РЕА́КЦИИ В ГА́ЗАХ

РЕА́КЦИИ В ГА́ЗАХ (га­зо­фаз­ные ре­ак­ции), хи­мич. ре­ак­ции, про­те­каю­щие в ус­ло­ви­ях, ко­гда все ис­ход­ные реа­ген­ты на­хо­дят­ся в га­зо­об­раз­ном со­стоя­нии. В от­ли­чие от ре­ак­ций, в ко­то­рых при­ни­ма­ют уча­стие кон­ден­си­ров. сре­ды – жид­кая и твёр­дая фа­зы, при Р. в г. воз­мож­но рас­смат­ри­вать хи­мич. пре­вра­ще­ние с уча­сти­ем од­ной или не­сколь­ких реа­ги­рую­щих мо­ле­кул как со­бы­тие, про­те­каю­щее не­за­ви­си­мо от со­стоя­ния и по­ло­же­ния ос­таль­ных мо­ле­кул сре­ды. Р. в г. ми­ни­маль­но ос­лож­не­ны до­пол­нит. фак­то­ра­ми, по­это­му для их опи­са­ния мож­но при­ме­нять наи­бо­лее про­стые мо­де­ли. Бла­го­да­ря это­му из всех воз­мож­ных ти­пов хи­мич. про­цес­сов Р. в г. наи­бо­лее де­таль­но изу­че­ны. Раз­ра­бо­тан­ные для Р. в г. пред­став­ле­ния хи­мич. ки­не­ти­ки за­тем ис­поль­зо­ва­лись для раз­ви­тия пред­став­ле­ний о ме­ха­низ­ме бо­лее слож­ных про­цес­сов с уча­сти­ем кон­ден­си­ров. сред. К Р. в г. от­но­сят­ся мо­ле­ку­ляр­ные и ра­ди­каль­но-мо­ле­ку­ляр­ные ре­ак­ции, ион­но-мо­ле­ку­ляр­ные ре­ак­ции, ре­ак­ции с уча­сти­ем элек­тро­нов и кван­тов из­лу­че­ния, про­цес­сы воз­бу­ж­де­ния, ио­ни­за­ции и пе­ре­да­чи энер­гии при столк­но­ве­ни­ях мо­ле­кул.

Р. в г. де­лят­ся на про­стые, пред­став­ляю­щие со­бой од­ну эле­мен­тар­ную ре­акцию, от­ра­жаю­щую ре­аль­ное фи­зич. взаи­мо­дей­ст­вие реа­ги­рую­щих час­тиц, и слож­ные, реа­ли­зую­щие­ся как со­во­куп­ность не­ко­то­ро­го чис­ла по­сле­до­ва­тель­но-па­рал­лель­ных эле­мен­тар­ных ре­ак­ций. По ко­ли­че­ст­ву од­но­вре­мен­но уча­ст­вую­щих в эле­мен­тар­ной ре­ак­ции отд. час­тиц Р. в г. под­раз­де­ля­ют­ся на мо­но­мо­ле­ку­ляр­ные, би­мо­ле­ку­ляр­ные и три­мо­ле­ку­ляр­ные ре­ак­ции. Р. в г. с боль­шим чис­лом мо­ле­кул обыч­но не иг­ра­ют за­мет­ной ро­ли вви­ду низ­кой ве­ро­ят­но­сти та­ких со­бы­тий.

Од­ним из наи­бо­лее важ­ных эта­пов в по­ни­ма­нии ме­ха­низ­ма Р. в г. ста­ло от­кры­тие ра­ди­каль­но-цеп­ных, а за­тем и раз­ветв­лён­но-цеп­ных ре­ак­ций (см. Цеп­ные ре­ак­ции). Это от­кры­тие ока­за­ло боль­шое влия­ние и на пред­став­ле­ния о ме­ха­низ­ме хи­мич. ре­ак­ций с уча­сти­ем кон­ден­си­ров. сред, а так­же на пред­став­ле­ния о ядер­ных цеп­ных ре­ак­ци­ях.

Совр. ме­то­ды кван­то­вой ме­ха­ни­ки по­зво­ля­ют рас­счи­ты­вать па­ра­мет­ры дос­та­точ­но слож­ных эле­мен­тар­ных ре­ак­ций, а та­кие совр. ме­то­ды, как мо­ле­ку­ляр­ные пуч­ки и ла­зер­ная спек­тро­ско­пия сверх­ма­ло­го вре­мен­но́­го раз­ре­ше­ния (фем­то- и ат­то­се­кунд­ная спек­тро­ско­пия), по­зво­ля­ют ис­сле­до­вать ди­на­ми­ку эле­мен­тар­ных ре­ак­ций экс­пе­ри­мен­таль­но.

