5.1. Неразветвленные цепные реакции
Если во время реакции роста цепи не происходит увеличения общего количества радикалов, то цепная реакция называется неразветвленной (рис. 2 а).
Рис.2. Неразветвленная (а) и разветвленная (б) цепные реакции.
Рассмотрим реакцию синтеза хлороводорода под действием света
H 2 + Cl 2 = 2 HCl .
Зарождение цепи. Поглощая квант лучистой энергии h, молекула хлора распадается. Этот процесс фотохимической диссоциации можно выразить уравнением
Cl 2 + h = 2 Cl
Рост цепи. В результате взаимодействия радикалов с молекулами образуются продукты реакции и новые активные частицы:
Cl + H 2 = HCl + H
H + Cl 2 = HCl + Cl
Эта последовательность процессов, называемая звеном цепи, продолжается дальше. Число полных звеньев цепи, приходящихся в среднем на каждый свободный радикал, получившийся при зарождении цепей, называется длиной цепи.
3. Обрыв цепи. В результате взаимодействия радикалов со стенкой сосуда или с инертной молекулой образуются нейтральные молекулы:
H + H = H2
Cl + Cl = Cl 2
H· + Cl· = HCl
Этим объясняется влияние объема и природы сосуда, инертных примесей и других факторов, влияющих на скорость цепных реакций.
5.2. Разветвленные цепные реакции
Если при взаимодействии свободного радикала с молекулой исходного вещества образуется не одна, а две или большее число активных частиц, то такая цепная реакция называется разветвленной (рис.2 б).
К разветвленным цепным реакциям относится, например, реакция образования воды из простых веществ. В смеси водорода с кислородом при нагревании или пропускании электрического разряда происходит взаимодействие молекул этих газов с образованием двух гидроксильных радикалов:
H2 + O2 = OH + OH
Радикалы ·OH реагируют с молекулой водорода
·OH + H2 = H2O + H·
Атом водорода реагирует с молекулой кислорода, давая уже две новых активных частицы
H· + O2 = ·OH + O
Атом кислорода, реагируя с молекулой водорода, образует два новых активных центра
O + H2 = · OH + H·
Таким образом, происходит быстрое увеличение числа активных частиц и, если обрывы цепей не препятствуют этому процессу, скорость реакции резко возрастает.
Если скорость разветвления цепей реакции оказывается больше скорости обрыва цепей, то возникает самоускоряющийся процесс, заканчивающийся взрывом.
Литература
Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2006. Гл.VI.
§6.2.
Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высш. шк., 2007. Гл. VII, § 7.3-7.5.
Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии.- М: Интеграл-Пресс, 2006, гл.V,§ 5.2.