В развитии химической кинетики можно выделить два основных направления. Одно из них было связано с изучением детального механизма химических реакций, другое характеризовалось распространением и применением теории и методов химической кинетики в различных областях химии, физики и биологии.
Уже в конце 30-х годов теория разветвленных цепных химических реакций с успехом была применена в физике при разработке современной теории превращения ядерного горючего. Исходя из представлений о протекании цепных разветвленных превращений, Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович в 1940 г. предложил теорию деления урана.
К работам в области химической кинетики вплотную примыкали исследования по процессам горения и взрыва. В 1939—1948 гг. была разработана тепловая теория распространения пламени - (Н. Н. Семенов, Я. Б. Зельдович, Д. А. Франк-Каменецкий) и теория детонации (Я. Б. Зельдович, 1940).
Работы по экспериментальному изучению процессов горения и развитию теории горения внесли существенный вклад в ракетную технику и космонавтику.
В 40—60-х годах XX в. в теории цепных реакций происходило дальнейшее углубление ее основных положений и введение в нее представлений о связи кинетики цепных реакций отдельных соединений со строением их молекул.
Химическая кинетика помогла вскрыть механизм ионной полимеризации. Подтвердилось предположение Н. Н. Семенова, что реакции полимеризации являются цепными неразветвленными процессами. Изучение кинетики цепных радикальных процессов полимеризации имеет большое практическое значение, так как они лежат в основе синтеза многих полимерных материалов: полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата.
Представления о свободных радикалах позволили в конце 60-х годов обосновать теорию о цепном свободно-радикальном механизме окисления углеводородов в жидкой фазе. Эта теория в последующие годы получила всестороннее подтверждение и развитие в многочисленных работах по изучению жидкофазного окисления углеводородов.
Весьма плодотворным оказался принцип проведения окисления сжиженных углеводородных газов при температурах и давлениях, близких к критическим. На основе этого принципа и детального изучения кинетики разработан технологический процесс селективного окисления «-бутана в сжиженном состоянии в уксусную кислоту и метилэтилкетон (работы академика Н. М. Эмануэля и его сотрудников).
Представления о цепном механизме реакций сыграли большую роль в создании современной теории ингибирования органических реакций, согласно которой ингибирование есть процесс обрыва реакционных цепей при взаимодействии ингибитора с радикалами, ведущими эти цепи.
В катализе, так же как и в химической кинетике, определение механизма гетерогенных каталитических реакций основывалось на изучении направления и скорости элементарных актов, из которых складывается сложный механизм каталитических процессов, а также на изучении строения и свойств активных промежуточных веществ. Решение этих задач оказалось возможным осуществить в 1950—1970 гг. с помощью новых методов исследования (ЭПР), которые позволили изучить строение и кинетику реакций свободных радикалов.
В 1953 г. В. В. Воеводский и Н. Н. Семенов развили теорию цепных гетерогенных каталитических процессов, в основу которой легли представления об образовании на поверхности катализатора активных промежуточных соединений типа свободных радикалов, реагирующих по радикальному или радикально-цепному механизму. Исследования в этом направлении содействовали дальнейшему выяснению сложной природы катализа.
С 1960 г. интенсивно стала разрабатываться кинетика химических реакций в низкотемпературной плазме и плазменных струях при Т>2000. Изучение реакций в плазменных струях открывает новые возможности для оптимального управления химическими процессами.
|