Кинетика цепных реакций
Сущность цепного процесса. Процесс протекания фотохимических реакций, горения, полимеризации и конденсации. Характеристика распада ядер урана и плутония в атомных реакторах. Основные стадии цепных реакций. Окисление углеводородов в газовой фазе.
| Рубрика | Химия |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 20,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Кинетика цепных реакций. Стадии цепных реакций. Цепная полимеризация
Цепным является процесс, протекающий через ряд регулярно повторяющихся элементарных реакций с участием радикалов, атомов или ионов.
По цепному механизму протекают реакции горения, многие фотохимические реакции, некоторые реакции полимеризации и конденсации при получении полимеров. По цепному механизму происходит распад ядер урана и плутония в атомных реакторах. Во всякой цепной реакции (рассмотрим пример неразветвленной цепной реакции) можно выделить три стадии:
1)зарождение цепи, например, при поглощении молекулой хлора кванта энергии:
Сl2 + h 2Cl,
причем скорость зарождения цепи пропорциональна концентрации Сl2: 1 = k1[Сl2]; (1)
2)развитие (рост) цепи, например, в реакции хлора с водородом:
а) Cl + Н2 HCl + H звено 2а = k2а[Cl][Н2],
б) H + Cl2 HCl + Cl цепи 2б = k2б[H][Cl2], (2)
Cl + Н2 HCl + H и т.д. Суммарную реакцию в звене цепи можно выразить в форме:
Н2 + Cl2 2HCl.
Цепная реакция продолжается, пока не исчезнут частицы со свободными валентностями. Длина цепи в реакции Н2 с Cl2 доходит до нескольких сот тысяч звеньев. Средняя длина цепи может быть определена из соотношения: n = /1, где - скорость образования продуктов реакции; 1 - скорость зарождения цепи.
3)обрыв цепи. Происходит в результате столкновения радикальных частиц со стенками сосуда, или в результате тройного столкновения типа:
Cl + Cl + M Cl2 + M,
или в результате двойных столкновений:
H + Cl HCl.
Общая скорость цепной реакции определяется скоростью образования HCl:
= k2а[Cl][Н2] + k2б[H][Cl2], (3)
Опуская промежуточные преобразования, получим выражения для скорости:
= k[Н2][Cl2] 1/2. (4)
Более сложно протекает реакции водорода с бромом (Br2), для которой был предложен механизм из 5 стадий в соответствии со следующим полученным экспериментально кинетическим уравнением:
(5)
цепной фотохимический горение распад
В некоторых реакциях, особенно при окислении углеводородов в газовой фазе, происходит непрерывное накапливание в системе свободных радикалов.
Это наблюдается, когда свободный радикал в одной или большем числе стадий реагирует с образованием двух или большего числа свободных радикалов. В реакции водорода с кислородом имеются две такие стадии:
H + О2 ОH + О схема разветвляющихся цепей
О + Н2 ОH + H
Они возникают потому, что и молекулярный, и атомарный.
Кислород в основном состоянии является бирадикалом.
Скорость реакции очень быстро растет и наконец становится бесконечной - происходит взрыв. Это разветвленные цепные процессы.
Кинетика радикальной полимеризации
Радикальная цепная полимеризация включает стадию инициирования цепи, роста цепи и обрыва цепи.
В некоторый момент в реагирующей системе начинают генерироваться со скоростью активные центры, концентрация которых непрерывно возрастает. Одновременно активные центры исчезают в результате обрыва цепи со скоростью обр. Через некоторый промежуток времени устанавливается стационарная концентрация активных центров (число возникающих активных центров равно числу исчезающих активных центров), т.е. скорости = обр. Обрыв цепи может произойти в результате взаимодействия двух растущих макрорадикалов. Поэтому скорость обрыва цепи может быть выражена уравнением:
обр = а = k1n2, (6)
где n - стационарная концентрация активных центров; k1 - константа скорости обрыва цепи.
Реакция роста цепи осуществляется путём взаимодействия активного центра с молекулой мономера М, и поэтому скорость стадии роста цепи:
р = k2n м , (7)
где м - концентрация мономера; k2 - константа скорости роста цепи.
Суммарная скорость полимернзации в условиях стационарного течения процесса равна скорости роста цепи:
= р = k2n м (8)
С учётом уравнения (6) получаем:
= (9)
Средняя степень полимеризации с учётом (6) и (7):
= р обр = = (10)
Подставив в (10) значение n из (6), получим:
= (11)
При химическом инициировании полимеризации скорость реакции образования активных центров (стадии роста цепи) пропорциональна концентрации инициатора
=k3i (12)
Тогда уравнение (9) примет вид:
=
Принимая м постоянной и заменяя все постоянные величины константой k, определяем суммарную скорость полимеризации:
= (13)
Вывод: Суммарная скорость реакции полимеризации возрастает пропорционально корню квадратному из концентрации инициатора.
Аналогично можно получить, что степень полимеризации:
= (14)
Вывод: Средняя степень полимеризации изменяется обратно пропорционально корню квадратному из i.
Влияние некоторых факторов на процесс радикальной полимеризации и свойства полимера.
Влияние температуры. С повышением t возрастает суммарная скорость процесса превращения мономера в полимер. Но согласно уравнению (6) скорость обрыва цепи при этом растёт быстрее скорости роста цепи (7). Поэтому при повышении t средняя степень полимеризации и, след., молекулярная масса полимера уменьшаются.
Влияние концентрации инициатора. С увеличением i возрастает суммарная скорость полимеризации и уменьшается молекулярная масса образующегося полимера, как и при повышении t .
