Твердофазные химические реакции

Взаимодействие твердых веществ друг с другом возможно только в точках их соприкосновения. Таких точек будет тем больше, чем больше степень измельчения реагирующих веществ. Именно поэтому твердые вещества, вводимые в реакцию, как правило, измельчают. Следует отметить, что истинно твердофазные реакции, т. е. такие, в которых все участники реакции — и исходные вещества и продукты — твердые, встречаются крайне редко. Обычно в условиях реакций, по крайней мере, одна из твердых фаз переходит в другое состояние.

Например, реакция.

протекает с большим выделением теплоты, и при этом сера плавится, так что реально железо реагирует с жидкой серой, что, конечно, облегчает контакт реагентов. Точно так же во время реакции горения термита.

алюминий и железо плавятся и реально в зоне реакции находятся в жидком состоянии.

При взаимодействии порошков алюминия и иода.

выделяется такое количество теплоты, что иод испаряется и реально твердый алюминий реагирует с парами иода, с образованием в зоне реакции паров иодида.

Но если все-таки в процессе реакции твердые фазы сохраняются, то такие реакции идут, как правило, очень медленно.

Например, алюминий легко и быстро окисляется атмосферным кислородом, но образующаяся на поверхности твердого металла пленка твердого оксида уже при толщине в несколько десятков микрометров защищает металл от контакта с кислородом, и окисление практически прекращается. Точно так же ведут себя в атмосфере кислорода цинк, магний, хром, никель и многие другие металлы.

Известно, что «царская водка» — смесь азотной и соляной кислот — легко растворяет многие металлы, в том числе медь, золото, платину, но очень плохо растворяет серебро, поверхность которого покрывается пленкой практически нерастворимого хлорида, защищающей металл от действия кислоты.

Можно привести примеры и истинно твердофазных реакций. Так, если растирать в ступке бесцветную смесь кристаллов нитрата свинца и иодида калия, то быстро появляется желтое окрашивание, вызванное образованием кристаллов желтого иодида свинца:

Аналогично протекает реакция с образованием ярко-оранжевого дииодида ртути:

Известны и другие подобные реакции, протекающие при растирании смеси ионных кристаллов.

Таким образом, возможность протекания реакций, идущих с участием твердых фаз, во многих случаях определяется не столько природой реагирующих веществ, сколько возможностью диффузии реагентов через слой образующихся продуктов.