Гетерогенні реакції - хімічна енциклопедія

Гетерогенної реакції. хім. р-ції за участю в-в, що знаходяться в разл. фазах і складових в сукупності гетерог. систему. Типові гетерогенні реакції. тримаючи. розкладання солей з утворенням газоподібних і твердих продуктів (напр. СаСО3 -> СаО + СО2), відновлення оксидів металів воднем або вуглецем (напр. РЬО + С -> Рb + СО), розчинення металів в к-тах (напр. Zn + + H2 SO4 -> ZnSO4 + Н2), взаємодій. твердих реагентів (А12 О3 + NiO -> NiAl2 O4). В особливий клас виділяють гетерогенно-каталитич. р-ції, що протікають на пов-сті каталізатора; при цьому реагенти і продукти можуть і не перебувати в різних фазах. Напр. при р-ції N2 + + ЗН2 -> 2NH3. протікає на пов-сті залізного кат. реагенти і продукт р-ції знаходяться в газовій фазі і утворюють гомог. систему.

Особливості гетерогенних реакцій обумовлені участю в них конденсованих фаз. Це ускладнює перемішування і транспорт реагентів і продуктів; можлива активація молекул реагентів на пов-сті розділу фаз. Кінетика будь гетерогенної реакції визначається як швидкістю самого хім. перетворення, так і процесами перенесення (дифузією), необхідними для поповнення витрати реагують по-в і видалення з реакц. зони продуктів р-ції. За відсутності дифузійних утруднень швидкість гетерогенної реакції пропорційна розмірам реакц. зони; т. зв. питома швидкість р-ції, розрахована на одиницю пов-сті (або обсягу) реакц. зони, не змінюється в часі; для простих (одностадійних) р-ций вона м.б. визначена на основі діючих мас закону. Цей закон не виконується, якщо дифузія в-в протікає повільніше, ніж хім. р-ція; в цьому випадку спостерігається швидкість гетерогенної реакції описується ур-нями дифузійної кінетики (див. Макрокінетика).

При гетерогенних реакціях за участю одного або дек. твердих реагентів часто утворюються твердофазні продукти. Такі р-ції, як правило, локалізовані на пов-сті розділу фаз або в поверхневому шарі і зазвичай протікають нестаціонарних. Вони характеризуються періодом індукції. протягом догрого виникають зародки (ядра) нової фази. Їх утворення пов'язане з перебудовою атомної структури твердого реагенту і вимагає витрати енергії. Тому такі гетерогенні реакції чутливі до всіх порушень структури, що полегшує утворення зародків, і м. Б. активовані тримаючи. радиац. хутро. та ін. впливами, що збільшують концентрацію дефектів. в першу чергу щільність дислокацій (див. Дефекти в кристалах). Кинетич. ур-ня р-ції в цьому випадку відображає зміну в часі не тільки концентрацій реагуючих в-в, а й пов-сті розділу твердих фаз реагенту і продукту: у міру зростання зародків пов-сть розділу збільшується і швидкість р-ції спочатку зростає, потім проходить через максимум і знижується внаслідок зіткнення зростаючих зародків і освіти суцільного шару твердого продукту (докладніше див. Топохимічеськие реакції).

У природі гетерогенні реакції входять в комплекс процесів, що призводять до утворення осадових порід і вивітрюванню. У хім. технології гетерогенні реакції газу з рідиною (окислення повітрям. киснем. озоном; хлорування та ін.) зазвичай проводять при інтенсивному перемішуванні спец. хутро. пристроями або самим газом (в т. зв. барботажному реакторі). Р-ції тримаючи. розкладання становлять основу фотографіч. процесу, р-ції між газами або рідинами і твердими в-вами-основу випалу. відновлення та окислення металів. горіння. произова твердих каталізаторів. вилуговування. екстракції та ін. Часто поєднуються гетерогенні реакції в трьох-і багатофазних системах, напр. хлорування твердих оксидів металів газоподібним хлором у присутності. твердого вуглець відновника. Важлива область використання гетерогенних реакцій-отримання тонких поверхневих шарів і покриттів при взаємодій. твердого тіла з рідиною. При низьких т-рах дифузія в глиб твердого матеріалу протікає повільно, що дозволяє отримувати стабільні тонкі поверхневі шари, а в окремих випадках-двомірні фази, товщина яких брало по порядку величини близька до параметру кристалічної. решітки. Іноді стабільні поверхневі шари утворюються мимовільно; такі захисні оксидні плівки на металах. перешкоджають подальшому окисленню (див. Газова корозія).

===
Ісп. література для статті «гетерогенної реакції». Янг Д. Кінетика розкладання твердих речовин. пер. з англ. М. 1969; Дельмон Б. Кінетика гетерогенних реакцій. пер. з франц ^ М. 1972; Розовський А.Я. Гетерогенні хімічні реакції. М. 1980. А.Я.Розовскій.