Дәріс №3 жоғАРҒы энергиялар химиясы фотохимия
жүктеу/скачать 0,53 Mb.
|
Дәріс 4-5 химфизика
| 3. Плазмохимия
Плазмохимия жартылай ионданған газдарда жүретін химиялық реакцияларды зерттейді. Физикада жартылай (шала) ионданған газды төмен температуралық плазма деп атайды (әлсіз ионданған плазма, ауыр бөлшектерінің температурасы < 105 К). Суық плазма да бар, оның температурасы ~ 103 К. Төмен температуралык плазма газ арқылы электр тогы өткенде түзіледі (газ разрядты плазма) және химиялық активті бөлшектердің (зарядталган бөлшектер - электрондар, оң және теріс иондар, атомдар мен бос радикалдар, ќозган молекулалар, фотондар) жоғары концентрациясымен сипатталады (3-сурет). Қасиеттері: Квазибейтараптығы (зарядтардың бөлінуін Дебай радиусынан үлкен қашықтықта ескермеуге болады). Зарядталған бөлшектердің электростатикалық ұжымдық әрекеттесуі (жеткілікті сиретілген газда қалыпты жағдайда тек 2 бөлшек әрекеттеседі). Плазманың күшті тәуелділігі, онда термодинамикалық тепе-теңдіктің жоқтығы, яғни оған тек тепе-теңдіктегі емес химиялық кинетика қолданылады. 3-сурет. Энергия үлесіне байланысты заттың жоғары температурадағы күйлері 3.1. Электр разрядының типтері Электр разрядының сипаты газ қысымына, электр өрісінің кернеуі және ток тығыздығына тәуелді. Тыныш разряд – 105Па қысымда және электродтар арасындағы потенциал айырымының салыстырмалы жоғары мәндерінде пайда болады; қалдық иондану әсерінен газдың өткізгіштігіне негізделген. Тәж разряды - тыныш разрядтан электр өрісінің жоғары кернеулігінде пайда болады, біртекті емес өрісте кисықтық радиусы кіші электрод жанында тәж пайда болады, онда газдың соқпа иондануы жүзеге асады, ол тәждан тыс жағдайда болмайды. Ұшқындық разряд - тәж разрядынан ток күшін көбейткенде түзіледі разряд процесінде разряд аралық радиустың өзгеруінен үздікті жүзеге асады. Шоқтанушы разряд - 104 Па-ға тең және одан төмен қысымда пайда болады. Оң жарқырау облысында газ плазма түрінде болады; кернеу - жүздеген және мыңдаған вольт. Доғалық разряд - шоқтанушы разрядқа қарағанда жоғары тығыздығында пайда болады; электродтардың булануынан спектрде электрод металының сызықтары басым болады; газ плазма түрінде; потенциалдар айырымы үлкен емес (ондаған вольт). Плазмохимиялық процесс технологиясы: төмен температуралық плазма генераторын; шикізаттың плазмамен араласуын (реагенттерді енгізуді); плазмохимиялық түрленулерді; өнімдерді құрыштауды қажет етеді. Мұнда плазмохимиялық реактор конструкциясы қарастырылмайды. Плазма генераторын таңдау зерттелетін немесе жүзеге асырылатын процестің кинетикалық және термодинамикалық ерекшеліктерін қанағаттандыруы қажет. Плазма генераторларының (плазмотрондар) түрлері: 1)доғалық; 2)шоқтанушы разряд; 3)тәж разряды; 4)индукциялык жоғары жиілікті; 5)сыйымдылықты жоғары жиілікті; 6)аса жоғары жиілікті және т.б. Тұрақты және айнымалы токты өнеркәсіптік жиіліктегі электрдоғалық плазмотрондар кең колданылады (4-сурет). Олар - өте қуатты, қуаты 50 МВт- қа дейін жетеді. 4-сурет. Дисперсті материалдарды қабатта өңдеуге арналған плазмохимиялық агрегат: 1- конустық корпус, 2 - конденсацияланган фазаны беру кұрылғысы, 3 - ауыспалы патрубок, 4 - плазмотрон, 5 - сопло, 6 - айырғыш (сепаратор). 7 - бункер, 8 - сумен салқындату 3.2. Плазмохимиялық реакциялар Ерекшеліктері: әрекеттесуші бөлшектердің Еорташа >> 0,1 эВ; молекулалардың негізгі және қозған күйлерінің толығулары өлшемдес; молекулалардың электрондар және иондармен (бір-бірімен) әрекеттесулері айтарлықтай (немесе анықтаушы); өнімдердің басым бөлігі қозған күйде болады; серпімді соқтығысулар серпімсіз соқтығысулардан басым емес; физикалық және химиялық процестердің сипаттамалық уақыттары шамалары бойынша жақын, сондықтан бір-біріне әсер етеді. Нәтижесіндегі химиялық реакция тепе-теңдіктегі емес кинетикамен сипатталып қана коймайды, бұл - көп арналы (әртүрлі жолмен жүретін) процесс, арналар әртүрлі уақытта, әртүрлі энергияда бірнеше түрде әрекеттеседі. Плазмада әрбір бөлшек үшін белгілі бір температураның мағынасы жоқ, сондықтан химиялық реакцияның аррениустік жылдамдық константасына бағынбайды. Жалпы, химиялық кинетиканың физикалық кинетикадан айыру мүмкін еместігі екеуін де сипаттау үшін жалпы теңдеуді қажет етеді. Сондықтан плазмохимия үшін Паули теңдеуі танымал: мұндағы Рi (t) - T уақыт мезетіндегі і-күйдің ықтималдығы; аik және аki - бірлік уақытта і-күйден k-күйге ауысу ықтималдығы және керісінше. Бұл теңдеуде бөлшектердің кванттық күйлерімен қатар олардың химиялық әрекеттесулерінің арасындағы ауысулар мен бөлшектерге сыртқы энергия беру мүмкіндігі де ескеріледі. Егер деңгейлер арасындағы ауысуларды ескермесе (яғни олар химиялық процесс басталғанша аяқталса), бұл стохастикалық теңдеудің (жүйенің ішкі флуктуацияларын ескеру) кәдімгі аррениустік кинетикаға келетінін көруге болады. жүктеу/скачать 0,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|