ком понентам :

(Ai )

a ;

(B j ) = b υ .

υ = υ− υ

i

j

Н априм ер:

4 Fe2+ + 4H+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 H2O – вал овоеуравнение.

1 d

é

2+

ù

1 d

é

+ ù

1 dnO2

é

3+ ù

u = -

ëFe

û

= -

ëH

û

= -

=

1 d ëFe

û

4

dt

4

dt

v dt

4

dt

В зам кнутой систем ескорость понекотором уком понентуXi м ож нооп-

редел ить , есл и известны

зависим ости ni(t) и V(t), а есл и V=const, то [Xi] (t)

дл я ком понента. Мгновенная скорость – производная

dni

ил и

d[Xi ]

в м о-

dt

dt

м ентврем ени t. Е сл и анал итический вид заранеенеизвестен, тонеобходим о аппроксим ировать эксперим ентал ь ную зависим ость в окрестности t какой – л ибо анал итической ф ункцией, наприм ер, степенной сэм пирически подобранны м и парам етрам и, азатем вы числ ить производную этой ф ункции. Ш и- роко испол ь зуется такое представл ение, как построениекинетических кри- вы х. Кривая, изображ аю щ ая изм енениеконцентрации (ил и другой анал огичной вел ичины ) какого – л ибо ком понентаотврем ени, назы вается кинетической кривой. Зависим ость [Xi] (t) – уравнениекинетической кривой дл я ком - понентаXi. С корость -тангенсугл анакл онакасател ь ной к кинетической кривой в точке, соответствую щ ей врем ени t.

Экспер им ент альны е м ет од ы получ ения кинет ич еских кр ив ы х

Кинетические кривы е пол учаю т, изм еряя концентрации ком понентов реакции в см еси в определ енны ем ом енты врем ени. Д л я гетерогенны х реакций часто испол ь зую твел ичины , зам еняю щ иеконцентрации и отраж аю щ ие изм енения кол ичествавещ ества.

Медл енны ереакции – это такие, дл я которы х врем я изм еряется м инутам и ил и бол ь шим и периодам и. Метод – отбор в определ енны е м ом енты врем ени небол ь ших проб(ал иквот) из реакционной см еси и проведениеана- л изаих состава(м етод отборапроб). Э тоудобно, есл и есть м етод кол ичественного определ ения иссл едуем ого ком понента реакций. Н априм ер: KCl + H2O→KOH +Cl- + H+ (Cl- титрую тAgNO3). Метод отборапробприм еняется и в том сл учае, когдадл я кол ичественного определ ения ком понентов необходим о раздел ить реакционны е см еси (эф ф ективноераздел ение – хром ато-

6

граф ическим и м етодам и). Н аибол ееудобны такиереакционны есм еси, в которы х заходом превращ ения м ож нонабл ю дать поизм енению какого– л ибо ф изического свойства систем ы непосредственно в реакторе. Е сл и реакция описы вается одним стехиом етрическим уравнением , то пригодно л ю боеаддитивноесвойство, котороезам етноизм еняется: давл ениегазовой см еси, оп-

тическая пл отность при определ енной дл иневол ны

λ, эл ектропроводность и

так дал ее. Е сл и м ол ярны евел ичины , характеризую щ иеком поненты

Ai и Bj,

соответственноравны

GAi, GBj,

é

ù

и, пере-

тоим еем : G = åGAi [ Ai ] + åGBj ëBj

û

i

j

ходя к удел ь ной хим ической перем енной через еел инейную ф ункцию :

é

ù

æ

åbjGBj

- åaiGAi

ö

+ ç

÷ χ

G = åGAi [Ai ]0 + åGBj ëBj û 0

i

j

è

j

i

ø

И зм енениезависим ости G(t) при å

j

- å

Ga ¹ 0 bпозволG яетоп-

j

i

Ai i

j

B

dχ

редел ить скорость реакции: υ =

=

dG / dt

åbjGBj - åaiGAi

dt

j

i

За ходом реакции в газовой ф азе, при изм енении числ а м ол ей и V =

const, м ож но сл едить

по изм енению

давл ения. Д л я идентиф икации испол ь -

зую тсоотношениеPi = CiRT, тоесть GAi = GBj = RT (в расчетена1 м ол ь ).

