Фирменный Автосервис

 

 

Фотохимические процессы и радиационно-химические процессы

под действием светаФотохимия изучает химические реакции, протекающие под действием света или вызываемые им. В качестве источников излучения используется видимый свет (700-400 нм), ультрафиолетовый (до 200 нм) и реже инфракрасное излучение. Механизм фотохимических процессов основан на активации молекул реагирующих веществ при поглощении света. Меняется электронная структура молекулы (электроны наружных оболочек атома возбуждаются и молекула становится способной к химическим превращениям).
По природе фотохимические процессы можно разделить на прямые и сенсибилизированные. В прямой реакции излучение поглощается одним или несколькими веществами, участвующими в реакции. В сенсибилизированной реакции излучение поглощает определенное вещество, возбуждает реакцию, но само в реакции не участвует. В каждой фотохимической реакции различают три стадии: поглощение света и переход молекулы в электронно-возбужденное состояние; первичные фотохимические процессы с участием возбужденных молекул и образованием первичных фотохимических продуктов; вторичные реакции веществ, образовавшихся в первичном процессе.
Продуктами первой стадии могут быть короткоживущие изомеры, обладающие повышенной электронной энергией, атомы и радикалы. Часто они имеют неспаренные электроны и легко участвуют во вторичных реакциях. Во вторичных реакциях происходят превращения первичных продуктов реакции. Передача возбуждения от одной молекулы к другой называется сенсибилизацией, а вещество, поглощающее свет и выступающее в роли переносчика энергии, называют фотосенсибилизатором. Сам фотосенсибилизатор в реакции не меняется.
В зависимости от роли и характера влияния света фотохимические процессы условно можно разделить на три группы.
К первой группе относятся реакции, которые самопроизвольно могут протекать после поглощения реагентами светового импульса. Для этих процессов свет играет роль возбудителя и инициатора, например, в процессе хлорирования метана с образованием хлорпроизводных метана.
Ко второй группе фотохимических процессов относятся процессы, для проведения которых необходим непрерывный подвод световой энергии к реагентам. При устранении света процесс прекращается. К процессам такого типа относится процесс природного фотосинтеза, связанный с поглощением света пигментом растений — хлорофиллом; процесс образования электрического тока в солнечных батареях; процесс разложения галоидных соединений солей серебра.
На светочувствительности галоидных соединений солей серебра основан процесс изображения в фотографии.
К третьей группе относятся химические процессы, протекающие под действием света — фотокаталитические реакции. Свет в этих процессах поглощается не реагирующими веществами, а катализатором, ускоряющим процесс. К таким процессам относится синтез органических веществ, например, получение карбоновых кислот путем реакции окисления (окислитель — перманганат калия или хромовая смесь).
Большинство продуктов реакции, образующихся при фотохимических процессах, могут быть получены и другими методами.
Целесообразность и распространенность применения фотохимических процессов объясняется преимуществами их перед термическими: возможность точной регулировки степени возбуждения молекул; высокая селективность реакции; возможность синтеза термодинамически неустойчивых соединений; процессы мало зависят от температуры; высокая степень чистоты получаемого продукта.
Радиационно-химические процессы
Радиационно-химические процессы (РХП) относятся к процессам, в которых главную роль играют возбужденные атомы, ионы, молекулы, радикалы. Энергия ионизирующего излучения обычно в сотни тысяч раз превышает энергию химических связей.
Для ионизации используются потоки заряженных частиц большой энергии (ускоренные электроны, а-, (3-частицы, нейтроны, осколки ядер) и высокочастотные электромагнитные колебания (рентгеновское и у-излучение). Для ионизации используются генераторы излучений на базе искусственных (кобальт — 60) и осколочных изотопов (цезий — 137) и др. Механизм РХП объясняется особенностями взаимодействия излучений с реагирующими веществами и состоит из трех стадий.
На первой стадии (физической) энергия первичного излучения перераспределяется между вторично заряженными частицами. Эти частицы при взаимодействии с электронами атомов приводят к возбуждению и ионизации новых молекул веществ.
