Глава III. Диффузионная кинетика.

ГЛАВА III. ДИФФУЗИОННАЯ КИНЕТИКА.

Процессы переноса заряда через границы раздела фаз - частный случай гетерогенных химических процессов. Как и в этом более общем случае, одной из последовательных стадий электродного процесса является поставка реагентов (отвод продуктов) к (от) поверхности реакции - электроду, на котором протекает та или другая электрохимическая реакция. В определенных условиях скорость такой поставки-отвода участников реакции может оказаться лимитирующей протекание процесса в целом. В этих случаях говорят о диффузионной кинетике гетерогенного процесса. Одним из примеров гетерогенных процессов, часто протекающих по диффузионной кинетике, является растворение твердых тел в жидкостях. Именно с этих процессов началось изучение закономерностей протекания гетерогенных процессов на границах раздела твердое тело - жидкость. Обобщая экспериментальный материал, накопленный по скоростям этих процессов, А. Н. Щукарев установил эмпирический закон растворения твердых тел:

q _раст= kА(C_нас - C₀),                                                    (II.1)

где q _раст- количество вещества, растворяющегося в единицу времени; А - величина поверхности твердого тела; C_нас- концентрация раствора, насыщенного по растворяемому веществу; C₀ - объемная концентрация по растворяющемуся веществу в данный момент времени t и k - коэффициент пропорциональности. Факт пропорциональности скорости растворения dq/dt = q _раст/А разности концентраций (C_нас-C₀) насыщенного и изучаемого раствора, отражаемый уравнением (II.1), можно трактовать как наличие вблизи поверхности реакции некого слоя жидкости d, в котором концентрация растворяющегося вещества меняется от предельно возможной (C_нас) у границы раздела до своего объемного значения (C₀) в конце этого слоя. Существующий в этих условиях вблизи поверхности твердого тела градиент концентрации вызывает диффузию растворяющегося вещества вглубь раствора, скорость которой и определяет протекание процесса растворения в целом. Эти соображения, сформулированные еще Нернстом, позволили ему записать закон растворения (II.1) в виде

dq/dt = D(C_нас - C₀)/ d,                                                  (II.2)

где D - коэффициент диффузии растворяющегося вещества. Уравнение (II.2), по сути дела, выражает основное содержание классической теории гетерогенных процессов. С соответствующими дополнениями эта теория обобщается на случай электродных процессов. Однако сама теория в форме, приданной ей Нернстом, содержит ряд упрощающих предположений, обсуждение которых целесообразно провести на основании более общих соображений о закономерностях массопереноса (диффузии) в жидких средах.

ГЛАВА III. ДИФФУЗИОННАЯ КИНЕТИКА.

Процессы переноса заряда через границы раздела фаз - частный случай гетерогенных химических процессов. Как и в этом более общем случае, одной из последовательных стадий электродного процесса является поставка реагентов (отвод продуктов) к (от) поверхности реакции - электроду, на котором протекает та или другая электрохимическая реакция. В определенных условиях скорость такой поставки-отвода участников реакции может оказаться лимитирующей протекание процесса в целом. В этих случаях говорят о диффузионной кинетике гетерогенного процесса. Одним из примеров гетерогенных процессов, часто протекающих по диффузионной кинетике, является растворение твердых тел в жидкостях. Именно с этих процессов началось изучение закономерностей протекания гетерогенных процессов на границах раздела твердое тело - жидкость. Обобщая экспериментальный материал, накопленный по скоростям этих процессов, А. Н. Щукарев установил эмпирический закон растворения твердых тел:

q _раст= kА(C_нас - C₀),                                                    (II.1)

где q _раст- количество вещества, растворяющегося в единицу времени; А - величина поверхности твердого тела; C_нас- концентрация раствора, насыщенного по растворяемому веществу; C₀ - объемная концентрация по растворяющемуся веществу в данный момент времени t и k - коэффициент пропорциональности. Факт пропорциональности скорости растворения dq/dt = q _раст/А разности концентраций (C_нас-C₀) насыщенного и изучаемого раствора, отражаемый уравнением (II.1), можно трактовать как наличие вблизи поверхности реакции некого слоя жидкости d, в котором концентрация растворяющегося вещества меняется от предельно возможной (C_нас) у границы раздела до своего объемного значения (C₀) в конце этого слоя. Существующий в этих условиях вблизи поверхности твердого тела градиент концентрации вызывает диффузию растворяющегося вещества вглубь раствора, скорость которой и определяет протекание процесса растворения в целом. Эти соображения, сформулированные еще Нернстом, позволили ему записать закон растворения (II.1) в виде

dq/dt = D(C_нас - C₀)/ d,                                                  (II.2)

где D - коэффициент диффузии растворяющегося вещества. Уравнение (II.2), по сути дела, выражает основное содержание классической теории гетерогенных процессов. С соответствующими дополнениями эта теория обобщается на случай электродных процессов. Однако сама теория в форме, приданной ей Нернстом, содержит ряд упрощающих предположений, обсуждение которых целесообразно провести на основании более общих соображений о закономерностях массопереноса (диффузии) в жидких средах.