chương 2 động học các phản ứng dị thể

Chương 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ 2.1.SỰ KHUYẾCH TÁN 2.1.1. Định luật Fick 1 2.1.2. Định luật Fick 2 2.2.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2.2.1.Động học các phản ứng bề mặt 2.2.2.Các miền phản ứng 2.2.3.Động học các phản ứng xúc tác 2.2.4.Động học quá trình hoà tan 2.2.5.Động học quá trình kết tinh Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra giữa các chất không cùng pha với nhau (sự cháy của các nhiên liệu rắn hoặc lỏng, sự khử các oxyt rắn bới chất khí, các phản ứng chuyển hóa hyrocacbon với xúc tác rắn) Phản ứng không xảy ra trong pha thể tích mà trên bề mặt tiếp xúc giữa các pha liên quan đến sự chuyển chất của quá trình dị thể 1.SỰ KHUYẾCH TÁN Qúa trình phản ứng dị thể thường xảy ra, ít nhất, 3 giai đoạn sau: 1.Vận chuyển các chất tham gia phản ứng đến bề mặt phân cách pha- vùng phản ứng (đưa oxy đến bề mặt than để thực hiện phản ứng đốt cháy, đưa các hydrocacbon đến bề mặt xúc tác rắn để thực hiện các phản ứng chuyển hóa) 2. Phản ứng hoá học bề mặt xảy ra trên ranh giới phân cách pha. 3.Vận chuyển các sản phẩm ra khỏi vùng phản ứng. Tốc độ phản ứng dị thể phụ thuộc vào tốc độ của từng giai đoạn. Tốc độ giai đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định tốc độ chung của cả quá trình. 1.SỰ KHUYẾCH TÁN Khuếch tán là một quá trình chuyển hoá chất trong không gian dẫn đến sự san bằng nồng độ trong dung dịch. Khuếch tán xảy ra một cách tự diễn biến khi có sự chênh lệch nồng độ. Dòng chất sẽ đi từ miền nồng độ cao sang miền nồng độ thấp. Động học của khuếch tán là gradient nồng độ. Trong khuếch tán, chất di chuyển theo không gian và thời gian, do đó nồng độ của chất là hàm số của toạ độ (x,y,z) và thời gian t C=f(x,y,z,t) 1.SỰ KHUYẾCH TÁN Tốc độ khuyếch tán v kt được định nghĩa là lượng chất chuyển qua một đơn vị thời gian, qua một đơn vị thiết diện khuyếch tán . kt dn v S dt = dn:lượng chất khuyếch tán dt:khoảng thời gian khuyếch tán S:thiết diện khuyếch tán (vuông góc với hướng khuyếch tán) 1.SỰ KHUYẾCH TÁN . . kt dn dC v D S dt dx = = − dC/dx: biến thiên nồng độ theo hướng khuếch tán x D: hệ số khuyếch tán, chính là vận tốc khuyếch tán khi gradient nồng độ bằng đơn vị Tốc độ khuyếch tán phụ thuộc vào gradient nồng độ. Gradient càng lớn thì sự khuyếch tán càng nhanh và càng thuận lợi ĐỊNH LUẬT FICK 1 Giá trị vận tốc luôn luôn dương 1.SỰ KHUYẾCH TÁN Cho biết mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian và khoảng cách khuyếch tán ĐỊNH LUẬT FICK 2 Trong 1 thời gian t có một lượng P 1 chất đi qua S 1 , một phần lưu lại S 1 và một phần đi qua S2. Hiệu số dòng khuếch tán P1-P2 được tích tụ trong một đơn vị thời gian là S.dx=dx. Nồng độ trong thể tích dx biến thiên là dC. Lượng chất tăng lên trong thể tích dx sau thời gian dt là dx.dC. Như vậy: S 1 =S 2 =1cm 2 2 1 2 2 dC C P P dx D dx dt x ∂ − = = ∂ 1.SỰ KHUYẾCH TÁN a: khoảng cách khuyếch tán Tốc độ biến thiên nồng độ D: hệ số khuyếch tán, chính là vận tốc khuyếch tán khi gradient nồng độ bằng đơn vị. Phản ánh mối quan hệ giữa tốc độ biến thiên nồng độ trong lớp khuyếch tán với gradient nồng độ ĐỊNH LUẬT FICK 2 2 2 x a x a C C D t x = =   ∂ ∂   =  ÷  ÷ ∂ ∂     x x a C v t = ∂   =  ÷ ∂   2 2 x a C x =   ∂  ÷ ∂   Gradient nồng độ 2 2 x a C x =   ∂  ÷ ∂   x x a C v t = ∂   =  ÷ ∂   1.SỰ KHUYẾCH TÁN Đó là trường hợp khi lượng chất khuyếch tán đi vào nguyên tố thể tích dx đúng bằng lượng đi ra. Do đó, nồng độ của chất không biến đổi theo thời gian, nghĩa là ĐỘNG HỌC KHUYẾCH TÁN ỔN ĐỊNH 0 x a C t = ∂   =  ÷ ∂   1.SỰ KHUYẾCH TÁN 1.SỰ KHUYẾCH TÁN ĐỘNG HỌC KHUYẾCH TÁN ỔN ĐỊNH Vận tốc khuyếch tán trong trường hợp khuếch tán ổn định được xác định bằng công thức 1 2 . . . kt C C dn dC v D D S dt dx δ − = = − = C=C 1 khi x=0 tại t bất kỳ khoảng cách khuyếch tán C=C 2 khi x=0 tại t bất kỳ δ [...]