научная статья по теме ОЦЕНКА ВКЛАДА ИОНОВ В РАЗЛОЖЕНИЕ НАФТАЛИНА ПРИ РАДИОЛИЗЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Химия

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ВКЛАДА ИОНОВ В РАЗЛОЖЕНИЕ НАФТАЛИНА ПРИ РАДИОЛИЗЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ»

ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2011, том 45, № 4, с. 381-382

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ Радиационная химия

УДК 541.15

ОЦЕНКА ВКЛАДА ИОНОВ В РАЗЛОЖЕНИЕ НАФТАЛИНА ПРИ РАДИОЛИЗЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ © 2011 г. Г. В. Ничипор*, Г. Я. Герасимов**

*Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — "Сосны" Национальной академии наук Беларуси

Беларусь, 220109, Минск, ул. Академика Красина, 99 E-mail: HNichipor@sosny.bas-net.by **Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

119192, Москва, Мичуринский просп., 1 E-mail: gerasimov@imec.msu.ru Поступила в редакцию 16.11.2010 г.

Корректное моделирование радиационно-хи-мических реакций с участием полициклических ароматических углеводородов (РАШ) является актуальной задачей в различных областях исследований (атмосферная химия, радиационная обработка продуктов сгорания органических топлив и т.д.). Попытка оценки вклада ионов в разложение РАН молекул при радиолизе газовых смесей сделана в [1]. Тем не менее, построенная кинетическая модель не учитывает тот факт, что рекомбинация ионов РАН+ с электронами протекает с диссоциацией РАШ-молекул, а ионы Н30+ во влажной смеси реагируют с РАН-молекулами в реакциях передачи протона [2]. С учетом этого в данной работе рассмотрена кинетика разложения нафталина ^Ь) при радиолизе М2, М/Н20 и М/02/Н20.

При радиолизе N образуются ионы N и №, которые передают заряд на молекулы нафталина с образованием иона С10Н+ с константой скорости 2 х х 10-9 см3/с [3]. Для некоторых РАН ионы РАН+, образующиеся в ионно-молекулярных реакциях с

ионами N и №, фрагментируют. В смеси М2/Н20/МЬ ионы N и № реагируют преимущественно с Н20 с образованием ионов Н20+, которые далее преобразуются в ионы Н30+ при взаимодействии с молекулами воды. Ионы Н30+ передают протон при взаимодействии с молекулой МЬ с константой скорости реакции 2.6 х 10-9 см3/с [2]. Образующиеся ионы С10Н+ рекомбинируют с электронами с константой скорости реакции 5 х 10-7 см3/с [4].

При радиолизе смеси М2/02/Н20 важную роль в разложении МЬ могут играть реакции рекомбинации ионов С10Н+ с отрицательными ионами Н 20-, и N0^ Так как продукты рекомбинации

не известны, предлагается следующий механизм с константой скорости 3 х 10-6 см3/с [5]:

С10Н+ + Н203 = CWHS + Н2О + ^

CjoHq + О- — С

10

Н8 + О + Н02,

С10Н+ + N0^ = С10Н8 + НМ03,

С10Н+ + N0- = С10Н + НМ02.

Расчет кинетики разложения нафталина под действием ионизирующего излучения проводился с использованием кинетического механизма [6], в который были добавлены указанные выше ионно-моле-кулярные реакции. Вычисления проводились при температуре Т = 300 К, давлении р = 0.1 МПа и начальной концентрации нафталина (N^0 = 11 дм3/м3. Численные оценки показывают, что в смеси ^/ЫЬ радиационно-химический выход разложения нафталина О = 2.5 молекула/100 эВ и связан в основном с разрушением нафталина в реакции рекомбинации

С10Н+ с электроном. В смеси ^/Н^^Ь с объемным содержанием водяного пара 6% величина О = = 3.9 молекула/100 эВ. Этот выход обусловлен в основном разложением нафталина при его взаимодействии с радикалами 0Н. Доля О, связанная с разрушением нафталина в процессе рекомбинации

С10Н + с электроном и отрицательными ионами, равна 1.3 молекула/100 эВ.

На рисунке дана сравнительная оценка роли радикалов 0Н и ионно-молекулярных реакций в процессе разложения NL при радиолизе смеси ^/02/Н20 с объемным содержанием компонентов, равным соответственно 84, 10 и 6%. Видно, что кривая, рассчитанная с учетом ионно-молекуляр-ного разложения NL, лежит значительно ниже кривой [1].

Так как рассчитанные значения конверсии NL не согласуются с экспериментальными данными, было предположено, что важную роль в процессе

382

НИЧИПОР, ГЕРАСИМОВ

NL/(NL)o

Зависимость концентрации нафталина от поглощенной дозы D в смеси К2/02/Н20/ЫЪ при (ЫЬ)0 = = 11 дм3/м3. Точки — экспериментальные данные [7], кривые — результаты численного моделирования: 1 — без учета ионно-молекулярного разложения КЬ, 2 — с учетом ионно-молекулярных реакций среди исходных реагентов, 3 — с учетом ионно-молекулярных реакций среди исходных реагентов и продуктов радиолиза.

должны играть ионно-молекулярные реакции с участием продуктов радиолиза и, в частности, нит-ронафталина, который обладает большим сродством к электрону. В связи с этим в кинетическую схему были добавлены реакции перезарядки отрицательных ионов на молекулах нитронафталина с

константой скорости 2 х 10 9 см3/с, а также рекомбинация ионов C10H+ и C10H 7NO- с константой скорости 3 х 10-6 см3/с [5], в результате чего образуются две молекулы C10H8. Расчет с использованием уточненной схемы ионно-молекулярных реакций позволил достичь практически полного согласия с экспериментальными данными.

Таким образом, с помощью численного моделирования оценен вклад ионов в разложение нафталина. Выявленные закономерности будут, по-видимому, характерны для разложения других PAHs-мо-лекул.

Работа выполнена при финансовой поддержке МАГАТЭ (International Atomic Energy Agency, Research Contract No. 13134BY).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Герасимов Г.Я. // Химия высоких энергий. 2010. Т. 44. № 1. С. 3.

2. Zhao J., Zhang R. // Atmosph. Environ. 2004. V 38. № 14. P. 2177.

3. Midey A.J., Williams S., Arnold S.T., Dotan I., Morris R.A., Viggiano A.A. // Int. J. Mass Spectrom. 2000. V 195/196. № 3. P. 327.

4. Woodall J., Agündez M., Markwick-Kemper A.J., Millar T.J. // Astron. Astrophys. 2007. V. 466. № 3. P. 1197.

5. Mätzing H. // Advances in Chemical Physics / Ed. by Prigogine I. and Rice S.A. V. 80. New York: Wiley, 1991. P. 315.

6. Ничипор Г.В., Герасимов Г.Я. // Химия высоких энергий. 2008. Т. 42. № 5. С. 381.

7. Ostapczuk A., Hakoda T, Shimada A., Kojima T. // Plasma Chem. Plasma Process. 2008. V. 28. № 4. P. 483.

ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ том 45 № 4 2011

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»