Верижна реакция: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
м Робот Добавяне {{без източници}} |
Редакция без резюме |
||
Ред 1:
{{ядрена физика}}
[[
'''Верижната реакция''' е последователност от [[химична реакция|химични]] или [[ядрена реакция|ядрени]] превръщания, при които един или няколко от крайните продукти на реакцията предизвикват последващо встъпване на неутрални [[атомно ядро|ядра]] или [[молекула|молекули]] в нея. Във верижната реакция положителната [[обратна връзка]] води до самоусилваща се поредица от събития.
Верижните реакции представляват един от начините, по които системите, които не са в [[термодинамично равновесие]], могат да освобождават енергия или да увеличават [[ентропия]]та си, за да постигнат състояние на по-висока ентропия. Например, дадена система може да не е способна да постигне по-ниско енергийно ниво чрез отделяне на енергия в околната среда, тъй като е възпрепятствана по някакъв начин от поемане на пътя, който води до освобождаване на енергията. Ако се произведе реакция, освобождаваща малко енергия и проправяща път за повече освобождаване на енергия в разширяваща се верига, тогава система обикновено би се сринала експлозивно, докато повечето от съхранената енергия се освободи.
Макроскопична [[метафора]] за верижна реакция е снежна топка, която постепенно нараства, докато накрая се образува [[лавина]]. Това се дължи на съхранявана гравитационна потенциална енергия, търсеща път за освобождаване чрез триене. Химическият еквивалент на снежната лавина е искра, причиняваща горски пожар. В ядрената физика един единствен разсеян неутрон може да доведе до бързко критично събитие, което може да се окаже достатъчно енергийно за ядрен взрив.
Много верижни реакции могат да бъдат изразени чрез [[математически модел]], базиран на [[Марковски вериги]].
== Химични верижни реакции ==
=== История ===
През 1913 г. немският химик [[Макс Боденщайн]] първи предлага идеята за химични верижни реакции. Ако две молекули реагират, образуват се не само молекули от последната реакция, но също и някои нестабилни молекули, които могат допълнително да реагират с първоначалните молекули с далеч по-голяма вероятност, отколкото първите реагенти.
През 1918 г. [[Валтер Нернст]] предполага, че [[Фотохимия|фотохимичната]] реакция между [[водород]] и [[хлор]] е верижна реакция, за да обясни т.нар. ''квантова печалба''. Това означава, че един фотон светлина е отговорен за образуването на 10<sup>6</sup> молекули продукт [[хлороводород]]. Нернс предполага, че фотонът разлага молекулата Cl<sub>2</sub> на два Cl атома, като всеки от тях започва дълга верига от реакционни етапи, образуващи HCl.<ref name=Laidler288>Laidler K.J., ''Chemical Kinetics'' (3rd ed., Harper & Row 1987) с. 288 – 290 ISBN 0-06-043862-2</ref>
През 1923 г. учените [[Кристиан Кристиансен (физик)|Кристиан Кристиансен]] и [[Ханс Крамерс]], в анализ на образуването на полимерите, отбелязват че такава верижна реакция не е нужно да започва с молекула, възбудена от светлина, но може да започне и от две молекули, сблъскващи се поради термална енергия.<ref name=Nobel1956/>
Кристиансен и Крамерс забелязват също, че ако в едно звено от реакционната верига се произведат две или повече нестабилни молекули, реакционанта верига би се разклонила и би се разраснала. Всъщност, резултатът е експоненциален растеж, който поражда експлозивно покачване на скоростта на реакцията. Това е първото предложение за механизма на химическите взривове.
Теория за количествена верижна химична реакция е създадена по-късно от съветския физик [[Николай Семьонов]] през 1934 г.<ref>{{cite web |url=https://web.archive.org/web/20090116032126/http://www.marka-art.ru/catalogs/StampSeries.jsp?&id=29264&lang=en |title=Archived copy |accessdate=17 април 2012}}</ref> През 1956 г. Семьонов споделя [[Нобелова награда за химия]] със [[Сирил Хиншълуд]], който независимо разработва много от същите количествени идеи.<ref name=Nobel1956>[https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1956/ceremony-speech/ History of the chemical chain reaction from 1913 to the Nobel work recognized in 1956]</ref>
=== Обичайни етапи ===
Основните типове етапи във верижната реакция са следните:<ref name=Laidler288/>
* Започване (образуване на активни частици или верижни носители, често [[свободни радикали]] в термален или фотохимичен стадий).
* Разпространение (може да е съставено от няколко елементарни етапа в цикъл, при които активната частица чрез реакция образува друга активна частица, която продължава верижната реакция). Всъщност, активната частица служи като [[катализатор]] за общата реакция на цикъла на разпространение. Частни случаи са:
:: - разклоняване на веригата (етап на разпространение, при който се образуват още нови активни частици);
:: - верижен трансфер (етап на разпространение, при който активната частица е нарастваща [[полимер]]на верига, която реагира, за да образува неактивен полимер, чийто растеж завършва, а активна малка частица (като свободен радикал) тогава може да реагира, за да образува нова полимерна верига).
* Край (етап, при който активната частица губи активност, например чрез рекомбинация на два свободни радикала).
''Дължината на веригата'' се определя като среден брой повтаряния на цикъла на разпространение и е равна на общата скорост на реакцията, разделена на скоростта на започването ѝ.<ref name=Laidler288/>
=== Пример с реакция между водород и бром ===
Реакцията H<sub>2</sub> + Br<sub>2</sub> → 2 HBr продължава чрез следния механизъм:<ref name=Laidler291>Keith J. Laidler, ''Chemical Kinetics'' (3rd ed., Harper & Row 1987) с. 291 – 294 ISBN 0-06-043862-2</ref><ref name=Atkins>P. Atkins and J. de Paula ''Physical Chemistry'' (8th ed., W.H. Freeman 2006), с. 831 ISBN 0-7167-8759-8</ref>
* Започване
: Br<sub>2</sub> → 2 Br• (термално) или Br<sub>2</sub> + hν → 2 Br• (фотохимично)
: всеки атом Br е свободен радикал, обозначен със символа « • »
* Разпространение (тук цикъл от два етапа)
: Br• + H<sub>2</sub> → HBr + H•
: H• + Br<sub>2</sub> → HBr + Br•
: сумата на тези два етапа съответства на общата реакция H<sub>2</sub> + Br<sub>2</sub> → 2 HBr, с катализа чрез Br•, който участва в първия етап и се ренерира във втория етап
* Забавяне (инхибиране)
: H• + HBr → H<sub>2</sub> + Br•
: този етап е частен случай на този пример и съответства на първия етап на разпространение наобратно
* Край 2 Br• → Br<sub>2</sub>
: рекомбинация на два радикала, което в този пример съответства на започването необратно
=== Други химични примери ===
Реакцията 2 H<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2 H<sub>2</sub>O предоставя пример за разклоняване на веригата. Разпространението е следствие на два етапа, чийто чист ефект е да се замени атом H с друг атом H плюс два OH радикала. Това води до взрив при определени условия на температура и налягане.<ref>Laidler K.J., ''Chemical Kinetics'' (3rd ed., Harper & Row 1987) с. 323 – 328 ISBN 0-06-043862-2</ref>
*H + O<sub>2</sub> → OH + O
*O + H<sub>2</sub> → OH + H
== Източници ==
<references/>
[[Категория:Химични реакции]]
| |||