Гетерогенными называются процессы, происходящие между веществами, находящимися в различных соприкасающихся фазах. К ним относятся как химические, так и физические процессы. Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется скоростями его отдельных стадий. Если скорость одной из последующих стадий значительно меньше других, то суммарная скорость окажется скоростью этой самой медленной стадии. Если наиболее медленным звеном процесса являются стадии:
- 1 или 3, то кинетика суммарного процесса будет диффузионной;
- 2, то скорость процесса будет определяться скоростью химической реакции, тогда говорят, что процесс идет в кинетической области.
При сравненных скоростях диффузии и химического превращения говорят о промежуточной области протекания гетерогенной реакции.
В случае, если гетерогенный процесс состоит из ряда одновременно протекающих параллельных процессов, то определяющим является самый быстрый процесс. Например, горение твердого и газообразного топлива; восстановление твердых оксидов газами или углеродом; распределение веществ между фазами. Отличительной особенностью гетерогенных процессов является их сложность и многостадийность.
Если гетерогенный процесс находится в кинетической области, то его течение подчиняется законам протекания на поверхности раздела фаз. Особенности таких процессов:
- любой порядок процесса
- резкая зависимость скорости процесса от температуры
- зависимость скорости процесса от величины поверхности раздела фаз
- отсутствие влияния на скорость процесса изменения гидродинамических и аэродинанических.
Первые три особенности, хотя и в меньшей степени, наблюдаются также и тогда, когда процесс находится в переходной области. Четвертая особенность служит основным экспертным признаком того, что процесс протекает в кинетической области.
Для процессов, протекающих в диффузионной области отметим следующее:
1) процесс всегда первого порядка, так как скорость диффузии определяется первым законом Фика, который описывает процесс диффузии и отражает тот факт, что поток вещества I в направлении оси x пропорционален градиенту концентрации dC / dx :
Коэффициент диффузии D зависит от температуры T и подвижности u вещества в среде: D = RTu, где R - газовая постоянная. Размерность потока - моль / см2c . Это уравнение представляет собой частный случай более общего электродиффузионного уравнения Нернста-Планка.
2) слабая зависимость скорости от температуры
3) слабая зависимость скорости процесса от величины поверхности раздела фаз;
4) резкое влияние на скорость процесса аэродинамических и гидродинамических условий его проведения.
Изменение условия проведения процесса может перевести его из одной области в другую. Повышение температуры при постоянстве других факторов способствует переходу процесса в диффузионную область.