یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو می توانند به هم تبدیل شوند. در پدیده تولید زوج تابش الکترومغناطیسی در مجاورت یک هسته سنگین به دو ذره الکترون و پوزیترون واپاشیده می شود اما پوزیترون نمی تواند طول عمر زیادی داشته باشد چون فضا پر از الکترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت کوتاهی از تولید شدن با یک الکترون ترکیب شده و از بین می رود و به جای آن فوتون یا تابش الکترومغناطیسی ایجاد می شود که به این پدیده نابودی زوج می گویند. در تولید زوج اندازه حرکت ذره و پادذره نمی توانند پایسته بماند مگر اینکه فوتون در نزدیکی ذره سنگینی، همچون هسته یک اتم باشد. به عنوان مثال: فرض می کنیم که در یک فضای تهی، فوتون ناپدید شده و یک زوج الکترون حفره آفریده شود. همچنین فرض کنید که ناظر نسبت به مرکز جرم الکترون و پوزیترون ساکن است. در این صورت اندازه حرکت کل الکترون و پوزیترون نسبت به این ناظر صفر خواهد بود. اما فوتونی که زوج را تولید می کند، در این چارچوب مرجع دارای اندازه حرکت غیر صفر خواهد بود، چون فوتون در هر چارچوب مرجعی همواره با سرعت نور © حرکت می کند. بنابراین باید قبل از برخورد اندازه حرکت فوتون را داشته باشیم، نه اندازه حرکت خالص بعد از برخورد را .
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

یک فوتون نمی تواند خودبخود در فضای تهی به یک زوج الکترون-پوزیترون واپاشیده شود.
نابودی زوج های ذره و پادذره و همراه با آنها آفرینش فوتونها، عمل عکس تولید زوج است. نابودی ماده و آفرینش انرژی الکترومغناطیسی را برای حالتی در نظر می گیریم که الکترون و پوزیترون نزدیک بهم و اساسا ساکن باشند. در آغاز اندازه حرکت خطی کل این دو ذره صفراست، بنابراین وقتی این دو ذره به هم می پیوندند و نابود میشوند یک تک فوتون نمی تواند آفریده شود، زیرا این عمل باعث نقض قانون بقای اندازه حرکت خطی میشود ولی اگر دو فوتون آفریده شوند که با اندازه حرکت مساوی و در جهت های مخالف حرکت می کنند، اندازه حرکت خطی می تواند پایسته بماند، چنین فوتونهایی دارای فرکانس ها و انرژی های یکسان هستند. در واقع می توان گفت که سه یا چند فوتون می توانند آفریده شوند ولی با احتمال به مراتب کمتر ازآفرینش دو فوتون. همین طور وقتی چندین زوج الکترون و پوزیترون در نزدیکی یک هسته سنگین نابود می شوند، تعداد کمی از این نابودی ها یک تک فوتون تولید خواهند کرد.
انرژی جنبشی حاصل برابر با انرژی فوتون منهای است که برای تولید دو جرم سکون مورد نیاز است.
تولید زوج، فوتون اولیه را حذف میکند، اما وقتی پوزیترون نابود شود دو فوتون تولید میشود احتمال رخداد تولید زوج، به نام ضریب تولید زوج یا سطح مقطع تولید زوج، تابع پیچیده ای از و Z است.[۶]
وابستگی به E
احتمال تولید جفت k _(atom)، برای انرژیهای کمتراز MeV 1.02 صفر است. k _(atom) در انرژیهای بیش از این حد با افزایش انرژی، زیاد می‌شود و در انرژیهای بیش ‌ازMeV 10 برهمکنش غالب خواهد بود.
وابستگی به Z
این تبدیل انرژی به جرم فقط در حضور میدانهای الکتریکی قوی رخ می دهد و اولین میدانهای قوی، نزدیک هسته اتم ها پیدا می شود. و برای مواد با عدد اتمی بالا شدت آن افزایش پیدا میکند. دراین حالت در نزدیکی هسته اشعه γ ناپدید شده و به جای آن یک جفت الکترون و پادالکترون ظاهر میشود که جرم این جفت طبق رابطه معروف اینشتین یعنی E=m بر حسب انرژی فوتون بدست می آید. احتمال تولید جفت k _(atom) ، برای یک اتم با ^۲Z متناسب است.
