Химические реакции

Описание химических превращений складывается из стехиометрических соотношений, уравнения химического равновесия и описания кинетических закономерностей.

Стехиометрическое уравнение является кратким выражением материального баланса реакции:

(7)

где S_i - стехиометрические коэффициенты; для исходных веществ S_i<0, для продуктов реакции S_i>0; A_i - символы веществ, участвующих в реакции. Наиболее часто для решения стехиометрических задач используются методы линейной алгебры 1].

Расчёт химического равновесия позволяет выяснить принципиальную возможность получения тех или иных веществ в требуемых количествах, а также оценить содержание в них примесей и побочных веществ.

Существует несколько методик термодинамического анализа сложных систем. Простейшие основаны на решении систем уравнений, образованных выражениями для констант равновесия, совместно с уравнениями стехиометрического баланса. Для многокомпонентных гетерогенных систем (а это - большинство металлургических процессов), используются методы, основанные на принципе максимума энтропии (или минимума энергии Гиббса) для системы, находящейся в равновесии, и реализуемые только с помощью компьютерных технологий. [2,3,4].

Кинетика химической реакции описывается скоростью r изменения массы реагентов G в единице объёма V. Для гомогенных реакций или единицу поверхности S. Для гетерогенных процессов . Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ записывается в виде

(8)

где n_i (i=1, 2,..., m) - порядок реакции по веществу A_i; k - константа скорости химического процесса, выражаемая уравнением Аррениуса (k = k₀ exp (-E / RT) через энергию активации Е, R - универсальная газовая постоянная; k₀ - предэкспоненциальный множитель.