基本介紹
- 中文名：非均相反應
- 外文名：Heterogeneous reaction
- 別稱：多相反應
- 定義：多相物系各相間進行的反應
- 特點：發生在兩相界面上
- 舉例：二氧化硫對金屬材料的氧化腐蝕
簡介,氣-固相反應機理,多相催化反應過程,影響因素,
簡介
非均相反應，即在多相物系的各相間進行的化學反應。一般在兩相的界面上進行。按相界面的類型不同有以下幾種反應：（1）氣-固相反應。如工業上的碳和水蒸氣作用製取一氧化碳和氫以及氣-固相催化反應等；（2）液-固相反應。如水和碳化鈣作用製取乙炔的反應；（3）氣-液相反應，如用水吸收三氧化硫製造硫酸；（4）液-液相反應。如用硫酸處理石油產品；（5）固-固相反應。如陶瓷的燒結。
對於多相反應，反應物向界面擴散是必不可少的步驟，而相界面的大小（可用分散度來衡量）和性質，是影響多相反應的重要因素。但多相反應一般由好幾個步驟組成，擴散只是其中一步，反應往往由最慢的一步控制。
氣-固相反應機理
在大氣中，氣體分子在顆粒物表面的非均相反應機理一般有6種類型。右圖描述了這6種反應機理。
氣體分子在顆粒物表面的非均相反應機理類型
氣體分子在顆粒物表面的非均相反應機理類型（1）機理（a）是氣體分子G在表面的非反應性的可逆吸附。假設吸附符合簡單的朗格繆爾（Langmuir）吸附機理，則G分子的覆蓋度將取決於G分子在大氣中的分壓P、溫度和朗格繆爾平衡常數K。
（2）機理（b）代表了氣體分子的可逆吸附和隨後的表面反應，這種情況下，要考慮吸附的限制，由於反應後與表面鍵合的生成物可能阻礙了活性位，反應會隨之減弱。該機理主要套用於O3在有機物附著的煙炱表面的反應，對礦物顆粒表面的反應也能適用。
（3）機理（c）代表了氣體分子的可逆吸附和隨後的表面反應，反應可能生成新的氣相產物，同時表面的產物進入顆粒物的體相中。該機理中，表面反應位得到再生，顆粒物的反應性將由其總體積決定，而不僅僅是表面反應位。
（4）機理（d）代表氣體分子吸附在礦物顆粒物表面的潮解液膜中，隨後經過溶解、擴散進入液相併在液膜中反應，反應可能生成新的氣相產物。這種反應與氣體分子在含有相似組成的液滴中的反應相似。
（5）機理（e）代表催化反應。該機理的反應能夠連續地發生，表面不會達到飽和。對於催化反應，反應攝取係數在達到穩態之前也隨著時間下降，因為表面的一些活性強的吸附位隨著時間而減弱，如臭氧在沙塵顆粒上的降解反應。但隨著反應的進行，一些活性位可能失去部分活性，所以反應攝取係數會一直降低，直到達到一個穩態攝取係數值。
（6）機理（f）代表一種更加複雜的情況，表面形成了多層覆蓋，可以發生協同吸附，即一種吸附分子通過提供反應位或介質來幫助其他分子的吸附。
在大氣化學模式中，一般需要分析某一特定氣體物種與顆粒物相互作用的具體討程．然後選擇相應的機理講行討論。
多相催化反應過程
固體燃燒反應屬於非均相化學反應。非均相反應涉及的物質存在不同的物態，即氣液反應或氣固反應。整個多相催化反應過程可概括為以下七個步驟：
多相催化反應過程圖
多相催化反應過程圖（1）反應組分從流體主體向固體催化劑外表面傳遞；
（2）反應組分從外表面向催化劑內表面傳遞；
（3）反應組分在催化劑表面的活性中心上吸附；
（4）在催化劑表面上進行化學反應；
（5）反應產物在催化劑表面上脫附；
（6）反應產物從催化劑內表面向外表面傳遞；
（7）反應產物從催化劑的外表面向流體主體傳遞。
以上七個步驟中，（1）和（7）是氣相主體通過氣膜與顆粒外表面進行物質傳遞，稱為外擴散過程；（2）和（6）是顆粒內的傳質，稱為內擴散過程；（3）、（4）、（5）分別是在顆粒表面上進行吸附、化學反應、脫附的過程統稱為化學動力學過程。
多相催化反應過程是一個多步驟過程，如果其中某一步驟的速率與其他各步的速率相比要慢得多，以致整個反應速率取決於這一步的速率。該步驟就稱為速率控制步驟。當反應過程達到定常態時，各步驟的速率應該相等，且反應過程的速率等於控制步驟的速率。
影響因素
除化學的結合能力以外，某些影響相同物質傳遞速率的物理因素，也影響非均相反應的總速率。這些因素如下：
（1）界面面積大小。在某些情況下它和反應速率成正此。界面是由於粉碎固體、用噴嘴或攪拌器分散流體，或在滲透過固體顆粒床時的分散作用所形成的。
（2）流體透過界面薄膜時的擴散速率。除受反應物的物料性質和系統的幾何條件的影響外主要受到二相間的相對流速、氣相壓強、其次也受系統的溫度等的影響。
（3）產物離開反應區的擴散速率。如果產物濃度不足以影響反應物的擴散係數，這隻對可逆反應有重大影響。