شکل ۱‑۳ تولید زوج یون
تابش دهی گاما و تولید ساختارهای شیمیایی جدید
مفهوم پیوند شیمیایی مرتبط با رد و بدل کردن و یا به اشتراک گذاری الکترونهای لایه ظرفیت اتمها در دست یابی به ساختارهایی پایدارتر میباشد، وقتی که پرتوها از طریق برهمکنش های ذکر شده در بخش های قبلی بر این دسته از الکترونها تاثیر بگذارند نتیجه این برهمکنش میتواند تولید رادیکالهای آزاد، یونها و یا مولکولهای برانگیخته باشد که هریک از این نتایج از طریق فرآیندهای شیمیایی گوناگونی میتوانند منجربه تولید ساختارهای جدید در نمونه تابش داده شده بشوند [۶]
پیشرانه ها:
کلیات:
علوم مختلف در جهان امروز با سرعت فزاینده‌ای توسعه پیدا می‌کنند. در چند دهه اخیر، بشر شاهد ارتباط هرچه بیشتر علوم در شاخه‌های مختلف آن بوده است و هرچه این ارتباطات بیشتر شده منجر به پیدایش دانش و تکنولوژی نوینی گردیده است.
شناسایی تحولات تکنولوژیک در عرصه کسب و کارها به ویژه صنایع نظامی از اهمیت ویژه ای برخوردار میباشد. امروزه برای صنایع نظامی هرکشور بخصوص کشورهایی که در موقعیت استراتژیک خاص قرار دارند و هر از چندگاهی بخاطر موقعیت ژئوپلوتیک تهدیدات منطقه ای و فرامنطقه ای را متوجه خود می بینند، شناخت مشخصه ها و ویژگی های محصولات نظامی در مرز تکنولوژی ضروری مینماید.
یک انفجار شیمیایی نتیجه یک واکنش شیمیایی یا تغییر حالتی است که در یک فاصله زمانی فوق العاده کوتاه رخ میدهد و با تولید مقدار زیادی گرما و معمولا مقدار زیادی گاز همراه است. انفجارهای شیمیایی بوسیله ترکیباتی که حاوی مواد انفجاری و به هم فشرده اند اما لزوما نیاز به محبوس شدن ندارند حاصل میشود. در طی یک واکنش شیمیایی یک انتقال گرمازایی فوق العاده سریع همراه با تشکیل گازها و بخارهای خیلی گرم انجام میشوند. به خاطر بی نهایت سریع بودن واکنش (یک صدم ثانیه)گازها بلافاصله منبسط نمیشوند بلکه برای کسری از ثانیه درون ظرف خود باقی می مانند و آن حجمی را که در ابتدا اشغال کردند پر میکنند بنابراین به علت فضای فوق العاده کوچک دمای انفجار بسیار بالا (چندین هزار درجه) فشار زیادی (چند صد اتمسفر) حاصل میشود. این فشار به قدری زیاد است که قادر است یک موج انفجار تولید کند و دیواره ظرف را بشکند و باعث خسارت به اشیاء اطراف شود. اکثر موادی که در گروه مواد منفجره شیمیایی قرار میگیرند معمولا حاوی اکسیژن و نیتروژن و عناصر قابل اکسید شدن از قبیل کربن و هیدروژن هستند. در این مواد معمولا اکسیژن به نیتروژن متصل است مانند گروه های NO₂ و NO و NO₃ مواردی نظیر آزیدها مانند سرب آزید (PbN₆) و ترکیبات نیتروژنی مانند تترایدیدنیتروژن (NI₄) و آزوایمید (NH₃NI₃) که حاوی اکسیژن نیستند از این قاعده مستثنی هستند. با وقوع یک واکنش شیمیایی مولکولهای نیتروژن و اکسیژن از هم جدا میشوند همانطورکه در واکنش زیر نشان داده میشود.

(۱‑۱۶)

درطی واکنش مقادیر زیادی انرژی آزاد میشود که معمولا با خروج گازهای گرم همراه است. گرمای آزاد شده در طی واکنش (گرمای واکنش) برابر اختلاف میان گرمای مورد نیاز برای شکستن مولکولهای ماده منفجره به عناصر آن و گرمای آزاد شده از ترکیب مجدد این عناصر برای تشکیل N₂، H₂O،CO₂ و غیره هستند.
انرژی بدست آمده از یک انفجار اتمی یا هسته ای یک میلیون تا یک بیلیون برابر انرژی بدست آمده از یک واکنش شیمیایی است. موجهای شوک حاصل از یک انفجار اتمی مشابه امواج تولید شده توسط یک واکنش شیمیایی است و اما دوام بیشتری خواهند داشت و دارای فشار بالاتر در امواج ضربانی مثبت و فشار کمتر در امواج ضربانی منفی اند. جریان شدید نوترونهای بدست آمده از یک انفجار اتمی برای هر فرد نزدیک به انفجار مهلک است در حالیکه افرادی که قدری از محل انفجار فاصله دارند در اثر تشعشع پرتو گاما صدمه خواهند دید . انفجارهای اتمی همچنین تشعشعات ماورای بنفش و مادون قرمز شدیدی منتشر میکنند . یک انفجار فیزیکی وقتی بوجود می آید که یک ماده در حالیکه فشرده شده دستخوش یک تبدیل فیزیکی آنی شود، در همان زمان انرژی پتانسیل سریعا به انرژی جنبشی تبدیل شده و دمای آن فورا بالا رفته و منجر به تولید یک موج شوک در محیط اطراف آن می شود.
پیشرانه^[۱۵] : اسم فاعل Propulsion، مواد پرانرژی (شامل سوخت و اکسید کننده) هستند که برای سوختن یکنواخت و بدون خطر، جهت تامین انرژی پیشرانش طراحی می‌شوند.
پیشرانش^[۱۶] : رانشی که در اثر خروج گاز تولید شده درمحفظه احتراق از نازل و انبساط آن در سطح بیرونی نازل پدید می‌آید.
یکی از مهمترین پارامترهای یک پیشرانه، میزان گرمای انفجار و پایداری آن است. گرمای انفجار پیشرانه می تواند ناشی از میزان گرمای انفجار در اجزای سازنده یک پیشرانه باشد، به نحوی که اگر اجزای سازنده پیشرانه دارای گرمای انفجار بالایی باشد، در نهایت پیشرانه از کارایی بالاتری برخوردار خواهد بود. پایدارکننده ها ترکیباتی هستند که به مقدار کم در کنار ترکیبات سوختی یا سایر مخلوط ها به کار رفته و باعث پایدار شدن آن ها می گردند. پایداری یک ماده شیمیایی را می توان به عنوان توانایی آن ماده جهت جلوگیری از تغییرات مضر در طی یک مدت نگهداری طولانی تلقی کرد. وجود ناخالصی ها،آب و گرما از عوامل موثر در تجزیه نیتروسلولز (NC) و نیتروگلیسیرین (NG) میباشد.[۷]
تجزیه نیترات استرها باعث تغییر در خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و فیزیکی پیشرانه شده و موجب کاهش کارایی پیشرانه می شود. تجزیه گرمایی نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین با شکستن پیوند و آزاد شدن اکسید نیتروژن شروع می شود. برای جلوگیری از تجزیه نیترات استرها بایستی کاری کرد که در همان مراحل اولیه آزاد شدن NO₂ آن را مهار نمود تا از شروع واکنش های زنجیره ای تجزیه ای جلوگیری گردد. حضور پایدار کننده ها جهت رسیدن به همین هدف می باشد.[۸,۹]
زمانیکه گاز NO₂ از پیشرانه متصاعد می شود دو واکنش رقابتی زیر می تواند انجام پذیرد:
الف- واکنش NO₂ با NC و NG و تجزیه آنها (اثر اتوکاتالیستی)
