更新时间:2023-05-09 13:03
在化学反应中,反应物之间要能发生化学反应,首先它们的分子等微粒间必须发生相互碰撞。实验证明,在无数次分子间的碰撞中,大多数的碰撞是无效的;只有其中少数分子间的碰撞才能引发化学反应。这种能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。发生有效碰撞的分子叫做活化分子。
要使化学反应能发生,首先反应物分子必须发生碰撞,并在碰撞中使反应物分子中的化学键断裂,同时形成新的化学键。因此两个相碰撞的分子必须具有足够大的能量,否则就不能使旧键断裂,新键形成,因而就不能发生化学反应。例如对于反应:2HI―H2+I2,两个HI分子发生反应,总是首先发生碰撞,碰撞中两个HI分子中的H原子互相趋近,生成H2,这就要克服来自两方面的阻力:①H一I键断裂需克服其键能阻力;②两个H原子相互靠近结合具有一定的斥力,也需依靠一定的能量去克服。只有使两个HI分子碰撞时的能量大于以上需克服的阻力,反应才能发生。阿仑尼乌斯在对其经验公式的理论解释中,提出了活化能的概念,他指出:为了能发生化学反应,普通分子(具有平均能量的分子)必须吸收足够能量先变成活化分子,在此变化过程中所要吸收的最小能量称为活化能Ea。,化能的单位是J/mol 。在一定温度下,活化能越大,反应就越慢。如《正、逆反应活化能与反应热的关系示意图》所示,对于一定的反应,活化能一定,若温度越高,反应就越快。能引起化学反应的碰撞称为有效碰撞,发生有效碰撞时形成的中间活化物分子称为活化分子,活化分子的平均能量E’与反应物分子的平均能量E之差称为化学反应的活化能Ea。
活化极化主要是由于电化学反应的动力学阻力造成。燃料电池的阴极和阳极反应都必须克服一定的活化能垒,这种活化能垒导致了活化极化。活化极化是由一系列复杂电化学步骤中的速度控制步骤决定。通过Butler—Volmer方程在高电流密度状态下的表达形式可以来描述活化极化的大小:
式中R——气体常数;
T——操作温度;
α——传递系数;
Z——电化学反应中的电子数;
F——法拉第常数;
i——工作电流密度;
i0——交换电流密度。
优化电极的微结构可以降低活化极化,反应物、离子和电子的输运通道交汇处为三相界面(TPB),它直接决定了电池内的电化学活性面积。三相界面越长,可以进行电化学反应的区域越多,活化极化就越小。TPB的长度可以通过调整电极的微结构或者使用电子-离子混合导体材料得到提高。
虽然中高温固体氧化物燃料电池的活化极化很小,电池的极化主要由欧姆极化造成,但是对于低温固体氧化物燃料电池来说,活化极化不可忽略,其中阴极的氧还原反应阻力是活化极化的主要贡献。因此,如何提高低温固体氧化物燃料电池的阴极电化学性能成为研究热点,研究人员开发出多种方法来降低阴极极化,如催化剂浸渍等。
中子与原子核作用,若产生的余核是一种放射性核素,这种余核称为活化核,活化核按它固有的半衰期进行衰变,并放出β或γ粒子,这种反应称为中子活化反应。活化核衰变时放出的γ射线称为次生活化γ射线。
中子的活化反应可分为快中子活化反应和热中子活化反应。
快中子的活化反应主要是发射带电粒子如(n,p)、(n, α)等反应而形成的。在某些(n,p)、(n,α)反应中,生成的余核是放射性核素,这些反应就是快中子活化反应。在地球物理测井中,有实际意义的这类核反应主要有硅活化反应和铝活化反应。其反应截面较大,靶核元素在地层中的含量多。利用这两种活化反应可以测定地层中的硅含量和铝含量,从而判断地层中的岩性,确定地层泥质含量。这类反应的反应截面。(n,p)、δ(n,α)的大小一般来说随着中子能量的增加而增大,主要发生于高能中子。
热中子引起的活化反应主要是通过(n,γ)反应形成的,即在辐射俘获反应中,某些反应生成的余核是放射性的,活化核按它固有的半衰期进行衰变, 并放出γ射线,这就是热中子的活化反应。在地球物理测并中,有实际意义的主要有钙活化反应和铝活化反应。
催化剂经长期使用后失去活性,这时候就需要通过可用下述方法进行活化。
1、只有5~8%活性指数的非活性催化剂,可用蒸气处理4小时,再用磺化酞菁钴浸渍,可得48%的活性。单用热水或蒸气处理4小时,只得9%或18%的活性,可再用浸渍法能得35%或39%的活性,但用热水处理后再用蒸气处理,然后再浸渍,则可得50%的活性指数。
2、将含硫0.0493%(重量)的煤油(颜色赛氏+22,沸点188~267℃),通过固定床催化剂,同时通NaOH一甲醇溶液(16%甲醇,7%NaOH及77%水)及空气,反应温度38~60℃,常压,所得产品含硫3.0ppm,颜色赛氏15。经过250小时操作,硫含量逐渐由18ppm升至30ppm,这时停止操作,将催化剂用水在60℃下洗涤,然后用甲醇(95%)在60℃下洗4小时。重新开始脱硫醇反应,所得产品含硫17.5ppm,颜色赛氏21。
催化剂的活化保证了催化剂使用的长久性,在催化领域应用广泛。