химический каталог




ПЛАЗМОХИМИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПЛАЗМОХИМИЯ, изучает кинетику и механизм химический превращений и физических-химический процессов в низкотемпературной плазме. Низкотемпературной принято считать плазму с температурой 103-105 К и степенью ионизации 10-6-10-1, получаемую в электродуговых, высокочастотных и СВЧ газовых разрядах, в ударных трубах, установках адиабатич. сжатия (см. Адиабатического сжатия метод)и др. способами. В ПЛАЗМОХИМИЯ особенно важно разделение низкотемпературной плазмы на квазиравновесную, которая существует при давлениях порядка атмосферного и выше и характеризуется общей для всех частиц температурой, и неравновесную, которая может быть получена при давлениях менее 30 кПа и в которой температура свободный электронов значительно превышает температуру тяжелых частиц (молекул, ионов). Это разделение связано с тем, что кинетическая закономерности квазиравновесных плазмохимический процессов определяются только высокой температурой взаимодействующих частиц, тогда как специфика неравновесных плазмохимический процессов обусловлена главным образом большим вкладом химический реакций, инициируемых "горячими" электронами.

Квазиравновесные плазмохимические процессы. В практически интересной области температур (3-5) • 103 К химический реакции протекают со столь высокими скоростями, что их характерные времена tx становятся одного порядка с характерными временами tп процессов тепло- и массопереноса, т.е. критерий Дамкёлера (см. Макрокинетика). В результате процессы могут переходить из кинетическая области протекания в диффузионную. Механизмы реакций также могут претерпевать значительной изменения; в частности, могут играть существ. роль реакции с участием частиц, возбужденных по внутр. степеням свободы. Плазму в этом случае рассматривают либо как эффективный энергоноситель, либо как источник химически активных частиц (атомов, радикалов, возбужденных частиц), но чаще всего — в том и другом качествах одновременно. Анализ кинетики плазмохимический процессов проводят с учетом газодинамич. особенностей течения реагирующей смеси в реакторе, тепло- и массообмена, как правило, в условиях интенсивной турбулентности и при наличии возвратных течений в канале реактора (см. Плаз-мохимическая технология). В тех случаях, когда целевой продукт процесса находится в области равновесного протекания реакции, при исследовании процесса может оказаться достаточным применение термодинамическое анализа. Классич. пример подобного процесса - фиксация атм. азота в электродуговых плазмотронах.

Неравновесные плазмохимические процессы. Энергия электрич. поля газового разряда передается электронам, которые отдают ее др. частицам плазмы при столкновениях. При упругих столкновениях вследствие относительно малой массы электронов эффективность передачи энергии тяжелым частицам невелика; кроме того, при пониж. давлениях среднее число столкновений частиц в единицу времени вообще относительно мало. Это приводит к тому, что средняя энергия электронов существенно превышает среднюю энергию тяжелых частиц. Так, в плазме тлеющего разряда в газах при давлениях 10—103 Па средняя энергия электронов составляет обычно 3-10 эВ, тогда как поступат. энергия тяжелых частиц и вращательное энергия молекул не превышают 0,1 эВ; в то же время колебательное энергия молекул может приближаться к средней энергии электронов.

При указанных энергиях электронов возрастает число их неупругих столкновений с тяжелыми частицами, приводящих к химический реакциям (в т.ч. к ионизации) и возбуждению частиц по внутр. степеням свободы, главным образом электронным. В свою очередь, ионы и возбужденные частицы (особенно в метастабильных электронных состояниях) могут оказывать определяющее влияние на механизм и кинетику плазмохимический реакций. Скорости реакций с участием возбужденных частиц, ионов и радикалов превышают, как правило, скорости образования этих частиц, поэтому суммарная скорость химический превращения лимитируется именно стадией образования. В лабораторная установках низкотемпературная плазма ограничена твердыми стенками сосуда, в котором она генерируется, и при пониж. давлениях характерные времена диффузии частиц к стенкам сосуда сближаются с характерными временами химический реакций. В результате роль гетерог. физических-химический процессов возрастает в такой мере, что их необходимо учитывать при анализе механизмов и кинетики плазмохимический реакций.