Ме­ха­низм слож­ной Р. в г. мо­жет быть за­пи­сан как со­во­куп­ность эле­мен­тар­ных ре­ак­ций, вы­ра­жае­мых хи­мич. урав­не­ния­ми, ко­эф­фи­ци­ен­ты ко­то­рых от­ра­жа­ют ре­аль­ные сте­хио­мет­рич. со­от­но­ше­ния ме­ж­ду реа­ги­рую­щи­ми час­ти­ца­ми. Та­кой со­во­куп­но­сти хи­мич. урав­не­ний со­от­вет­ст­ву­ет сис­те­ма ма­те­ма­тич. диф­фе­рен­ци­аль­ных урав­не­ний. В том слу­чае, ес­ли из­вест­ны па­ра­мет­ры этих урав­не­ний – экс­пе­ри­мен­таль­но из­ме­рен­ные, оце­нён­ные или рас­счи­тан­ные зна­че­ния кон­стант ско­ро­сти эле­мен­тар­ных Р. в г., мож­но про­вес­ти ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­ние хи­мич. ре­ак­ции и по­лу­чить пол­ную кар­ти­ну из­ме­не­ния кон­цен­тра­ций реа­ген­тов и про­дук­тов. К со­жа­ле­нию, до сих пор от­сут­ст­ву­ют из­ме­рен­ные или оце­нён­ные зна­че­ния кон­стант ско­ро­сти мн. эле­мен­тар­ных ре­ак­ций, осо­бен­но с уча­сти­ем не­ста­биль­ных про­ме­жу­точ­ных со­еди­не­ний, что силь­но ог­ра­ни­чи­ва­ет ре­аль­ную воз­мож­ность мо­де­ли­ро­ва­ния слож­ных Р. в г. Для очень бы­ст­рых Р. в г. мо­жет на­ру­шать­ся мак­свелл-больц­ма­нов­ское рас­пре­де­ле­ние по энер­ге­тич. со­стоя­ни­ям реа­ген­тов. В этом слу­чае ис­поль­зо­ва­ние по­ня­тия кон­стан­ты ско­ро­сти эле­мен­тар­ной ре­ак­ции ста­но­вит­ся не­при­ем­ле­мым и не­об­хо­дим пе­ре­ход к ис­поль­зо­ва­нию се­че­ний про­цес­сов, учи­ты­ваю­щих кван­то­вые со­стоя­ния взаи­мо­дей­ст­вую­щих час­тиц.

По­ми­мо со­ста­ва реа­ген­тов на про­те­ка­ние Р. в г. влия­ют та­кие па­ра­мет­ры, как темп-ра и дав­ле­ние, а так­же элек­тро­маг­нит­ное и ио­ни­зи­рую­щее из­лу­че­ние, аку­стич. воз­дей­ст­вие и др. За счёт воз­дей­ст­вия этих фак­то­ров, а так­же при­ме­не­ния про­мо­то­ров, ин­ги­би­то­ров, го­мо­ген­но­го и ге­те­ро­ген­но­го ка­та­ли­за осу­ще­ст­в­ля­ет­ся управ­ле­ние про­те­ка­ни­ем Р. в г. в тех­но­ло­гич. и др. про­цес­сах. Учёт влия­ния на Р. в г. рас­пре­де­ле­ния тем­пе­ра­тур, кон­цен­тра­ций, ско­ро­сти по­то­ков реа­ген­тов и др. мак­ро­ки­не­тич. фак­то­ров со­став­ля­ет пред­мет мак­ро­ки­не­ти­ки.

Изу­че­ние ме­ха­низ­ма Р. в г., на­ря­ду с раз­ви­ти­ем об­щих пред­став­ле­ний о ме­ха­низ­ме хи­мич. ре­ак­ций, име­ет боль­шое прак­тич. зна­че­ние для та­ких об­лас­тей, как хи­мия ат­мо­сфе­ры, про­цес­сы го­ре­ния, в т. ч. в разл. ти­пах дви­га­те­лей, по­жа­ро­ту­ше­ние, хи­мич. тех­но­ло­гия, про­цес­сы в низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­ме, удар­ных вол­нах, хи­мич. ла­зе­рах и др.