Реакция в плазме

В настоящем издании, дополненном и расширенном, рассмотрены условия возникновения искрового, тлеющего, дугового, факельного, коронного, барьерного (тихого) и других электрических разрядов. Описаны аппаратура и методы проведения в разрядах различных химических реакций. В книге содержатся сведения о ряде новых технологических процессов. Введен новый раздел, посвященный реакциям в плазменных струях различных газов. Показаны известные преимущества проведения некоторых реакций в плазме. Сформулированы общие принципы химической кинетики для реакций в разрядах они применены к изучению ряда конкретных случаев электрокрекингу метана, окислению азота, синтезам озона и перекиси водорода, диссоциации двуокиси углерода и другим. На основе кинетических, спектроскопических и других данных обсуждены возможные механизмы химических реакций в разрядах и рассмотрены существующие теории электрической активации. [c.367]

Зарождение цепей. В приведенном примере зарождение цепи происходит в результате облучения. Аналогичный механизм наблюдается при реакциях в плазме или радиационно-химических реакциях. В фотохимических реакциях могут играть роль фотосенсибилизированные процессы. [c.312]

Необходимо остановиться ( заморозить равиовесие) на четвертой стадии и предотвратить протекание последней реакции. В плазме всеми этими процессами можно легко управлять. [c.18]

Плазмохимия—область химии, в которой изучаются химические процессы в низкотемпературной плазме Ю — 2-10 К при давлении 10 — 10 Па, закономерности протекания реакций в плазме и основы плазмохимической технологии. Возникла в 60-х годах XX в. [c.101]

При давлениях, близких к атмосферному, и температурах от 2000 до 5000 К реакции в плазме происходят в квазиравновесных условиях и приводят к образованию соединений, не существующих при обычных температурах, например АЬО, АЮ, соединений, состоящих из нескольких атомов углерода (от 2 до 9) и т. д. [c.96]

Потребовалось развить специальные методы для изучения быстрых и сверхбыстрых химических реакций в газе, жидкостях и в растворах при обычных и экстремальных условиях (высокие и сверхвысокие давления, весьма высокие и весьма низкие температуры, действие радиации, химические реакции в плазме). [c.6]

Исследования по плазменному разложению нефти немногочисленны, что, вероятно, объясняется ее сложным химическим и компонентным составом. Однако окислительные реакции в плазме многих компонентов, составляющих нефть и нефтепродукты, изучены во многих работах [13, 49, 51—58]. Авторы [52] указывают на то, что жидкие или пастообразные образцы, такие, как нефть и мази, могут успещно озоляться при низком парообразовании относительно используемого (0,5—1,5 торр) вакуума плазмы. [c.31]

Надо отметить, что основным методом изучения реакционноспособных частиц, их поведения и промежуточных стадий реакций в плазме является в настоящее время спектроскопический метод. [c.9]

Низкотемпературная плазма и плазменные струи могут использоваться как источник тепла с высокой удельной энтальпией и температурой, как источник ионов и электронов и излучения (в значительной части расположенного в видимой и ультрафиолетовой областях). Крайне слабо изучены ионно-молекулярные реакции в плазме. Резкое различие температур электронов и молекул газа (например, в плазме СВЧ-разряда, где температура первых выше на порядок и более температуры вторых) может быть использовано в ряде интересных процессов. Пока же в химических приложениях делаются попытки использовать только лишь теплосодержание плазмы [c.10]

Плазменный высокочастотный синтез керамических бескислородных порошков имеет ряд полезных особенностей высокую скорость газофазного синтеза из-за высоких температур, высокой концентрации химически активных частиц (возбужденных по различным уровням атомов, молекул, радикалов, ионов и т. п.) в зоне синтеза высокий выход целевых продуктов возможность дальнейшего увеличения выхода за счет создания неравновесных условий в зоне синтеза возможность предварительно очистить газофазные реагенты методами дистилляции, селективной сорбции и мембранной техники. Кроме того, есть принципиальная и техническая возможности закалки продуктов и предотвращения дальнейшего роста частиц дисперсной фазы, возникшей в результате химической реакции в плазме. [c.330]

