Кинетические уравнения каталитических реакций

Для примера рассмотрим каталитическую реакцию, протекающую по слитному механизму. Условия: система закрытая, V = const, реакции элементарные мономолекулярные, реакция (1) – обратимая, реакция (2) – не обратимая; подходит уравнение 1-го порядка.

+ уравнение мат.баланса по катализатору:

После установления квазистационарного режима:

С учетом мат.баланса:

и уравнение скорости процесса:

Выводы:

1) скорость реакции пропорциональна общей концентрации (количеству) катализатора в системе;

2) зависимость скорости реакции от концентрации реагента получается сложной.

3) при низкой концентрации реагента уравнение скорости процесса можно упростить:

,

kэф – эффективная константа скорости процесса

Получается уравнение реакции первого порядка.

4) при высоких концентрациях реагента скорость реакции достигает максимального значения и не зависит от количества реагента:

,

т.е. порядок по реагенту равен нулю.

Вывод: порядок каталитической реакции зависит от концентрации реагента и может меняться от нулевого до первого

5) при  на первой стадии процесса устанавливается равновесие, а вторая будет лимитирующей, тогда:

 и получается уравнение

,

которое широко используется для описания кинетики гомогенных и гетерогенных каталитических реакций. По линейной форме этого уравнения:

можно определить константы реакции, включая константу равновесия, если известна концентрация катализатора.

Однако выяснение механизма сложных каталитических реакций и вывод их кинетических уравнений является трудоемким процессом. На практике ограничиваются исследованием кинетики реакций в узком температурном и концентрационном интервале. Получаемые кинетические уравнения носят формальный характер, а получаемые значения констант реакций представляют комплекс констант элементарных процессов.