В чем заключается особенность квазигомогенной модели гетерогенного процесса в системе газ – твердое?
Выберите один ответ:
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, реакция в которой протекает сразу во всем объеме
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой изменяется в процессе реакции от R до 0 без образования слоя золы
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой не изменяется в процессе реакции, а на месте прореагировавшей части образуется слой золы
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой изменяется в процессе реакции от R до r
Решение:
Для понимания особенностей квазигомогенной модели гетерогенного процесса "газ – твердое" необходимо сначала разобраться с общими моделями гетерогенных реакций.
Гетерогенные реакции "газ – твердое" – это реакции, протекающие на границе раздела фаз между газообразным реагентом и твердым телом. Существует несколько моделей, описывающих кинетику таких процессов, среди которых выделяют:
- Модель неизменного ядра (или модель сжимающейся сферы/ядра): В этой модели реакция протекает на поверхности твердой частицы, и по мере расходования реагента образуется слой твердого продукта (золы), который покрывает непрореагировавшее ядро. Размер непрореагировавшего ядра уменьшается, а внешний размер частицы может оставаться постоянным или незначительно меняться, но внутри образуется слой продукта.
- Модель равномерного проникновения (или квазигомогенная модель): В этой модели предполагается, что газообразный реагент проникает внутрь пористой твердой частицы, и реакция протекает по всему объему частицы одновременно, хотя и с разной скоростью в разных точках. При этом не образуется четкого слоя золы, отделяющего прореагировавшую часть от непрореагировавшей.
Теперь рассмотрим предложенные варианты, исходя из определения квазигомогенной модели:
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, реакция в которой протекает сразу во всем объеме – это описание соответствует квазигомогенной модели. В этой модели газ проникает в поры частицы, и реакция начинается не только на внешней поверхности, но и внутри, по всему объему частицы.
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой изменяется в процессе реакции от R до 0 без образования слоя золы – это описание больше подходит для модели сжимающейся сферы, но без образования золы, что не всегда соответствует реальности. В квазигомогенной модели акцент не на изменении наружного размера, а на объемном протекании реакции.
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой не изменяется в процессе реакции, а на месте прореагировавшей части образуется слой золы – это описание соответствует модели неизменного ядра (сжимающейся сферы), но не квазигомогенной.
- рассматривается твердая частица шарообразной формы, наружный размер которой изменяется в процессе реакции от R до r – это слишком общее описание изменения размера, которое может быть применимо к разным моделям, но не отражает ключевой особенности квазигомогенной модели – протекания реакции по всему объему.
Ключевая особенность квазигомогенной модели заключается в том, что реакция протекает не только на внешней поверхности, но и внутри пористой частицы, то есть "сразу во всем объеме" частицы, хотя и с градиентом концентрации реагента внутри. Это отличает ее от модели сжимающегося ядра, где реакция идет слоями от поверхности к центру.
Ответ:
Правильный ответ: рассматривается твердая частица шарообразной формы, реакция в которой протекает сразу во всем объеме.