ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия. Примеры цепных реакций из "Курс физической химии (том 2)" Опытным путем было установлено, что целый ряд химических реакиий протекает таким образом, что вначале в системе образуются активные частицы, чаи1,е всего свободные атомы и радикалы, которые имеют свободные валентности и поэтому очень реакционноспособны. Эти частицы вступают в реакции, ио при этом вновь возникают свободные атомы и радикалы. Эта последовательность реакций, которые периодически повторяются, называется цепной реакцией. [c.195] Таким образом, зарождение очень небольшого количества таких реакционноспособных частиц приводит к превращению большого количества исходных продуктов. Цепные реакции обычно протекают циклически. Активная частица, регенерированная в конце цикла, дает начало новому циклу, в конце которого снова происходит регенерация активной частицы. [c.195] Несмотря на то, что процесс образования свободного атома или радикала требует большой затраты энергии, легкость взаимодействия свободных радикалов с насыщенными молекулами и регенерация прн этом новых свободных радикалов приводит к тому, что скорость цепного процесса может оказаться больше скорости нецепного процесса. Этим можно объяснить большую распространенность цепных химических реакций. [c.195] Типичным примером цепной реакции может служить реакция соединения хлора с водородом на свету. Если осветить на очень короткий промежуток времени (например, искрой) смесь газообразных хлора и водорода, то произойдет взрывная реакция образования хлористого водорода. Это объясняется тем, что вслед за элементарным фотохимическим актом, заключающимся, как это было экспериментально доказано, в разложении поглотившей свет молекулы хлора на атомы, продукты этой первичной реакции — атомы хлора и продукты вторнчной реакции — атомы водорода — вступают в длинную цепь реакций с молекулами хлора и водорода, не поглотившими света. [c.195] В этой схеме можно выделить три группы реакций. В первую группу входит первичная реакция диссоциации хлора под действием света — реакция зарождения цепи. Характерной особенностью реакции (I) является то, что в результате нее возникают активные центры — атомы С1. Следует отметить, что активными центрами могут быть свободные атомы, как в рассматриваемой реакции, а также радикалы или химически активные молекулы, обладающие избытком внутренней энергии. [c.196] Возникший атомный хлор может реагировать с молекулярным водородом, причем образуется атомный водород, который в свою очередь может реагировать с молекулярным хлором с образованием атомного хлора. [c.196] Реакции третьей группы, которые приводят к гибели активных частиц, а при достаточной интенсивности — и к прекращению цепной реакции, называются реакциями обрыва цепи. Число циклов от момента зарождения цепи до ее обрыва называется длиной цепи. [c.196] Известно, что рекомбинация атомов как бимолекулярный процесс в объеме невозможна, так как энергии, выделяющейся при образовании молекулы, достаточно для разрыва возникшей связи. Для стабилизации возникшей молекулы необходимо присутствие третьей частицы, которая воспринимала бы избыток энергии. Такой третьей частицей может быть молекула постороннего вещества или стенка реакционного сосуда. [c.196] Если же в результате реакции возникновения цепи образуется свободный радикал или атом с одной свободной валентностью, то цепь будет нераз-ве1вленной (например, реакция хлора с водородом). [c.199] Всякая реакция может идти как путем простой перегруппн-ровки связей, так и цепным путем с образованием н участием в процессе свободных атомов и радикалов. Как уже было сказано, радикалы обладают большой реакционной способностью и, кроме того, при реакции одновалентного свободного радикала с молекулой свободная валентность не уничтожается, что обусловливает развитие цепей. [c.199] Хотя механизм этой реакции изучен недостаточно детально, опыт показывает, что реакция протекает как цепная. Несмотря на очень медленное зарождение цепи, скорость цепной реакции оказывается во много раз больше, чем скорость простой реакции. [c.200] Образующиеся атомы Л рекомбинируют в молекулы, не успев вступить в реакцию с молекулярным водородом. [c.200] Интересно отметить (подробно это будет показано ниже), что цепная реакция термического разложения углеводородов описывается во многих случаях кинетическим уравнением реакции первого порядка. [c.201] Известно довольно большое число цепных реакиий, которые могут быть инициированы путем добавления небольшого количества веществ, способствующих образованию свободных радикалов, или за счет того, что эти вещества, распадаясь, сами образуют свободные радикалы (например, перекиси при полимеризации), илн в результате химических реакций инициатора с реагирующими веществами (например, ускорение реакции взаимодействия хлора с водородом в темноте в присутствии паров натрия) атомы натрия реагируют с молекулярным хло- ром с образованием насыщенной молекулы хлористого натрия и атомов хлора по реакции Na-f b- Na l + С1. [c.203] Вернуться к основной статье