Цепные химические процессы

Раздел: 
Русская Химия

50. Цепные химические процессы

Принято считать, что одним из признаков цепных процессов является взрыв.

Да; в большинстве случаев так оно и есть, но взрыв всёже не может рассматриваться как основной признак цепных процессов.

Горение бикфордова шнура, например, на взрыв никак не похоже, тем не менее это и есть самый настоящий цепной химический процесс.

С другой стороны, вспышка распылённого дизельного топлива в цилиндрах автомобильного двигателя происходит настолько быстро (менее чем за сотую долю секунды), что может восприниматься как взрыв, но этот взрыв нельзя считать цепным процессом.

Чем же характерен цепной химический процесс?

У него – два отличия.

Первое. В таком процессе происходит превращение сложного вещества из одного состояния в другое, причём без соединения или обмена с другими веществами. Иначе говоря, вещество, способное входить в цепной процесс,- самодостаточное.

Второе. Цепной характер процесса выражается в том, что химические превращения в одной точке такого вещества порождают подобные превращения в соседних молекулах; те, в свою очередь, воздействуют на следующие молекулы; и так процесс становится бегущим с явно выраженным фронтом распространения.

Все цепные химические процессы – необратимые.

Зарождается цепной процесс с первоначального толчка. Им может быть химическая искра (например от спички), электрическая искра, ударная искра (например при ударе камнем по металлу), жёсткое излучение,- в общем всё то, что приводит к цепному химическому превращению хотя бы в одной точке.

Во взрывном процессе первоначальный толчок вызывает детонацию.

Примеры.

Типичным примером цепного процесса является горение так называемого чёрного пороха. Он представляет собой смесь нитрата калия N2O5(O(K2) с серой S и углеродом C.

В результате полноценного горения образуются нитрит калия N2O4(O(K2), оксид серы (сернистый газ) S(O2(  и углекислый газ CO2.

Цепной характер горения чёрного пороха выражается в том, что, во-первых, оно не нуждается в присутствии посторонних веществ (например атмосферного кислорода), и во-вторых, идёт фронтом.

В закрытом помещении, за счёт роста давления и температуры во фронте, горение резко ускоряется и превращается во взрыв.

Побочными продуктами горения в этом случае оказываются сернокислый калий S(O2(O(O(K2), карбонат калия CO2(O(K2), угарный газ CO, сернистый калий (K)S(K) и другие вещества. Часть углерода во время взрыва не успевает соединиться с кислородом и остаётся в виде сажи; она-то и породила название пороха – чёрный.

Цепным является также химический процесс разложения тринитрата глицерина на углекислый газ, воду и на молекулярные азот и кислород.

Газовые смеси, такие как кислородно-водородная (O2 + Hm), метано-кислородная (HmCH2 + O2) и другие, в нормальных условиях образуют соединения (в основном – воду и углекислый газ), равномерно распределённые по всему своему объёму; скорость этих превращений – незначительная.

Но стоит только появиться искре, как происходит цепной процесс в форме взрыва. Искра порождает фронт, в котором под влиянием давления и температуры резко ускоряется распад исходных веществ и возникновение производных. Фронт стремительно распространяется по всему объёму смесей.

К оглавлению                Назад        обсуждение        Далее                Следующий раздел или книга