Rekombinacija (kemija)

Rekombinacija je obraten proces ionizacije . Sestoji iz ujetja prostega elektrona z ionom . Rekombinacija vodi do zmanjšanja naboja iona ali do pretvorbe iona v nevtralen atom ali molekulo. Možna je tudi rekombinacija elektrona in nevtralnega atoma (molekule), ki vodi do nastanka negativnega iona, v redkejših primerih pa do rekombinacije negativnega iona s tvorbo dva- ali trikrat nabitega negativnega. ion. Namesto elektrona lahko v nekaterih primerih delujejo drugi elementarni delci, na primer mezoni , ki ustvarjajo mezoatome ali mezomolekule. V zgodnjih fazah razvoja vesolja je potekala reakcija rekombinacije vodika - tako imenovana doba primarne rekombinacije .

Prav tako je rekombinacija obraten proces homolitičnega cepitve kemične vezi . Rekombinacija je povezana s tvorbo navadne kovalentne vezi zaradi delitve neparnih elektronov, ki pripadajo različnim delcem ( atomi , prosti radikali ).

Primeri rekombinacije:

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

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

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

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

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

{\ displaystyle {\ mathsf {H \ cdot + Cl \ cdot \ rightarrow 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 \ rightarrow CH_ {3} CH_ {2} CH_ {3} + Q}}}

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

Rekombinacija je zelo eksotermna , zanjo je značilna zelo nizka ali ničelna aktivacijska energija . Zato te reakcije potekajo s sodelovanjem tretjega nevtralnega delca, ki odnaša reakcijsko energijo:

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

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

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

Matematični opis

Rekombinacija v medijih s prisotnostjo heteropolarnih ionov je opisana z naslednjo formulo:

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

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

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

tukaj $n_{+}$ ${\ displaystyle n _ {+}}$ ${\ displaystyle n _ {+}}$ - koncentracija pozitivnih ionov, $n_{-}$ ${\ displaystyle n _ {-}}$ ${\ displaystyle n _ {-}}$ - koncentracija negativnih ionov, $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ Je rekombinacijski koeficient. Rekombinacijski koeficient $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ imenovan tudi Langevinov koeficient, po francoskem fiziku Paulu Langevinu .

Izpeljava Langevinovega rekombinacijskega koeficienta

Razmislite o procesu rekombinacije dveh ionov. Da bi prišlo do akta rekombinacije, se morajo ioni približati drug drugemu na razdalji, manjši od Debyejevega polmera . Ko se ion približa drugemu na takšni razdalji, energija toplotne interakcije ne bo zadostovala za premagovanje električne sile, ki se pojavi med ioni.

Razmislite o krogli z Debyejevim polmerom, v središču katere je pozitivni ion. Nato lahko število negativnih ionov, ki vstopijo v to kroglo na enoto časa, najdemo po naslednji formuli:

\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 \ omejitve _ {\ 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 \ omejitve _ {\ 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}

Število rekombiniranih ionov lahko dobimo, če upoštevamo, da se vsi ioni, ki vstopajo v kroglo, rekombinirajo s pozitivnimi ioni, potem lahko to zapišemo z naslednjo formulo:

\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}

Če ta izraz primerjamo z zakonom rekombinacije, dobimo vrednost za Langevinov koeficient:

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

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

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

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

Literatura

Kemijski enciklopedični slovar. pogl. urednik I. L. Knunyants, M., Sovjetska enciklopedija. 1983, str 504

Poglej tudi

Opombe (uredi)