Плазмохимия. Электр разрядының типтері. Плазмада химиялық активті бөлшектердің түзілуі. Электр разрядындағы реакциялар
жүктеу/скачать 3,88 Mb.
|
7 Лекция Химфизика
| Суық плазма-бұл тепе-тең емес плазма, онда ауыр бөлшектердің температурасы әдетте 1000 К-тан төмен, ал электрондардың орташа энергиясы бірнеше эВ (1 эВ ≈ 104 К).
Плазманың құрамы оның иондалу дәрежесімен сипатталады. Тепе - теңдік жағдайында ионизация дәрежесі температура мен қысыммен анықталады. Иондану дәрежесі электрондарды беретін немесе сіңіретін атомдардың санына пропорционалды және температураға тәуелді. Иондану дәрежесі α = ni / (ni + na) ретінде анықталады, мұнда ni - иондардың концентрациясы, ал na - бейтарап атомдардың концентрациясы. Қасиеттері: 1.Квазибейтараптығы (зарядтардың бөлінуін Дебай радиусынан үлкен қашықтықта ескермеуге болады); Бұл қасиет зарядталған бөлшектердің бөліну сәйкес масштабына байланысты белгілі бір көлем мен уақыт аралығынан басталады. Зарядтардың бөлінуі плазмалық тербелістердің пайда болуына әкеледі, олардың периоды t0 уақытша масштабына сәйкес келеді. Дебай радиусы деп аталатын l кеңістіктік шкаласы t0 уақытында бөлшектің жылулық қозғалысы кезінде қозғалатын қашықтықпен анықталады. Плазманың квазибейтараптылығы l-ден үлкен қашықтықтарында және t0 асатын уақыттарда жүзеге асады. Дебай ұзындығы – плазмадағы жеке зарядтың электр өрісінің әрекеті таралатын қашықтық. 2.Зарядталған бөлшектердің электростатикалық ұжымдық әрекеттесуі (жеткілікті сиретілген газда қалыпты жағдайда тек 2 бөлшек әрекеттеседі); активті бөлшектердің түрлері өте көп. 3. Плазманың күшті тәуелділігі, онда термодинамикалық тепе-теңдіктің жоқтығы, яғни оған тек тепе-теңдіктегі емес химиялық кинетика қолданылады; 4. Электрлік және магниттік өрістер күшті әсер етеді. Зарядталған бөлшектер массаларының үлкен айырмашылығын ескере отырып, сыртқы өрістен энергияны негізінен электрондар алады (сурет). Олардың плазма түзуші газ бөлшектерімен соқтығысуы ионизацияға әкеледі (электрон мен оң ионның түзілуі), ал плазманың стационарлық өмір сүруінің шарты - зарядталған бөлшектердің түзілуі мен жойылу жылдамдығының теңдігі. Молекуланың иондану энергиясы оның кез-келген ішкі қозу энергиясынан асып түседі, сондықтан плазмада бір уақытта молекулалардың айналмалы, тербелмелі және электронды қозған күйлерінің түзілуі, сонымен қатар олардың ыдырауы (диссоциациялануы) жүреді. Электрондық әсер ету нәтижесінде пайда болған бөлшектер бір -бірімен де, плазмамен жанасатын материалдармен де әрекеттесе алады. Осылайша, плазма- химиялық белсенді бөлшектер жиынтығынан түрады, олардың пайда болу көзі классикалық технологиялық процестердегідей жылу емес, сыртқы электр өрісінің энергиясы. Бұл жағдай барлық молекулалық плазмалық газдарға тән, онда химиялық активті бөлшектердің концентрациясы тепе -теңдікте сондай-ақ газдың температурасында байқалатын бөлшектердің концентрациясынан әлдеқайда жоғары. Мысалы, газ температурасы 300-400 K кезінде ауа және азот плазмасында белгілі бір концентрациясында тербелмелі қозған азот молекулалары түзіледі. Сондай қозған бөлшектердің концентрациясын тепе-теңдік жағдайында алу үшін газды 5000-10000 К дейін қыздыру керек. Төмен температуралы оттегі плазмада О2 молекуласының әр түрлі күйлерінің қозуы кезінде электрондардың жұмсаған энергиясының үлесі: 1 – тербелмелі деңгейінің қозуы, 2 - электронды күйлердің қозуы, 3– серпімді соқтығысу (газбен жылыту) және айналмалы қозу деңгейлер, 4 - молекулалардың иондалуы E/N қысымға кері пропорционал жүктеу/скачать 3,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|