Т огда υ =

dp / dt

. Д л я синтеза ам м иака 3 H2

+ N2

= 2 NH3

æ

ö

ç

åbi

- åai ÷ RT

è

j

i

ø

åb

j

− åa = − = −2 2и: υ4= - dp / dt

j

i

2RT

i

Д л я м ногом аршрутны х реакций (см . ниж е) простой зависим ости нет, и эф ф ективны спектрал ь ны е м етоды (И К-спектроскопии и ком бинационного рассеяния, ядерного м агнитного резонанса, рентгеноф отоэл ектронной спектроскопии и т.д.). Запись спектрапозвол яет провести кол ичественноеопредел ениесоставареакционной см еси, есл и спектрал ь ны ехарактеристики отдел ь ны х ком понентов весь м асил ь норазл ичаю тся.

Бы стры ереакции протекаю т в течениесекунды ил и за дол ю секунды .

Здесь необходим ы специал ь ны е м етоды запуска реакции, позвол яю щ ие осущ ествить его зам ал ы едол и секунды . Н уж ны бы стры ем етоды регистрации изм енений (У Ф -спектроскопия, ф л уоресценция). Е сл и этим и м етодам и нел ь зя воспол ь зовать ся, нуж ны м етоды бы строй остановки реакции заврем я, м ал ое по сравнению со врем енем реакции. П осл е остановки проводится обы чны й анал из (см . вы ше). Д л я запускабы стры х реакций прим еняю т см е- шениеи катал изатор, дл я остановки – добавл ениеС , реагирую щ его сА и В бы стрее, чем они м еж дусобой. Катал итическую реакцию м ож ноостановить вещ еством , повреж даю щ им катал изатор. Д л я бы строй остановки прим еняю т резкоеохл аж дение(закал ку) и резкоеразбавл ение.

7

Е сл и вещ ество В явл яется пром еж уточны м соединением на пути превращ ения А ® С ил и есл и В образуется из А в резул ь татеобратим ой реакции, то изм енение концентрации В во врем ени (скорость накопл ения) в зам кнутой систем еопредел яется нал ож ением процессов образования и расходования В. С корость ю образования вещ естваυ+ назы ваю тувел ичениеего кол ичествав единицуврем ени в единицеобъем ав резул ь татевсех реакций, приводящ их к образованию этого вещ ества. С корость ю расходования вещ е- стваυ- назы ваю т ум ень шениеего кол ичествав единицуврем ени в единице объем ав резул ь татевсех реакций, приводящ их к расходованию этого вещ е-

ства. П ри V = const скорость накопл ения вещ естваравна: u = ddt[B] = u+ - u− -, и из кинетической кривой дл я В нел ь зя раздел ь ноопредел ить u+ и u-. Д л я такого определ ения прим еняю т изотопны й кинетический м етод, основанны й наиспол ь зовании м еченого изотопом вещ естваВ ил и его предшественника вещ естваА . Мож ноиспол ь зовать радиоактивны еи стабил ь ны еизотопы . П о- сл едние – в кол ичестве, резко превы шаю щ ем их природное содерж ание в вещ ествах А и В. Е сл и считать , что м ечены еи нем ечены ем ол екул ы А и В реагирую т с одинаковы м и скоростям и (то есть пренебречь кинетическим изотопны м эф ф ектом ), то скорость л ю бого превращ ения м еченого соединения м ож но представить как произведениепол ной скорости превращ ения на дол ю м ечены х м ол екул . П оэтом ускорость накопл ения м еченоговещ естваВ:

d [B*]

=υ+α −υ−β , гдеα иβ – дол и м ечены х м ол екул (атом ов) А и В. Н о[B*] =

dt

d [B *]

d [B]

dβ

dβ

[B]β и

=

β + [B]

