Скорость реакции в жидкости и газе

[drevnij]

Извините за школярский вопрос, туплю что-то.
Допустим, есть гетерогенно-каталитическая реакция. Берем два кусочка катализатора с одинаковой площадью поверхности (гладких, чтобы не впутывать диффузию) и помещаем в реактор, в котором реагент находится в равновесной паро-жидкостной смеси. Первый кусочек погружаем в жидкость, второй подвешиваем в парах. На каком кусочке будет выше скорость превращения?

[duke2003]

Очень важна специфика системы. Но предположив, что при соприкосновении молекулы субстрата с катализатором мгновенно происходит его превращение в продукт (S -> P) и, забывая про всякие приповерхностные слои (жидкости и газа), т.е., считая, что продукт достаточно быстро удаляется, то можно утверждать, что в жидкой фазе, скорость превращения будет ~ в 1000 раз выше. Лишь из-за плотности. Молекулы субстрата будут во столько раз чаще подлетать (и конвертироваться в продукт) к поверхности катализара, во сколько раз плотность жидкости больше плотности газа.

[Sovetnik]

гладких, чтобы не впутывать диффузию.
Первый кусочек погружаем в жидкость, второй подвешиваем в парах. На каком кусочке будет выше скорость превращения?

Без учета диффузии здесь никак не обойтись.
Обычно говорят о протекании реакции во внешнедиффузионной области, если скорость химического взаимодействия веществ (или разложение вещества) больше, чем скорость подвода исходных веществ или удаления продуктов реакции от поверхности катализатора, то есть имеет место внешнедиффузионное торможение (лимитирование).
В газовой фазе скорости диффузии выше, чем в жидкости, поэтому и скорость реакции при таком раскладе будет выше.

[drevnij]

Хм, а как насчет разницы концентраций, указанной уважаемым duke2003?
Намедни разбирал модели реакторов каткрекинга в литературе - так напрямую сказано, что продукты реагируют только в жидкой фазе. Это конечно упрощение, но вероятно оправданное. Собственно, отсюда и возник вопрос.

[duke2003]

drevnij

Если речь, про скорость поступления субстрата, то она, конечно важна, но, как уже писали, истинная скорость "прилета" субстрата - будет определяться лимитирующим (т.е. самым медленным) процессом, т.е. диффузией через приповерхностный слой жидкости. А диффузия, как известно процесс медленный, коэффициент самодиффузии воды в воде ~10^-9 - 10^-10 m2/sek. Можно оценить время за которое молекула пройдет, скажем 1 мкм слоя. А теперь, представте себе, газ, лучше в "молекулярном режиме" (противоположное диффузионному режиму, надеюсь, понятно о чем речь). То там время за которое субстра пролетит тот же 1 мкм будет отношение растояние к среднеквадратичной скорости.
Увидите большую разницу.
Когда можно пренебрезать диффузией через приповерхностный слой - в жидкости - отдельный разговор. Есть ряд простых экспериментов, позволяющих определить как она влияет на скорость реакции.
Но если ей пренебречь, когда этого делать нельзя, то можно запросто получить "сферического коня в вакууме".

Вот, http://sc.nios.ru/dlrstore/f0b1f030-a27 ... 392876.htm
можно поиграться.

[drevnij]

Насколько я понимаю, диффузия в газе на 5 порядков быстрее, чем в жидкости, хотя с ростом давления это соотношение должно снижаться.
А что такое "молекулярный режим, противоположный диффузному"? Мы здесь рассматриваем как раз молекулярную диффузию, не кнудсеновскую.

[duke2003]

Молекулярный - значит вероятность молекуле удариться об стенку сосуда (поры) больше чем с другой молекулой.

[drevnij]

Молекулярный - значит вероятность молекуле удариться об стенку сосуда (поры) больше чем с другой молекулой.

Это называется кнудсеновская диффузия.

[duke2003]

Наверное, уже забыл.