reacții în lanț
reacție în lanț - este o reacție chimică samopodtserzhivayuschayasya, în care produsele cuprinse inițial sunt implicate în formarea de noi produse. Reacțiile în lanț sunt, de obicei, la viteză mare, și de multe ori au caracterul unei explozii.
Reacțiile în lanț sunt trei etape majore: nucleatie (inițiere), în curs de dezvoltare și de terminare a lanțului.
Fig. 9.13. Profilul energetic al reacției (reacția coordonată graficul dependenței potențialului energetic), care detectează un minim care corespunde formării reacției intermediarului.
Etapa de inițiere. În această etapă, formarea intermediarilor (intermediari). Intermediarii pot fi atomi, ioni sau molecule neutre. Inițierea poate fi radiația luminoasă, nucleară, energie termică (termică), sau catalizatori de anioni.
Stadiul de dezvoltare. În această etapă, produsele intermediare reacționează cu reactanții inițiali pentru a forma noi intermediari și produse finale. Stadiul de dezvoltare în lanț de reacții este repetată de multe ori, rezultând în formarea unui număr mare de produse finite și intermediare.
terminatori de lanț pas. In acest stadiu, consumul final al intermediarilor sau distrugerea acestora. Prin urmare, reacția se oprește. Reacția în lanț poate fi oprită în mod spontan sau sub influența unor substanțe specifice - inhibitori.
Reacțiile în lanț joacă un rol important în multe ramuri ale chimiei, fotochimie în particular, chimia de combustie, reacțiile fisiunea nucleară și fuziunea nucleară (vezi. Ch. 1), în chimia organică (vezi. Ch. 17-20).
Această secțiune se referă la procesele de chimie si chimice asociate cu efectele luminii asupra materiei. Un exemplu este procesele fotochimice de fotosinteză.
Multe reacții în lanț inițiată de lumină. Inițierea de particule în acest caz, servește ca un foton care are energie (a se vedea. Sec. 1.2). Un exemplu clasic - reacția dintre hidrogen și clor, în prezența luminii
Această reacție la explozie. Acesta include următoarele trei etape.
Inițiere. În acest stadiu, există o ruptură a legăturii covalente în molecula de clor, formând astfel doi atomi, fiecare cu un electron nepereche:
Reacțiile de acest tip este homolysis sau diviziunea hemolitica (vezi. Sec. 17.3). De asemenea, este un exemplu de fotoliza. Termenul „fotoliza“ înseamnă descompunerea fotochimică. Cei doi atomi de clor produse sunt produse intermediare (intermediari). Ele sunt radicali. A - este atomul (sau grup de atomi), având cel puțin un electron nepereche. Trebuie remarcat faptul că, deși în etapa de inițiere - mai lente reacții în lanț etapă, nu determină viteza întregului lanț de reacție.
Stadiul de dezvoltare. In acest stadiu, atomii de clor cu moleculele de hidrogen reacționează pentru a produce produsul final - acidul clorhidric gazos, și radicalii hidrogen. Radicalii de hidrogen reacționează cu moleculele de clor; rezultând în formarea unui produs nou și o nouă porțiune a radicalilor de clor:
Aceste două reacții, ceea ce constituie în mod colectiv etapa de dezvoltare se repetă de milioane de ori.
terminatori de lanț pas. Reacția în lanț în cele din urmă se oprește ca urmare
reacții, cum ar fi
Pentru a absorbi energia eliberată în timpul acestor terminator reacții în lanț, este necesar să se ia parte la ele chiar orice al treilea corp. Acest al treilea corp sunt în mod normal, din peretele vasului, în care reacția este efectuată.
Randamentul cuantic
Absorbția un foton de molecule de clor ușor în reacția în lanț de mai sus poate conduce la formarea de milioane de molecule de acid clorhidric. Raportul dintre numărul de molecule de produs la numărul de cuante de lumină (fotoni), inițierea reacției, numită randamentul cuantic. Randamentul cuantic al reacțiilor fotochimice poate avea o valoare de la una la mai multe milioane. eficiență cuantică ridicată indică o reacție în lanț care apar în natură.
Flash fotoliză
Deci, este tehnica utilizată pentru a obține o concentrație de radicali suficient de mare pentru a le detecta. Fig. 9.14 prezintă o schemă simplificată a instalației utilizate pentru Flash fotoliză. În amestecul de reacție a fost expus
Fig. 9.14. fotoliză Flash.
puternic puls flash de lumină de la o sursă specială. Acest lucru permite crearea unei surse de lumină flash-uri de energie la 105 J și o durată de ordinul de secunde sau mai puțin. Tehnica modernă bliț fotoliza folosind lasere cu impulsuri cu o durată flash de aproximativ o nanosecundă (10-9 s). In timpul curge ca rezultat al unei astfel de reacție flash de lumină poate fi urmărită prin înregistrarea unei secvențe de spectre de absorbție optică a amestecului de reacție. În timpul primului focar urmeaza o serie de focare de mică putere sursă de impulsuri. Aceste explozii se succed la intervale de ordinul milisecundelor sau microsecunde, și se lasă să se înregistreze spectrul de absorbție al amestecului de reacție cu astfel de intervale de timp.
Reacția cu oxigen, ceea ce duce la eliberarea de căldură și lumină, se numește ardere. Arderea este în mod tipic o secvență complexă de reacții radicale.
Ca un exemplu, arderea hidrogenului. În anumite condiții, această reacție la explozie. Fig. 9.15 prezintă datele experimentale pentru reacția unui amestec stoichiometric de hidrogen și oxigen într-un reactor pirex. Porțiunea umbrită a diagramei corespunde suprafeței reacției explozive. Pentru reacția de combustie de hidrogen, această diagramă are forma unei secțiuni explozivă a peninsulei. Zona este limitată la limitele exploziei exploziei.
Fig. 9.15. Termenii flux exploziv a reacțiilor de combustie de hidrogen: