Основные модели топохимических процессов

При описании топохимических процессов используют две модели:

1. Квазигомогенная модель

2. Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции (модель частицы с невзаимодействующим ядром)

Квазигомогенная модель. Согласно этой модели топохимического процесса реакция протекает одновременно во всех точках объема твердой фазы. Такая модель реализуется, если протекает медленная химическая реакция г. или ж. реагента с высокой пористой твердой фазой. Данная модель не получила широкого распространения в вследствие трудности создания твердой фазы.

Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции. Согласно этой модели реакция первоначально протекает на внешней поверхности твердой фазы, пока она полностью не прореагирует. По мере протекания реакции образуются твердые продукты реакции, которые называются золой. В дальнейшем исходные газообразные реагенты диффундируют через слой золы к поверхности твердой фазы. После этого протекает реакция взаимодействия продиффундирующей газовой фазы с

исходной тв. фазы. Зона реакции постепенно перемещается вглубь твердой частицы и завершается после ее полного исчезновения.

В произвольные моменты времени твердая частица представляет собой внутреннее ядро, окруженное внешней оболочкой. Ядро состоит из непрореагирующего реагента, поэтому эту модель называют моделью с непрореагирующем ядром. Окружающая его оболочка состоит из твердого продукта и инертных веществ. Данная модель значительно точнее отражает действительную модель процесса, поэтому и получила наибольшее распространение. В связи с этим рассмотрим механизм и кинетику топохимического процесса, описываемого данной моделью.

Большинство топохимических процессов описываются моделью с невзаимодействующим ядром (рис 2.1).

Согласно модели с невзаимодействующим ядром, химическая реакция вначале протекает на внешней поверхности твердой частицы. Зона реакции постепенно продвигается внутрь ее, оставляя за собой полностью превращенный продукт (золу). Следовательно, в любой момент времени имеется частица твердого материала с постоянным объемом, которая включает в себя невзаимодействующее ядро твердого материала, размер которого в ходе реакции постоянно изменяется (уменьшается).

С_тв С_тв 3- ядро С_тв 1- ГЛП

2- «зола»

4- поверхность

R R R

τ₁ τ₂ τ₃

Рис 2.1. Модель частицы с невзаимодействующим ядром в различные моменты времени: τ₁,τ₂,τ_3; (τ₁ <τ₂ <τ₃); 1-газовая (жидкая) ламинарная пленка (ГЛП); 2-слой твердого продукта реакции («зола»); 3- ядро (исходный твердый реагент); 4-поверхность, на которой протекает химическая реакция