Признаки цепных реакций

Цепными реакциями называется реакции, протекающие с участием химически активных частиц (свободные атомы и радикалы) и состоящие из большого количества повторяющихся стадий. К цепным реакциям относятся реакции горения, медленного окисления, радиоактивного распада, передачи нервного импульса, ядерные реакции и т.д.

К характерным особенностям цепных реакций относятся:

1) скорость реакции не совпадает со скоростью, вычисленной по теории активных соударений, т.е. W_{наблюдаемая}>> W_{расчета};

2) исключительная чувствительность к примесям положительных и отрицательных катализаторов, которые ускоряют или замедляют реакцию;

3) зависимость скорости реакции от размеров, формы, материалов сосуда. В сосуде большего объема скорость реакции больше. Скорость реакции замедляется, если в свободное пространство поместить осколки кварца, стекла, фарфора и т.п.

4) Наличие нижнего и верхнего пределов воспламенения или взрыва для реакций окисления газов, ниже и выше которых реакции идут медленно или вообще не идут.

Особенности протекания этих реакций объясняется цепным механизмом реакции, в разработку которого существенный вклад был внесен академиком Н.Н. Семеновым (рис. 5.6). Активная частица “А”, образовавшаяся путем столкновения или любым другим путем, может дезактивироваться, но может дать промежуточное вещество “Z”, которое в свою очередь может разложиться без образования продуктов или дать продукты реакции и новую активную частицу. При этом, активация одной молекулы исходных веществ приводит к образованию большого количества молекул продуктов реакции.

Схема цепной реакции

Основные положения теории цепных реакций:

1) в реакции участвуют атомы или свободные радикалы (частицы, имеющие не спаренный электрон). Атом или свободный радикал обладают исключительной активностью по отношению к валентно-насыщенной молекуле;

2) при взаимодействии валентно-насыщенной молекулы с атомом или свободным радикалом “свободная валентность” не исчезает, а дает начало новой активной частице (принцип неучтожимости свободной валентности).

Под “свободной валентностью” надо понимать частицы, имеющие неспаренный электрон (атом или свободный радикал).

Основные стадии цепной реакции:

1) зарождение цепи - элементарная стадия цепной реакции, приводящая к образованию свободной валентности из валентно-насыщенной молекулы;

Рис. 7. Схема разветвленной реакции.

Пример разветвленной реакции - синтез воды при высокой температуре.

2H₂ + O₂ = 2H₂O

1. Зарождение цепи: H₂ + O₂= 2OH˙,

OH˙+ H₂ = H₂O + H˙

2. Развитие цепи: H˙+ O₂ = OH˙ + Ö (бирадикал)

Ö + H₂ = OH˙ + H˙,

H˙+ O₂ + Н₂ = 2OH˙ + H˙ -стадия развития цепи.

Из одной активной частицы получается несколько, каждая из которых дает начало своей цепи.

3. Обрыв цепи: 2H˙ = H₂

2ÓH = H₂O₂

Признаки цепных реакций

· Реакция ускоряется в присутствии инициаторов, причём распад одной молекулы инициатора приводит к превращению нескольких молекул реагирующих веществ.

· Реакция инициируется при действии света или ионизирующего излучения, причём квантовый выход больше 1.

· Реакция тормозится ингибиторами, а скорость расхода ингибитора гораздо меньше скорости неингибированной реакции.

12 3 Следующая ⇒