При описании топохимических процессов используют две модели:
1. Квазигомогенная модель
2. Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции (модель частицы с невзаимодействующим ядром)
Квазигомогенная модель. Согласно этой модели топохимического процесса реакция протекает одновременно во всех точках объема твердой фазы. Такая модель реализуется, если протекает медленная химическая реакция г. или ж. реагента с высокой пористой твердой фазой. Данная модель не получила широкого распространения в вследствие трудности создания твердой фазы.
Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции.Согласно этой модели реакция первоначально протекает на внешней поверхности твердой фазы, пока она полностью не прореагирует. По мере протекания реакции образуются твердые продукты реакции, которые называются золой. В дальнейшем исходные газообразные реагенты диффундируют через слой золы к поверхности твердой фазы. После этого протекает реакция взаимодействия продиффундирующей газовой фазы с
исходной тв. фазы. Зона реакции постепенно перемещается вглубь твердой частицы и завершается после ее полного исчезновения.
В произвольные моменты времени твердая частица представляет собой внутреннее ядро, окруженное внешней оболочкой. Ядро состоит из непрореагирующего реагента, поэтому эту модель называют моделью с непрореагирующем ядром. Окружающая его оболочка состоит из твердого продукта и инертных веществ. Данная модель значительно точнее отражает действительную модель процесса, поэтому и получила наибольшее распространение. В связи с этим рассмотрим механизм и кинетику топохимического процесса, описываемого данной моделью.
Большинство топохимических процессов описываются моделью с невзаимодействующим ядром (рис 2.1).
Согласно модели с невзаимодействующим ядром, химическая реакция вначале протекает на внешней поверхности твердой частицы. Зона реакции постепенно продвигается внутрь ее, оставляя за собой полностью превращенный продукт (золу). Следовательно, в любой момент времени имеется частица твердого материала с постоянным объемом, которая включает в себя невзаимодействующее ядро твердого материала, размер которого в ходе реакции постоянно изменяется (уменьшается).
Ств Ств 3- ядро Ств 1- ГЛП
2- «зола»
4- поверхность
R R R
τ1 τ2 τ3
Рис 2.1. Модель частицы с невзаимодействующим ядром в различные моменты времени: τ1 ,τ2 ,τ3 ; (τ1 <τ2 <τ3); 1-газовая (жидкая) ламинарная пленка (ГЛП); 2-слой твердого продукта реакции («зола»); 3- ядро (исходный твердый реагент); 4-поверхность, на которой протекает химическая реакция