Особенности плазмо-химических, фото-химических и радиационно-химических реакций

Скорость большинства химических реакций растет с повышением температуры. Это связано с тем, что далеко не каждое столкновение молекул реагирующих веществ приводит к химической реакции между ними. Для того чтобы образовались новые молекулы, необходимо предварительно ослабить или разорвать связи между атомами в молекулах исходных веществ. Для этого требуется затрата определенного количества энергии. Повышение температуры означает увеличение хаотического движения молекул. Зависимость константы скорости реакции от температуры передает полуэмпирическое уравнение Аррениуса:

k = Ae-Ea/RT

где А — некоторая константа, зависящая от вступающих в реакцию веществ; R — газовая постоянная; Т — температура; Еа — так называемая энергия активации реакции.

Энергией активации называют избыточную энергию, которая должна быть сообщена молекулам для того чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества (т.е. произошла химическая реакция между этими частицами). Величина энергии активации зависит от вида реагирующих частиц и от их энергетического состояния. Так, для реакций между валентно-насыщенными молекулами (входящие в молекулы атомы имеют полностью заполненную внешнюю электронную оболочку) энергия активации близка к энергии диссоциации и составляет 100-200 кДж/моль. Реакции атомов (или радикалов) с молекулами протекают с промежуточными значениями энергии активации (40-100 кДж/моль). Реакции между атомами и радикалами (или между радикалами) происходят с энергией активации близкой к нулю.

Таким образом, химические реакции идут успешно тогда, когда реагенты приобретают определенное количество энергии, и главной особенностью плазмохимических реакций является то, что в газоразрядной плазме под действием различных внешних воздействий атомы и молекулы имеют возможность перейти в активные частицы: радикалы, ионы или возбужденные частицы. Это обстоятельство позволяет преодолеть потенциальный барьер совершенно новых элементарных химических реакций, что обеспечивает образование совершенно новых химических соединений никогда не образующихся в данных условиях, либо позволяют создать перекос в скоростях обратимых химических реакций и тем самым создать условия для наработки таких продуктов реакции, которые при нормальных условиях имеют крайне низкие равновесные концентрации.

Приведем практически важные примеры использования плазмо-химических реакций. Наибольшее распространение получил электросинтез озона, т.е. преобразование молекул кислорода О2 в молекулы озона О3. Плазма газового разряда используется для его получения уже около ста лет. Все это время шел непрерывный процесс поиска более рациональной формы газового разряда и условий протекания химических реакций. Поэтому эти реакции на сегодняшний день наиболее исследованы и являются основой для дальнейших разработок.

Более десяти лет ведутся исследования по применению плазмы газового разряда для очистки газовых выбросов тепловых электрических станций от оксидов азота и серы. Созданы пилотные установки, ведутся активные исследования и поиски новых технических решений.

В последние годы начаты работы по применению плазмы импульсного газового разряда для очистки газовых выбросов лакокрасочных, гальванических и пропиточных производств от паров растворителей и компаундов в замен энергоёмких технологий высокотемпературного дожига.


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru