Исследование плазмы, в которой происходят химические реакции

Лишь сравнительно недавно многочисленные лаборатории начали проводить широкие исследования проблем генерации плазмы и преимуществ плазмохимических процессов, хотя плазма и ранее находила ограниченное применение для проведения в ней химических реакций, таких, как фиксация азота и синтез ацетилена. На рис. HI.1 представлена диаграмма состояний веществ при высоких температурах, на основании которой можно сформулировать несколько важных для высокотемпературной химии положений. При температурах выше 5000 °К (при , атм) нет веществ в жидком и твердом состояниях, а выше 10 ООО °К нет. молекул и могут существовать атомы только некоторых элементов, так как атомы и молекулы большинства веществ при этих температурах ионизированы. Таким образом, термин плазмохимия неудачен, поскольку при плазменных температурах нет молекул веществ. Но мы будем употреблять термин плазмохимия , понимая под ним химию, использующую высокие температуры и высокие энергии плазмы для реакций, проводимых при пониженных по сравнению с плазменными температурах, а также в тех случаях, когда большие скорости теплопередачи, достижимые в плазме, обычно вызывают изменение физических и химических свойств веществ. Графики температурной зависимости энтальпий некоторых одно- и двухатомных газов (для равновесных условий при 1 атм) приведены на рис. П1.2. Для диссоциации двухатомных молекул, происходящей в интервале температур от 4000 до 10 ООО °К, требуется от 90 до 200 ккал моль, в то время как для ионизации, протекающей между 10 000 и 30 000°К, необходимо от 340 до 600 ккал/моль. Максимальные температуры пламен достигают значений -3000 °К, при которых начинается процесс диссоциации молекул в то же время минимальные температуры плазмы < - 10 000°К, так как только при таких температурах достигается степень ионизации, достаточная для протекания тока, необходимого для поддержания плазмы. (Наше обсуждение ограничивается главным образом плазмой при давлениях атмосферном и более высоких, термической плазмой, т. е. плазмой, находящейся в состоянии тер-людинамического равновесия. В плазме другого типа, холодной плазме, происходит значительный нагрев электронов без какого- [c.38]

Исследование плазмы, в которой происходят химические реакции [c.404]

Сверхвысокочастотные разряды открывают еще одну возможность, важную для их практического использования,— в них можно получать неравновесную плазму даже при сравнительно высоких давлениях [77, 79]. Так, в импульсном режиме заметное различие между температурами ионов и электронов может быть достигнуто при давлениях, близких к атмосферному. Это объясняется высокими напряженностями электрических полей, создаваемых в резонаторах. Получение неравновесной плазмы имеет важное значение, например, для плазмох 1мии. Химические превращения происходят в данном случае не при термодинамическом равновесии, а в неравновесных условиях, при этом определяющую роль играет возбуждение молекул электронами с энергией 1—10 эв при одновременном воздействии СВЧ-излучения. Вообще в высокочастотных разрядах создаются благоприятные условия для протекания различных химических реакций. Чистые условия, характерные для этих разрядов, большой срок службы плазмотронов, созданных иа их основе, и ряд других свойств, о которых говорилось выше, дают основания считать их перспективными в химии, порошковой мета.тлургии, технологии металлов, материаловедческих исследованиях и др., [81—88]. [c.228]

Колебательная кинетика и реакции колебательно-возбужденных молекул в неравновесной плазме. Для описания конкретных плазмохимических процессов и определения оптимальных условий их осуществления необходимо проанализировать предварительно общие вопросы кинетики реакций молекул в неравновесной плазме. Плазмохимические реакции, стимулируемые колебательным возбуждением молекул, характеризуются следующими основными стадиями трансформации энергии. Сначала энергия электрического поля преобразуется в тепловую энергию электронного газа, которая затем передается на нижние колебательные уровни основного электронного состояния молекул Далее в процессе колебательно-колебательного V - V) обмена квантами происходит заселение высоковозбужденных состояний молекул, которые собственно стимулируют химические превращения в эндоэргических реакциях (в настоящем параграфе основное внимание уделено именно эндоэргическим процессам). В связи с этим расчет кинетики рассматриваемых плазмохимических процессов, наряду с анализом сечений элементарных реакций, требует исследования функций распределения по энергиям электронов и колебательно-возбужденных молекул. В общем случае такое исследование должно носить самосогласованный характер, что особенно существенно при высокой степени ионизации. Однако поскольку энергетические пороги колебательного возбуждения относительно низки, то полная информация о функции распределения электронов по энергиям fg ( ) в ряде случаев не обязательна и достаточно параметров, описывающих лишь начальный участок. [c.43]