На второй стадии (физико-химической) химически активные заряженные ионы и незаряженные осколки ядер реагируют между собой и с другими молекулами с большой скоростью. В результате вторичных реакций образуются новые активные частицы (свободные радикалы, ионы).
На третьей стадии (химической) происходят реакции, приводящие к образованию молекул нового вещества (радиационно-химический синтез).
РХП имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими процессами, ионизируемыми другими источниками энергии:
— возможность создания необходимого распределения центров инициирования благодаря высокой проникающей способности излучений;
— отсутствие катализатора приводит к получению более чистых материалов;
— возможность химического присоединения к поверхности различных веществ органических полимеров.
В промышленности выделяют следующие направления применения РХП.
Радиационная полимеризация — наиболее перспективные и легко управляемые РХП. Например, радиационная полимеризация тетрафторэтилена дает возможность получить чистейший фторо-пласт-4 и улучшить технико-экономические показатели процесса.
Радиационное сшивание полимеров (включая вулканизацию эластомеров). Эти РХП приводят к модификации структуры и свойств полимеров. Для получения материала с заданными свойствами метод модифицирования является экономически более выгодным, чем синтез нового полимера.
РХП осуществляется в обычных условиях, характеризуется меньшими энергетическими и трудовыми затратами и улучшенным качеством продукции. Большую будущность имеет способ радиационной модификации натуральных и синтетических волокон и древесины путем прививки полимеров на ткань. Этот метод дает возможность получать водо- и маслоотталкивающие материалы, огнестойкие и прочные к действию света, биостойкие и немнущиеся ткани и др.
Радиационно-химический синтез (окисление, хлорирование, сульфохлорирование органических соединений и др.), например, синтез бромистого этила под действием у-излучения приводит к увеличению скорости процесса и выхода продукта реакции
С2Н4 + НВг -» С2Н5Вг.
Радиационное модифицирование неорганических материалов. Оно характерно для трех групп неорганических веществ: оксидов металлов — катализаторов химических процессов, диоксидов металлов с особыми диэлектрическими свойствами и для полупроводников. Под действием излучения каталитическая активность увеличивается и уменьшается отравляемость от действия ядов. Например, активность оксидов никеля, железа, цинка и других увеличивается при облучении на несколько порядков, некоторые сегнетоэлектрики (титанат бария) и полупроводники селена под действием у-излучения улучшают эксплуатационные свойства.
Радиационная очистка сточных вод, твердых отходов и газов используется для водоподготовки и очистки различных бытовых и промышленных отходов. При облучении природная вода дезинфицируется и из нее удаляются газы. В основе радиационной очистки сточных вод, содержащих различные примеси (фенол, поверхностно-активные вещества, красители и др.), лежит радиолиз воды и радиационная полимеризация предварительно введенных мономеров. При радиационной очистке твердых отходов и шламов получаются вещества, используемые в качестве удобрений или добавок к кормам для животных.
Широко используется очистка дымовых газов промышленных предприятий от диоксида серы и оксидов азота. Под действием рентгеновского излучения диоксид серы окисляется кислородом воздуха в сернокислых растворах в присутствии катализатора. При этом диоксид серы и оксиды азота переходят в серную и азотную кислоты, которые вместе с твердыми частицами осаждаются на электростатическом фильтре.
Недостаток РХП — особые правила безопасности при ведении процессов и необходимость обязательного захоронения радиоактивных осколков (стронция, цезия и др.).


Основы организации производства Промышленное предприятие Порядок и особенности организации предприятий (объединений) Концепции Биохимические процессы Методы определения припусков и факторы, влияющие на величину припуска Преимущества и недостатки автоматизации производства Автоматизация технологических процессов Получение заготовок из проката Газопламенная и другие виды резки 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом