Phản ứng trong pha rắn dưới sóng sốc: Nghiên cứu động học và cơ chế

Springer Science and Business Media LLC - Tập 32 - Trang 102-113 - 1996
S. S. Batsanov1
1Center of High Dynamic Pressures, VNIIFTRI Scientific Production Combine, Mendeleevo

Tóm tắt

Biến đổi thể tích mol của vật chất ngưng tụ trong các phản ứng tổng hợp ở trạng thái rắn được xem xét và thể tích hệ thống được chỉ ra là tăng lên trong các quá trình tỏa nhiệt. Sự gia tăng thể tích đáng kể hơn được quan sát thấy ở áp suất cao. Điều này được phản ánh trên đường cong áp suất-thể tích sốc của hỗn hợp phản ứng. Các phép đo tham số động học của hệ thống phản ứng cho thấy phản ứng hóa học diễn ra ở mức độ đáng kể trong thời gian dưới 10−6 giây. Các phép đo nhiệt độ cho phép xác định rằng thời gian phản ứng nhỏ hơn 10−7 giây. Một mô hình được đề xuất nhằm giải thích quá trình khuếch tán siêu nhanh và tương tác hóa học của các chất rắn. Mô hình dựa trên quá trình truyền động lực học (với vận tốc bằng với sự khác biệt trong vận tốc khối lượng của các chất phản ứng) của các hạt bị vỡ bởi sóng xung. Mức độ chuyển đổi hóa học trong các sóng sốc tương ứng với quá trình của phản ứng hóa học trên bề mặt của các miền có kích thước khoảng 100 Å.

Từ khóa

#phản ứng trong pha rắn #sóng sốc #chuyển đổi hóa học #quá trình khuếch tán siêu nhanh #động học phản ứng