Влияние концентрации мономера. С увеличением концентрации мономера м возрастают суммарная скорость реакции полимеризации, а также степень полимеризации и молекулярная масса полимера.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Виды фотохимических процессов, протекающих при фотовозбуждении молекул. Различие кинетики фотохимических и темновых реакций. Полные и локальные скорости фотохимических реакций. Кинетика флуоресценции, фосфоресценции и интеркомбинационной конверсии.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 13.10.2011Понятие и виды сложных реакций. Обратимые реакции различных порядков. Простейший случай двух параллельных необратимых реакций первого порядка. Механизм и стадии последовательных реакций. Особенности и скорость протекания цепных и сопряженных реакций.
лекция [143,1 K], добавлен 28.02.2009Стадии цепных разветвленных реакций. Стационарный и нестационарный режимы быстрого самоускорения. Зависимость пределов воспламенения от давления, температуры и критических размеров реактора. Кинетика цепных реакций с вырожденным разветвлением цепей.
реферат [182,5 K], добавлен 09.03.2015Классификация реакций окисления. Изучение особенностей теплового эффекта реакций окисления. Гомогенное окисление по насыщенному атому углерода. Гомогенное окисление ароматических и нафтеновых углеводородов. Процессы конденсации по карбонильной группе.
презентация [3,5 M], добавлен 05.12.2023Химическая кинетика и ее значение в управлении химическими процессами. Классификация реакций по средам протекания, их отличительные черты. Скорость химических реакций, зависимость ее от температуры среды и наличия света. Принцип действия катализаторов.
реферат [152,7 K], добавлен 29.05.2009Задачи химической кинетики, стадии химического процесса. Открытые и замкнутые системы, закон сохранения массы и энергии. Закон Гесса и его следствие, скорость реакций. Явление катализа, гомогенные, гетерогенные, окислительно-восстановительные реакции.
курсовая работа [95,9 K], добавлен 10.10.2010Этапы изучения процессов горения и взрывов. Основные виды взрывов, их классификация по типу химических реакций и плотности вещества. Реакции разложения, окислительно-восстановительные, полимеризации, изомеризации и конденсации, смесей в основе взрывов.
реферат [99,8 K], добавлен 06.06.2011Основные понятия и законы химической кинетики. Кинетическая классификация простых гомогенных химических реакций. Способы определения порядка реакции. Влияние температуры на скорость химических реакций. Сущность процесса катализа, сферы его использования.
реферат [48,6 K], добавлен 16.11.2009Органический синтез как раздел химии, предмет и методы его изучения. Сущность процессов алкилирования и ацилирования, характерные реакции и принципы протекания. Описание реакций конденсации. Характеристика, значение реакций нитрования, галогенирования.
лекция [2,3 M], добавлен 28.12.2009Понятия химической кинетики. Элементарный акт химического процесса. Законы, постулаты и принципы. Закон сохранения энергии. Принцип микроскопической обратимости, детального равновесия, независимости химических реакций. Закон (уравнение) Аррениуса.
реферат [74,3 K], добавлен 27.01.2009Оформление реакционного узла жидкофазного гидрирования углеводородов. Классификация реакций жидкофазного гидрирования в зависимости от формы катализатора. Влияние термодинамических факторов на выбор условий процесса. Селективность реакций гидрирования.
реферат [303,3 K], добавлен 27.02.2009Понятие о химической кинетике. Взаимодействие кислорода с водородом. Механизмы химических реакций. Влияние температуры на скорость реакций. Понятие об активном комплексе. Влияние природы реагирующих веществ на скорость реакций. Закон действия масс.
реферат [237,9 K], добавлен 27.04.2016Изучение основных реакций, обусловливающих формирование молекулярной цепи полиизопрена, и их количественная оценка. Участие молекул мономера и непредельных фрагментов полиизопрена в определении концентрации активных центров в процессе полимеризации.
реферат [513,2 K], добавлен 18.03.2010Химическая кинетика – наука о скоростях химических реакций. Открытие новой области физической химии, элементарного акта, названной "фемтохимия". Три типа математических моделей (математического описания) сложных процессов. Детерминированные модели.
реферат [74,3 K], добавлен 27.01.2009Задания по химической кинетике, адаптация их к требованиям химических олимпиад для школьников, разработка методики, решения с учетом межпредметных связей с математикой и физикой. Перечень вопросов и задач по химической кинетике, задания для самоконтроля.
курсовая работа [65,6 K], добавлен 04.12.2009Понятие и расчет скорости химических реакций, ее научное и практическое значение и применение. Формулировка закона действующих масс. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Примеры реакций, протекающих в гомогенных и гетерогенных системах.
презентация [1,6 M], добавлен 30.04.2012Химическая реакция как превращение вещества, сопровождающееся изменением его состава и (или) строения. Признаки химических реакций и условия их протекания. Классификация химических реакций по различным признакам и формы их записи в виде уравнений.
реферат [68,7 K], добавлен 25.07.2010Сущность и виды окисления - химических реакций присоединения кислорода или отнятия водорода. Ознакомление с методами восстановления металлов в водных и соляных растворах. Изучение основных положений теории окислительно-восстановительных реакций.
реферат [130,1 K], добавлен 03.10.2011Термодинамика и кинетика сложных химических реакций. Фазовые превращения в двухкомпонентной системе "BaO-TiO2". Классификация химических реакций. Диаграммы состояния двухкомпонентных равновесных систем. Методы Вант Гоффа и подбора кинетического уравнения.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.05.2014Рассмотрение превращения энергии (выделение, поглощение), тепловых эффектов, скорости протекания химических гомогенных и гетерогенных реакций. Определение зависимости скорости взаимодействия веществ (молекул, ионов) от их концентрации и температуры.
реферат [26,7 K], добавлен 27.02.2010
