Цепные реакции. Химическая или ядерная реакция, в которой появление активной частицы (свободного радикала или нейтронов)

Химическая или ядерная реакция, в которой появление активной частицы (свободного радикала или нейтронов), вызывает большое число последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Другими словами – это связанная система реакций, протекающих последовательно, параллельно и сопряжено с участием свободных радикалов – нестабильных фрагментов молекул, имеющих свободные связи (неспаренные электроны): СН₃, Cl, НО, НО₂ и др. Для запуска цепи реакций необходимо действие или внешних полей (например, световое воздействие), или какое-либо вещество (часто используют пероксидные или гидропероксидные соединения, например: Н₂О₂. Открыты цепные реакции Н.А.Шиловым. Выдающуюся роль в изучении цепных реакций принадлежит выдающемуся советскому ученому Н.Н.Семенову.

Основными стадиями процесса являются: зарождение цепи, разветвление цепи и обрыв цепи. Рассмотрим реакции синтеза хлороводорода или воды под действием квантов света: Н₂ + Cl₂ = 2НCl 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Зарождение цепи: Cl₂ = Cl + Cl Н₂ = Н + Н, О₂ = О + О

Развитие цепи: Cl + H₂ = HCl + H Н + О₂ = НО + О

H + Cl₂ = HCl + Cl О + Н₂ = НО + Н

НО + Н₂О + Н

Обрыв цепи: H + H = H₂ H + H + стенка(адс) = H₂

Cl + Cl = Cl₂ О + О + ингибитор = О₂

В двигателях внутреннего сгорания обрыв цепи в реакции горения происходит при использовании антидетонатора – тетраэтилсвинца.

Радикал хлор при взаимодействии с квантом света может давать до 1 000 000 химических актов. К цепным реакциям относятся многие биохимические реакции, реакции горения (в двигателях внутреннего сгорания), взрыва, фотохимические реакции окисления и др.

Рассмотрим примеры параллельных, последовательных и сопряженных реакций.

Параллельные реакции – одни и те же вещества дают различные продукты: 4КClO₃ = 4КCl + 6О₂ 4КClO₃ = 3КClО₄ + КCl

Последовательные реакции – продукт первой реакции (называется промежуточным продуктом) является исходным веществом второй реакции.

А = (В) = С , например:

С₂Н₅ОН = О медленно = СН₃СНО + О быстро = СН₃СООН

Ацетальдегид в 10 раз токсичнее этилового спирта.

Сопряженные реакции – одна реакция способствует (продуцирует) протекание другой. У таких реакций есть общий реагент. Например: реакция 2СО + О₂ = 2СО₂ практически не идет. Если в систему добавить Н₂, то протекают сопряженные реакции, и образование диоксида углерода происходит быстрее: 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О и 2СО + О₂ = 2СО₂. Общим реагентом является кислород.