Гомогенной является реакция, протекающая в рамках одной фазы вещества. Реагенты и продукты находятся в одной фазе: как правило, жидкой или газообразной.
Гомогенный процесс — это взаимодействие веществ, находящихся в одинаковой фазе (твёрдое вещество, жидкость, газ). Такие процессы отличаются однородностью, одинаковым химическим составом и равномерностью изменений во всём объёме вещества. На скорость взаимодействия реагентов влияет их состав, концентрация, температура, наличие катализатора.
Особенности гомогенных реакций
Существует два типа процессов: гомогенные и гетерогенные. Если в первом случае все вещества-участники находятся в одной и той же фазе, то во втором фазы отличаются. Также гетерогенный процесс может происходить на поверхности несмешивающихся сред.
Гомогенная химическая реакция отличается от гетерогенной однородностью. Процесс происходит во всём объёме вещества с равной скоростью.
Благодаря однородности такие процессы более просты, чем гетерогенные. На результат влияют характеристики и природа взаимодействия веществ.
Фаза, в которой находятся реагенты и продукты, полученные в результате их взаимодействия, не влияет на результат взаимодействия — в отличие от гетерогенных процессов, где фазу также необходимо рассматривать как важный фактор, влияющий на взаимодействие реагентов.
Гомогенная среда
Гомогенная среда представляет собой однородную систему, составляющие которой не могут быть механически отделены друг от друга. Кроме того, составляющие такой системы невозможно выявить при помощи визуального осмотра — граница между веществами отсутствует. Все вещества, входящие в систему, находятся в раздробленном состоянии на молекулярном уровне и равно распределены в общей массе.
Благодаря равномерному распределению составляющих системы химический состав одинаков в каждой точке общей массы. Физические свойства также одинаковы во всей системе. Характеристики системы изменяются равномерно и непрерывно в любой её точке.
Наиболее распространённый пример гомогенной среды — смесь газов, а также некоторых жидкостей, которые при смешивании образуют истинный раствор (смесь, характеристики которой одинаковы в любой точке). Кроме того, гомогенная среда может быть представлена в виде твёрдого вещества — например, металлического сплава. Лёд, образованный в результате замораживания истинного раствора нескольких жидкостей, также является гомогенной средой.
Скорость гомогенной реакции и влияющие на нее факторы
Скорость гомогенной реакции определяет изменение концентрации вещества-участника процесса за определённый отрезок времени. На скорость влияет несколько факторов:
-
концентрация веществ;
-
химические свойства реагентов;
-
температура, при которой происходит процесс;
-
наличие катализаторов.
Реакторы для проведения гомогенных реакций
Реакторы — это установки, позволяющие достичь максимальной эффективности процесса гомогенных реакций. В таких установках происходит перемешивание реагентов, обеспечение необходимой температуры, а также добавление катализатора при необходимости ускорения процесса.
Основная функция реактора — перемешивание реагентов. Однородность процесса и одинаковая фаза веществ-участников облегчают перемешивание, благодаря чему конструкция реактора для подобных процессов проще, чем устройство установки для гетерогенных реакций.
Перемешивание выполняется с несколькими целями:
-
ускорение протекающих процессов;
-
увеличение теплопередачи между реагентами и теплообменными поверхностями;
-
обеспечение равномерности нагрева.
В реакторах, предназначенных для взаимодействия газообразных веществ, используются эжекторные смесители, каскадные смесители, устройства для центробежного перемешивания рабочей среды.
Реакторы для жидких сред оснащаются перемешивающими устройствами (механическими либо пневматическими). Перемешивание особенно важно при протекании процессов между веществами, находящимися в жидкой фазе. Для газообразных веществ перемешивание играет меньшую роль.
Помимо перемешивания, в реакторе обеспечиваются дополнительные условия для ускорения или замедления реакции. Так, реактор позволяет создать температурные условия, необходимые для максимальной эффективности процесса, обеспечить охлаждение при взаимодействии веществ, создающих большое выделение тепла, а также добавить в систему катализатор для ускорения процесса.