Получение карбида кремния. Известно множество попыток осуществить количественный синтез карбидов путем реакции в плазме углеводородов с дисперсным оксидным сырьем. Большинство из них оказалось неудачными с точки зрения количественного выхода продукта, поскольку реакцию проводили в плазменном факеле при удалении от зоны разряда, где температура была заметно ниже, чем в зоне разряда. Дело в том, что при генерировании (С-Н)-плазмы в самой зоне разряда происходят осаждение углерода на стенки разрядной камеры, экранирование зоны разряда от источника электропитания и распад плазмы. Однако выполнены несколько работ, в которых использовались оригинальные технические приемы, позволившие устранить этот недостаток. Одна из них — работа [17], где синтез карбида кремния осуществлен непосредственно в зоне высокочастотного индукционного разряда. Схема реактора показана на рис. 7.5 (где 1 высокочастотный генератор, 4 распределитель исходных реагентов). [c.335]

Рогинский. Означают ли проведенные опыты, что для реакций в плазме при давлениях, когда характеристическое время столкновения превышает 10 сек., можно не учитывать вторичные процессы, а прямо пользоваться результатами, полученными в масс-спектрометре [c.14]

Существует два варианта осуществления реакций в плазме подача реагентов в разрядную зону (в этом случае плазмотрон совмещен с реактором) и подача реагентов в высокотемпературную струю вне зоны разряда (плазмоструйные реакторы). В первом случае сама электрическая дуга участвует в теплопередаче и ее энергия используется непосредственно в технологическом процессе. Во втором случае реакция осуществляется в реакторе с использованием тепла электронейтральной плазменной струи. [c.46]

Наличие двух вариантов осуществления химических реакций в плазме дает возможность предположить, что во втором случае роль электрической энергии ничтожно мала и протекание процесса, в основном, определяется температурой. [c.47]

Большинство химических реакций в плазме относится к реакциям первого и второго порядков. Тогда константы скорости реакций определяются следующим образом для реакций первого порядка [c.54]

Плазмохимический реактор состоит из трех узлов плазмотрона, реакционного объема и закалочного устройства. В плазмотроне в электрической дуге газ нагревается до высокой температуры с образованием плазмы. Реакционный объем используется для реакции в плазме. В закалочном устройстве температура резко снижается для предотвращения разложения образовавшихся продуктов. [c.109]

Исследование большего количества разнообразных химических систем для получения как качественной, так и количественной информации о реакциях в плазме. [c.9]

Как показано в следующем разделе, некоторые фториды, присутствующие в продуктах, — известные соединения, которые наблюдались в других реагирующих системах, включая реакции в плазме низкого давления. [c.209]

Современный уровень знаний. Из-за недостоверности описания плазмы, термохимических данных и кинетики реакций современные знания механизмов реакций в плазме весьма неубедительны. Хотелось бы верить, что в условиях высоких температур и больших давлений достигается термохимическое равновесие. Хотя в основе этого предположения и лежат серьезные аргументы, подтвердить его могут только прямые определения химического состава многокомпонентной высокотемпературной плазмы высокого давления. Пока не ясен и вопрос о том, будут ли обнаружены новые соединения. Из-за отсутствия полных кинетических данных вероятные механизмы реакций на стадии закалки или на других неравновесных стадиях часто предлагаются на основе ненадежной экстраполяции результатов исследований реакций при обычных температурах. [c.223]

Раздел 111 РЕАКЦИИ В ПЛАЗМЕ [c.88]

Раздел III. Реакции в плазме [c.212]

Основной метод получения плазмы — нагрев газов до 2000—50 000° К. Плазменные химические реакторы, где развиваются такие температуры, можно поэтому поставить вслед за пламенными реакторами, в которых процесс протекает при 1000—4000° К. Если время завершения процессов в пламени составляет 10 — 10-3. ро 3 плазме процессы протекают за 10 3 —10 сек, что указывает на большую интенсивность реакций в плазме, чем в пламени. Следует, однако, отметить, что высокотемпературное химическое пламя — одна из разновидностей плазмы, и не всегда правильно противопоставлять их друг другу. [c.340]

Не следует считать, что химические реакции в плазме протекают только с участием ионизированных частиц. В низкотемпературной плазме, которую обычно используют для проведения химических процессов, степень ионизации относительно невелика, и основную роль играет взаимодействие нейтральных частиц. Такую плазму принято называть изотермической. Для перехода к неизотермической плазме можно понижать давление. При этом температура свободных электронов становится выше температуры частиц с большей массой, и преобладают электронные и ионные реакции. [c.340]

Однако при рассмотрении элементарных реакций в плазме с температурами (5- -20) 10 ° К, протекающих с участием атомов и радикалов, вполне может реализоваться ситуация, когда Е ЪкТ. В этом случае молекулы могут превратиться в продукты реакции быстрее, чем произойдет их пополнение путем соударений. В свою очередь, продукты реакции [c.404]

Итак, при наличии химической реакции в плазме возможно образование повышенной концентрации возбужденных частиц. Эти частицы могут принимать в дальнейшем участие в следуюш их реакциях [87] [c.409]

Газофазные плазмохимические реакции протекают, как правило, за времена от десятых до миллионной доли секунды. Это время может быть недостаточным для установления химического равновесия для всех реакций. В частности, значительно больше времени требуется для образования конденсированной фазы либо сложных молекул, требующих многочисленных столкновений каких-либо промежуточных соединений или радикалов. Поэтому для описания газофазных химических реакций в плазме иногда правильнее рассматривать не истинно равновесный состав, а состав квазиравновесный, без учета образования конденсированной фазы и каких-то (конкретных для данного процесса) соединений. [c.274]

В последнее время в связи с развитием исследований в области термоядерного синтеза, техники газового разряда, плазменной металлургии и газодинамики (.при наличии химических реакции) можно проводить химические реакции в плазме на новом, более высоком техническом уровне. [c.3]

Рассмотренные выше процессы (испарение пробы, атомизация вещества, массообмен, диффузия) влияют на интенсивность спект ральной линии. Помимо того, оказываются важными процессы ионизации, возбуждения, реабсорбции, а также разнообразные химические реакции в плазме дуги. На рис. 3.9 предетавлена схема основных процессов в источнике света, определяющих интенсивность регистрируемой спектральной линии. [c.41]

Иногда концентрация атомов уменьшается из-за химических реакций в плазме, которые приводят к образованию очень прочных молекул или радикалов. Например, в пламени практически не удается определять алюминий и некоторые другие металлы, так как в нем образуются про,чные кислородные соединения этих металлов и концентрация свободных атомов становится незначительной даже в тех случаях, когда первоначально вводятся легкодиссоциируемые соединения. [c.263]

Химические реакции в плазме разряда. Несмотря на высокую температуру дугового разряда, в нем могут существовать двухатомные молекулы АЮ, AsO, ВО, ВаО, BaF, СаО, СаР, СиО, РеО, GdO, LaO, Mg l, MgO, NbO, NiO, PO, SiO, SrO, SbO, TIO, TaO, UO, WO, VO, YO, ZrO. Устойчивость этих соединений зависит от их энергии диссоциации, а следовательно, и от температуры источника света. Наиболее устойчивые моноокиси ВО, ВаО, СеО, GdO, LaO, NbO, S O, SiO, SnO, TaO, ThO, TiO, UO, VO, WO, ZrO, энергия диссоциации которых выше 150 ккал/моль. [c.127]

Возможность протекания химических реакций в плазме отмечена в работах [13, 101, 118]. Райхбаум и Костюкова [101] расчетным способом показали, что при температуре плазмы 3000—5000° С некоторые металлы образуют устойчивые двухатомные молекулы. Это приводит к уменьшению концентрации свободных атомов и ослаблению интенсивности спектральных линий. Для элементов, образующих прочные соединения с кислородом, таких, как Zr, Ве, Nb, Мо, Та, одним из путей повышения чувствительности определения является введение в пробу кремния, имеющего сродство к кислороду больше, чем эти металлы, Примером уменьшения отрицательного влияния химических реакций в плазме может служить определение Li в форме ЦР в присутствии СаО (рис. 80). В присутствии Са концентрация свободных атомов Li в плазме возрастает за счет связывания Р-иона в устойчивое соединение СаР. Одновременно возрастает интенсивность молекулярной полосы СаР. Химические реакции в плазме электрической дуги и их роль при проведении спектральных определений изучены пока недостаточно. Можно отметить, что многообразие факторов, влияющих на процесс испарения веществ, позволяет управлять этим процессом в нужном для практических целей направлении. Метод фракционной дистилляции элементов часто используется для решения ряда аналитических задач (например, при определении микропримесей). [c.127]

