鏈反應

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1簡介鏈反應

chain reaction

如反應H2+Cl2→2HCl的機理如下

Cl2+M→2Cl+M1

Cl+H2→HCl+H2

H+Cl2→HCl+Cl 3

……………

2Cl+M→Cl2+M4

在反應1中靠熱光電或化學作用產生活性組分氯原子隨之在反應23中活性組分與反應物分子作用而交替重複產生新的活性組分氯原子和氫原子使反應能持續不斷地循環進行下去直到活性組分消失此即鏈反應反應中的活性組分稱為鏈載體

鏈反應的機理一般包括3個步驟①鏈引發[1]是依靠熱光電化學等作用在反應系統中產生第一個鏈載體的反應一般為穩定分子分解自由基的反應如反應1②鏈的傳遞由鏈載體與飽和分子作用產生新的鏈載體和新的飽和分子的反應如反應23③鏈終止鏈載體的消亡過程如反應4式中M為接受鏈終止所釋放出能量的第三體其他分子或反應器壁等

在鏈傳遞階段若一個舊的鏈載體消失只導致產生一個新的鏈載體稱為直鏈反應若一個舊的鏈載體消失而導致產生兩個或兩個以上的新的鏈載體則稱為支鏈反應

2分類直鏈反應  在鏈反應中活性組分自由基不斷再生自由價保持不變例如以下反應

Cl·+H2→HCl+H·

H·+Cl2→HCl+Cl·

反應中單自由價的氯原子或氫原子產生單自由價的氫原子或氯原子

支鏈反應  在鏈反應中當一個單自由價的鏈載體和分子反應時能產生多於一個的新自由基為支鏈反應例如下列反應

H+O2→HO+O

O+H2→OH+H

再加上其他鏈傳遞過程OH+H2→H2O+H就可將H-O2反應圖解如下

不難看出上述反應中與核反應中一個中子能產生三個新中子一樣一個H產生三個新的H依次類推因此在某些條件下該反應的速率可變為無限大因而可以發生爆炸

退化支鏈反應  在鏈的支化過程中生成了比鏈載體更為穩定的活潑分子如有機過氧化物而這種活潑性分子又能分解出多於一個的支鏈載體使支化過程得以進行但這種分子分解產生鏈載體的過程比鏈載體所進行的反應要緩慢得多這就是退化支鏈反應某些有機物的液相氧化反應屬於此類反應

3單鏈反應的主要步驟鏈引發chain initiation處於穩定態的分子吸收了外界的能量如加熱光照或加引發劑使它分解成自由原子或自由基等活性傳遞物活化能相當於所斷鍵的鍵能

鏈傳遞chain propagation鏈引發所產生的活性傳遞物與另一穩定分子作用在形成產物的同時又生成新的活性傳遞物使反應如鏈條一樣不斷發展下去

鏈的終止chain termination兩個活性傳遞物相碰形成穩定分子或發生岐化失去傳遞活性或與器壁相碰形成穩定分子放出的能量被器壁吸收造成反應停止


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