Цепные реакции Тахаветдинов Д. Д. 316 гр.
n Цепная реакция — химическая или ядерная реакция, в которой появление активной частицы вызывает большое число последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Свободные радикалы и многие атомы, в отличие от молекул, обладают свободными ненасыщенными валентностями , что приводит к их взаимодействию с исходными молекулами. При столкновении свободного радикала (R • ) с молекулой происходит разрыв одной из валентных связей последней и, таким образом, в результате реакции образуется новый свободный радикал, который, в свою очередь, реагирует с другой молекулой — происходит цепная реакция.
n К цепным реакциям в химии относятся процессы окисления (горение, взрыв), крекинга, полимеризации и другие, широко применяющиеся в химической и нефтяной промышленности.
n Термин "цепные реакции" был предложен М. Боденштейном, обнаружившим (1913), что в ряде фотохим. р-ций (напр. , Н 2 + + С 126017 -6. jpg 2 НС 1, СО + С 126017 -7. jpg. СОС 12) один поглощенный фотон вызывает превращение сотен тысяч молекул. Поскольку согласно закону квантовой эквивалентности Штарка-Эйнштейна при поглощении одного фотона в р-цию вступает лишь одна частица, остальные молекулы реагируют без непосредственного светового воздействия. Боденштейн предположил, что активной частицей, вызывающей цепь превращений, является возбужденная молекула хлора. В 1916 В. Нернст высказал предположение об атомарной природе активных частиц и предложил след, механизм цепных реакций с участием Сl 2. Поглощение фотона приводит к образованию из молекулы С 12 двух атомов хлора.
Обрыв цепи или реакция гибели переносчиков цепи происходит при их встрече в реакциях 1 + 1 0, которые называют реакциями квадратичного обрыва. Реже осуществляется реакция перекрестного обрыва цепи 1 + 1' 0. В газовой фазе эти реакции обычно протекают с участием любой третьей частицы, играющей роль катализатора реакции обрыва цепи: n Сl. J + HCl Cl 2 + HCl n Роль HСl в этой реакции заключается в том, чтобы принять на себя хотя бы небольшую долю энергии, выделяющейся при образовании связи Cl-Cl. При отсутствии третьей частицы образующаяся "горячая" молекула , обладая энергией, равной энергии связи Cl-Cl, при первом же колебании развалится на 2 Cl. J. Другой путь гибели переносчика цепи - его адсорбция на стенке сосуда S: n Cl. J + S S. Cl n S. Cl + Cl. J S + Cl 2 n
n Длина цепи может быть очень большой — число повторяющихся элементарных реакций продолжения цепи на один зародившийся активный центр может достигать десятков и сотен тысяч. Обрыв цепей происходит в результате рекомбинации атомов в объёме реактора, захвата атомов его стенкой с последующей рекомбинацией на стенке, образования неактивного радикала при реакции активных центров с молекулами всегда присутствующих примесей [например, при реакции между атомарным водородом и молекулами кислорода (примесями) с образованием радикала HO 2; этот радикал в условиях не очень высоких температур не реагирует с исходными молекулами].