Механизм Лэнгмюра-Хиншельвуда.


Данный механизм, был предложен в 1921 г. Он основан на следующих предположениях:

1. Оба реагента адсорбируются без диссоциации на разных активных центрах.

2. Хемосорбированные на соседних центрах реагенты взаимодействуют с образованием адсорбированного продукта С.

3. Образовавшийся продукт десорбируется.

 

Последовательность стадий в механизме Лэнгмюра-Хиншельвуда описывается следующими уравнениями (символ "*" относится к адсорбированному веществу):

 

АГ ßà А*

ВГ ßà В*

А* + В* ßà С*

С* ßà СГ

 

Схематично механизм изображен на Рисунке 5.5.

 

 

 

Рис. 5.5. Схема механизма Лэнгмюра-Хиншельвуда.

 

Любая из указанных стадий может быть лимитирующей. Рассмотрим случай лимитирования собственно химической реакции на поверхности. В этом варианте кинетическое уравнение, учитывая выражения (5.15) и (5.16) будет выглядеть так:

 

rЭФ = dРС/dt = kqАqВ = (kKАРАKВРВ)/(1 + KАРА + KВРВ)2 (5.21)

 

Можно выделить ряд частных случаев наблюдаемых кинетических закономерностей для реакций, протекающих по механизму Лэнгмюра-Хиншельвуда:

 

1) Когда Оба реагента слабо адсорбируются, т.е. (KА и KВ) << 1, уравнение (5.21) принимает вид: rЭФ = kKАKВPАPВ = k’PАPВ, и реакция имеет первые порядки по реагентам.

2) Когда реагент А слабо сорбируется, а В - сильно, т.е. KА << 1 << KВ, уравнение (5.21) принимает вид: rЭФ = kKАРА/(KВРВ) = k’РАВ, и реакция имеет первый порядок по А и минус первый по В.

 

Рассмотрим теперь влияние парциального давления реагента А при постоянном парциальном давлении В (рВ = const):

 

1) При низких РА, когда KАРА << (1 + KВРВ), уравнение (5.21) принимает вид:

 

rЭФ = kKАРАKВРВ/(1 + KВРВ) » k’РА,

 

то есть скорость реакции прямо пропорциональна РА.

2) Скорость достигнет максимума при qА = qВ, или KАРА = KВРВ.

3) При высоких РА, когда KАРА >> (1 + KВРВ), уравнение (5.21) принимает вид:

 

rЭФ = kKВРВ/KАРА » k’/РА,

 

т.е. скорость изменяется обратно пропорционально РА.

 

Рисунок 5.6 иллюстрирует рассмотренные три случая.

 

Рис. 5.6. Предельные случаи зависимости скорости бимолекулярной реакции, протекающей по механизму Лэнгмюра-Хиншельвуда, от парциального давления одного из реагентов.

 

Статистическое объяснение зависимости, изображенной на Рисунке 5.6, заключается в следующем: При низких давлениях А степень заполнения поверхности реагентом А (qА) низка, и все хемосорбированные молекулы А могут реагировать с хемосорбированными молекулами В. Скорость реакции растет до максимального значения (при qА = qВ). При дальнейшем росте давления А поверхность все более блокируется компонентом А и вероятность расположения хемосорбированных молекул А и В на соседних центрах уменьшается, а вследствии этого снижается скорость реакции.

Механизм Лэнгмюра-Хиншельвуда наблюдается для многих промышленных реакций. Примеры некоторых процессов приведены в таблице 5.3.

 

 

Таблица 5.3.

Примеры промышленных процессов, протекающих по механизму Лэнгмюра-Хиншельвуда.

Процесс Катали-затор Уравнение реакции
Окисление СО Pt 2СО + О2 à 2СО2
Синтез метанола ZnO СО + 2Н2 à СН3ОН
Гидрирование этилена Cu С2Н4 + Н2 à С2Н6
Восстановление N2O Pt, Au N2O + Н2 à N2 + Н2O
Окисление этилена до ацетальдегида Pd С2Н4 + 0,5О2 à СН3СНО

 

 



Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 484;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.