Гетерогенные Реакции

хим. Р-ции с участием в-в, находящихся в разл. Фазах и составляющих в совокупности гетерог. Систему. Типичные Г. Р. Термич. Разложение солей с образованием газообразных и твердых продуктов (напр., СаСО 3 -> СаО + СО 2), восстановление ожсидов металлов водородом или углеродом (напр., РЬО + С -> Рb + СО), растворение металлов в к-тах (напр., Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 +Н 2), взаимод. Твердых реагентов (А12 О 3 + NiO -> NiAl2O4). В особый класс выделяют гетерогенно-каталитич. Р-ции, протекающие на пов-сти катализатора. При этом реагенты и продукты могут и не находиться в разных фазах. Напр., при р-ции N2 + + ЗН 2 -> 2NH3, протекающей на пов-сти железного кат., реагенты и продукт р-ции находятся в газовой фазе и образуют гомог.

Систему. Особенности Г. Р. Обусловлены участием в них конденсированных фаз. Это затрудняет перемешивание и транспорт реагентов и продуктов. Возможна активация молекул реагентов на пов-сти раздела фаз. Кинетика любой Г. Р. Определяется как скоростью самого хим. Превращения, так и процессами переноса (диффузией), необходимыми для восполнения расхода реагирующих в-в и удаления из реакц. Зоны продуктов р-ции. В отсутствие диффузионных затруднений скорость Г. Р. Пропорциональна размерам реакц. Зоны. Т. Наз. Удельная скорость р-ции, рассчитанная на единицу пов-сти (или объема) реакц. Зоны, не изменяется во времени. Для простых (одностадийных) р-ций она м. Б. Определена на основе действующих масс закона. Этот закон не выполняется, если диффузия в-в протекает медленнее, чем хим.

Р-ция. В этом случае наблюдаемая скорость Г. Р. Описывается ур-ниями диффузионной кинетики (см. Макрокинетика). При Г. Р. С участием одного или неск. Твердых реагентов часто образуются твердофазные продукты. Такие р-ции, как правило, локализованы на пов-сти раздела фаз или в поверхностном слое и обычно протекают нестационарно. Они характеризуются периодом индукции, в течение к-рого возникают зародыши (ядра) новой фазы. Их образование связано с перестройкой атомной структуры твердого реагента и требует затраты энергии. Поэтому такие Г. Р. Чувствительны ко всем нарушениям структуры, облегчающим образование зародышей, и м. Б. Активированы термич., радиац., мех. И др. Воздействиями, увеличивающими концентрацию дефектов, в первую очередь плотность дислокаций (см.

Дефекты в кристаллах). Кинетич. Ур-ние р-ции в этом случае отражает изменение во времени не только концентраций реагирующих в-в, но и пов-сти раздела твердых фаз реагента и продукта. По мере роста зародышей пов-сть раздела увеличивается и скорость р-ции сначала возрастает, затем проходит через максимум и снижается вследствие соприкосновения растущих зародышей и образования сплошного слоя твердого продукта (подробнее см. Топохимические реакции). В природе Г. Р. Входят в комплекс процессов, приводящих к образованию осадочных пород и выветриванию. В хим. Технологии Г. Р. Газа с жидкостью (окисление воздухом, кислородом, озоном. Хлорирование и др.) обычно проводят при интенсивном перемешивании спец. Мех. Устройствами или самим газом (в т.

Наз. Барботажном реакторе). Р-ции термич. Разложения составляют основу фотографич. Процесса, р-ции между газами или жидкостями и твердыми в-вами-основу обжига, восстановления и окисления металлов, горения, произ-ва твердых катализаторов, выщелачивания, экстракции и др. Часто сочетаются Г. Р. В трех-и многофазных системах, напр. Хлорирование твердых оксидов металлов газообразным хлором в присут. Твердого углеродсодержащего восстановителя. Важная область использования Г. Р.-получение тонких поверхностных слоев и покрытий при взаимод. Твердого тела с жидкостью. При низких т-рах диффузия в глубь твердого материала протекает медленно, что позволяет получать стабильные тонкие поверхностные слои, а в отдельных случаях-двухмерные фазы, толщина к-рых по порядку величины близка к параметру кристаллич.

Решетки. Иногда стабильные поверхностные слои образуются самопроизвольно. Таковы защитные оксидные пленки на металлах, препятствующие дальнейшему окислению (см. Газовая коррозия). Лит. Янг Д., Кинетика разложения твердых веществ, пер. С англ., М., 1969. Дельмон Б., Кинетика гетерогенных реакций, пер. С франц^ М., 1972. Розовский А. Я., Гетерогенные химические реакции, М., 1980. А. Я. Розовский..