ПРЕРЫВИСТОГО ОСВЕЩЕНИЯ МЕТОД
(секторный метод), кинетич. метод определения времени
жизни своб. атомов и радикалов в системах, где они генерируются фотохимически.
Исследуемую систему периодически облучают светом с характерной для нее длиной
волны (обычно в УФ или видимой области), что приводит к образованию своб. радикалов.
При этом от опыта к опыту меняют длительности светового и темпового периодов
и определяют скорости цепного процесса. Когда длительность тем-нового периода
(tт) становится соизмеримой с временем жизни радикалов (т),
участвующих в цепном процессе, происходит изменение скорости процесса. По этому
изменению и определяют время жизни радикалов. П. о. м. можно применять при выполнении
след. условий: 1) обрыв цепей в исследуемой системе происходит в результате
взаимод. радикалов друг с другом (квадратичный обрыв); 2) цепные р-ции инициируются
равномерно во всем объеме реакц. сосуда (реактора); 3) форма графика зависимости
интенсивности светового импульса от времени близка к прямоугольной; 4) цепи
в изучаемой р-ции достаточно длинные; 5) скорость темповой р-ции равна или очень
близка к 0.
Когда tт
< т, в системе устанавливается средняя концентрация радикалов и р-ция
протекает со скоростью ud = = [ui/2kt(r + 1)]1/2, где ui-скорость инициирования,
kt-константа скорости гибели радикалов (т.е. бимолекулярной
р-ции между двумя радикалами), r-отношение длительностей темнового и
светового периодов. Когда tт < т, р-ция протекает
только в периоды освещения системы со скоростью uм =
(ui/2kt)1/2(1 + r)-1.
При непрерывном освещении скорость процесса u0 = const·(ui/2kt)1/2;
при этом ud/u0 = (r + 1)-1/2 и uм/u0
= (1 +r)-1. Если r = 3, то ud/u0
= = 1/2, uм/u0 = 1/4,
т.е. переход от коротких к длительным периодам темноты сопровождается снижением
скорости вдвое. Этот переход происходит при т!tт
и тогда т=(2ktui)-1/2.
Эксперимент проводят след.
образом. Реакц. смесь помещают в термостатированный сосуд 3 (см. рис.) с прозрачными
плоскопараллельными стенками. Сосуд освещается светом от источника 1; в точке,
где фокусируются лучи света, помещают диск 2 с прорезями, к-рый вращается с
определенной скоростью электромотором. Имеется набор дисков с разной шириной
прорезей. От опыта к опыту путем смены дисков и изменения скорости вращения
меняют длительности
светового и темнового периодов. В каждом опыте тем или иным способом измеряют
среднюю скорость р-ции. По результатам опытов строят зависимость скорости р-ции
от lg tт и сопоставляют эксперим. зависимость с теоретической,
откуда находят время жизни радикалов в системе и константу скорости их гибели
(если известна ui). Значения 2kt
измеряют с погрешностью b25%. Наличие темновой р-ции и дополнительного
линейного обрыва цепей требует введения спец. поправок.
Схема установки для измерения
k 1 источник излучения; 2-вращающийся диск; 3 - реакц. сосуд; 4 - приемник
'излучения.
Метод особенно широко использовался
для определения констант скорости обрыва цепей в р-циях радикальной полимеризации
виниловых соед. и цепного окисления углеводородов. Он позволяет измерять константы
скорости гибели радикалов в диапазоне от 105 до 108 л·моль-1·с-1.
Теорию метода разработал
А. Чепмен в 1926; впервые этот метод применил Г. Мелвилл в 1937 для измерения
времени жизни радикалов при цепной полимеризации виниловых мономеров.
Лит.: Денисов Е.
Т., Кинетика гомогенных химических реакций, 2 изд., М., 1988. Е. Т. Денисов.
|