Гетерогенные процессы

Диффуззионная область протекания гетерогенных процессовДиффузия — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объему.Для того чтобы произошел элементарный химический акт необходимо проникновение вещества через диффузионный слой. В результате протекания гетерогенной химической реакции в разных точках реакционного пространства устанавливаются различные концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции. Это и является причиной возникновения диффузии –самопроизвольного процесса взаимного проникновения и перемешивания двух или более различных веществ в результате движения молекул до установления равновесного распределения концентраций. Скорость диффузии зависит от плотности и вязкости среды, температуры, природы диффундирующих частиц, воздействия внешних сил и т. д. Закономерности этих процессов описываются законами Фика. Первый закон Фика:Количество вещества  перенесенного за счет диффузии в единицу времени через поверхность S, перпендикулярную направлению переноса, пропорционально градиенту концентрации этого вещества в данный момент времени : где dm – масса вещества dt – время S – площадь поверхностиD – коэффициент диффузииКоэффициент диффузии является функцией молекулярных свойств того вещества, которое диффундирует, и того вещества, в котором происходит диффузия первого. Коэффициент D слабо возрастает с ростом температуры и уменьшается с ростом давления. В результате диффузии концентрация вещества меняется как в пространстве, так и во времени. Это изменение описывается вторым законом Фика: Второй закон Фика является основным законом диффузии, он определяет концентрацию вводимой в полупроводник примеси в любой момент времени на любом расстоянии от поверхности при заданной температуре диффузии. Теория адсорбцииЛенгмюраВ основе это теории лежат следующие положения:На поверхности адсорбента имеются активные центры, на которых происходит адсорбция, они занимают малую часть поверхности. В каждом таком центре может адсорбироваться только одна молекула, в итоге на поверхности образуется лишь мономолекулярный слой адсорбтива.Все адсорбционные места полагаются одинаковыми. В случае если адсорбция осуществляется на некоторой поверхности, то это положение означает однородность поверхности. Взаимодействием между адсорбированными молекулами можно пренебречь.Исходя из этих положений, выведем уравнение, описывающее изотерму адсорбции.Обратимый процесс адсорбции можно записать как следующую реакцию:молекула + свободный активный центр →/← адсорбционный комплекс При равновесии скорость адсорбции должна равнятся скорости десорбции υ1 = υ2 Для того чтобы молекула адсорбировалась, она должна удариться о поверхность и попасть на незанятое место. Введем обозначения:αmax - общее число активных центров на единице поверхности;α - число занятых активных центров на единице поверхности (αmax−α) - число свободных активных центров на единице поверхности.Молекула десорбируется, когда ее энергия окажется достаточной для того, чтобы оторваться от поверхности. Число таких молекул будет пропорционально общему числу адсорбированных молекул.поделим левую часть на k2,обозначим буквой K константу равновесия адсорбционного процесса,тогда уравнение ЛенгмюраАдсорбционный коэффициент К зависит от температуры и от теплоты адсорбции (энергии взаимодействия адсорбата с поверхностью), которая в рамках изотермы Ленгмюра принимается постоянной и независящей от заполнения: 𝐾 = 𝐾0𝑒𝑄/𝑅𝑇где K0 – частотный множитель; Q – теплота адсорбции. Изотерма Лэнгмюра имеет вид: