Плазмохимия

Плазмохимия изучает химические процессы в низкотемпературной плазме, разрабатывает основы плазмохимической технологии.
Плазмохимические технологии позволяют:

• получать чистые и высокочистые материалы,
• достигать необычной структуры или уникальных свойств соединений.

Впервые базовые исследования «химии электрических разрядов» были проведены в 1960^х гг. в СССР, США и ФРГ. Профессор Л. Полак (1908 - 2002) - стоял у истоков плазмохимии в СССР.

Плазма

Плазма - это состояние вещества, при котором газовая фаза активизируется до тех пор, пока атомные электроны больше не будут связаны с каким-либо конкретным атомным ядром.
Плазма состоит из положительно заряженных ионов и несвязанных электронов.
Плазма может быть получена либо путем нагревания газа до ионизации, либо путем воздействия на него сильного электромагнитного поля.
Частицы плазмы: молекулы, электроны, атомы, ионы, свободные радикалы.
Термин «плазма» происходит от греческого слова, которое означает желе или формовочный материал.
Термин Плазма ввел в 1920^е гг. химик Ирвинг Ленгмюр.
Научное описание плазмы осуществил Уильям Крукс в 1879 г, назвав ее «лучистой материей» в электронно-лучевой трубке Крукса.
В 1928 году Ленгмюр дал название форме материи.
Плазма считается одним из 4^х основных состояний вещества, наряду с твердыми телами, жидкостями и газами.
«Ионизированный» означает, что по крайней мере 1 электрон не связан с атомом или молекулой, превращая атомы или молекулы в положительно заряженные ионы.
С повышением температуры молекулы становятся более энергичными и преобразуют материю в последовательности: твердое тело, жидкость, газ и, наконец, плазма, что оправдывает название «четвертое состояние материи».
В отличие от остальных 3 состояний вещества, в повседневной жизни плазма встречается редко.
Ионизированный газ обычно называют плазмой, если он электрически нейтрален (т.е. плотность электронов уравновешивается плотностью положительных ионов) и содержит значительное количество электрически заряженных частиц, достаточное для того, чтобы влиять на его электрические свойства и поведение.

Естественные примеры плазмы: молнии, полярное сияние, ионосферу, огонь Святого Эльма и электрические искры.
Плазма - это самая распространенная форма материи во Вселенной.

Плазма похожа на газ в том смысле, что она принимает форму и объем своего сосуда.
Но плазма не так свободна, как газ, потому что ее частицы электрически заряжены:

• противоположные заряды притягиваются друг к другу, часто заставляя плазму сохранять общую форму или течение.
• плазма может формироваться или удерживаться электрическими и магнитными полями.

Плазма обычно находится под гораздо более низким давлением, чем газ.
Существуют разные степени ионизации, уровень которой контролируется температурой.
При которой повышение температуры увеличивает степень ионизации.
Вещество, в котором ионизировано только 1% частиц, может проявлять характеристики плазмы, но не быть плазмой.
Плазма делится на термическую (высокотемпературную) или слабоионизированную (низкотемпературную):

• в тепловой - электроны и более тяжелые частицы находятся в тепловом равновесии или при одинаковой температуре;
• в нетепловой - электроны имеют гораздо более высокую температуру, чем ионы и нейтральные частицы (которые могут иметь комнатную температуру).

Для получения плазмы необходимы внешние источники энергии.
Часть этой энергии расходуется на осуществление химических процессов.

Плазмохимия

В плазмохимии рассматриваются процессы при температурах в диапазоне 1000 - 10 000°С.
Частицы плазмы в этом диапазоне находятся в возбужденном состоянии, существенно повышается интенсивность столкновения таких частиц, и они вступают в химические реакции.

Оборудование - специальные установки плазмотроны.

В подведенных в плазмотрон газах или парах различных веществ интенсивным электромагнитным полем создают электрические разряды, образуется плазма.

Энергия электрического поля передается ее электронам и от них нейтральным молекулам, которые переходят в возбужденное, химически активное состояние.

Большая скорость химических реакций в газовой фазе позволяет добиваться высокой удельной производительности плазмотронов.

Конечные продукты выводятся из плазмы методом охлаждения.
Закалка - процесс, связанный с резким охлаждением конечных продуктов, это одним из основных этапов процесса плазмохимии.
Позволяет сместить химическое равновесие в сторону стабилизации продуктов.

В диапазоне температур плазмохимии химические связи разрушаются, поэтому энергии разрушения нередко не требуется.
Это не только существенно ускоряет процесс, дает возможность уменьшить габариты оборудования.

Промышленное применение плазмохимических процессов:

• получение ацетилена и технического водорода из природного газа;
• получение ацетилена, этилена и водорода из углеводородов нефти;
• производство синтез-газа для получения винилхлорида и др.