= (υ+ −υ− )β + [B]

dt

dt

dt

dt

Т огдаυ+ =

[B] dβ

α − β dt

П оходуреакции изм еряю тконцентрацию В и дол ю м ечены х м ол екул А и В и определ яю тυ+, азатем находяти υ- из уравнения дл я υ. Д л я этогочерез определ енны е пром еж утки врем ени из реакционной см еси отбираю т пробы , вы дел яю т из них вещ естваА и В и проводят изотопны й анал из, парал л ел ь ноизм еряя С А . Д л я такогоопредел ения требуется усл овиеα ¹ β, поэтом ум еченоесоединениеА вводятнев исходную см есь , гдеВ отсутствует, ам еченоесоединениевводится через некотороеврем я посл еначал ареакции. Д обавкуж едел аю т м ал ой (индикаторной) по сравнению скол ичеством не- м еченогоком понента, уж еприсутствую щ егов реакционной см еси. Е сл и иссл едуется обратим ая реакция, том ечены й ком понентвводят, наприм ер, в заранееподготовл енную равновесную см есь . Е сл и В явл яется пром еж уточны м соединением , ноегопревращ ениев А непроисходит, топри введении индикаторной добавки м еченоговещ естваВ вещ ествоА остается нем ечены м , то-

гдаα = 0 и υ+ = − [βB] ddtβ . О тм етим , что в эти уравнения входят неабсол ю т-

ны евел ичины α и β, аих отношения (дол и), и м ож нопол ь зовать ся л ю бы м и пропорционал ь ны м и им вел ичинам и, наприм ер, м ол ярны м и радиоактивно-

8

стям и, которы е вы раж ены числ ом радиоактивны х распадов в единицувре- м ени (систем аС И ) ил и в кю ри нам ол ь вещ ества.

О собенност и от кр ы т ой сист ем ы

В откры той систем еизм енениекол ичествавещ ествав единицуврем е- ни, то есть i / dt скл адыdn вается из изм енения его в резул ь тате реакции ( ni)p и в резул ь татем ассопередачи ( ni)М . П осл еднееравноизм ерению чис-

л а м ол ей вещ ества в единицуврем ени в резул ь тате м ассопередачи.

Т огда

υ(i) =

1

(Dn )

=

1

é

dni

- (Dn )

ù

. Здесь , пом им о

/ dt , надdnо знать

( ni)М .

p

M ú

i

v

i

ê

dt

i

v ë

û

П одробноеописаниерассм отрим в сл едую щ их тем ах.

Кинет ич еское ур ав нение. П ор яд ок р еакции

П ри заданны х внешних усл овиях скорость хим ического превращ ения – ф ункция тол ь коконцентраций ком понентов реакционной см еси. У равнение, описы ваю щ еезависим ость скорости хим ическогопроцессаотконцентрации ком понентов см еси, назы вается кинетическим уравнением хим ическогопро-

цесса.	Ч асто приходится им еть дел оспроцессам и, скорость которы х оказы -
вается	пропорционал ь ной произведению концентраций реагирую щ их ве-

щ еств в степенях, соответствую щ их их стехиом етрическим коэф ф ициентам

υ = k [A	]ν1 [A ]ν2 ...[A ]νi . Э тоуравнение– частны й сл учай основногопостул а-
1	2	i
тахим ической кинетики: υ = k [A				]n1 [A ]n2	...[A ]ni ,
		1		2	i
						l
где ni –	порядок реакции по данном увещ еству, а сум м а åni порядков по
						i=1
всем реагирую щ им		вещ ествам – порядок реакции.
Д л я реакций, протекаю щ их в однустадию , когдакинетическоеуравне-
	l	m				l
ниедл я реакции åai Ai ® åbj Bj				, скорость будетравна: υ = kÕ[Ai ]ai
	i=1	j=1				i=1
В этом частном сл учае показател и степени при концентрации равны
стехиом етрическим		коэф ф ициентам , а порядок реакции равен сум м е сте-

