Залежність швидкості процесу від температури

Вплив температури на швидкість реакції досить значний. Температура є найбільш сильним фактором прискорення реакції.

Як правило залежність константи швидкості реакції від температури визначається рівнянням Арреніуса:

де k – константа швидкості реакції;

А – енергія активації.

В літературі часто наводиться емпіричне правило Вант-Гоффа, відповідно до якого при підвищенні температури на кожні 10⁰ швидкість реакції зростає в 2-4 рази (в інтервалі температур від 10 до 100-300⁰С):

де υ – швидкість реакції;

k – константа швидкості реакції;

τ – час перебігу реакції;

γ – температурний коефіцієнт, що знаходиться в межах від 2 до 4;

Т – температура.

Залежність швидкості від поверхні дотику

На швидкість гетерогенних процесів суттєво впливає величина поверхні дотику реагентів і дифузія.

Швидкість гетерогенного процесу пропорційна питомій поверхні фаз, що дотикаються:

υ = k∙F

де υ – швидкість;

F – величина питомої поверхні;

k – коефіцієнт пропорційності.

Питома поверхня – відношення абсолютної поверхні до одиниці маси або об’єму тої фази, що містить реагент.

Технологія користується різними засобами збільшення питомої поверхні дотику реагентів:

а) подрібнення твердих тіл;

б) розпилення рідин;

в) барботажем (пробулькуванням) газу через рідину і таке інше.

В хімічній технології здійснюють брикетування і агломерацію (спікання) сировини. Незважаючи на зменшення питомої поверхні в процесі брикетування і агломерації, більш рівномірне змішування реагентів при плавленні суміші, позитивно впливає на протікання процесу в цілому.

Швидкість складного процесу визначається найбільш повільною його стадією, такою стадією часто є процес дифузії.

Швидкість дифузії прямо пропорційна поверхні дотику реагентів і різниці концентрацій реагуючого компонента на межі шару, через який він дифундує, і обернено пропорційна товщині поверхневого шару.

В загальному вигляді цей закон (відомий в літературі під назвою закону Фіка) виражається наступним рівнянням:

де D – коефіцієнт дифузії;

F – поверхня дотику реагентів;

с₁ – концентрація реагенту в поверхневому шарі (концентрація насичення);

с₂ – концентрація реагенту в усьому об’ємі фази, що реагує;

l – товщина дифузійного шару.

Очевидно, що рушійну силу дифузії визначає градієнт концентрації. Коефіцієнт дифузії D виражає кількість речовини, яка дифундує через 1 см² за одиницю часу при різниці концентрацій рівній одиниці.