微波化学反应速率
微波化学反应速率,无机的要比有机的快,在确定的条件下,微波化学反应速率与反应条件甚为密切,比如浓度、温度、有无催化剂等等都有着密切的联系。
分子碰撞理论
分子必须碰撞才能发生反应,但不是所有的分子间的碰撞都能发生化学反应。在实验证明中,反应物分子发生的亿万次的碰撞中,只有极少数碰撞是有效的,也称为有效碰撞。
例如:在CO+NO2→CO2+NO反应中CO分子和NO2分子可有不同取向的碰撞,只有碳原子与氧原子相碰撞才有可能发生氧原子转移,假如是碳原子与氮原子相碰撞就不可能发生氧原子的转移。
在微波能量的强催化下,分子有效碰撞几率在无微波催化时增加了上亿倍,其有效碰撞也就增加了,故微波反应也增加了。
反应物分子必须具备足够大的能量。由于相互碰撞的分子价电子云之间存在着强烈的静电排斥力。因此,只有能量足够大的分子在碰撞时才能以足够大的动能去克服它们价电子云之间的排斥力。而导致原有化学键的断裂和新化学键的形成。就象是一对恋人,只是因恋爱结合,可进入生活中又有了太大的分歧,但这种分歧还不足以去离婚。而同时又出现了其中一方渴望找的人,此人就产生了很大的吸引力,但原本还有一些留恋对方。故就出现了一方就需更大的决心和辅助手段去争取这份爱情。要把对方之间的耗电排斥力所克服,才能争取一方的重组。此例就说明了能量的问题,化学反应与爱情一样的。在微波对其吸波物质穿透振荡时,有效的把相互碰撞的分子价电子云的静电排斥力减少,从而克服了价电子云之间的排斥力,从而使原有化学键的断裂和新化学键的形成起到了强大的外能量作用。
反应物分子要定向碰撞,如果碰撞的部位不对头,不能有力地碰撞到该起反应得原子上。那么即使反应物分子具有足够大的量,反应也不一定发生。
影响化学反应速率的因素。化学反应速率的大小首先取决于反应的性质,如燃烧、爆炸反应及溶液中的一些无机离子反应,速率大、多并且非常快,瞬时间就能完成。大多数有机反应则较缓慢,常常需要数小时或更长的一些时间。对于同一类型的反应,往往是由于反应物的性质不同,反应的历程不同,反应量能不同。对某一具体的化学反应来说,反应速率与反应的条件关系甚为密切。这些条件主要是浓度、温度及有无催化剂等。
具体表现在以下方面:
A、浓度对反应速率的影响
质量作用定律:
活化分子数 / 体积 = (反应物分子总数×活化分子百分率)/ 体积
增加反应物的浓度,单位体积内的活化分子数也必然相应地增多,从而增加了单位时间内反应物分子间的有效碰撞次数,导致反应速率加快。
B、 温度对反应速率的影响
温度升高会加快反应速率,如氢和氧化合成水的反应,在常温下几乎察觉不到其反应进行,但是在温度升高到600oC以上时,反应迅速剧烈。反应速率增大,在浓度相同的情况下,温度升高10o,反应速率增加2-4倍,相应的速率常数也按同样的倍数增加。
温度升高,分子平均能量增加,运动速度加快,使分子间的碰撞次数增多。其中有效碰撞次数也相应增加。
微波恰恰是这种能使分子平均能量增加,使之运动速度加快,使分子间碰撞产生亿位增多的温度升高源,因为915MHZ的微波管发出的微波在1µs间,对吸波物质的穿透振荡率达到了亿万次左右,在分子之间振荡摩擦所产生的热量可以升高到1200℃左右,加快了灰色离子核的活化性能。因此由于能量升高,在所有分子普遍获得能量的基础上,更多的分子成为活化分子,增加了活化分子的百分数。从而使单位时间内有效碰撞次数显著增加,故显著地加快了反应速率。
C、 催化剂对反应速率的影响。
例如硫酸生产中的钒催化剂,氨合成的铁催化剂,丙烯生产中的氯化亚铜—氯化铵催化剂等都属于这种情况。
有催化剂参加的反应为催化反应,这种反应有以下几种特点:
(1) 反应前后催化剂的组成、性质、质量不变。
(2) 催化剂同时加快正、逆反应速率,且增加的倍数不同。固体催化剂只能缩短达到平衡的时间,而不能改变平衡状态。
(3) 催化剂有选择性,不同反应常采用不同的催化剂。即一个反应有它的独特的催化剂,同样的反应物选用不同的催化剂有时可能进行不同的反应,也可抑制某些副反应的进行。
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