2.3.5 Электр разрядындағы реакциялар

Озон алу. О₂молекуласын тыныш разряд арқылы өткізгенде озон алынады. Озон шығымы 1,7-1,910^-4моль/кДж (30-50 г/кВт-сағ), яғни 60-36 эВ/молекула. Бұл теориялық шығымнан (1,5 эВ/молекула) айтарлықтай төмен, бұл озонның озонаторда электрондардың әсерінен қарқынды ыдырауымен байланысты:

О₂(³_g^-)О₂^*(³_u^-)2О: ; О: + О₂О₃.

Аммиак синтезі. Шоқтанушы разрядтағы NH₃шығымы 1,5-1510^-5моль/кДж (1-10 г/кВт-сағ). NH₃түзілуге қажет электрондардың минималды энергиясы 17 эВ-қа тең. Сызбанұсқасы:

N₂N₂⁺; N₂⁺+ H₂N₂H⁺+ H;

N₂H⁺+ H₂N₂H₂+ H⁺; N₂H₂NH₃.

Метаннан ацетилен алу.Доғалық разрядта метаннан С₂Н₂шығымы (ток бойынша) 1,310^-3моль/кДж (120 г/кВт-сағ). Сызбанұсқасы:

СН₄^СН₃СН₂С₂Н₄С₂Н₂.

***

Сонымен бұл бөлімде жүйені таза химиялық активтендіру тәсілдерінен (катализ, тізбекті реакциялар) басқа физикалық тәсілдер де бар екені қарастырылды. Зат молекулалары жарық немесе жылдам бөлшектердің (электрон, протон, нейтрон және т.б.) әсерінен активтенеді. Мұндай әсерлер нәтижесінде электронды-қозған күйдегі реакцияға түсу қабілеті жоғары молекулалар түзіледі. Жарық әсерінен қозу бір актпен өтеді:

Молекула + жарық кванты қозған күй.

Жылдам бөлшектермен әсер бергенде молекула бөлшекпен соқтығысып, алдымен ионданады, сосын иондардың кері рекомбинациясы қозған молекулалардың түзілуіне алып келеді. Мұндай активтену жылулық активтенуден қатты өзгешеленеді, онда молекулалар соқтығысқанда тербелмелі және айналмалы қозған бөлшектер түзілетін.

Химиялық процестерді жарық және бөлшектер әсерімен активтендірудің басқа тағы бір ерекшелігі – олардың жоғары таңдамалылық қабілеті. Реагенттер реакцияға жоғары энергетикалық күйде түсетін болғандықтан, элементар реакцияларлың өнімдерінің бұл жағдайда артық жоғары энергиясы болады, бұл химиялық реакцияларды төмен температурада өткізуге мүмкіндік береді. Төмен температурада реагенттер химиялық тұрақты, яғни кейбір реакциялардың талғағыштығы жоғарылайды; жүйе зерттелетін температуралы аралық кеңейеді; төмен температурада физикалық әдістремен зерттегуе жеткілікті мөлшерде лабильді бөлшектерді (атомдар, бос радикалдар) жинауға мүмкіндік туады.

Затқа қуатты энергия импульсымен әсер ету қысқа уақыт аралығында активті бөлшектердің жоғары концентрациясын алып, олардың жойылу кинетикасын зерттеуге жағдай жасайды.

2.3. Электр разрядындағы реакциялар

2.3.1. Плазмохимия

Плазмохимияжартылай ионданған газдарда жүретін химиялық реакцияларды зерттейді. Физикада жартылай (шала) ионданған газды төмен температуралық плазма деп атайды (әлсіз ионданған плазма, ауыр бөлшектерінің температурасы < 10⁵К). Суық плазма да бар, оның температурасы ~ 10³ К. Төмен температуралық плазма газ арқылы электр тогы өткенде түзіледі (газ разрядты плазма) және химиялық активті бөлшектердің (зарядталған бөлшектер - электрондар, оң және теріс иондар, атомдар мен бос радикалдар, қозған молекулалар, фотондар) жоғары концентрациясымен сипатталады.

Қасиеттері:

4. Квазибейтараптығы (зарядтардың бөлінуін Дебай радиусынан үлкен қашықтықта ескермеуге болады);

5. Зарядталған бөлшектердің электростатикалық ұжымдық әрекеттесуі (жеткілікті сиретілген газда қалыпты жағдайда тек 2 бөлшек әрекеттеседі);

6. Плазманың күшті тәуелділігі, онда термодинамикалық тепе-теңдіктің жоқтығы, яғни оған тек тепе-теңдіктегі емес химиялық кинетика қолданылады.

1-сурет. Энергия үлесіне байланысты заттың жоғары температурадағы күйлері

2-сурет. 1 атм қысымда тепе-теңдік жағдайында бір және екі атомды газдардың энтальпиясының температураға тәуелділігі