Понятие о микро и макрокинетике

Процессы, протекающие в жидкостях и в газах, обычно рассматриваются с двух точек зрения процесс взаимодействия отдельных молекул на микроуровне и процесс взаимодействия агрегатов молекул - на макроуровне.

В системе на микроуровне жидкость представляет собой свободные индивидуальные молекулы, движущиеся в различных направлениях, сталкивающиеся и смешивающиеся со всеми другими молекулами данной жидкости; в системе на макроуровне жидкость представляет собой совокупность большого числа небольших глобул, т. е. групп молекул, как бы заключенных в оболочку. Предполагается, что эта внешняя оболочка химически инертна и единственное назначение ее состоит в том, чтобы сохранить условно Снятую индивидуальность каждой глобулы.

Весьма условно потоки жидкости в микро- и макро состоянии показаны на рис. Особенности микро- и макро состояния можно также проследить при смешении жидкостей: чем выше вязкость смешивающихся жидкостей, тем ярче проявляются в ней признаки макро состояния. В качестве примера представим себе сосуд с мешалкой, в котором весьма интенсивно перемешивается

Поток идеализированных жидкостей в микро- и макро состояниях:

1 — жидкость в микро состоянии; 2—жидкость в макро состоянии.

жидкость с малой вязкостью (вода). В эту жидкость вливают другую жидкость тоже малой вязкости (этиловый спирт). Эти жидкости хорошо перемешиваются и смесь быстро становится однородной; условно можно принять, что смешение происходит на микроуровне. Если в тот же сосуд вместо этилового спирта вливать очень вязкую жидкость (например, глицерин), а интенсивность перемешивания снизить (уменьшить частоту вращения мешалки), глицерин разобьется на отдельные капли (глобулы) и жидкость не скоро станет однородной. Условно можно принять, что смешение происходит на макроуровне. В микросостоянии жидкость не обладает никакими свойствами, обусловленными присутствием глобул молекул и, наоборот, свойства жидкости, находящейся в макросостоянии, в значительной степени определяются наличием глобул. Реальная смесь в той или иной степени проявляет промежуточные свойства, которые зависят от свойств жидкости и от системы, в которой происходит смешение. Все вопросы, изучаемые в курсе физической химии, химическое равновесие, кинетика химических реакций и др. рассматриваются на микроуровне, т. е. на уровне отдельных молекул. Такой подход позволяет проанализировать влияние различных факторов в идеализированных условиях. В промышленных условиях при оформлении подавляющего большинства химических процессов необходимо учитывать многие сопутствующие физические процессы, связанные с макро состоянием системы и накладывающиеся на основной химический процесс. Важнейшими из них являются: а) диффузия исходных реагентов в зону реакции и продуктов реакции из зоны реакции, б) выделение и распределение тепла. На оба эти процесса сильное влияние оказывают аэрогидродинамические условия (т. е. характер движения газа или жидкости), поскольку от них зависят конвективный перенос тепла и диффузия вещества.Таким образом, при изучении реального химико-технологического процесса необходимо учитывать влияние диффузии, теплопередачи и конвекции, т. е. процесс следует рассматривать на макроуровне.