鏈反應

鏈反應

通過在反應過程中交替和重複產生的活性中間體(自由基或自由原子)而使反應持續進行的一類化學反應。

基本介紹

  • 中文名:鏈反應
  • 1:在反應過程中交替產生活性中間體
  • 2:自由基或自由原子
  • 3:使反應持續進行
簡介,舉例,機理,分類,直鏈反應,支鏈反應,退化支鏈反應,主要步驟,鏈引發,鏈傳遞,鏈的終止,

簡介

舉例

如反應H2+Cl2→2HCl的機理如下:
Cl2+M→2Cl+M (1)
Cl+H2→HCl+H (2)
H+Cl2→HCl+Cl (3)
……………
2Cl+M→Cl2+M(4)
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(2)、(3)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。

機理

鏈反應的機理一般包括3個步驟:
鏈引發。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為自由基的反應,如反應(1)。
②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(2)、(3)。
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。

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H2O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。

主要步驟

鏈引發

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

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

鏈的終止(chain termination):
兩個活性傳遞物相碰形成穩定分子或發生歧化,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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