В конце концов работы по плазменному разделению изотопов урана в том виде, как они первоначально проводились, были прекращены, а на основе исследования поведения UFe в газоразрядной плазме были разработаны плазменные химико-металлургические процессы, представленные в остальных главах настоящей книги. На результатах исследования поведения гексафторида урана в неравновесной газоразрядной плазме я защитил в 1966 г. кандидатскую диссертацию по химическим наукам. С самого начала развитие этих работ проводилось под общим руководством проф. Н. П. Галкина, создавшего в своем отделе научно-исследовательскую группу, в которую, кроме меня, входили младший научный сотрудник Ю. П. Бутылкин и инженер Б. А. Киселев. С ними я прошел пожалуй самый интересный и счастливый отрезок жизни, с 1966 г. по 1974 г. За указанное время мы, не имея вначале базового образования в области физики и химии плазмы, восполнили этот недостаток регулярным посещением семинаров проф. Л. С. По лака по физике и химии низкотемпературной плазмы, самообразованием, контактами с коллегами из Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и экспериментальной работой, направления которой в общей форме и очень благожелательно контролировались проф. П.П.Галкиным. В этот период мы исследовали процессы получения оксидов урана из различных солей, имея первоначальной целью заменить традиционные процессы плазменными на том основании, что при использовании плазмы в качестве теплоносителя возможно нагреть сырье до очень высоких температур (100 Ч- 2500 °С) при сравнительно холодной стенке реактора (100 -j- 500 °С). В конце концов мы поняли, что для достижения технического и коммерческого успеха в использовании плазменного состояния вещества в технологии далеко не достаточно замены обычных состояний вещества плазменным, а также высоких скоростей химических реакций в плазме и [c.18]

Значительное продвижение в разработке нового методического подхода к исследованию кинетики химических реакций в плазме сделали П. Зыричев с сотрудниками [28-32] они использовали контактный термоанализатор (КТА), созданный на кафедре механики МХТИ [c.272]

Другим типом межфазной конденсации тонких азотсодержащих пленок in situ является конденсация, осуществленная при плазменной полимеризации [96]. Плазма — ионизированный газ, полученный при электрическом разряде. Она состоит из электронов, ионов, атомов газа и различных молекул в основном в возбужденных состояниях. Реакции в плазме сходны с реакциями, протекающими при высокоэнергетической радиации, за исключением того, что реакции в плазме протекают только на поверхностях. Как и при -облучении, мономеры переходят в активные формы, которые отличаются от форм, образующихся при обычной полимеризации. В результате гидрофобные мономеры могут становиться гидрофильными тонкими пленками, и наоборот. Различные активные мономеры полиме-ризуются на любой поверхности, включая поверхности микропористых подложечных мембран. При подходящих условиях плазменные пленки могут становиться прочносвязанными и сильносшитыми. Полученные в плазме пленки из 4-пиколина и 4-этнлпиридина, которые не использовались как мономеры в неплазменных системах, по свойствам превосходят пленки из виниловых мономеров. В настоящее время исследуются химическая и физическая структуры полученных в плазме пленок и взаимосвязь между этими структурами и их транспортными свойствами. [c.155]

В таблице 1 перечислены все методы в отдельных случаях тр -дно провести четкую границу между химическими и физическими метода 11и. Некоторые из них включены в таблицу для полноты картины (иапример, ионное покрытие, близкое к осаждению при термическом нспарепии, реакции в плазме, сходные с ионным распылением, газовое анодирование, с.ход-ное с реактивным распылением). В табл. 1 перечислены также ведущ е авторы в области исследования данных методов и ссылки на их работы для последующего детального изучення. Некоторые из методов, приведенных в табл. 1, позволяют получать не только тонкие (менее 10 000 А), но и толстые (более 10 000 А) пленки. Однако для получения толстых пленок существуют специальные методы, объединенные в табл, 2, Из них только метод глазурования имеет чисто химический характер рассмотрение их не входит в задачи данного раздела, [c.462]

