Существуют химические реакции, в которых взаимодействие между компонентами происходит довольно просто. Существует весьма обширная группа реакций, протекающих сложно. В этих реакциях каждый элементарный этап связан с предыдущим, без выполнения которого дальнейшая реакция невозможна. В таких реакциях образование продукта реакции являет собой результат цепи элементарных этапов реакции, что называется
цепными реакциями,
которые проходят при участии активных центров – атомов, ионов или радикалов (осколков молекул).
Радикал– осколок молекулы, имеющий неспаренные электроны и проявляющий высокую реакционную активность (H, Cl, O, OH, CH3).
При взаимодействии активных центров с молекулами исходных компонентов происходит образование продуктов реакции и новых активных частиц, способствующих новому этапу взаимодействия.
Активные центры способствуют и создают цепи последовательных превращений веществ. В качестве примера цепной реакции можно привести реакцию синтеза хлористого водорода:
Эту реакцию провоцирует свет. Молекула хлора поглощает квант лучистой энергии
h
vи приходит в возбуждение, то есть атом в ней начинает энергично колебаться. Когда энергия колебаний превышает энергию связи, то происходит распад молекулы (
фотохимическая диссоциация):
Обрыв цепи –окончание цепи, характеризующееся соударением двух активных частиц и одной неактивной, результатом которой является образование молекулы и унос выделившейся энергии неактивной частицей.
Цепные реакции делятся на:
1) неразветвленные цепные реакции;
2) разветвленные цепные реакции.
Неразветвленная цепная реакцияхарактеризуется тем, что при каждом элементарном взаимодействии один активный центр образует молекулу продукта реакции и один новый активный центр.
Разветвленная цепная реакцияхарактеризуется тем, что по ходу взаимодействия свободного радикала с молекулой исходного реагента происходит образование нескольких новых активных центров, одни из которых дают начало новым активным центрам, а другие продолжают старую цепь.
Пример разветвленной цепной реакции – реакция образования воды из простых веществ:
Теория разветвленных цепных реакцийбыла выдвинута
Н.Н. Семеновым в 20-х годах XXвека при изучении кинетики разнообразных процессов.
Теория цепных реакцийявляется научной основой для отраслей техники.
Ядерные цепные реакциитоже относятся к цепным процессам.