Rates of Elementary Mono- and Bimolecular Stages in a Non-Ideal Reaction System, Allowing for Indirect Correlations in the Cluster Variation Model
- Authors: Votyakov E.V.1, Tovbin Y.K.2
-
Affiliations:
- CYENS Center of Excellence
- Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 97, No 11 (2023)
- Pages: 1594-1604
- Section: ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ
- Submitted: 26.12.2023
- Published: 01.11.2023
- URL: https://ogarev-online.ru/0044-4537/article/view/233062
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044453723110341
- EDN: https://elibrary.ru/OPBOEO
- ID: 233062
Cite item
Abstract
Equations for the rates of elementary mono- and bimolecular stages for non-ideal reaction systems are derived within the theory of absolute reaction rates in the cluster variation model (CVM). The theory allows for the difference between the interaction of particles in the ground and activated (transition) states. Locally equilibrium distributions of particles are calculated in a CVM that considers the influence of indirect correlations, making it possible to go beyond the limits of the quasichemic approximation, which reflects only the effects of direct correlations between interacting particles. The rates refer to the elementary stages of adsorption and desorption with and without allowing for the dissociation of molecules on a homogeneous flat face (100), along with the rate of the thermal motion of molecular jumps to neighboring vacant sites. The condition of self consistency in describing the rates of elementary stages and the equilibrium state of the system is confirmed in CVM approximations, starting from the basic 2 × 2 square cluster used to approximate the probabilities of obtaining reaction clusters of mono- and bimolecular stages with sizes K1 and K2. The principle of approximating the calculation of multiparticle probabilities of sizes K1 and K2 in terms of the probabilities of smaller basic clusters is discussed.
About the authors
E. V. Votyakov
CYENS Center of Excellence
Email: karaul@gmail.com
1011, Nicosia, Cyprus
Yu. K. Tovbin
Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: karaul@gmail.com
119991, Moscow, Russia
References
- Фаулер Р., Гуггенгейм Э. Статистическая термодинамика, М.: Изд-во. иностр. лит., 1949. (Fоwler R.H., Guggenheim E.A., Statistical Thermodynamics, London, 1939)
- Гиршфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 929 с. (J.O. Hirschfelder, C.F. Curtiss and R. Bird, Molecular Theory of Gases and Liquids. New York: John Wiley and Sons, Jnс, 1954.)
- Мелвин-Хьюз Е.А. Физическая химия. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. Кн. 2. 1148 с. (Moelwyn-Hughes E.A. Physical Chemistry. Pergamon Press. London-New York-Paris. 1961).
- Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. 776 с.
- Кривоглаз А.Н., Смирнов А.А. Теория упорядочивающихся сплавов. М.: ГИФМЛ, 1958. 388 с.
- Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973. 400 с.
- Хачарутян А.Г. Теория фазовых превращений и структуры твердых растворов. М.: Наука, 1974. 265 с.
- Паташинский А.З., Покровский В.П. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука, 1975. 256 с.
- Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.: Мир, 1980.
- Товбин Ю.К. Тeория физико-химичeских процeссов на границe газ – твeрдоe тeло. М.: Наука, 1990. 288 с. (Tovbin Yu.K. Theory of physical chemistry processes at a gas–solid surface processes. Boca Raton, Fl.: CRC Press, 1991.)
- Tovbin Yu.K. // Progress in Surface Sci., 1990, V. 34. № 1–4. P. 1.
- Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций. М.: Изд-во иностр. лит., 1948. 583 с. (S. Glasstone, K. Laidler, H. Eyring, The Theory of Rate Processes, Princeton Univ., New York, 1941.)
- Темкин М.И. // Журн. физ. химии. 1938. Т. 11. № 2. С. 169.
- Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964. 308 с.
- Еремин Е.Н. Основы химической кинетики. М.: Высш. школа, 1976. 374 с.
- Киперман С.Л. Основы химической кинетики в гетерогенном катализе. М.: Химия, 1979. 350 с.
- Хилл Т. Статистическая механика. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 485 с. (Hill T.L. Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications. N.Y.: McGraw–Hill Book Comp.Inc., 1956.)
- Guggenheim E.A. Mixtures: the theory of the equlibrium properties of some simple classes of mixtures solutions and alloys. Oxford: Clarendon Press, 1952. 271 p.
- Barker J.A. // J. Chem. Phys. 1952. V. 20. № 10. P. 1526.
- Пригожин И.Р. Молекулярная теория растворов. М.: Металлургия, 1990. 359 с. (Prigogine I.P. The Molecular Theory of Solutions. Interscience Publishers Inc., Amsterdam, New York, 1957).
- Смирнова Н.А. Молекулярные модели растворов. Л.: Химия, 1987. 334 с.
- Kikuchi R. // Phys. Rev. 1951. V. 81. P. 988.
- Kikuchi R. // J. Chem. Phys. 1951. V. 19. P. 1230.
- Theory and Applications of the Cluster Variation and Path Probability Methods / Eds. J.L. Moran-Lopez and J.M. Sanchez / New York and London: Plenum Press, 1996. 420 p.
- Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 3. С. 339.
- Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Там же. 2023. Т. 97. № 7. C. 1056.
- Боголюбов Н.Н. Проблемы динамической теории в статистической физике. М.: Гостехиздат, 1946. 119 с.
- Фишер И.З. Статистическая теория жидкостей. М.: ГИФМЛ, 1961. 280 с.
- Крокстон К. Физика жидкого состояния. М.: Мир, 1979. (Croxton C.A. Liquid State Physics – A Statistical Mechanical Introduction. Cambridge Univer. Press. Cambridge. 1974.) 35.
- Мартынов Г.А. Классическая статистическая физика. Теория жидкостей. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 326 с.
- Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 2. С. 189.
- Clausius R. Mechanical Theory of Heat. London, John van Voorst. 1867.
- Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов. М.: Мир, 1967. 544 с.
- Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 96. № 4. С. 483.
- Методы Монте-Карло в статистической физике / Под ред. К.М. Биндера. М.: Мир,1982. 400 с. (Monte Carlo Methods in Statistical Mechanics. Topics in Current Physics, Ed. by K. Binder, Berlin: Springer-Verlag, V.7. 1979).
- Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2024. Т. 98. В печати.
Supplementary files
