rekombinacija (kemija)

Rekombinacija je obrnuti proces ionizacije . Sastoji se od hvatanja slobodnog elektrona ionom . Rekombinacija dovodi do smanjenja naboja iona ili do pretvorbe iona u neutralni atom ili molekulu. Moguća je i rekombinacija elektrona i neutralnog atoma (molekule) koja dovodi do stvaranja negativnog iona, au rjeđim slučajevima i rekombinacije negativnog iona s stvaranjem dvostruko ili trostruko nabijenog negativnog iona. ion. Umjesto elektrona, u nekim slučajevima mogu djelovati druge elementarne čestice, na primjer, mezoni , stvarajući mezoatome ili mezomolekule. U ranim fazama razvoja svemira dogodila se reakcija rekombinacije vodika - takozvana era primarne rekombinacije .

Također, rekombinacija je obrnuti proces homolitičkog cijepanja kemijske veze . Rekombinacija je povezana s stvaranjem obične kovalentne veze zbog dijeljenja nesparenih elektrona koji pripadaju različitim česticama ( atomima , slobodnim radikalima )

Primjeri rekombinacije:

{\mathsf {2H\cdot \rightarrow H_{2}+Q}}

{\ displaystyle {\ mathsf {2H \ cdot \ desna strelica H_ {2} + Q}}}

{\ displaystyle {\ mathsf {2H \ cdot \ desna strelica H_ {2} + Q}}}

{\mathsf {H\cdot +Cl\cdot \rightarrow HCl+Q}}

{\ displaystyle {\ mathsf {H \ cdot + Cl \ cdot \ desna strelica HCl + Q}}}

{\ displaystyle {\ mathsf {H \ cdot + Cl \ cdot \ desna strelica HCl + Q}}}

{\mathsf {CH_{3}\cdot +CH_{3}CH_{2}\cdot \rightarrow CH_{3}CH_{2}CH_{3}+Q}}

{\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {3} \ cdot + CH_ {3} CH_ {2} \ cdot \ desna strelica CH_ {3} CH_ {2} CH_ {3} + Q}}}

{\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {3} \ cdot + CH_ {3} CH_ {2} \ cdot \ desna strelica CH_ {3} CH_ {2} CH_ {3} + Q}}}

Reakcija rekombinacije je vrlo egzotermna , karakterizira je vrlo niska ili nulta energija aktivacije . Stoga se takve reakcije odvijaju uz sudjelovanje treće neutralne čestice koja nosi reakcijsku energiju:

{\mathsf {H\cdot +Cl\cdot +M\rightarrow HCl+M^{*}}}

{\ displaystyle {\ mathsf {H \ cdot + Cl \ cdot + M \ strelica desno HCl + M ^ {*}}}}

{\ displaystyle {\ mathsf {H \ cdot + Cl \ cdot + M \ strelica desno HCl + M ^ {*}}}}

Matematički opis

Rekombinacija u mediju uz prisutnost heteropolarnih iona opisuje se sljedećom formulom:

{\frac {dn}{dt}}=-\alpha n_{+}n_{-}

{\ displaystyle {\ frac {dn} {dt}} = - \ alpha n _ {+} n _ {-}}

{\ displaystyle {\ frac {dn} {dt}} = - \ alpha n _ {+} n _ {-}}

ovdje $n_{+}$ ${\ displaystyle n _ {+}}$ ${\ displaystyle n _ {+}}$ - koncentracija pozitivnih iona, $n_{-}$ ${\ displaystyle n _ {-}}$ ${\ displaystyle n _ {-}}$ - koncentracija negativnih iona, $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ Je li koeficijent rekombinacije. Koeficijent rekombinacije $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ također nazvan Langevinov koeficijent, po francuskom fizičaru Paulu Langevinu .

Derivacija Langevinovog koeficijenta rekombinacije

Razmotrimo proces rekombinacije dvaju iona. Da bi se čin rekombinacije dogodio, ioni se moraju približiti jedni drugima na udaljenosti manjoj od Debyeovog radijusa . Nakon što se ion približi drugom na takvoj udaljenosti, energija toplinske interakcije neće biti dovoljna da prevlada električnu silu koja se javlja između iona.

Razmotrimo kuglu s Debyeovim polumjerom, u čijem se središtu nalazi pozitivan ion. Tada se broj negativnih iona koji ulaze u ovu sferu po jedinici vremena može pronaći sljedećom formulom:

\Delta n_{-}=\int \limits _{\delta S}n_{-}v_{n}\Delta tdS=n_{-}v_{n}4\pi R_{D}^{2}\Delta t=n_{-}{\frac {\mu e}{\epsilon \epsilon _{0}}}\Delta t

{\ displaystyle \ Delta n _ {-} = \ int \ ograničenja _ {\ delta S} n _ {-} v_ {n} \ Delta tdS = n _ {-} v_ {n} 4 \ pi R_ {D} ^ {2} \ Delta t = n _ {-} {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}} \ Delta t}

{\ displaystyle \ Delta n _ {-} = \ int \ ograničenja _ {\ delta S} n _ {-} v_ {n} \ Delta tdS = n _ {-} v_ {n} 4 \ pi R_ {D} ^ {2} \ Delta t = n _ {-} {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}} \ Delta t}

Broj rekombiniranih iona može se dobiti ako uzmemo u obzir da se svi ioni koji ulaze u sferu rekombiniraju s pozitivnim ionima, onda se to može zapisati sljedećom formulom:

\Delta n=n_{+}\Delta n_{-}=-n_{+}n_{-}{\frac {\mu e}{\epsilon \epsilon _{0}}}\Delta t

{\ displaystyle \ Delta n = n _ {+} \ Delta n _ {-} = - n _ {+} n _ {-} {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}} \ Delta t}

{\ displaystyle \ Delta n = n _ {+} \ Delta n _ {-} = - n _ {+} n _ {-} {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}} \ Delta t}

Uspoređujući ovaj izraz sa zakonom rekombinacije, dobivamo vrijednost za Langevinov koeficijent:

\alpha ={\frac {\mu e}{\epsilon \epsilon _{0}}}

{\ displaystyle \ alpha = {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}}}

{\ displaystyle \ alpha = {\ frac {\ mu e} {\ epsilon \ epsilon _ {0}}}}

gdje $\mu$ ${\ displaystyle \ mu}$ $\ mu$ - mobilnost.

Književnost

Kemijski enciklopedijski rječnik. CH. urednik I. L. Knunyants, M., Sovjetska enciklopedija. 1983., str. 504

vidi također

Bilješke (uredi)