四、链式反应（Chain Reactions）

在动力学中有一类特殊的反应叫做链式反应，链式反应是由基元反应组合而成的更为复杂的复合反应，它与一般的反应不同，只要用任何方法使这类反应引发后，若不加控制，它便能相继发生一系列的有自由基或自由原子参加的连续反应，使反应自动进行下去。其发展方式就好似一条锁链一样，一环套一环。很多重要的工艺过程，例如橡胶的合成，塑料、高分子化合物的聚合，石油的裂解，碳氢化合物的氧化、燃烧、爆炸等都与链式反应有关。链式反应的研究已成为化学动力学的一个重要分支。在链式反应中起主要作用的自由基和自由原子等，称为活泼质点。

链式反应一般包括下面三个基本步骤：

（1）链的引发（或链的开始）：用加热，光照以及加入引发剂等方法，产生活泼质点。

（2）链的传递：反应一经引发，产生的活泼质点参加反应，生成产物并在反应中再生出新的活泼质点，把反应自动传播下去。

图8—13 连串反应

（3）链的终止：活泼质点失去能量，结合成普通分子，链即终止。此步骤反应的活化能一般为零或很小。

按照链的传递形式，链式反应可分为直链反应和支链反应。在链传递过程中，若一个活泼质点参加反应再生出一个新活泼质点的称为直链反应；若一个活泼质点参加反应再生出两个或两个以上新活泼质点的称为支链反应。

1.直链反应

2.支链反应和爆炸界限

爆炸反应是极快的化学反应，能在瞬间完成。从产生的原因来说，爆炸反应有两类：一类称为热爆炸，它是由于反应放热多而散热慢，使反应系统温度越来越高，反应速率越来越快，结果引起爆炸；另一类就是支链反应，活泼质点迅速增多，以致反应速率急剧增大，从而引起爆炸。实际中遇到的后一类爆炸最多。许多有机物与空气混合物的爆炸是支链反应。

可燃气体的爆炸，除与温度、压力有关以外，还与气体的组成有关。可燃气体与空气或氧的混合物在一定组成范围内可能发生爆炸，在此范围以外就不会爆炸。表8—7列出一些可燃气体在空气中的爆炸界限。从表中数据可以看出，氢气和空气混合气中氢气含量为4%～74%（体积分数）时，就成为可爆气体。而在4%以下和74%以上时就不会发生爆炸，它们分别称为氢气在空气中的爆炸低限和爆炸高限。

图8—14 氢氧混合气体（2∶1）的爆炸界限

表8—7 某些可燃气体在空气中的爆炸界限

续表

掌握可燃气体的爆炸范围，再结合温度、压力、催化剂等实际条件，对于保证安全生产具有重大意义。