Ứng dụng nhiệt động học: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Ứng dụng nhiệt động học" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Cơ sở động học của phản ứng đóng thể và dị thể; Phản ứng dị thể và mặt phân cách rắn; Động học tương tác giữa các pha; Các phản ứng rắn - rắn; Các phản ứng rắn - khí; Các phản ứng rắn - lỏng; Các phản ứng lỏng - khí. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng nhiệt động học: Phần 2 PHAN II ĐỌNG HỌC Chương 5 MỎ ĐẨU5.1. PHẠM VI VÀ GIÁ TRỊ CỦA ĐỘNG HỌC Phân biệt nhiệt động học và động học. Động học là khoa học về tốc độ phản ứng, về những yếu tô ảnh hưởng đếntốc độ phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác...), về cơ chế phản ứng (sự diễnbiến của phản ứng từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối). Động học có giá trị lý thuyết và thực tiễn. - Lý thuyết: tìm tòi và nắm vững các quy luật, các đặc trưng động học vàcơ chế phản ứng. - Thực tiễn: điều khiển có ý thức quá trình công nghệ, có thể tính được chếđộ làm việc tôi Ưu của thiết bị, đặc biệt là sáng tạo ra quá trình công nghệ mối. Khi một phản ứng về mặt lý thuyết có khả năng nhiệt động học xẩy ra, màtrên thực tế không xẩy ra được, ta nói đó là vì có những trở ngại động học kìmhãm nó, làm cho nó có tốc độ cực kỳ nhỏ, không quan sát được. Khi tạo ra những điều kiện thích hợp (nhiệt độ tăng, có ánh sáng, chất xúctác) để vượt qua trơ ngại động học thì phản ứng mới xẩy ra. Về mặt động học, khả năng thực hiện một phản ứng được đặc trưng bằngnái2g lượng huạl hóa của nô. Khái niệm này âu Arrheiủus (ìẽ ra nầm ĩ 889.Năng lượng hoạt hóa là năng lượng dư tối thiêu mà các phân tử tương tâc phảicó để xẩy ra tương tác giữa chúng, dẫn đến phản ứng thực sự. Một cách hình tượng, người ta nói là, để phản ứng có thể xẩy ra thực sự,hệ phản ứng như phải vượt qua một hàng rào thế nảng ngăn cách trạng tháiđầu và trạng thái cuối, hàng rào càng cao càng khó vượt, và là một trở ngạiđộng học. Khi hàng rào rất cao, phản ứng thực tế có thế hoàn toàn không xẩy rađược, mặc dù ở nhiệt độ thấp này phản ứng vẫn có thê có khả năng diễn ra vềmặt nhiệt động học. 1555.2. TỐC Độ PHẢN Ong Tốc độ của phản ứng A + B^ABlà số lượng của A (hoặc B) đã biến đổi trong đơn vị thời gian: —A„ ,A Sô lượng chất biến dổi TOC độ = ————------------------- Thời gian quan sát Biểu thức này chỉ xác định tốc độ trung bình của phản ứng trong thời gianquan sát, bỏi vì tốc độ thường không cố định. Nếu cv C2 là nồng độ của chất nào đó ở các thời điểm tj, t2 tương ứng thìtộc độ phản ứng (vtb) xác định như sau: ở trường hợp giới hạn khi (C2 - c) và (t2 - ti) rất nhỏ, thì: V_ =—dC- dt Nếu nồng độ của một trong các chất phản ứng (hoặc sản phẩm) đặt tronghệ tọa độ vói thòi gian thì tốc độ ồ thời điểm t là độ nghiêng của đường cong tạithòi điểm đó (xem hình 5.1). độ nghiêng của đường biểu diễn với t. Tốc độ phản ứng có thể là một trong ba loại sau đây: 1. Tốc độ không đổi theo thời gian;156 2. Tốc độ giảm theo thời gian; 3. Tốc độ tăng theo thời gian. Trường hợp 1 xẩy ra khi phản ứng xẩy ra giữa chất rắn với chất lỏng vớiđiều kiện nồng độ của chất phản ứng không đổi và diện tích của pha rắn khôngđổi trong suố quá trình. Trường hợp 2 xẩy ra khi: • Nồng độ của một trong các chất phản ứng giảm. • Diện tích của một trong các chất phản ứng giảm. • Trên bề mặt của pha rắn của chất phản ứng tạo ra sản phẩm phản ứng như là lốp màng bảo vệ. Trường hợp 3: úhg với các phản ứng tự xúc tác. Trường hợp này sản phẩm của phản ứnglại phản ứng tiếp tục với chất tham gia phản ứng. Tốc độ của phản ứng thay đổi từ cực kỳ chậm đến cực kỳ nhanh. Vì vậy cần biết các kiến thức vể các yếu tố làm cho phản ứng kết thúc ỏthòi gian tôì thiểu. Các ảnh hưởng của các yếu tô sau đây được xem là quan trọng. a) Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng Ni dụ, khi hòa tách cần biết nồng độ tối thiểu của dung môi hòa tách. Nếu một trong các chất tham gia phản ứng là pha khí thì cần biết ảnhhưởng của áp suất để việc sử dụng áp suất trong bình khí một cách có hiệu quả. b) Ảnh hưởng của nhiệt độ Một sô phản ứng dị thể không bị ảnh hưồng của nhiệt độ một cách rõ rệt.Trong khi đó một sô phản ứng dị thể khác thì bị ảnh hưởng rất lớn. c) Ảnh hưởng của sự khuấy trộn (hoặc tốc độ của dòng khí) Trong một sô phản ứng dị thể, nhân tô này có thể làm thay đổi rất lán.Trong khi, trong các phản ứng khác, chúng không có tác dụng gì trên thực tế. d) Ảnh hưồng của kích thước hạt Nếu phản ứng đã nhanh thì việc nghiền nhỏ sẽ không qúan trọng, mà việcnghiền lại gây tốh kém. Thông thường, việc nghiền nhỏ chỉ cần thiết đôì vốiphản ứng chậm. 157 Động học là công cụ ...