Химия высоких энергий - Институт физической химии и

Министерство образования и науки Российской Федерации
ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности
02.00.09 «Химия высоких энергий»
по химическим и физико-математическим наукам
Программа-минимум
содержит 6 стр.
2007
2
Введение
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины
:радиационная химия, плазмохимия, фотохимия, элементы радиационной
физики и кинетики элементарных стадий химических реакций. Программа
разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по
химии (по неорганической химии) при участии ИФХ РАН, МГУ им. М.В.
Ломоносова и ИХФ РАН.
1. Природа и свойства возбужденных состояний и активных
интермедиатов
Атомы, молекулы ионы, радикалы, ион-радикалы, сверхвозбужденные
состояния, плазма. Классификация возбужденных состояний. Времена жизни
возбужденных состояний в газах и различных конденсированных фазах.
Электрон в конденсированных средах, (формы стабилизации), фононы.
2. Взаимодействие излучений и частиц высоких энергий с веществом.
Основные понятия единицы
Электромагнитное излучение (видимое и УФ, ИК, законы поглощения
света,
квантовый
выход
реакции). Ионизирующее
электромагнитное
излучение (гамма и рентген), радиационно-химический выход.
Частицы высоких энергий: электроны (ионизация, замедление,
термализация), ионы, нейтроны, позитроны, мюоны, атомы и молекулы при
сверхзвуковых скоростях. Пространственное распределение первичных
продуктов при воздействии различных видов излучений на вещество.
Перенос энергии возбуждения излучательный и безизлучательный.
3
3.Особенности кинетики реакций в химии высоких энергий
Временные интервалы процессов в химии высоких энергий:
- физическая стадия образования «горячего пятна»
- физико-химическая стадия – неравновесность и негомогенность в
«горячем пятне».
- химическая стадия превращения, подчиняющаяся общим законам
химической кинетики.
Неравновесная химическая кинетики. Взаимное влияние химической
реакции и функции распределения частиц по энергиям. Неравновесность и
негомогенность в процессах химии высоких энергий.
Особенности движения частиц в конденсированной фазе. Расстояние
между молекулами, длина свободного пробега, частота столкновений,
характер столкновений. Клеточный эффект.
Туннельные эффекты в химии высоких энергий Экспериментальное
наблюдение туннельных эффектов. Константа скорости туннельной реакции.
Расстояние
туннелирования.
Низкотемпературный
предел
константы
скорости реакции.
Метод
стационарных
концентраций
в
радиационной
-
и
фотохимии,реакции возбужденных молекул и активных интермедиатов.
Перенос электрона. Теория Маркуса, энергия реорганизации среды.
Зависимость константы скорости от свободной энергии переноса электрона.
Диссоциация,
предисоциация
в
газовой,
жидкой
и
твердой
фазе;спектральные проявления;роль среды, мультиплетности состояний.
Фемтосекундная динамика.
Адиабатические и диабатические реакции фотопереноса протона.
Влияние среды и свойств реагентов на механизм и константы скорости
фотопереноса протона.
4
4. Методы химии высоких энергий, источники излучений
Источники излучений (изотопные гамма-установки, источники альфа и
бета-излучения,
ускорители
заряженных
частиц,
ядерные
реакторы.
Импульсный радиолиз, лазеры.)
Эргометрия.
Оптическая
спектроскопия
(абсорбционная
и
эмиссионная, стационарная и импульсная); люминесцентные методы.
Магнитная резонансная спектроскопия. Масс-спектроскопия. Калориметрия.
Мессбауэровская спектроскопия. Аннигиляция позитронов.
5. Основы фотохимии и лазерной химии
Фотовозбуждение
однофотонное
и
многофотонное.
Первичные
реакции возбужденных молекул. Специфичность влияния электронного и
колебательного возбуждения молекул на их химические
свойства.
Вторичные реакции. Фотоинициирование цепных реакций. Особенности
кинетики и динамики фотореакций в наносекундной, пикосекундной и
фемтосекундной областях. Роль когерентности и вариации частоты.
Фотохимические и лазерохимические технологии. Фотохимические и
лазерохимические методы в химии, биологии и науках о материалах
6. Основы радиационной химии
Дозиметрия ионизирующих излучений (физическая, химическая).
Радиолиз в газовой фазе; цепные реакции. Радиолиз воды и других
неорганических
жидкостей.
Радиолиз
органических
соединений;
радиационная полимеризация (радиационная, ионная) и радиационнохимические процессы в полимерах (деструкция, сшивка, сополимеризация,
прививка в полимерах). Радиационно-химические процессы в твердых телах
(эффект клетки, радиолиз нитратов, ШГК, стекол) и гетерогенных системах
5
(катализ, коррозия, электрохимические процессы, радиолиз адсорбционных
веществ, кинетика растворения). Эффект мощности дозы.
7. Основы плазмохимии
Кинетические особенности плазмохимических процессов. Механизмы
плазмохимических реакций. Вращательное, колебательное и электронное
возбуждение молекул в плазме. Диссоциация возбужденных молекул и
диссоциативный
диссоциативная
захват
электрона,
рекомбинация
ступенчатая
молекулярных
ионов
диссоциация,
с
электронами.
Термодинамика плазмохимических систем. Плазмохимические реакции в
турбулентных
потоках.
Роль
внешних
полей.
Генераторы
низкотемпературной плазмы и плазмохимические реакторы. Диагностика
низкотемпературной плазмы. Плазмохимические технологии.
Основная литература
1. Бугаенко Л.Т., Кузьмин М.Г., Полак Л.С. – Химия высоких энергий, М.,
1988.
2. Своллоу А. – Радиационная химия. М., Атомиздат, 1976.
3. Пикаев А.К. – Современная радиационная химия. М., Наука, 1985, 1986,
1987.
4. Котов А.Г., Громов В.В. – Радиационная физики и химия гетерогенных
систем. М., Энергоатомиздат, 1988.
5. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме.
М., 1980.
6. Полак Л.С. – Химия плазмы. Новосиб., 1991.
7. Турро Н. – Молекулярная фотохимия. М. Химия, 1967.
8. Уэйн Р. – Основы и применение фотохимии. М., Мир, 1991.
6
9. О.М. Саркисов, С.Я. Уманский. «Фемтохимия», Успехи химии 2001, т.
70, в.6, с. 515-538.
Дополнительная литература
1. Денисов Е.Т., Саркисов О.М. Лихтенштейн «Химическая кинетика», М.:
Химия, 2000.
2. Воробьев «Лекции по теории элементарного акта химических реакций в
конденсированной фазе», М.; Изд. МГУ, 2000.
3. Уманский С.Я. «Теория элементарного акта химического превращения в
газе», М. Изд. МГУ, 2000.
4.
Электронно-возбужденные
состояния
и
фотохимия
органических
соединений. Под ред. О.Н. Уленникова, Новосиб.: 1997, 232 с.
5. Летохов В.С. – Селективное действие лазерного излучения на вещество.
«Успехи физ.наук» 1978, т. 125, в. 1, с. 57-96.