ჯაჭვური რეაქცია

ჯაჭვური რეაქცია — ქიმიური და ბირთვული რეაქციები, რომლებშიც წარმოქმნილი შუალედური აქტიური ნაწილაკი (გაუწყვილებელი ელექტრონის მქონე ატომი, თავისუფალი რადიკალი, იონი — ქიმიურ, ხოლო ნეიტრონი — ბირთვულ პროცესებში) იწვევს რეაქციის პროდუქტებში საწყისი ნივთიერებების გარდაქმნათა ჯაჭვს. 

ქიმიური ჯაჭვური რეაქციები
ქიმიური ჯაჭვური რეაქციის ტიპური ჯაჭვური რეაქციებია თერმული კრეკინგი, პიროლიზი, ჰალოგენირება, ჟანგვა, პოლიმერაცია. ჯაჭვური რეაქციები რთული რეაქციებია, რომლებიც მრავალი ელემენტარული სტადიისაგან შედგება.

განასხვავებენ არაგანშტოებულ (მარტივ) და განშტოებულ ჯაჭვურ რეაქციებს.

არაგანშტოებული ჯაჭვური რეაქციის მაგალითია ფოტოქიმიური რეაქცია წყალბადსა და ქლორს შორის. ამ რეაქციის დროს ქლორის მოლეკულა სინათლის კვანტის შთანთქმისას იშლება ორ ატომად. თითოეული ქლორის ატომი იწვევს ქიმიურ გარდაქმნათა ჯაჭვს, სადაც ქლორისა და წყალბადის ატომები ასრულებენ აქტიური ნაწილაკის როლს. ჯაჭვის სიგრძე შეიძლება ათეულ და ასეულ ათასობით ელემენტარულ აქტს შეადგენდეს. ჯაჭვი წყდება იმ შემთხვევაში, როცა ატომები რეკომბინაციას განიცდიან. არაგანშტოებული ჯაჭვური რეაქციის თანამედროვე თეორია დაამუშავეს გერმანელმა მეცნიერებმა მ. ბოდენშტაინმა და ვ. ნერნსტმა.

განშტოებული ჯაჭვური რეაქცია ხასიათდება განსაკუთრებული თვისებებით. სარეაქციო სისტემის რომელიმე პარამეტრის მცირე ცვლილებაც კი რეაქციის სიჩქარის ძლიერ ზრდას (თვითაალების ტიპის თვითაჩქარებულ პროცესს) იწვევს. ეს ხდება აგრეთვე დაბალი ტემპერატურის დროს. ასეთი განშტოებული რეაქციების თეორია შექმნეს ნ. სემიონოვმა და ს. ჰინშელვუდმა. განშტოებული ჯაჭვური რეაქციის მაგალითია წყალბადის ჟანგვა, რომელიც შეიძლება წარმოვიდგინოთ შემდეგი სქემით:


