химический каталог




Курс физической химии. Том II

Автор Я.И.Герасимов

гих ударов происходит возбуждение и ионизация молекул, а также диссоциация их на свободные радикалы или атомы. Принципиально любая из этих частиц, т. е. возбужденная молекула, ион и свободный радикал, могут являться химически активной частицей, участвующей в первичном элементарном акте. За первичным актом могут последовать, в зависимости от условий, различные вторичные реакции, причем последние могут развиваться не только в самой плазме* разряда, но и на стенках разрядной трубки. Таким образом, весьма сложная задача изучения механизма реакций в разряде сводится, во-первых, к выяснению природы первично актив+ Плазмой называют материю в газообразном состоянии, характеризующемся содержанием достаточно" больших и одинаковых количеств положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазма образуется, например, в положительных столбах тлеющего разряда или дуги.

ной химической частицы и характера первичного элементарного акта и, во-вторых, к изучению возможных вторичных реакций. Следует иметь в виду, что плазма разряда может быть изотермической и неизотермической. В изотермической плазме температуры электронного и молекулярного газа одинаковы и роль электрического поля состоит лишь в сообщении плазме, конечно через электронный газ, энергии, достаточной для поддержания высокой температуры. В такой «горячей» изотермической плазме концентрации различных частиц определяются термодинамическим равновесием и могут быть подсчитаны, если известны соответствующие константы равновесия и температуры, по обычным термодинамическим уравнениям. Механизм химических реакций в изотермической плазме не отличается от механизма реакций, протекающих при высокой температуре, созданной в системе любым другим способом. В этом случае говорят о термической активации реакций в разряде. В некоторых случаях, например в конденсированной искре и в микроразрядах барьерного разряда, активные частицы, созданные в течение кратковременных импульсов тока, могут затем попадать в среду со значительно более низкой температурой, вызывать в ней вторичные реакции и создавать продукты, концентрации которых будут существенно отличаться от равновесных при температуре, первоначально создавшей активные частицы. Тем не менее и в этом случае природа первичной активации имеет термический характер.

В относительно холодной неизотермической плазме, например тлеющего разряда, в которой температура электронного газа более или менее значительно превышает температуру молекулярного газа, концентрации частиц, из которых некоторые могут быть химически активными, определяются не термодинамическим равновесием, а стационарным состоянием, возникающим в результате конкуренции различных процессов образования и расходования частиц. В зависимости от соотношения скоростей противоположно направленных процессов концентрации как первично активных частиц, так и конечных продуктов внутри самой плазмы могут значительно превышать термически равновесные. В этом случае уместно говорить о специфической электрической активации реакций, которая и будет рассмотрена в данном параграфе.

Согласно первому представлению о природе химически активных частиц в разряде их отождествляли с ионами. Чисто ионные механизмы были постулированы и для ряда реакций в тлеющем разряде:

N2+202 ^ 2N02; 302 j^JT 203; 2СО + 02 ^ 2С02;

2СН4 С2Н4 + 2Н2 и др.

Однако ионная гипотеза в своем первоначальном виде противоречит в ряде случаев и закону сохранения энергии. Например, при электрокрекинге метана в тлеющем разряде для получения ацетилена требуется энергия порядка 7 квт-ч на 1 жа С2Н2. Предположим, что для образования одной молекулы С2Н2 необходима и достаточна ионизация одной молекулы СН4 или затрата энергии в 14,5 эв. Тогда даже при совершенно невероятном допущении о полном использовании энергии разряда на образование ацетилена получается расход энергии, равный 17,3 квт-ч на 1 мъ С2Н2.

Вообще говоря, нет особых оснований считать ионы более реакционноспособными, чем обычные молекулы *, так как для большинства изученных положительных двухатомных ионов энергии связи больше, а междуядерные расстояния меньше тех же величин в нормальных молекулах.

Линд предложил видоизмененную ионную теорию механизма химического действия разряда, известную под названием теории ионных групп, или комплексных ионов. Согласно этой теории** вокруг иона группируются молекулы, имеющие или постоянный дипольный момент, или момент, индуцированный полем иона, т. е, система представляет собой комплексный ион, сохраняющийся как единое целое в электростатических полях. При столкновении с частицей, имеющей заряд противоположного знака, центральный ион нейтрализуется и выделяющаяся при этом энергия используется на химическую активацию окружающих его молекул. Например, разложение водяного пара может, по Линду, протекать по следующей схеме:

Н20++4Н20 (н20)5+

(Н20)+5+е —> 5H2+J-02

* За исключением, может быть, случаев, когда ионы можно рассматривать

как свободные радикалы, например N2.

** Аналогичная теория была разработана независимо советским физикохи-миком К И. Некрасовым.

Таким образом, на один первично образованный ион Н20+ приходится пять разлагающихся молекул воды. Закон сохранения энергии при этом не нарушается, так как потенциал ионизации молекулы Н20 составляет 13 в, а для разложения пяти молекул Н20 необходима энергия, равная приблизительно 5-2,5= 12,5 эв. По теории «горячих точек», разработанной Ливингстоном (1936), энергия, выделяющаяся при нейтрализации центрального иона, нагревает комплекс до высокой температуры, т. е. непосредственно после нейтрализации комплекс обладает энергией, которую он имел бы, если бы существовал в виде достаточно большой массы газа при некоторой эквивалентной температуре. Конечно, малого числа молекул, составляющих комплекс, недостаточно для определения температуры в обычном статистическом смысле. Однако совокупность всех комплексов в реагирующей системе допускает статистическое рассмотрение.

Приписывая, таким образом, совокупности нейтрализующихся комплексов определенную высокую температуру, Ливингстон считает, что в комплексах устанавливается химическое равновесие. Эта теория была использована для объяснения реакций под действием се-частиц и применена с наибольшим успехом к реакции образования — разложения бромистого водорода. Однако, как можно показать, в особенности для неполярных молекул сомнительна сама возможность образования комплексного иона как устойчивого целого.

Н. И. Кобозев, С. С. Васильев и Е. Н. Еремин (в теории энергетического катализа, 1937 г.) высказали предположение, что для реакций в разрядах нет необходимости искать какие-то особые химически активные частицы, отличные от активных частиц, участвующих в обычных термических реакциях, т. е. активные частицы в разряде могут быть теми же, что и при обычных реакциях (свободные атомы, свободные радикалы и колебательно возбужденные молекулы). Однако пути возникновения этих частиц в разряде, а следовательно, и концентрации их могут быть совсем иными, чем при обычных, условиях.

Интере

страница 62
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173

Скачать книгу "Курс физической химии. Том II" (5.2Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
Продажа элитных квартир на метро Александровский Cад
ванна duravit
Столлайн стул Кармен
Тарелки Орион

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(27.02.2017)