Изменение скорости реакции во времени

Число прореагировавших молей в единице объема за вре­мя обозначим с_B. Тогда, в соответствии с законом действующих масс, для рассматриваемо-

Рис. 5. Зависимость скорости реакции от порядка реакции

го момента времени скорость реакции можно записать в виде

, (79)

где с_А — начальная концентрация реагирующего вещества. Решение уравнения (79) при постоянной температуре имеет вид

. (80)

Графическая иллюстрация зависимости (80) приведена на рис. 5. Экспоненциальный закон расходования исходного вещества показывает, что в начальный момент количество продуктов реакции (или расхода исходного вещества) увели­чивается, затем этот процесс замедляется. С повышением по­рядка реакции скорость реакции падает.

Организация процесса горения предусматривает обеспече­ние многих факторов. Например:

- к горючему необходим подвод окислителя;

- составы горючего и окислителя должны соответствовать условиям воспламенения;

- необходимо обеспечить воспламенение топливоокислительной смеси;

- необходимо создать условия для стабилизации воспламенения и горения.

Удовлетворение этих условий зависит от протекания кине­тических и диффузионных процессов. Рассмотрим некоторые из них.

В соответствии с современным представлением, основан­ном на работах Н. Н. Семенова, горение протекает по цепному принципу. В процессе цепной реакции на начальном этапе образуются промежуточные продукты (радикалы, сво­бодные атомы), обладающие повышенной реакционной актив­ностью. Последние вступают в химические взаимодействия между собой и исходными реагентами, в результате появля­ются конечные продукты и одновременно регенерируются ак­тивные промежуточные продукты, количество которых с тече­нием времени при определенных условиях увеличивается. Скорость такого цепного процесса лавинообразно возрастает (цепной взрыв).

Начальный процесс образования активных продуктов из исходных веществ называется зарождением цепи. Этот про­цесс идет с поглощением энергии, т. е. является эндотерми­ческим, так как для разрыва внутримолекулярных связей не­обходима энергия.

Разветвление цепи происходит в результате реагирования одной молекулы активного вещества с исходным веществом, вследствие чего образуются две или несколько молекул ак­тивного продукта.

Под обрывом цепи понимается процесс, при котором ак­тивный продукт исчезает. Если скорость разветвления боль­ше скорости обрыва, то происходит развитие цепной реакции, если скорость обрыва больше скорости разветвления, то реак­ция не происходит. К обрыву цепи может привести столкно­вение активных центров между собой, с молекулами инерт­ного газа или со стенкой сосуда.

Схема реакции горения водорода, протекающей по цеп­ному принципу, приведена на рис. 6. Итоговый результат одной цепочки горения водорода можно представить следую­щим равенством:

Н + 3Н₂+О₂ = 3Н + 2Н₂О. (81)

Из этого уравнения видно, что вступление одного атома водорода в реакцию привело к появлению конечного продукта (2Н₂О) итрех новых активных центров — атомов водорода, т. е. имеется процесс разветвления цепи.

+

O₂

OH O

+ +

H₂ H₂

H₂O [H] [H] OH

+

H₂ H₂O

[H]

Рис. 6. Цепной принцип горения водорода