20
Холодный взрыв
Доктор физико-математических наук
M. A. КОЖУШНЕР
В 1980 году исследователи из Института химического физики АН СССР открыли новое интересное явление: способная к химическому реакции смесь взрывалась не при нагревании, а при охлаждении.
Взрыв смеси метиликлогексана и хлora происходил при температуре около 10 К.
Всем известно, что холод замедляет химические процессы, а интенсивные реакции — взрывы — происходит при нагревании. Химическая реакция, приводящая к обчимому тепловому взрыву, как правило, протекает по цепном механизму: смесь подогревается и при определенной температуре в результате взаимодействия молекул число реагирующих частиц (радикалов) в смеси лавинообразно возвращает. При этом столже стремительное успливается выделение тепла. Если выделаемое при реакции тепло не успевает отводиться, то температура смеси будет так быстро возрастать, что реакция приобретет характер взрыва.
Холодный взрыв происходил по такому же цепному механизму. Начальные радикалы — химические активные atoms хлora создались с помощью лазера: квант света разбивал молекул хлora на два атома. Далее смесь быстро охлаждаясь, образуя аморфное стекло. В интервале температур от 60 К до 10 К начинается взрыв. Чем ниже исподная концентрация радикалов, тем при более низкой температуре смесь взрыва-
лась. Большое нагревание тормозило реакцию.
В чем же причина столь парадоксального явления? Авторы эксперимента объявляют его наличие в образце деформаций скатия, которые возникают как при быстром замораживании смеси, так и в процессе самой реакции.
Известно, что при высоких температурах энергия химических активных частиц вликана и они могут слижаться настолько, что становится возможным химическое взаимодействие между ними. В твердых телах можно добиться слижения между химическими активными частицами за счет деформаций. При этом чем выше температура, тем быстрее расасываются (релаксируют) деформации. Их энергия переходит в теплую. При понженной температуре деформации, напротив, не успевают релаксировать, а накаливаются лавинообразно, и реакция начинает идти с возратающей скоростью. Возникает холодный взрыв (его можно было бы назвать деформационным).
Но каким же образом при низких температуре (всего лишь на несколько градусов выше абсолотного нуля!) релаксирующие молекул могут вступить в реакцию? Ведь при столбте техном слижении они начинают отталкивать, а в близи абсолотного нуля движение молекул заедляется и их энергии недостаточно для предоления сил отталкивания. Существует, как говоря, энергетическая барер, для предоления которой требуется достаются кинетическая энергия. Однако при низких температуре в поведении частицы все является закономерности, в частности, так называемый туннельный эффект. Он заключается в том, что частицы могут предолать энергетические бареры, не обладая превышающей такие бареры энергей,— образно говоря, проходят не поверх барера, а сквозь него, как бы по туннелю, слижаясь до расстояния, при которых начинается реакция. Этот эффект, видимо, и делает возможным холодный взрыв.