хиом етрических коэф ф ициентов дл я реагирую щ их частиц в том ж еуравнении. Е сл и показател и степени в кинетическом уравнении (основной посту- л ат) совпадаю т со стехиом етрическим и коэф ф ициентам и соответствую щ их частиц, то говорят о соответствии м еж дукинетическим и стехиом етрическим уравнениям и. И ногдатакоесоответствиебы вает и дл я сл ож ны х реакций: Cl2 + HCOOH → 2HCl + CO2. Э тоцепная реакция, ноеескорость хорошоописы вается уравнением υ = k [Cl2 ][HCOOH ]. Ч ащ есоответствия нена-

бл ю дается. Ацетон	с йодом : CH3COCH3 + I2 → CH3COCH2I + HI,
υ = k [CH3COCH3 ] –	первы й порядок по ацетонуи нул евой по йоду. Э то

сл ож ная реакция и скорость ееравнаскорости первой стадии – превращ ения ацетонав енол ь ную ф орм уCH3C(OH)=CH2. В торая стадия-реакция енол ь ной ф орм ы сI2 идеточень л егкои неоказы ваетвл ияния наскорость сум м арной

9
реакции. П орядок реакции не обязател ь но дол ж ен бы ть	цел ы м . Н априм ер,
дл я хл орирования тетрахл орэтил ена Cl2C=CCl2 +	Cl2 → Cl3C– CCl3

υ = k [Cl2 ]3/ 2 . Д л я сл ож ны х реакций ф орм ауравнения в видеосновного по-

стул атанестрогая, прибл иж енная, то есть онасправедл ивав определ енном диапазонеусл овий. Ч астозависим ость скорости накопл ения продуктасл ож - ной реакции отконцентрации реагирую щ их вещ еств вообщ енеописы вается степенной ф ункцией.

О собенности кинетического уравнения, отл ичаю щ ие его от уравнений кинетических кривы х дл я ком понентов реакций, сл едую щ ие: 1) вид кинетического уравнения не зависит от того, протекает процесс в зам кнутой ил и откры той систем е. П оэтом узависим ости скорости реакций отконцентраций ком понентов и значения кинетических парам етров, входящ их в эти зависи- м ости, установл енны едл я откры той систем ы , м огутбы ть испол ь зованы при обработкеи трактовкеданны х дл я той ж ереакции в зам кнутой систем е; 2) уравнения кинетических кривы х содерж атв качествепарам етров начал ь ны е концентрации, кинетическоеж еуравнениенезависитотначал ь ны х усл овий и, сл едовател ь но, бол ееуниверсал ь но.

Классиф икация р еакций . Гом огенны е и гет ер огенны е р еакции

I.П окол ичествустадий всереакции м ож нораздел ить напросты еи

сл ож ны е. П росты е– этоэл ем ентарны е, одностадийны ереакции;

многостадийны е-этосл ож ны ереакции.

II. П о типуреакционного пространствавсереакции дел ятся наго-

могенны еи гетерогенны е.

Хим ическая реакция, протекаю щ ая в предел ах одной ф азы , назы вается гом огенной.

Хим ическая реакция, протекаю щ ая награницераздел аф аз, назы вается гетерогенной.

Е сл и одни стадии явл яю тся гом огенны м и, адругие– гетерогенны м и, то реакция назы вается гом огенно-гетерогенной.

Л ю бая реакция в растворе– гом огенна. Л ю бая реакция наповерхности

твердогокатал изатора– гетерогенна. Г ом огенно-гетерогенны е– этореакции м еж дугазам и, когдаотдел ь ны естадии протекаю т настенках реакционного

сосуда.
В гетерогенном процессе исходны е вещ ества и продукты	м огут нахо-
дить ся в одной ф азе (катал итическое гидрирование этил ена).	Бы вает, что

реагирую щ иевещ ества находятся в разны х ф азах, но реакция м еж дуним и гом огенна. Э то окисл ениеугл еводородов в ж идкой ф азем ол екул ярны м кисл ородом . Здесь в хим ическую реакцию вступаетрастворенны й в угл еводородекисл ород. Г етерогенной явл яется нехим ическая реакция, апредшествую щ ая ей нехим ическая стадия растворения кисл орода.

