27 Химический взрыв.

Химический взрыв может совершаться в форме быстрого горения (например, взрыв черного пороха) или в форме детонации. При горении передача тепла впередилежащим слоям происходит за счет теплопроводности в твердых веществах или за счет диффузии в газах, тогда как при детонации теплопередача осуществляется ударной волной, вызывающей мгновенное сжатие и сильный разогрев тонкого слоя взрывчатого вещества и пузырьков воздуха, находящихся в нем. В результате этого создаются условия для очень быстрого протекания химических реакций в этом веществе. Скорость передачи энергии ударной волной во много раз больше скорости передачи за счет теплопроводности или диффузии.

Ударная волна —.скачок давления и плотности, распространяющийся в окружающей среде, например, под воздействием быстро расширяющихся газообразных . продуктов взрыва. В воздухе распространяется воздушная волна, а по заряду ВВ — детонационная волна, способная вызвать и поддержать на постоянном уровне взрывчатое разложение ВВ.

Ее можно рассматривать как самораспространяющийся комплекс, состоящий из ударной волны и зоны химической реакции, выделяющееся тепло в которой поддерживает на постоянном уровне давление на фронте ударной волны. Скорость ударной волны в воздухе вблизи заряда несколько превышает скорость детонации. По

мере удаления от очага взрыва скорость и энергия ударной волны ослабевают и в конечном счете она преобразуется в звуковую.

28. Основы теории цепных реакций

Многие специфические особенности реакций горения и взрыва объясняются особым – цепным механизмом этих процессов. В обычных - не цепных реакциях - взаимодействие происходит путем столкновения между реагирующими молекулами. При столкновении молекулы сдвигаются до такого расстояния, при котором электроны и атомы одной молекулы попадают в сферу действия электрических сил другой молекулы. При столкновении происходят переходы электронов от одного атома к другому и перегруппировки атомов, в результате которых образуются новые молекулы. Чтобы эти процессы произошли, требуется минимально необходимый запас энергии у сталкивающихся молекул. Далеко не каждое столкновение приводит к реакции. Обычно их доля от общего числа столкновений составляет величину от 10^-15 до 10^-20. Столкновения, приводящие к реакции, называются активными столкновениями, а молекулы – активными молекулами.

В некоторых реакциях, к которым относятся реакции горения и взрыва, большую роль играют различные свободных радикалов (осколков молекул) и атомов с ненасыщенной валентностью, получающихся по тем или иным причинам. Такие образования, называющиеся промежуточными активными частицами, имеют неспаренные электроны и обладают очень высокой реакционной способностью. Они стремятся любым способом присоединить к себе другие атомы или активные частицы, чтобы реализовать свои валентные возможности. Часто их реакции с обычными молекулами имеют очень низкую энергию активации, поэтому доля эффективных столкновений очень высока (близка к 1). Поэтому при первых же столкновениях с другими молекулами они вызывают протекание химических реакций между собой. Время жизни таких молекул очень мало. Если учесть, что в газе при давлении 1 атм. каждая молекула претерпевает около 1*10¹⁰ столкновений, то время жизни активных частиц составляет ~10^-10 с. Ниже вы познакомитесь с механизмами некоторых цепных реакций горения, в которых реакции активных частиц имеют достаточно высокую энергию активации (десятки кДж/моль). Для них доля эффективных столкновений на несколько порядков меньше 1 и далеко не каждое столкновение заканчивается результативно. Например, при температуре 300К доля эффективных столкновений для реакций с энергией активации 5, 10, 15, 20 и 50 кДж/моль приблизительно равна соответственно 10^-1, 10^-2, 10^-3, 10^-4 и 10^-9.

Особенностью взаимодействия свободных радикалов или атомов заключается в том, что при их взаимодействии с обычными молекулами всегда образуются новые активные частицы. Активные частицы не могут исчезнуть путем столкновения и взаимодействия с насыщенными частицами. Поэтому пока существует свободный радикал или атом, происходит непрерывный процесс создания новых активных частиц. Исчезнуть активные частицы могут либо путем столкновения с другой активной частицей либо со стенкой сосуда.

Цепными называются реакции, в которых появление одной активной частицы вызывает большое число превращений неактивных частиц вследствие регенерации активной частицы в каждом элементарном акте реакции.

В создании теории цепных реакций основную роль сыграл советский ученый академик Н.Н Семенов. Он показал, что цепные реакции являются весьма распространенными и играют важную роль во многих практически важных процессах органической химии, например, при горении топлива, при крекинге, полимеризации, бромировании, хлорировании, реакциях термораспада и др.