Tài liệu tham khảo

Yu. N. Ryabinin, “On some experiments concerning the dynamic compression of materials,”Zh. Tekh. Fiz. 26, 2661 (1956). S. S. Batsanov,Effects of Explosions on Materials, Springer-Verlag, New York-Berlin-Heidelberg (1994). S. S. Batsanov, “Physics and chemistry of pulse pressures,”Inzh.-Fiz. Zh.,12, 104 (1967). S. S. Batsanov, “Physics and chemistry of shock compression,”Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim., No. 14, Issue 6, 22 (1967). A. N. Dremin and O. N. Breusov, “Processes occurring in solids under strong shock waves,”Usp. Khim.,37, 898 (1968). S. S. Batsanov, “Physical and chemical effects of explosions on materials,”Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorgan. Mater.,6, 697 (1970). A. N. Dremin and O. N. Breusov, “Physical and chemical processes under shock compression,”Vestn. Akad. Nauk SSSR, No. 9, 55 (1971). S. S. Batsanov,Preparative Methods of Solid Chemistry [in Russian], Mir, Moscow (1976). S. S. Batsanov, in:Detonation. Critical Phenomena. Physical and Chemical Transformations in Shock Waves [in Russian], OIKhF, Chernogolovka (1978). S. S. Batsanov, “Inorganic chemistry of high dynamic pressures,”Usp. Khim.,55, 579 (1986). S. S. Batsanov, “On the possibility of chemical reactions in a zone of high dynamic pressures,”Khim. Fiz.,6, 1576 (1987). S. S. Batsanov, “On the kinetics of chemical reactions in solids under shock compression,” in:Propellants, Explosives, Pyrotechnics,18 (1993), pp. 100. A. Zunger, “Structural instability of 495 binary compounds,”Phys. Rev. Lett.,44, 582 (1980). S. S. Batsanov,Experimental Foundation of Structural Chemistry [in Russian], Standarty, Moscow (1986). I. Naray-Szabo,Inorganic Crystal Chemistry, Hungarian Acad. Sci., Budapest (1969). P. Villars and J. Daams, “Atomic-environment classification of the chemical elements,”J. Alloys and Compounds,197, 177 (1993). V. N. Kondrat'ev,Ionization Potentials and Electron Affinity [in Russian], Nauka, Moscow (1974). D. Lide (ed.,)Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Boston (1990–1991). K.-H. Hellwege and A. M. Hellwege,Zahlenwerte und Funktionen, Berlin-Heidelberg-New York (1973). H. Li, “Refractive index of alakali halides and its wavelength and temperature derivatives,”J. Phys. Chem. Ref. Data,5, 329 (1976). P. Bridgman, “The compressibility of eighteen cubic compounds,”Proc. Am. Acad.,67, 345 (1932). K. Kelly, “Specific heats of inorganic compounds,”Bl. Bur. Mines, No. 350, 51 (1932);Bl. Bur. Mines, No. 371, 65 (1934). P. Vinet, J. Ferrante, and J. Rose, “Compressibility of solids,”J. Geoph. Res.,92, 9319 (1987). S. S. Batsanov, “The concept of electronegativity and structural chemistry,”Sov. Sci. Rev., Sect. B, Chem. Rev.,15, Part 4, 3 (1990). Yu. M. Balinets and I. A. Karpukhin, “On the initial phase of the detonation initiation process in a pressed trotyl,”Fiz. Gorenyia Vzryva,17, No. 1, 103–109 (1981). A. N. Kovalenko and G. V. Ivanov, “Physical and chemical transformations of lead nitrate in mixtures with aluminium under shock waves,”Fiz. Goreniya Vzryva,17, No. 4, 141–145 (1981). S. S. Batsanov, N. A. Shestakova V. P. Stupnikov, et al., “Shock synthesis of chrome chalcogenides,”Dokl. Akad. Nauk SSSR,185, 330 (1969). S. S. Batsanov, G. S. Doronin, S. V. Klochkov, and A. I. Teut, “On the possibiliy of synthesis reactions behind a shock front,”Fiz. Goreniya Vzryva,22, No. 6, 134–137 (1986). S. S. Batsanov, M. F. Gogulya, M. A. Brazhnikov, et al., “Shock compression of reacting materials in the tin-chalcogen system,”Khim. Fiz.,10, 1699 (1991). S. S. Batsanov, M. F. Gogulya, M. A. Brazhnikov, et al., “Behavior of the reacting system Sn + S in shock waves,”Fiz. Goreniya Vzryva,30, No. 3, 107–112 (1994). S. S. Batsanov, I. I. Maksimov, G. V. Simakov, and A. V. Fyodorov, “Shock compressibility of CuI and TlCl,”Fiz. Goreniya Vzryva,30, No. 1, 122–125 (1994). G. V. Simakov, I. I. Maksimov, and S. S. Batsanov, “Shock compressibility of CuCl and TlI,”Fiz. Goreniya Vzryva,31, No. 4, 77–78 (1995). G. B. Bokii,Introduction to Crystal Chemistry, Izd. Mosk. Univ., Moscow (1954), pp. 336 and 378. E. Skelton, S. Qadri, A. Webb, et al., “Pressure-induced disproportionation in CuBr,”Phys. Lett. A,94, 441, (1983). D. L. Gur'ev and S. S. Batsanov, “Measurement of residual temperatuures in cylindrical shock recovery capsules,”Fiz. Goreniya Vzryva,22, No. 4, 111–113 (1986). D. L. Gur'ev and S. S. Batsanov, “Experimental technique for the measurement of post-shock temperature,”Bull. Am. Phys. Soc.,30, 1320 (1985). S. S. Batsanov and D. L. Gur'ev, “On the interaction of sulfur with tin in shock waves,”Fiz. Goreniya Vzryva,23, No. 2, 127–129 (1987). M. F. Gogulya, I. M. Voskoboinikov, A. Yu. Dolgoborodov, et al., “Interaction of sulfur and aluminium under shock load,”Khim. Fiz.,10, 420 (1991). M. F. Gogulya, I. M. Voskoboinikov, A. Yu. Dolgoborodov, et al., “Interaction of sulfur and aluminium behind shock fronts,”Khim. Fiz.,11, 224 (1992). M. F. Gogulya and M. A. Brazhnikov, “On the characterstic times of chemical reactions in heterogeneous systems under dynamic load,”Khim. Fiz.,13, No. 11, 88 (1992). B. Alder,Solids Under Pressure, McGraw-Hill, New York (1963). S. S. Batsanov, “Chemical transformations of inorganic materials under shock compression,”Zh. Neorg. Khim.,27, 1903 (1982). S. S. Batsanov, “Phase transformations and syntheses of inorganic materials under shock compression,”Zh. Neorg. Khim.,28, 2723 (1983). V. N. Fal'chenko, “Atom mobility in metals under pulse load,”Metallofizika, No. 76, 21 (1979). S. V. Zemskii, E. A. Ryabchikov, and G. N. Epshtein, “On mass transfer of carbon under shock wave action,”Fiz. Met. Metalloved.,46, 197 (1978). A. N. Bekrenev and L. A. Naumov, “Shock-wave action on breakdown of aluminum alloys,”Metallofizika,3, No. 1, 75–77 (1981). A. N. Bekrenev and B. N. Fyodorov, “Mass transfer in nickel under shock-wave action,”Fiz. Khim. Obrab. Mater., No. 5, 136 (1984). W.-C. Sin, N. Salansky, and I. Glass, “Effects of shock waves on metal-semiconductor interfaces,”J. Appl. Phys.,65, 2289 (1989). V. P. Alekseevskii, S. S. Dzhamarov, V. I. Kovtun, et al., “Mass transfer in metals caused by a converging cylindrical shock wave,”Poroshk. Metall., No. 10, 80 (1989). L. A. Egorov, E. V. Nitochkina, and Yu. K. Orekin,Proc. of the 1st All-Union Simp. on Impulse Pressures, VNIIFTRI, Moscow, 82 (1974), Vol 1. N. N. Shevtsova, I. N. Temnitskii, and S. S. Batsanov, “Shock synthesis of the α-β-modifications of GeSeTe,”Zh. Neorg. Khim.,32, 2596 (1987).