ГЕТЕРОГЕНДІ ПРОЦЕСТЕРДІҢ КИНЕТИКАСЫ

Гетерогенді процестер деп реакцияға түсетін реагенттердің әрекеттесуі фазааралық бетте жүретін процестерді айтады, яғни біріне-бірі жанасатын әр түрлі фазадағы заттардың әрекеттесуі. Мұндай реакциялар табиғаттағы түрлі құбылыстар мен көптеген өндірістік процестерде жиі таралған. Гетерогенді реакцияларға көптеген мысалдар келтіруге болады. Өсімдік тіршілігіндегі қо-ректену мен даму, тірі организмдегі процестер гетерогенді реак-цияларға жатады.

Гетерогенді процестер көп сатылы жүреді. Әдетте кез келген гетерогенді реакция үш сатыдан тұрады. Біріншісі — әрекеттесе-тін заттарды фазааралық бетке жеткізу. Екінші сатысы — химия-лық реакцияның өзі, оның әрекеттесіп жүруі. Ал оньщ соңғысы — реакция өнімін реакция жүріп жатқан ортадан тысқа әкету.

Демек гетерогенді реакциялардың жылдамдыгы заттарды реакция жүретін фазааралық бетке әкелу, реакцияньщ жүруі және диффузия көмегімен реакция өнімін сол ортадан әкету про-цестерінің жылдамдығымен анықталады. Әр сатының жылдам-дықтары өзара тең болмаса, онда жалпы реакцияның жылдам-дығы ең аз сатынікімен анықталады. Ал егер жекеленген сатыдағы реакциялардың жылдамдығы өзара жақын және салыстырмалы болса, онда гетерогенді реакциялардың қосынды жылдамдығын олардың ең азымен сипатталуы шарт емес.

Гетерогенді процестердегі реакциялар фазааралық бетте жү-ретіндіктен, оған осы фазаның күйі, өлшемдері әсер етеді: гете-рогенді реащиялардыц жылдамдығы эрекеттесетін заттардық дисперстік дәрежесіне тура пропорционалды. Мүндай реакция-лардьщ жылдамдығы диффузия жылдамдығьіна да тікелей тәу-елді.

Диффузия жылдамдығы белгілі өлшемдегі аудан арқылы йі уакыт ішінде өткен заттың йп молінің санымен өлшенді. Мұнын, сан өлшемі Фик заңымен анықталады. Фиктіқ бірінші заңын ма-тематикалық тұрғыдан төмендегіше өрнектеуге болады:

 (156)

Мұндағы dCdх — диффузия градиенті және ол dC концентра-циясының dх үзындықтағы өзгерісін көрсетеді. D — пропорцио-налдық немесе диффузия коэффициенті. Бұл тендеу алдындағы теріс таңба диффузия жүретін бағытқа қарай концентрацияның кемитінін көрсетеді.

1“

143

Тұрақты диффузиялық лектегі концентрацчя градиенті тұрақ-ты шама және оны (С₀—С)/а катынасымен алмастыруға болады, о — диффузиялық қабаттың қалындығы, С₀ және С осы қабаттың екі жағындағы концентрация. Аудан бірлігіндегі диффузия жыл-дамдығы:

 (156) теңдеуді ескеріп, бұл теңдеуді:

 (І58)

түрінде қайта жазуға болады.

Демек диффузия жылдамдығы концентрация айырмасына тура, ал диффузиялық қабат қалыңдығына кері пропорционал екен. Сонда диффузиялық коэффициент (D) диффузияға ұшыраған заттың табиғатына, диффузия жүретін ортаға, температураға тәуелді, ал концентрация мен қысымға тәуелсіз екен. Оның өлщем бірлігі — см²/с.

Гетерогенді процестер жүргенде кейде жаңа фаза пайда болады. Ол әуелі бірнеше кристалл, не тамшы түрінде пайда болып дамиды. Осы бірнеше кристалл мен тамшыны кейде ұйытқы деп те атайды.

Жаңа фаза пайда боларда ескі фазанын, бірнеше жерінде мо-лекулалар өздерінің кейбір қалыпты жағдайынан сәл болса да ауытқи бастайды. Әдетте бұл құбылысты флуктуация дейді. Осы кезде молекулалар өз тепе-теңдігінен айырылады. Діайда болған жаңа фаза термодинамикалық түрғыдан алғанда ескі фазадан тұрақты болатын жағдайда ұйытқы жаңа бөлшектердің шекті өл-шемі болып, ол жаңа фазаның пайда болуына септеседі. Бұл кұ-былыс кері жүрсе жаңа фаза туындамайды. Жаңа фазаның пайда болуы теориясын Гиббс, Данилов, т. б. зерттеп, ұсынды.

Бұл теориядағы кейбір қағидалар мен теңдеулерді пайдаланып, қайсыбір заттарға басқа заттын, үгіндісін салса, оның неліктен және қалайша тез кристалданатынын, қалайша кристалдану жыл-дамдығын реттейтіндікті түсіндіреді. Өте ұсақ, ерімейтін қатты түйіршіктер сұйықта болған кездерде, әдетте кристалды ұйытқы-ны пайда етуге жұмсалатын жұмысты төмендетеді және кристал-данудың ортасына, көзіне айналады. Тіпті өте аз шамада болса да, еритін қоспалар ұйтқының бірінші түйірінің бетіне келіп жа-бысқаида, беткі тұтқырлық коэффициентінің шамасы едәуір тө-мендеп, жылдамдыгы артады. Ал, кейде бұған кері құбылыс та байқалады. Кристалдану жылдамдығына өз ықпалын тигізетін және еритін коспаны модификаторлар (түрлендірушілер) деп атай-ды. Оны пайдалану арқылы кристалдану процесін реттеп, берілген қасиеттегі және құрылымдағы қатты заттарды алады.

Бұл теориядағы кейбір қағидалар мен теңдеулерді пайдаланьш, қайсыбір заттарға басқа заттың үгіндісін салса, оның неліктен және қалайша тез кристалданатынын, қалайша кристалдану жыл-дамдығын реттейтіндікті түсіндіреді. Өте ұсақ, ерімейтін қатты түйіршіктер сұйықта болған кездерде, әдетте кристалды ұйытқы-ны пайда етуге жұмсалатын жұмысты төмендетеді және кристал-данудың ортасына, көзіне айналады. Тіпті өте аз шамада болса да, еритш қоспалар ұйтқының бірінші түйірінің бетіне келіп жа-бысқанда, беткі тұтқырлық коэффициентінің шамасы едәуір тө-мендеп, жылдамдығы артады. Ал, кейде бұған кері құбылыс та байқалады Кристалдану жылдамдығына өз ықпалын тигізетін және еритін коспаны модификаторлар (түрлендірушілер) деп атай-ды Оны пайдалану арқылы кристалдану процесін реттеп, берілген қасиеттегі және құрылымдағы қатты заттарды алады.