Образование пленок из материала подложки Анодирование Газовое анодирование Термическое выращивание Реакция в плазме Янг [16] Майлс, Смит [17] Джексон 18] Эванс [20 Эвиттс [ 9J Лигенза [13] [c.463]

Реакции в плазме точно к.тасспфицировать трудно. Их часто относят к ионному распылению по существу же они, скорее, относятся к реакциям, происходящим в паровой фазе или при термическом вьфащивании, причем источником энергии, необходимой для возникновения эффекта химических превращений, является электрический разряд. [c.463]

Химические реакции в условиях плазмы протекают практически мгновенно. В настоящее время в плазме получают ацетилен, окислы азота, фторуглеводородные и другие соединения. Так как скорость химических реакций в плазме высока, лимитирующей стадией оказывается диффузионный перенос реагентов. По этой причине плазмохимические процессы проводятся при турбулентном режиме движения реагентов. [c.109]

Необходимо отметить еще две работы по исследованию получения N0 из воздуха, которые не были связаны с реакциями в плазме. В первой работе описан термический процесс, известный как вискон- син-процесс, который был реализован в полупромышленном масштабе на установке производительностью 40 т в день в пересчете на эквивалентное количество 100% HNOg 17]. В этом процессе использовались подогреватели с керамическими насадками, работавшие при температурах до 2500 °К, и закалочное устройство с керамическими насадками, обеспечивавшими скорости закалки порядка 17 000 град/сек. При максимальной температуре в 2500 °К выход N0 составлял 1,9%, в случае же проведения процесса при 1900 °К выход N0 снижался до 0,4%. Во второй работе Томпсон описал термический процесс, разработанный в Университете Мак-Гила [81. В этом процессе использовалась проточная печь, в которой достигались температуры до 3000 °К- Высокие скорости закалки обеспечивались водоохлаждаемым зондом (- 400 ООО град/сек). При наиболее благоприятных условиях экспериментов получили до 3,7% N0 в нитрозных газах. Срок службы материалов печи при высоких температурах очень мал и составляет основную проблему в висконсин-процессе и других термических процессах. [c.118]

Описание плазмы. Для понимания механизма реакций в плазме необходимо иметь сведения о составе плазмы. Современная информация о химических свойствах соединений в плазме очень неполная. Необходимы фундаментальные исследования для того, чтобы разобраться в одновременном взаимодействии присутствующих в электрических полях электронов и ионов с атомами, нейтральными молекулами и свободными радикалами различного химического состава. Можно ожидать, что в качестве первого шага в этом направлении наиболее полезными будут работы, в которых будут непосредственно идентифицироваться соединения, присутствующие в плазме. Состав чистой газовой плазмы, например Аг, N3, Не, Нд, довольно хорошо известен при различных условиях. Однако слишком мало сделано для исследования состава интересных химических систем, таких, как система углерод — фтор или азот — фтор. Одним из подходов будет спектроскопическое идентифицирование и количественное определение состава плазмы. Необходимо быть осторожным при проведении как эмиссионных, так и абсорбционных исследований, чтобы не опустить соединения, которые оказались неизлучающими или непоглощающими в применяемом диапазоне длин волн. Непосредственный отбор пробы из плазмы чегез тщательно спроектигован-ный входной диффузор и расширение ее в масс-спектрограф будет другим ценным методом количественного определения состава плазмы. [c.222]

Низкотемпературная плазма характеризуется частичной или полной ионизацией атомов и молекул можно считать,, что такая плазма квазиней-тральна. Для получения такой плазмы (которая с точки зрения химика является высокотемпературной) в самое последнее время раскрылись огромные возможности в связи с развитием различного типа двигателей, ракетной и космической техники, развитием исследований в области термоядерного синтеза, газодинамики при наличии химических реакций, техщки газового разряда, плазменной металлургии и т. п. Поэтому оказалось возможным поставить вопрос о реализации химических реакций в[плазме на существенно новом технологическом уровне, чем 30—60 лет тому назад, когда предпринимались первые, еще весьма робкие и технически несовершенные попытки в этом направлении [2]. [c.411]