До сих пор речь шла о взаи- модействии тяжёлых частиц со свободными электронами и излучением. Теперь мы остановимся на взаимодействии тяжёлых частиц друг с другом при участии элек- тронов, уделив основное внимание химическим реакциям при температурах порядка нескольких тысяч градусов. Эту область науки обычно называют плазмохимией. Многообразие плазмохимических процессов огромно, Здесь мы коротко остановимся на трех примерах, а несколько других будет описано в разделе 10.3. Плазмохими- ческие реакции могут протекать в существенно неравновесных условиях, а могут 1) Эксимеры — молекулы, существующие только в возбуждённом состоянии. 6.11. Системы, использующие выделенные уровни возбуждения частиц 341 и в квазиравновесных условиях. Примером последних может служить окисление азота. Примерами неравновесных плазмодинамический реакций, которых мы здесь кос- немся, будет синтез в разрядах "эксимеров" — метастабильных соединений с участи- ем благородных газов (Аг^, Кг*С1 и т.п.). Вторым примером будет синтез фуллере- нов 0, открытых в 1985 году и представляющих собой удивительные многоатомные углеродные структуры, рис. 6.11.4. Рис. 6.11.4. Фуллерены С70, C72 (а); нанотрубка открытая (б), нанотрубка закрытая (в) Специфической особенностью плазмохимических процессов является наличие у электронов и/или тяжёлых частиц значительной энергии ("сверкомнатной"), обес- печивающей активацию частиц. Реакции между двумя тяжёлыми частицами могут либо приводить, в конечном счёте, к выделению энергии (экзотермические реакции), либо к поглощению энергии 1) Эти молекулы поучили такое общее имя в честь американского архитектора Фуллера, который разрабатывал конструкции зданий, в основе которых лежала пространственная ре- шётчатая структура. 342 Гл. 6. Плазменные процессы с трансформацией частиц и излучением (эндотермические реакции). Наглядными примерами экзотермических реакций явля- ется процесс горения углерода в кислороде Сп + пО2 -> пСО2 + п. Примером эндотермических реакций является диссоциация молекулы кислорода О2 ->2О + ... U®' Рис. 6.11.5. Типичный потенциал взаимо- действия двух атомных частиц в зависи- мости от расстояния между ними Ясно, что эндотермические реакции мо- гут идти только при наличии энергичных частиц с уровнем энергии > гЭНА0. Но даже в случае экзотермических реакций обычно требуется активация. Это связано в первую очередь с тем, что у вступающих в реак- цию частиц валентные связи, так или ина- че, замкнуты. Так мы имеем в нормальных условиях в свободном состоянии не атомы кислорода О, а молекулы О2 и т. п. Поэтому для того, чтобы частицы вступили в ре- акцию, нужно затратить, так называемую энергию активации ?акт (рис. 6.11.5). В про- стых случаях это энергия диссоциации. Но затем в результате реакции — в случае экзотермической реакции, выделяется энер- гия ?р = ?акт + Q. Очевидно также, что если возможна обратная реакция, то она является эндотермической. Естественно, что все реакции (или почти все) идут быстрее при повышенной температуре, и если продукты этих реакций нам нужны (как, например, получение окислов азота), а сама реакция обратима, то нужно "заморозить" образовавшийся при высокой температуре состав. Сделать это можно, быстро охлаждая ("закаливая") среду, в которой содержатся продукты реакции. Если продукты реакции неустойчивы при комнатной температуре, то надо связывать их в устойчивые комплексы.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Особенности плазмохимии» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