... bằng của chất A trong dung dịch 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC Phản ứng xúc tác rắn-lỏng SẢN PHẨM A Xúc tác rắn Tốc độ phản ứng bề mặt là v pu 1 1 dC A n =− = k pubm a A = k pubm KC = κ C n dt Trong phản ứng xúc tác lỏng-rắn, tốc độ khuếch tán khá nhỏ, phản ứng bậc 1, còn đại đa số là phản ứng bậc phân số đối với chất tan 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN... hấp phụ hoàn toàn 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC bA hoặc PA khá nhỏ bA hoặc PA khá lớn 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC Phản ứng xúc tác rắn-lỏng SẢN PHẨM A Xúc tác rắn Để thực hiện phản ứng, chất A phải được hấp phụ hóa học trên bề mặt xúc tác theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freudlich... chung của quá trình Miền động học thường tồn tại ở khoảng nhiệt độ thấp, khi nâng nhiệt độ, pư tiến dần vào miền quá độ sau đó đi vào vùng khuếch tán Miền động học Miền khuếch tán Miền quá độ 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC Phản ứng xúc tác khí –rắn SẢN PHẨM A Xúc tác rắn Để thực hiện phản ứng, chất A phải được hấp phụ hóa học trên bề mặt xúc tác... độ phản ứng bề mặt (pư bậc 1) C1 − C2 v pu = vkt = D δ C2 ≠ 0 = v pubm D v pu = vkt = (C1 − C2 ) = kkt (C1 − C2 ) δ dC2 − = k pubmC2 dt dC1 v pu = − = kkt (C1 − C2 ) = k pubmC2 dt 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT *Tốc độ khuyếch tán tương đương với tốc độ phản ứng bề mặt vkt kkt C1 C2 = k pubm + kkt kkt C1 dC1 − = kkt (C1 − C2 )... áp suất của A trong pha khí 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC Phản ứng xúc tác khí –rắn Tốc độ phản ứng bề mặt tỉ lệ với nồng độ chất A trên bề mặt xúc tác dPA bA PA − = k pubm θ A = k pubm dt 1 + bA PA bA PA = 1 → v = k pubm bA PA = kPA bA PA ? 1 → v = k pubm Tức là Pư BẬC 1 Pư BẬC 0 θ A ≈ 1 khá lớn, hấp phụ hoàn toàn 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN... trong một đơn vị thời gian 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP Tốc độ tạo mầm Tốc độ khuyếch tán vm = kvkt Cm − Ekt RT − Ekt RT vkt = kkt e vm = km e e − Am RT Bσ Am = − 2 T ( ∆T ) 3 Đối với mầm lập phương 2 2 32  M  Tkt B=  ÷ 2 R  ρ  Qkt 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP vm = km e Ekt − RT e − Bσ 2kt T ( ∆T )2 Một số chất có cấu trúc... = = k pubmC2 dt C2 = const v pu = k = const PHẢN ỨNG LÀ BẬC KHÔNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG LÀ MỘT ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐỔI THEO THỜI GIAN 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2 CÁC MIỀN PHẢN ỨNG Miền động học v pubm = vkt Miền khuyếch tán Miền quá độ vkt = v pubm vkt = v pubm Miền phản ứng nói lên quan hệ giữa các tốc độ của mỗi giai đoạn (khuếch tán, hóa học) đối với... phản ứng = tốc độ khuếch tán 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT C1 − C2 v pu = vkt = D δ C2 = 0 D v pu = vkt = C1 = k C1 δ d ln k d ln D Ekt = = 2 dT dT RT Khi Ekt ≤ 7 nên kiểm tra phản ứng có bị khống chế bởi quá trình khuyếch tán ko? Năng lượng hoạt hoá của giai đoạn khuyếch tán thường nhỏ khoảng 27 kcal/mol 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN... trạng thái “thuỷ tinh rắn” 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP *Khi độ quá bão hòa nhỏ: Tốc độ tạo mầm nhỏ hơn tốc độ phát triển mầm, số lượng mầm ít, tính thể lớn *Khi độ bão hòa lớn:Tốc độ tạo mầm lớn hơn tốc độ phát triển mầm: Lượng mầm tạo ra nhiều, tính thể nhỏ *Khi có mầm lạ (tạp chất không tan) thì sự xuất hiện mầm tinh thể dễ dàng hơn trên các mầm lạ, nhất là giữa mầm lạ... pubm dC1 − = C1 = k pu C1 dt kkt + k pubm = v pubm 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT *Tốc độ khuyếch tán tương đương với tốc độ phản ứng bề mặt k pu = vkt = v pubm kkt k pubm kkt + k pubm 1 1 1 = + k pu kkt k pubm Trở lực Trở lực phản ứng chung bằng tổng trở lực của từng giai đoạn 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG . Chương 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ 2. 1.SỰ KHUYẾCH TÁN 2. 1.1. Định luật Fick 1 2. 1 .2. Định luật Fick 2 2 .2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2. 2.1.Động học. mặt 2. 2 .2. Các miền phản ứng 2. 2.3.Động học các phản ứng xúc tác 2. 2.4.Động học quá trình hoà tan 2. 2.5.Động học quá trình kết tinh Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra giữa các. tán 2. ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP 2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC Phản ứng xúc tác khí –rắn A SẢN PHẨM Xúc tác rắn Để thực hiện phản ứng, chất A phải được hấp phụ hóa học