Совет по химии
Учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию.
Примерная программа дисциплины
"Химия высоких энергий"
Введение
Курс "Химия высоких энергий" ставит своей
целью ознакомление учащихся с общими
закономерностями химических процессов,
вызываемых в веществе нетепловыми
энергетическими агентами - ионизирующим
излучением, светом, плазмой, ультразвуком,
механическим ударом и другими. "Химия высоких
энергий" является разделом химии,
объединяющим ряд дисциплин - радиационную химию,
фотохимию, плазмохимию, механохимию, химию
ультразвука, электродную электрохимию, химию
молекулярных пучков и ряд других дисциплин.
1. Основные понятия химии высоких
энергий
Пути подведения энергии к молекуле.
Короткоживущие активные частицы.
Неравновесность их концентрации. Первоначальная
негомогенность их пространственного
распределения. Многоканальность и практическая
одновременность физических, физико-химических и
химических процессов. Основные разделы химии
высоких энергий.
2. Поглощение и передача энергии
Фотонный удар и поглощение фотона (видимый свет
и ультрафиолет, инфракрасное излучение, ВЧ- и
СВЧ-излучения, жесткое электромагнитное
излучение). Атомный удар при тепловых и
сверхтепловых скоростях. Электронный и ионный
удары. Нейтронный удар, поглощение нейтронов.
Поглощение и рассеяние фононов. Воздействие
электрических и магнитных полей. Механическое
воздействие (изгиб, сжатие и растяжение, удар).
Кавитация при действии ультразвука,
механическом и других воздействиях. Ядерные
процессы. Фазовые превращения. Передача заряда и
энергии возбуждения. Понятие энергетического
порога для видов воздействия, передающих в одном
акте взаимодействия энергию ниже первого
потенциала ионизации среды. Процессы диссипации
и кумуляции энергии.
3. Первичные и вторичные процессы в
веществе при поглощении энергии
Вращательное и колебательное возбуждение.
Электронное возбуждение. Распределение энергии
по степеням свободы. Ионизация внешних и
внутренних оболочек. Особенности процессов в
конденсированной среде. Особенности процессов
на границе раздела фаз.
Внутримолекулярные процессы
перераспределения энергии
(электронно-колебательные,
колебательно-колебательные,
колебательно-вращательные процессы,
автоионизация). Внутримолекулярный перенос
заряда и свободной валентности. Межмолекулярные
процессы передачи энергии (упругие и неупругие
соударения, ударная ионизация). Межмолекулярный
перенос заряда и возбуждения. Особенности
процессов в конденсированной фазе и на границе
раздела фаз.
4. Отклонения от
Максвелл-Больцмановского распределения
Отклонения под действием внешних и внутренних
источников энергии. Отклонения в реагирующей
системе. Переход к квазиравновесному
распределению.
5. Типы активных частиц и методы их
исследования
Одиночные частицы (электронно- и
колебательно-возбужденные частицы, атомы и
радикалы, ионы, свободный, квазисвободный и
сольватированный электрон, ион-радикалы).
Сольваты и кластеры. Квазичастицы в
конденсированной фазе (поляроны, дырки, экситоны,
плазмоны и др.).
Прямые методы в стационарных условиях. Прямые
методы в импульсных условиях (милли-, микро-,
нано-, пико- и фемтосекундные). Косвенные методы
(метод акцептора). Релаксационные методы.
Адиабатические и диабатические процессы.
Ионно-молекулярные реакции. Перенос заряда ,
возбуждения и свободной валентности. Реакции
диссоциации, отрыва, присоединения и замещения.
Синхронные реакции. Особенности процессов в
кластерах, в конденсированной фазе, на границе
раздела фаз.
6. Неравновесная и равновесная кинетика
в процессах ХВЭ
Общие положения неравновесной кинетики в
газовой и конденсированной фазах.
Пространственное распределение в газовой фазе.
Пространственное распределение в
конденсированной фазе при различных способах
подведения энергии. Математическое
моделирование процессов ХВЭ на негомогенных
стадиях. Гомогенная стадия. Стационарные
процессы. Импульсные процессы. Математическое
моделирование гомогенных процессов.
7. Определение количества и качества
переданной энергии (эргометрия)
Абсолютные и относительные методы определения
поглощенной в веществе энергии. Методы расчета
энергии, пошедшей на химические процессы.
Эффективность химического использования
энергии данного типа воздействия. Дозиметрия в
радиационной химии. Актинометрия в фотохимии.
Методы определения энергии в других разделах
ХВЭ.
8. Технологическое применение
процессов ХВЭ
Аппараты для проведения процессов в газовой
фазе. Аппараты для проведения процессов в жидкой
фазе. Аппараты для проведения процессов с
твердыми телами. Аппараты для проведения
высокотемпературных процессов.
Синтетические и технические приложения
процессов ХВЭ. Особенности технологии при
различных способах подведения энергии.
Газофазные процессы. Процессы в жидкостях и
твердых телах. Гетерогенные процессы.
Конкурентная способность процессов химии
высоких энергии и процессов традиционной
технологии. Процессы ХВЭ как элементы сложных
процессов традиционной технологии.
9. Химия высоких энергий в природе
Роль ХВЭ в геохимических процессах, в процессах
в атмосферах планет. Роль процессов ХВЭ в
возникновении жизни на земле. Использование
процессов ХВЭ в природоохранительных целях.
Процессы очистки химических веществ, основанные
на возможностях ХВЭ.
Водоподготовка.
10. Основные разделы ХВЭ
Фотохимия. Лазерная химия. Радиационная химия.
Плазмохимия (в газовой и конденсированной фазах).
Химия процессов, вызванных ядерными
превращениями. Химия процессов с участием
позитрония, мюония. Химия ультразвука.
Механохимия. Химия процессов при сверхвысоких
давлениях (в стационарных и импульсных условиях).
Химия ударных волн. Химия молекулярных и ионных
пучков (в том числе сверхзвуковых. Химия
"горячих атомов". Атмосферная химия и
космохимия. Криохимия. Ядерная химия. Другие
разделы.
ЛИТЕРАТУРА
Бугаенко Л.Т., Кузьмин М.Г., Полак Л.С. Химия
высоких энергий. М.: Наука. 1988.
Маргулис М.А. Звукохимия. М.: Высш. шк. 1975.
Хейнеке Г. Трибохимия. М.: Мир.1987.
Марч Н., Паринелло М. Коллективные эффекты в
твердых телах и жидкостях. М.: Мир.1986.
Бродский А.М., Гуревич Ю.Е., Плесков Ю.В.,
Ротенберг З.А. Современная фотоэлектрохимия.
Фотоэмиссионные явления. М.: Наука. 1974.
Гранкин В.Я., Танин Н.А., Нестеренко М.Т., Макухин
В.Н. Лазерное излучение. М.: Воениздат. 1977.
Салем Л. Электроны в химических реакциях.
М.:Мир.1985.
Багдасарьян Х.С. Двухквантовая фотохимия. М.:
Наука. 1976.
Тванов А.А., Соболева Т.К. Неравновесная
плазмохимия. И.: Атомиздат. 1978.
Бяков В.М., Ничипоров Ф.Г. Внутритрековые
химические процессы. М.: Энергоатомиздат. 1985.
Программу составили:
Л.Т.Бугаенко, проф.;
М.Г.Кузьмин, проф.;
Л.С.Полак, проф.
(Московский государственный университет)