Презентация "Основные представления теории цепных реакций" по химии – проект, доклад

Основные представления теории цепных реакций

Лекция 3. Теория горения и взрыва БДЖ-09

Сущность тепловой цепной теории горения:

инициированная химическая реакция приводит к образованию активных центров; активные центры вызывают химические превращения, которые вновь создают активные центра; возникает цепная реакция

Ионная теория искового зажигания:

механизм и эффективность зажигания газовых смесей зависит от силы тока в сети перед ее размыканием; основная роль в процессе зажигания принадлежит активным частицам, которые инициируют реакцию горения

Тепловая теория зажигания

зажигающая способность искры пропорциональна квадрату силы тока, так как количество тепла, выделяющееся в электрической цепи, пропорциональна квадрату силы тока: Q=I2·R·t; критерием зажигания является условие распространения фронта пламени; критическая энергия зажигания – мощность электрической искры.

Основные закономерности кинетики цепных процессов

Простая цепная реакция: dn/dt=n0-nβ/tср Стационарное состояние простой цепной реакции dn/dt=0 nст=n0tср/β vст=n0/β

Реакция с разветвляющимися цепями: dn/dt=n0-nβ/tср+nδ/tср Стационарное состояние реакции с разветвляющимися цепями возможно только при β>δ: nст=(n0tср·exp((δ-β)·t/tср)) /(δ-β) v=(n0·exp((δ-β)t)/tср)(δ-β)

Начальное инициирование активных центров

Начальное инициирование осуществляют с помощью: электрический разряд; облучение; присутствие инициаторов – веществ, в молекулах которых энергия разрыва химических связей меньше, чем в молекулах исходных веществ (это органические пероксиды и гидропероксиды).

Переносчики цепи образуются при последующих реакциях с молекулами реагентов: R· + Cl2→RCl +Cl· или R· +CH2=CH2→RCH2CH2· В газофазных системах инициирование может протекать на стенке сосуда в результате хемосорбции реагента: Cl2 + S→Cl2S→SCl· +Cl· Энергия активации этой реакции меньше, чем реакции в объёме на величину адсорбции Cl· и Cl2. Инициатором многих цепных реакций служит реактив H2O2 + FeSO4: активной частицей является ОН· Инициаторы ускоряют образование активных частиц, но в отличие от катализаторов химических реакций расходуются в процессе цепных реакций

Кинетика цепных реакций водорода с кислородом, окисление углерода и углеводородов

Высокотемпературное горение углеводородов имеет весьма сложный характер и связано с образованием активных частиц в виде атомов и радикалов, а также промежуточных молекулярных соединений. В качестве примера приводятся реакции горения простейшего углеводорода — метана:

1. Н· + О2 → ОН· + О· СН4 + ОН· → СН3 + Н2О СН4 + О· → СН2· + Н2О 2. СН3· + О2 → НСНО + ОН· СН2· + О2 → НСНО + О· 3. НСНО + ОН· →НСО· + Н2О НСНО + О· → СО· + Н2О НСО· + О2 → СО· + О· + ОН· 4. СО· + О· → СО2 СО· + ОН· → СО2 + Н· Итог единичного цикла: 2СН4 + 4О2 →2СО2 + 4Н2О

Механизм действия ингибиторов цепных реакций

При введении ингибитора In возникает канал гибели переносчиков цепи и скорость цепной реакции принимает вид: v'=k·v[A]/(k0+kIn[In]) v/v‘=1+(kIn[In]/k0)

Расход ингибитора будет происходить со скоростью меньше v, так как начальная концентрация [In] существенная величина и в ходе реакции уменьшается не существенно

Если константа скорости kIn достаточна велика, то в течение некоторого времени скорость образования продукта реакции будет ничтожно мала по сравнению со скоростью цепной реакции в отсутствие ингибитора.

По мере расходования In, протекающего со скоростью инициирования, скорость цепной реакции в присутствии ингибитора достаточно быстро достигает скорости цепной реакции.

Условия ускорения реакций и обрыв цепи

Причиной самоускорения реакций является накопление в системе тепла химической реакции и тепла активных молекул. Цепной механизм осуществляется за счет перераспределения избыточной энергии – запас химической энергии передается одной из реагирующих молекул, которая переходит в химически активное состояние

Цепные реакции протекают в зависимости от того сколько активных вторичных центров образуется на каждый израсходованный активный центр

Если образуется один активный центр, то реакция протекает с постоянной скоростью – стационарно

Если число активных центров непрерывно возрастает, то цепная реакция самоускоряется

Если число активных центров уменьшается, то происходит обрыв цепи