Среди реакций, протекающих в неравновесной плазме, наиболее распространены диссоциативная ионизация молекул, диссоциация через электронно-возбужденные состояния, диссо-циативное прилипание электронов к молекулам, ступенчатая диссоциация электронным ударом, диссоциативная рекомбинация при столкновениях мол. ионов с электронами и тяжелых частиц между собой (см. Ионы в газах). Часто наиболее интерес представляют именно гетерог. процессы, например образование (или травление) пленок различные природы на внутр. поверхности реактора или на помещенных в плазму подложках. И без того нелегкая задача анализа кинетики и механизмов химический реакций осложняется тем, что, как правило, энергетич. распределение электронов существенно отличается от макс-велловского (особенно в высокоэнергетич. области, наиб, важной с точки зрения ПЛАЗМОХИМИЯ), а заселенность квантовых уровней частиц во многие случаях не описывается формулой Больцмана. Плазмохимический реакции являются в основные многоканальными процессами; число реализующихся каналов и их детальные механизмы могут претерпевать существ. изменения при изменении параметров плазмы (удельная энергии, степени ионизации, давления, состава). При проведении химический реакций в условиях неравновесной плазмы собственно реактор и генератор плазмы в большинстве практически интересных случаев совмещены. Это требует учета влияния электромагн. полей на свойства плазмы и, следовательно, на кинетику и механизмы плазмохимический реакций. Протекание реакций в условиях неравновесной плазмы описывается неравновесной химической кинетикой.

Характерный пример плазмохимический процесса в неравновесной плазме - образование твердой пленки полимера на стенках плазмохимический реактора и помещаемых в него подложках в плазме тлеющего разряда в смесях углеводородов с инертными газами. Осн. канал диссоциации молекул исходного углеводорода - их возбуждение в нестабильные и предиссо-циирующие электронные состояния посредством прямого электронного удара. В области давлений от 10 до 103 Па, при удельная мощностях плазмы от 5 до 20 Вт/см3, относит. концентрации углеводородов в инертных газах от 0,1 до 10% по объему и временах пребывания в плазме от 5 мс до 100 с диссоциацией через колебательное возбуждение можно пренебречь, а вклад диссоциации в ионно-молекулярных реакциях становится существенным лишь вблизи ниж. границ указанных областей изменения давления и концентрации углеводородов. При уменьшении давления распределение электронов по энергиям - основные кинетическая параметр неравновесной плазмы - обогащается в области больших энергий, в результате чего увеличивается константа скорости диссоциации молекул углеводородов, слабо зависящая от природы исходного углеводорода (в ряду CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 и т.д.). Предложенные механизмы образования и роста полимерной пленки весьма сложны. Согласно одной из гипотез, все продукты диссоциации исходного углеводорода в газовой фазе переходят в пленку; в рамках др. гипотезы адсорбированные на поверхности твердой подложки или уже образовавшейся пленки молекулы "пришиваются" к последней потоками ионов и электронов. Результаты измерений скорости роста пленки попадают в область между результатами расчетов, соответствующих указанным гипотезам.

Литература: Теоретическая и прикладная плазмохимия, M., 1975; Словец-кий Д. И., Механизмы химических реакций в неравновесной плазме, M., 1980; Синтез соединений в плазме, содержащей углеводороды, M., 1985; Механизмы плазмохимических реакций углеводородов и углеродсодержащих молекул, ч. 1-2, M., 1987; Полак Л. С., [и др.], Химия плазмы, Новосиб., 1991.

А. А. Овсянников.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
http://www.kinash.ru/etrade/goods/4122/city/Habarovsk.html
тв тюнер купить
аренда музыкальной аппаратуры в москве
как делается влок

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
(20.09.2017)