ანუ

ბირთვული ჯაჭვური რეაქციები

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია ესაა ნეიტრონებით გამოწვეული მძიმე ბირთვების გაყოფის განშტოებული ჯაჭვური რეაქცია, რომლის შედეგადაც ნეიტრონების რიცხვი იზრდება და შეიძლება წარმოშვას გაყოფის თვითხელშემწყობი პროცესი. ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია ეგზოთერმულია, ე. ი. მისი მიმდინარეობის დროს ადგილი აქვს ენერგიის გამოყოფას. მძიმე ელემენტებში, მაგალითად, ურანში, ნეიტრონების N რიცხვის ფარდობა პროტონების Z რიცხვთან საგრძნობლად მეტია, ვიდრე გაყოფის შედეგად მიღებულ ნამსხვრევებში. სწორედ ეს განსაზღვრავს რამდენიმე (2-3) ჭარბი ნეიტრონის გამოყოფას ურანის ბირთვის დაშლის დროს.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია შემოგვთავაზა ლეო ზილარდმა 1933 წელს, ნეიტრონის აღმოჩენიდან მალევე, ჯერ კიდევ ხუთი წელზე მეტი ხნის წინ ბირთვული დაშლის პირველად აღმოჩენამდე. ზილარდმა იცოდა ქიმიური ჯაჭვური რეაქციების შესახებ და ის კითხულობდა ენერგიის წარმომქმნელი ბირთვული რეაქციის შესახებ, რომელიც მოიცავდა მაღალი ენერგიის პროტონებს, რომლებიც ბომბავდნენ ლითიუმს, რაც აჩვენეს ჯონ კოკროფტმა და ერნესტ უოლტონმა 1932 წელს. ახლა ზილარდმა შესთავაზა გამოიყენოს ნეიტრონები, რომლებიც თეორიულად წარმოიქმნება გარკვეული ბირთვული რეაქციების შედეგად მსუბუქ იზოტოპებში, რათა გამოიწვიონ შემდგომი რეაქციები სინათლის იზოტოპებში, რომლებიც წარმოქმნიან მეტ ნეიტრონს. ეს თეორიულად წარმოქმნის ჯაჭვურ რეაქციას ბირთვის დონეზე. მას არ წარმოუდგენია დაშლა, როგორც ნეიტრონების წარმომქმნელი რეაქციებიდან ერთ-ერთი, რადგან ეს რეაქცია იმ დროისთვის ცნობილი არ იყო. ბერილიუმის და ინდიუმის გამოყენებით მის მიერ შემოთავაზებული ექსპერიმენტები წარუმატებელი აღმოჩნდა.

მოგვიანებით, 1938 წელს დაშლის აღმოჩენის შემდეგ, ზილარდმა მაშინვე გააცნობიერა ნეიტრონით გამოწვეული დაშლის, როგორც კონკრეტული ბირთვული რეაქციის გამოყენების შესაძლებლობა, რომელიც აუცილებელია ჯაჭვური რეაქციის შესაქმნელად, სანამ დაშლა ასევე წარმოქმნიდა ნეიტრონებს. 1939 წელს, ენრიკო ფერმისთან ერთად, ზილარდმა დაამტკიცა ეს ნეიტრონის გამრავლების რეაქცია ურანში. ამ რეაქციაში ნეიტრონი პლუს დაშლადი ატომი იწვევს დაშლას, რაც იწვევს ნეიტრონების უფრო დიდ რაოდენობას, ვიდრე ერთი, რომელიც დაიხარჯა საწყის რეაქციაში. ასე დაიბადა პრაქტიკული ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია ნეიტრონით გამოწვეული ბირთვული დაშლის მექანიზმით.

1942 წლის ბოლოს თვითხელშემწყობი ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის დემონსტრირება განხორციელდა ენრიკო ფერმის ხელმძრვანელობით ჩიკაგოს ბირთვულ რეაქტორში.

სხვა ჯაჭვური რეაქციები
1939 წელს ვ. კონდრატიევმა თანამშრომლებთან ერთად შეისწავლა წყალბადისა და ჟანგბადის ნარევის აალების რეაქცია, ხოლო შემდეგ ნ. ემანუელმა — გოგირდწყალბად-ჟანგბადის აალება. მათ დაადგინეს, რომ ალში აქტიური ცენტრების კონცენტრაცია რამდენადმე აღემატება მათ თერმოდინამიკულ წონასწორულ სიდიდეებს. განშტოებული ჯაჭვური რეაქციაა არა მარტო ქიმიური და ბირთვული რეაქციები, არამედ სხვა რეაქციებიც. მაგალითად, დადგენილია, რომ განშტოებული ჯაჭვური პროცესია აგრეთვე ლაზერების კოჰერენტული გამოსხივება.

არსებობს ნელი განშტოებული გადაგვარებული ჯაჭვური რეაქციაც, რომელთაც გადაგვარებულ-განშტოებულს უწოდებენ. ამ პროცესში აქტიური ნაწილაკებია არა ატომები და თავისუფალი რადიკალები, არამედ შუალედური მოლეკულური პროდუქტები. აქტიური ნაწილაკები ჯაჭვურ რეაქციაში შეიძლება იყოს აგზნებული მოლეკულებიც. ასეთი ტიპის განშტოებას ენერგეტიკულს უწოდებენ.

ლიტერატურა

კატეგორია:ქიმიური კინეტიკა