Гетерогенді процестің кинетикалық аймағы

Процестің үшінші сатысы – химиялық реакцияның өзінің сатысы дедік. Бұл сатаның жылдамдығы:

W=dc/dt=K·A·Cⁿ (ХІХ.8)

мұнда dc-қатты дененің t уақыт мерзімінде ерітіндіге өткен мөлшері; К-жылдамдық константасы; А-беттік қабаты; t – уақыттағы меншікті бөлігі; С-еріткіш концентрациясы; n-реакция реті.

Химиялық реакция гетерогенді процестің бір сатысы болуымен қатар, оның өзі бірнеше сатылармен өтіп өзіндік механизмі болады. Химиялық реакцияның жылдамдығы диффузия жылдамдығынан төмен болатын, демек бүкіл процесс кинетикалық облыста өтетін жағдайды қарастырайық. Реакция жылдамдығы аз болғандықтан қатты денемен әрекеттесетін заттың қатты дене бетіндегі иондары (молекулалары) тез реакцияға түсіп кетпейді, сондықтан заттың қатты фаза бетіне диффузияланып келген концентрациясы оның ерітінді көлеміндегі концентрациясымен бірдей болады, яғни С С. Сөйтіп, процесс кинетикалық аймақта өткенде жалпы процестің кинетикалық аймақта өткенде жалпы процестің жылдамдығы (ХІХ.8)-теңдеуімен өрнектеледі. Бұл теңдеуден кинетикалық режимде өтетін процестің жылдамдығы, диффузиялық режимдегі сияқты, қатты фаза бетінің ауданына пропорциналды болатынын көреміз. Алайда жылдамдықтың концентрацияға тәуелділігі күрделірек болады, ол тәуелділік өткен реакцияның ретімен анықталады. Тек жеке жағдайларда, мысалы, n=1 болғанда жылдамдықтың концентрацияға тәуелділігі диффузиялық режимдегі тәуелділікке ұқсайды. Сонымен қатар (ХІХ.9)-теңдеуге Д шамасы кірмейді, бұдан кинетикалық аймақта өтетін процестің жылдамдығы ерітіндінің араластырылуына тәуелді болмайтынын көреміз. Гетерогенді реакциялардың кинетикасын зерттегенде процестің қандай режимде (кинетикалық немесе диффузиялық) өтетінін білу өте маңызды мәселе. Оны эксперименталды жолмен анықтаудың бірнеше әдістері бар. Солардың бірі жылдамдыққа араластырылуы жиілігінің әсерін зерттеу болып табылады. Егер араластырылу жиілігін арттырған кезде процесс тездетілсе, онда оның диффузиялық аймақта өтетінін білеміз. Ал егер араластырылуды арттырғанмен де жылдамдық айтарлықтай өзгере қоймаса, онда бүкіл процесіміз химиялық реакция сатысының жылдамдығымен анықталады.

Процестің кинетикалық аймақта өтетіні белгілі болғаннан кейін реакцияның әр түрлі кинетикалық параметрлерін (жылдамдық константасы, меншікті жылдамдығы, активтену энергиясы, реакция реті) анықтайды.

Процестің өту режимін анықтаудың келесі әдісі жылдамдықтың температураға тәуелділігін зерттеуге негізделген. Диффузияға қарағанда химиялық реакцияның жылдамдығының температураға тәуелділігі күштірек болатыны белгілі. Аррениус теңдеуі K=K₀C^E_a^/RT бойынша lgK-1/T тәуелділігінің графигін тұрғызып, одан активтену энергиясы мен экспонента көбейткішін (К₀) анықтайды. Химиялық реакцияның активтену энергиясы диффузияның активтену энергиясынан әлде қайда жоғары болатындықтан, соған қарап процестің қандай режимде өтетінін білуге болады.