Графические зависимости энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, константы равновесия от температуры представлены на рис. 3, 4, 5, 6.

Рис. 3. Зависимость энтальпии ΔH от температуры T

Рис. 4. Зависимость энтропии ΔS от температуры Т

Рис. 5. Зависимость энергии Гиббса ΔG от температуры T

Рис. 6. Зависимость константы равновесия от обратной температуры

Выводы

1. Реакция является эндотермической (ΔH > 0), протекает с поглощением тепла.

2. Равновесие смещено в сторону образования хлористого аллила. Процесс характеризуется маленькими значениями Кр. С увеличением температуры константа равновесия увеличивается, а, следовательно, увеличивается выход продукта.

3. В указанных условиях реакция протекает самопроизвольно, т.к. значения энергии Гиббса отрицательны (G < 0).

4. Процесс идет с поглощением тепла. Следовательно, с увеличением температуры, в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

3. Кинетика и механизм реакции получения целевого продукта

3.1 Механизм реакции и его обоснование

Температура необходимая для достижения высокой скорости окисления, обычно находится в пределах 140 - 1500С. Для поддержания реакционной массы в жидком состоянии при такой температуре требуется повышенное давление (15 атм), которое способствует и ускорению процесса за счет улучшения растворимости жидкостей [20].

Хлористый аллил омыляют разбавленным раствором щелочи при

140—150 °С и 15 атм.:

.

Или проводят гидролиз водой:

.

Реакция протекает по бимолекулярному механизму электрофильного замещения Sn2 [15, 59, 62]:

1) На 1 стадии происходит ориентации ориентация нуклеофила относительно «+» заряженного центра в молекуле галогенпроизводного в результате образуется переходный комплекс, в котором старые связи еще не полностью разорваны, а новые еще не полностью образовались:

*- данный переходный комплекс обладает избыточной энергией (избыточной электронной плотностью)

2) На второй стадии происходит разрушение каталитического с выделением аллилового спирта и хлор – иона:

.

3) Взаимодействие хлор – иона с ионом водорода с образованием соляной кислоты:

.

3.2 Анализ факторов, влияющих на протекание изучаемой реакции

3.2.1 Влияние строения субстрата

Атом кислорода гидроксильной группы имеет sp3 гибридизацию. Средние длины связей 0,143 нм (С - О) и 0,091 нм (О - Н). Обе связи полярны. Однако их считают в значительной мере поляризованными электроотрицательным атомом кислорода.

Полярностью группы ОН- и ее способностью образовывать водородные связи объясняют относительно высокие значения температур кипения и диэлектрической проницаемости. Кислород является более электроотрицательным элементом, чем углерод, и поэтому электронная плотность смещена в сторону кислорода.

Функциональная группа спиртов содержит электроотрицательный атом кислорода с двумя неподеленными парами электронов, конфигурация которого близка к тетраэдрической.

3.2.2 Влияние строения атакующей частицы [46]

В качестве атакующей частицы выступает вода. Она относится к химически активным соединениям. Молекула H2O представлена на рис. 7. Она нелинейна; угол между связями O - H равен 104,27°.

Рис. 7. Молекула воды

Связи эти ковалентные, но они полярны (атомы водорода несут на себе некоторый положительный заряд, атомы кислорода - отрицательный). Поэтому полярна и молекула воды в целом. Она легко диссоциирует на ионы:

H2OH+ + OH-.

3.3 Кинетическая модель реакции [63]

К реакциям первого порядка относится большинство мономолекулярных реакций, а также многие бимолекулярные реакции, называемые псевдомономолекулярными. Так как реакция протекает в большом избытке воды, значит, данная реакция является псевдомономолекулярной:

.

По закону действия масс скорость этой реакции описывается уравнением:

.

Концентрация воды в ходе реакции практически не изменяется:

,

тогда .

Объединив концентрацию воды с концентрацией скорости, получим кинетическое уравнение вида:

Это уравнение представляет скорость реакции как функцию

концентрации. Размерность константы скорости реакции 1 порядка обратна времени. Выражается она обычно в [с-1], [мин-1], [час-1].

4. Выбор типа реактора

Реакционными аппаратами называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор — аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии; он должен работать эффективно, т. е. обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ. Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый реакционный объем; обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т. д. [6, 16, 19].

Конструкцию реакционного аппарата определяет ряд факторов: температура, давление, требуемая интенсивность теплообмена, консистенция обрабатываемых материалов, агрегатное состояние материалов, наличие или отсутствие катализаторов, заданная производительность аппарата, химический характер перерабатываемых материалов и другие специфические условия производства. Реакционные аппараты классифицируют [16, 19]:

1) по назначению — емкостные, тепловые, массообменные;

2) по конструктивному материалу — стальные, чугунные, медные, пластмассовые и др.;

3) по способу изготовления — сварные, литые, клепаные, паяные, кованые и др.;

4) по форме — цилиндрические, сферические, конические, торовые, комбинированные;