У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке ланцюгові реакції;
• які центри ланцюгової реакції є активними;
• що називають розгалуженим ланцюговим процесом.
Існують реакції, перебіг яких ініціюють кванти світла (фотони). Так, під час взаємодії молекул хлору з молекулами водню вони «розбивають» молекулу Cl2 на атоми 2C—.
Якщо приготувати суміш газоподібних водню та хлору, наприклад у товстостінній прозорій посудині, то за звичайних умов ніяких змін із вказаними речовинами не спостерігається — хімічна реакція не відбувається. Якщо ж на ємність іззовні подіяти, наприклад, фотоспалахом, то в ній пролунає сильний вибух — відбудеться миттєва реакція між воднем і хлором. Це пояснюють тим, що за вказаних умов речовини взаємодіють за так званим ланцюговим механізмом. Під дією яскравого світлового опромінювання певна частина молекул хлору розпадається на високоактивні атоми, тобто такі, що мають неспарені електрони:
Останні, своєю чергою, стикаються з молекулами водню і сприяють перетворенню їх на атоми:
Утворені таким чином активні атоми Гідрогену вступають у взаємодію з іншими молекулами хлору:
Атоми Хлору знову взаємодіють з молекулами водню і т. д., доки одна з речовин не прореагує повністю.
Первинну реакцію розпаду, тобто дисоціацію молекули хлору на високоактивні атоми, під дією світла називають реакцією зародження ланцюга, а вільні атоми хлору — Cl-, що при цьому утворилися, активними центрами.
Утворення атомів Гідрогену — реакція (2), а потім послідовно нових атомів Хлору — реакція (3), а далі нових атомів Гідрогену відповідно до перетворень або циклів:
називають розвитком ланцюга.
Реакції, які призводять до загибелі активних частинок (центрів), а отже, і до припинення ланцюгової реакції, називають реакціями обриву ланцюга. Кількість циклів від моменту зародження ланцюга до його обриву називають довжиною ланцюга.
Обрив ланцюга можливий у результаті зіткнення двох активних центрів
або в разі захоплення активних центрів стінками посудини чи молекулами домішок.
Якщо в результаті одного елементарного акту виникає дві або більше хімічно активних частинок, то процес називають розгалуженим ланцюговим процесом. При цьому кількість активних центрів, а отже, і швидкість процесу будуть лавиноподібно зростати до того моменту, коли буде витрачено вихідну речовину. Тоді швидкість процесу почне зменшуватися.
Якщо кожен елементарний акт спричиняє появу двох або більше активних центрів розгалуження ланцюга, то спостерігається реакція із сильно розгалуженими ланцюгами (рис. 37, а).
Якщо ж у результаті реакції утворюється атом з однією вільною валентністю (як це видно на прикладі розглянутої реакції хлору з воднем, де активний центр зумовлює розвиток лише одного ланцюга), то ланцюги будуть нерозгалуженими (рис. 37, б).
Прикладами розгалужених реакцій є взаємодія водню і кисню (вибух), розкладання озону.
Рис. 37. Схема ланцюгової реакції: а — сильно розгалужені ланцюги; б — нерозгалужені ланцюги
Ланцюговими реакціями є більшість процесів окиснення, горіння, полімеризації, галогенування та ін.
Тепер ми можемо доповнити класифікацію хімічних реакцій, наведену в § 34: реакції можуть бути ланцюговими та нелан-цюговими.
Основні поняття. Ланцюговий механізм. Активний центр. Довжина ланцюга. Реакція обриву ланцюга. Розгалужений ланцюговий процес.
Запитання та завдання
1. Як називають реакції, що їх ініціюють кванти світла?
2. За допомогою якого рівняння можна описати розпад молекул хлору на високоактивні атоми?
3. Які атоми називають високоактивними? Покажіть утворення таких атомів Хлору та Гідрогену на прикладі реакції хлору з воднем.
4. Який вид перетворень називають розвитком ланцюга?
5. Який тип реакції виникнення ланцюга перетворень не призводить до його розгалуження? Як його умовно зображують?
6. Які хімічні реакції переважно є ланцюговими?
7. Як називають процес, коли в результаті одного елементарного акту водночас виникає дві або більше число активних частинок? Як його умовно зображують?
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)