Рекомбинация (химия)

У этого термина существуют и другие значения, см. Рекомбинация.

Рекомбинация — процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального атома (молекулы), приводящая к образованию отрицательного иона, и в более редких случаях — рекомбинация отрицательного иона с образованием двух- или трехкратно заряженного отрицательного иона. Вместо электрона в некоторых случаях могут выступать другие элементарные частицы, например мезоны, создавая мезоатомы или мезомолекулы. На ранних этапах развития вселенной происходила реакция рекомбинации водорода.

Рекомбинация - это процесс, обратный разрыву химической связи. Рекомбинация связана с образованием ординарной ковалентной связи за счёт обобществления неспаренных электронов, принадлежащих разным частицам (атомам, свободным радикалам)

Примеры рекомбинации:

H + H → H₂ + Q ;

Cl + Cl → Cl₂ + Q ;

CH₃• + CH₃• → C₂H₆ + Q и др.

Реакция рекомбинации сильно экзотермична, для неё характерна очень малая или нулевая энергия активации.

Математическое описание

Рекомбинация в средах с наличием гетерополярных ионов описывается следующей формулой:

$\frac{dn}{dt} = -\alpha n_+ n_-$

здесь $n_+$ — концентрация положительных ионов, $n_-$ — концентрация отрицательных ионов, $\alpha$ — коэффициент рекомбинации. Коэффициент рекомбинации $\alpha$ также называют называют^[1] коэффициентом Ланжевена, по имени французского физика Поля Ланжевена.

Вывод коэффициента рекомбинации по Ланжевену

Рассмотрим процесс рекомбинации двух ионов. Для того, чтобы произошел акт рекомбинации ионы должны приблизиться друг к другу на расстояние меньше дебаевского радиуса. После того, как ион приблизится к другому на такое расстояние, энергии теплового будет недостаточно для преодоления электрической силы, возникающей между ионами.

Рассмотрим сферу с дебаевским радиусом, в центре которой расположен положительный ион. Тогда количество отрицательных ионов, поступающих в эту сферу за единицу времени, можно найти по следующей формуле:

$\Delta n_- = \int\limits_{\delta S} n_- v_n \Delta t dS = n_{-} v_n 4 \pi R_D^2 \Delta t = n_- \frac{\mu e}{\epsilon \epsilon_0} \Delta t$

Число прорекомбинировавших ионов можно получить, если учесть, что все ионы попадающие в сферу рекомбинируют с положительными ионами, тогда это запишется с помощью следующей формулы:

$\Delta n = n_+ \Delta n_- = - n_+ n_- \frac{\mu e}{\epsilon \epsilon_0} \Delta t$

Сравнив это выражение с законом рекомбинации получаем значение для коэффициента Ланжевена:

$\alpha = \frac{\mu e}{\epsilon \epsilon_0}$

где $\mu$ — подвижность.

Литература

Химический энциклопедический словарь. Гл. редактор И.Л.Кнунянц, М., Советская энциклопедия. 1983 г., с.504

См. также

• Химическая связь
• Ковалентная связь
• Сигма-связь
• Молекула водорода
• Атомы
• Свободные радикалы

Примечания

1. ↑ Поль Ланжевен / Paul Lanzheven

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 мая 2011.