Mecanismo de Zeldovich

El mecanismo de Zel'dovich es un mecanismo químico que describe la oxidación del nitrógeno y la formación de NO _x , propuesto por primera vez por el físico ruso Yakov Borisovich Zel'dovich en 1946. ^{[1] [2] [3] [4]} Los mecanismos de reacción se leen como

${\displaystyle {\ce {{N2}+ O <->[k_1] {NO}+ {N}}}}$

${\displaystyle {\ce {{N}+ O2 <->[k_2] {NO}+ {O}}}}$

donde y son las constantes de velocidad de reacción en la ley de Arrhenius . La reacción global general está dada por ${\displaystyle k_{1}}$ ${\displaystyle k_{2}}$

${\displaystyle {\ce {{N2}+ {O2}<->[k] 2NO}}}$

La velocidad de reacción general está determinada principalmente por la primera reacción (es decir, la reacción determinante de la velocidad ), ya que la segunda reacción es mucho más rápida que la primera y ocurre inmediatamente después de la primera. En condiciones ricas en combustible, debido a la falta de oxígeno, la reacción 2 se debilita, por lo que se incluye una tercera reacción en el mecanismo, también conocida como mecanismo Zel'dovich extendido (con las tres reacciones), ^{[5] [6]}

${\displaystyle {\ce {{N}+ {OH}<->[k_3] {NO}+ {H}}}}$

Suponiendo que la concentración inicial de NO es baja y, por lo tanto, se pueden ignorar las reacciones inversas, las constantes de velocidad directa de las reacciones se dan por ^[7]

${\displaystyle {\begin{aligned}k_{1f}&=1.47\times 10^{13}\,T^{0.3}\mathrm {e} ^{-75286.81/RT}\\k_{2f}&=6.40\times 10^{9}\,T\mathrm {e} ^{-6285.5/RT}\\k_{3f}&=3.80\times 10^{13}\end{aligned}}}$

donde el factor preexponencial se mide en unidades de cm, mol, s y K (estas unidades son incorrectas), la temperatura en kelvin y la energía de activación en cal/mol; R es la constante universal de los gases .

NO formación

La tasa de aumento de la concentración de NO viene dada por

${\displaystyle {\frac {d[\mathrm {NO} ]}{dt}}=k_{1f}[\mathrm {N} _{2}][\mathrm {O} ]+k_{2f}[\mathrm {N} ][\mathrm {O} _{2}]+k_{3f}[\mathrm {N} ][\mathrm {OH} ]-k_{1b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {N} ]-k_{2b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {O} ]-k_{3b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {H} ]}$

Formación N

De manera similar, la tasa de aumento de la concentración de N es

${\displaystyle {\frac {d[\mathrm {N} ]}{dt}}=k_{1f}[\mathrm {N} _{2}][\mathrm {O} ]-k_{2f}[\mathrm {N} ][\mathrm {O} _{2}]-k_{3f}[\mathrm {N} ][\mathrm {OH} ]-k_{1b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {N} ]+k_{2b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {O} ]+k_{3b}[\mathrm {NO} ][\mathrm {H} ]}$

Véase también

• Modelo de Zeldovich-Liñán

Referencias

1. YB Zel'dovich (1946). "La oxidación del nitrógeno en las explosiones de combustión". Acta Physicochimica URSS 21: 577–628
2. Zeldovich, YA, D. Frank-Kamenetskii y P. Sadovnikov. Oxidación del nitrógeno en la combustión. Editorial de la Academia de Ciencias de la URSS, 1947.
3. Williams, Forman A. "Teoría de la combustión". (1985).
4. Zeldovich, IA, Barenblatt, GI, Librovich, VB, Makhviladze, GM (1985). Teoría matemática de la combustión y las explosiones.
5. Lavoie, GA, Heywood, JB, Keck, JC (1970). Estudio experimental y teórico de la formación de óxido nítrico en motores de combustión interna. Ciencia y tecnología de la combustión, 1(4), 313–326.
6. Hanson, RK, Salimian, S. (1984). Estudio de las constantes de velocidad en el sistema N/H/O. En Combustion chemistry (pp. 361–421). Springer, Nueva York, NY.
7. "Mecanismo de San Diego".