Рекомбинация (химия)

Рекомбинация — процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального атома (молекулы), приводящая к образованию отрицательного иона, и в более редких случаях — рекомбинация отрицательного иона с образованием двух- или трехкратно заряженного отрицательного иона. Вместо электрона в некоторых случаях могут выступать другие элементарные частицы, например мезоны, создавая мезоатомы или мезомолекулы. На ранних этапах развития вселенной происходила реакция рекомбинации водорода — так называемая эпоха первичной рекомбинации.

Также рекомбинация — это процесс, обратный гомолитическому разрыву химической связи. Рекомбинация связана с образованием ординарной ковалентной связи за счёт обобществления неспаренных электронов, принадлежащих разным частицам (атомам, свободным радикалам)

Примеры рекомбинации:

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

{\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}}

Реакция рекомбинации сильно экзотермична, для неё характерна очень малая или нулевая энергия активации. Поэтому такие реакции протекают с участием третьей нейтральной частицы, которая уносит энергию реакции:

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

Математическое описание

Рекомбинация в средах с наличием гетерополярных ионов описывается следующей формулой:

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

здесь $n_{+}$ — концентрация положительных ионов, $n_{-}$ — концентрация отрицательных ионов, $\alpha$ — коэффициент рекомбинации. Коэффициент рекомбинации $\alpha$ также называют коэффициентом Ланжевена, по имени французского физика Поля Ланжевена.

Вывод коэффициента рекомбинации по Ланжевену

Рассмотрим процесс рекомбинации двух ионов. Для того, чтобы произошел акт рекомбинации ионы должны приблизиться друг к другу на расстояние меньше дебаевского радиуса. После того, как ион приблизится к другому на такое расстояние, энергии теплового взаимодействия будет недостаточно для преодоления электрической силы, возникающей между ионами.

Рассмотрим сферу с дебаевским радиусом, в центре которой расположен положительный ион. Тогда количество отрицательных ионов, поступающих в эту сферу за единицу времени, можно найти по следующей формуле:

\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

Число прорекомбинировавших ионов можно получить, если учесть, что все ионы попадающие в сферу рекомбинируют с положительными ионами, тогда это запишется с помощью следующей формулы:

\Delta n=n_{+}\Delta n_{-}=-n_{+}n_{-}{\frac {\mu e}{\epsilon \epsilon _{0}}}\Delta t

Сравнив это выражение с законом рекомбинации получаем значение для коэффициента Ланжевена:

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

где $\mu$ — подвижность.

Литература

Химический энциклопедический словарь. Гл. редактор И. Л. Кнунянц, М., Советская энциклопедия. 1983 г., с.504

См. также

Примечания

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.