III. В зависим ости от того, однуил и нескол ь коф аз образую тисходны е вещ ества и продукты реакции, хим ические процессы м огут бы ть гом оф аз- ны м и и гетероф азны м и.

10

Г ом оф азны й – это процесс, в котором исходны евещ ества, стабил ь ны е пром еж уточны е соединения и продукты реакции находятся в одной ф азе. Г етероф азны й – процесс, в котором они образую тбол ее, чем однуф азу. Э ти понятия независим ы отгом огенности игетерогенности (см . II).

Н ейтрал изация кисл оты щ ел очь ю – гом огенны й гом оф азны й процесс.

Г идрированиеэтил ена–	гом оф азны	й гетерогенны й процесс. О кисл ениеуг-
л еводородакисл ородом	в ж идкой ф	азе– гом огенны й гетероф азны й процесс.

Г ашение извести – гетерогенны й гетероф азны й процесс (все ком поненты образую тотдел ь ны еф азы и процессидетнаграницераздел а).

IV. Х им ическиереакции кл ассиф ицирую тся и по типусистем , в которы х они протекаю т.

Разл ичаю треакции в зам кнутой иоткры той систем ах.

Зам кнутая систем а– это систем а, в которой отсутствует м атериал ь ны й обм ен сокруж аю щ ей средой. В севещ ествадоокончания процессаостаю тся в систем е, то есть невы водятся из реакционного сосуда. Зам кнутой систе-

м ой м ож но считать каж ды й эл ем ент объем а в л ам инарном	потоке.	Е сл и
струя газаил и ж идкости проходитчерез реакционны й сосуд,	в котором	соз-

даны усл овия дл я хим ической реакции, то, при отсутствии конвекции и достаточно м ал ой скорости диф ф узии вещ ествав направл ении потока, каж ды й эл ем ентарны й объем реакционной см еси м ож но рассм атривать как независим ы й, то есть как перем ещ аю щ ую ся в пространстве зам кнутую систем у. Э то реактор идеал ь ного вы теснения. Здесь изм енение кол ичества хим ическогосоединения происходиттол ь козасчетхим ическогопревращ ения. О т- кры ты есистем ы – в которы х им еет м есто м атериал ь ны й обм ен сокруж аю - щ ей средой (непреры вноепоступл ениеисходноговещ естваи отвод продуктов реакции засчетдиф ф узии). В аж нейший прим ер– ж ивы еорганизм ы . Ре- актор идеал ь ного см ешения – это сосуд, в которы й с определ енной скоро-

сть ю подаю тся исходны евещ естваи одноврем енно вы водится такоеж е по объем укол ичество реакционной см еси. Засчет перем ешивания ил и цирку- л яции см еси обеспечивается ееоднородны й состав. В кинетическоеуравнениепроцесса, как и дл я реактораидеал ь ного вы теснения, невходит сл агае- м ое, отвечаю щ еем ассообм ену(см . ниж е). Э ти прим еры дем онстрирую т, что

дел ение усл овно.	П ри окисл ении ж идкого угл еводорода газообразны м О 2
м ож но обеф азы	рассм отреть как зам кнутую систем у, в которой протекает

гом огенны й гетероф азны й хим ический процесс. И л и: угл еводород – откры - тая систем а, газ – внешняя среда. И л и: реактор идеал ь ного см ешения – откры тая систем а, но вм естесрезервуарам и дл я исходны х вещ еств и продук-

тов они образую т зам кнутую			систем у, в которой происходит гетероф азны й
хим ический процесс.
	Э л ем ентарная реакция –		протекает путем прям ого превращ ения м ол е-

кул исходны х вещ еств в м ол екул ы продуктов. О наявл яется совокупность ю бол ь шогочисл аоднотипны х эл ем ентарны х актов хим ическогопревращ ения (см . ниж е эл ем ентарны й акт). Реакции, вкл ю чаю щ ие нескол ь ко эл ем ентарны х стадий, назы ваю тся сл ож ны м и. П ри протекании таких реакций возникаю т пром еж уточны е частицы . Е сл и они достаточно устойчивы и м огут