Πώς ξεκινά μια αλυσιδωτή αντίδραση στη χημεία;

Μια αλυσιδωτή αντίδραση στη χημεία ξεκινά με ένα βήμα εκκίνησης . Αυτό το βήμα περιλαμβάνει το σχηματισμό εξαιρετικά αντιδραστικών ειδών, συνήθως ελεύθερων ριζών, τα οποία είναι άτομα ή μόρια με μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια. Αυτές οι ριζοσπάστες είναι εξαιρετικά ασταθείς και πρόθυμοι να αντιδράσουν.

Εδώ είναι μια κατανομή:

1. Μείωση:

* Εισαγωγή ενέργειας: Το βήμα έναρξης απαιτεί μια εξωτερική πηγή ενέργειας για να σπάσει σταθερά δεσμούς και να σχηματίζει τις αρχικές ελεύθερες ρίζες. Αυτή η ενέργεια μπορεί να προέλθει από διάφορες πηγές, όπως:

* Θερμότητα: Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να παρέχουν την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει τους δεσμούς.

* φως: Το υπεριώδες (υπεριώδες) φως μπορεί να απορροφηθεί από μόρια, να σπάσει δεσμούς και να σχηματίζει ρίζες.

* Ακτινοβολία: Η ακτινοβολία όπως οι ακτίνες Χ ή οι ακτίνες γάμμα μπορούν επίσης να ξεκινήσουν αλυσιδωτές αντιδράσεις.

* Σχηματισμός ελεύθερων ριζών: Η είσοδος ενέργειας προκαλεί το σπάσιμο ενός μορίου, δημιουργώντας δύο αντιδραστικές ελεύθερες ρίζες.

2. Διάδοση:

* αντίδραση με σταθερά μόρια: Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με σταθερά μόρια, παράγοντας νέες ελεύθερες ρίζες. Αυτό το βήμα είναι ζωτικής σημασίας επειδή διατηρεί την αλυσιδωτή αντίδραση, καθώς οι ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται συνεχίζουν να αντιδρούν.

3. Τερματισμός:

* ανασυνδυασμός: Η αλυσιδωτή αντίδραση τελικά τερματίζεται όταν δύο ελεύθερες ρίζες συγκρούονται και συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα σταθερό μόριο. Αυτό αφαιρεί τις ενεργές ρίζες από το σύστημα, σταματώντας την αλυσιδωτή αντίδραση.

Παράδειγμα:Η καύση του μεθανίου

Ας δούμε την καύση του μεθανίου (CH4) ως παράδειγμα:

initiation:

CH4 + Θερμότητα → • CH3 + • H (όπου • αντιπροσωπεύει μια ελεύθερη ρίζα)

διάδοση:

• CH3 + O2 → • CH3O + • O

• CH3O + O2 → HCHO + • HO2

• HO2 + CH4 → • CH3 + H2O2

τερματισμός:

• CH3 + • CH3 → C2H6

• HO2 + • HO2 → H2O2 + O2

Βασικά σημεία:

* Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις είναι αυτοσυντηρούμενες: Μόλις ξεκινήσει, η αλυσιδωτή αντίδραση συνεχίζεται όσο υπάρχουν αντιδραστικά είδη (ελεύθερες ρίζες).

* Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις μπορεί να είναι εξαιρετικά εξωθερμικές: Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των σταδίων διάδοσης μπορεί να είναι σημαντική, οδηγώντας σε εκρήξεις ή ταχείες αντιδράσεις.

* Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις είναι κρίσιμες σε διάφορες χημικές διεργασίες: Διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στην καύση, τον πολυμερισμό και την ατμοσφαιρική χημεία, μεταξύ άλλων πεδίων.

Η κατανόηση των αλυσιδωτών αντιδράσεων είναι απαραίτητη για τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων και την πρόληψη ανεπιθύμητων εκρήξεων ή πλευρικών αντιδράσεων.