反應機理與催化
鏈反應(chain reaction)
想象一排多米諾骨牌,推倒一張就會撞倒下一張,再撞倒再下一張。最初的一推很小,但它會一張接一張地自行傳播下去,無需你再添任何力氣。化學的鏈反應遵循同樣的自我維持原理:一個活潑物種生成一個產物,並在此過程中生成一個新的活潑物種,把反應繼續傳遞下去。
更準確地說,鏈反應是通過一個重複循環的步驟進行的反應,其中一個活潑的中間體——通常是自由基——在某一步中被消耗,又在另一步中被再生,於是它讓這個循環一圈又一圈地轉下去。這類反應有三個標誌性階段:引發,即第一個活潑物種被生成(常由光或熱引起);增長,那個自我重複、真正幹活的循環;終止,即兩個活潑物種結合、把鏈熄滅。
為什麼重要:鏈反應解釋了極其廣泛的過程——燃料的燃燒、塑料的製造、煙霧和臭氧層的化學,以及(在核的意義上)反應堆與炸彈的能量。對化學而言,誠實的提醒是:這裡的「鏈反應」指的是化學步驟自我傳播的循環;它與核鏈反應是不同的概念,儘管兩者都共享「一個事件觸發下一個」的意象。
在黑暗中把氫氣和氯氣混在一起,什麼也不會發生;閃一道強光,它們就爆炸性地反應。光把一個氯分子裂成兩個活潑的氯原子(引發)。每個氯原子進攻氫,生成產物和一個氫原子,氫原子再進攻氯,生成產物和又一個氯原子——一圈又一圈(增長),直到原子兩兩配對而停下(終止)。
先引發,接著是自我重複的增長循環,最後由終止結束。
那些自由基「鏈載體」是中間體,在機理內部被生成又被消滅。在支鏈鏈反應中,一個鏈載體會生成兩個,從而可能失控成爆炸。
又稱
另見