Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ.pdf
Скачиваний:
439
Добавлен:
09.03.2016
Размер:
3.04 Mб
Скачать

прямую линию. Тангенс угла наклона прямой равен Eак/R

(рис. 6.11).

6.4. Цепной механизм химической реакции

Особый класс сложных многостадийных реакций представляют собой цепные реакции. Исходные вещества превращаются в продукты реакции в результате протекания ряда регулярно повторяющихся элементарных реакций с участием свободных радикалов и атомов. При протекании элементарного акта свободные радикалы взаимодействуют с молекулами реагентов с образованием продуктов реакции и новых радикалов.

Свободные радикалы (обозначаются R) – это отдельные атомы или молекулярные частицы, имеющие один или несколько неспаренных электронов. Поэтому, как правило, реакции с их участием имеют малую энергию активации – следствие повышенной реакционной способности. Взаимодействие радикалов между собой – безактивационный процесс, энергия активации которого равна нулю. Поэтому свободные радикалы обладают малым временем жизни и являются нестабильными промежуточными продуктами. Необходимо отметить, что известны и стабильные радикалы, например молекулы NO или ClO2.

В протекании цепной реакции (А В) можно выделить три стадии: зарождение, развитие и обрыв цепи.

Зарождение цепи. Первая стадия цепной реакции – появление в реакционной смеси первичной активной частицы – радикала:

А R1 + R2.

Первичная активная частица может возникнуть в результате распада на радикалы отдельных молекул, например, вследствие термической или фотохимической диссоциации. Эта стадия характеризуется скоростью зарождения цепи (v0) – числом свободных радикалов, появляющихся в единице объема в единицу времени.

Развитие цепи. На второй стадии происходит большое количество повторяющихся элементарных актов химического взаимодействия радикала с молекулами реагентов с образованием новых ра-

дикалов и продуктов реакции: А + R1 R2 + В. Эта стадия характеризуется длиной цепи γ – числом актов взаимодействия от зарождения до обрыва цепи. По типу развития цепи реакции делятся на две основные группы:

197

1)неразветвленный цепной процесс. В ходе реакции взамен вступившего во взаимодействие радикала в элементарном акте образуется только одна новая активная частица. Общее число активных частиц на стадии развития цепи не изменяется;

2)разветвленный цепной процесс. В элементарном акте разви-

тия цепи образуется более чем одна активная частица. Число зарождающихся цепей будет нарастать, что приведет к резкому увеличению скорости реакции. Число активных частиц, образующихся в элементарном акте, называется «коэффициентом размножения» (n). Очевидно, что для неразветвленного цепного процесса n = 1, а для разветвленного n >1.

Обрыв цепи. Исчезновение активных частиц, например, в ре-

зультате их взаимодействия друг с другом: R1 + R2А. Скорость накопления продуктов цепной реакции определяется

скоростью зарождения цепи v0 и длиной цепи γ: v = γ v0. П р и м е р 1. Неразветвленный цепной процесс:

H2 + Cl2 2HCl,

зарождение цепи:

Cl2+ hν → 2ClH2+ hν → 2H,

развитие цепи:

Cl+ H2 HCl + HH+ Cl2 HCl + Cl,

обрыв цепи:

Cl+ HHCl Cl+ ClCl2 H+ HH2.

П р и м е р 2. Разветвленный цепной процесс:

2H2 + O2 2H2O,

зарождение цепи:

H2+ hν → 2HO2+ hν → 2O,

развитие цепи:

H+ O2 OH+ OO+ H2 OH+ H, OH+ H2 H2O + H,

обрыв цепи:

OH+ HH2O H+ HH2 O+ OO2.

Рассмотрим факторы, влияющие на цепной процесс.

1. Появление активных частиц происходит либо в результате локального нагрева части реакционного объема (например, от искры электрического разряда), либо под воздействием квантов света или ионизирующего излучения. Зарождение цепи могут вызвать и специальные добавки – инициаторы (малоустойчивые вещества, легко распадающиеся с образованием радикалов).

198

Соседние файлы в предмете Химия