ب- واکنش NO₂ با پایدار کننده
پایدار کننده ها نمی توانند مانع تجزیه شوند اما مانع از واکنش های کاتالیستی محصولات تجزیه ای از قبیل NO₂ ، NO، HNO₂ و HNO₃ می شوند. ثابت سرعت واکنش پایدار کننده با NO₂ خیلی بیشتر از ثابت سرعت واکنش NC و NG با NO₂ می باشد. لذا تا زمانیکه پایدار کننده موثر در داخل پیشرانه وجود دارد واکنش های اتوکاتالیستی انجام نمی پذیرد به عنوان مثال ثابت سرعت واکنش NG با NO₂ حدود^{۱۰ –}۱۰×۱۲است. این ثابت برای سنترالیت^۶-۱۰×۶ بوده که در حدود ۵۰۰۰ مرتبه سریعتر از واکنش NO₂ با پایدار کننده می باشد.[۱۰]
خصوصیات پیشرانه جامد
کاربرد مهم پیشرانه های جامد، به حرکت درآوردن یک پرتابه با سرعت بالا از یک تفنگ یا وسیله ای مشابه، تأمین توان و رانش یک راکت و تولید گاز برای بکار انداختن تجهیزات مکانیکی است. انواع بسیار متنوعی از پیشرانه های جامد برای پاسخگویی به این کاربردها نیاز میباشد. پیشرانه جامد ابتدایی باروت سیاه بود که برای مدت کوتاهی به عنوان خرج اسلحه مورد استفاده قرارگرفت.
با بهره گرفتن از خصوصیات فیزیکی دانه های پیشرانه، میتوان آنها را به حالتی خاص در کنار یکدیگر قرار داد و با یکدیگر ترکیب نمود؛ به گونه ایی که فرایند احتراق آنها متناسب باشد با انتظاراتی که از مجموعه وجود دارد. نرخ سوزش با توجه به شرایط خاصی که مدنظر میباشد، انتخاب میگردد. ضریب پخش حرارتی به داخل پیشرانه، عامل مهمی در کنترل نرخ پسروی میباشد. در شرایط عادیِ احتراق سوخت، فرایند احتراق در یک شرایط کنترل شده ایجاد میگردد. این امکان وجود دارد تا در شرایط خاصی فرایند احتراق شتاب پیدا کند که در این شرایط یک موج فشار ایجاد میگردد که آن به صورت یک موج شوک انتقال پیدا می نماید که در نهایت منجر به ایجاد یک انفجار ناگهانی میگردد. به فرایند تبدیل احتراق ناگهانی به انفجار ناگهانی ^[۱۷]DDT گفته میشود. این امر برای یک پیشرانه که در آن آزاد شدن انرژی به صورت کنترل شده مورد نظر و مطلوب می باشد، نامطلوب خواهد بود.
علی رغم تفاوتی که پیشرانه های جامد و مواد منفجره در آزاد نمودن انرژی خود تحت شرایط نرمال کاری دارند، هر دوی آنها باهم به لحاظ شیمیایی پیوستگی نزدیکی دارند. هر دوی آنها حاوی سوخت و اکسیدکننده از پیش مخلوط شده میباشند. تفاوت آنها بیشتر به لحاظ نیروی محرکه جنبشی است تا ترمودینامیکی در حقیقت ترکیبات بسیاری هستند که میتوانند به عنوان یک پیشران یا ماده منفجره بکار برده شوند، که این امر تنها به حالت شروع آنها بستگی دارد. علاوه بر پرکلرات آمونیوم و آلومینیوم اجزای ترکیبی بسیاری هستند که در هر دو بکار میروند؛ مانند سیکلومتیلن تری نیترامین RDX، سیکلومتیلن تترانیترامین HMX، نیتروگوانیدین و نیترات آمونیوم. پیشرانه های جامد تقریباً همیشه به صورت مخلوط میباشند، در حالی که مواد منفجره، بسته به کاربردشان، میتوانند طیف گستردهای از ترکیبات منفرد )غیرمخلوط ( مانند HMX یا RDXباشند. با وجود اینکه قابلیت انفجارناگهانی و سریع یک ویژگی مهم و اساسی در مواد منفجره است، اما همین ویژگی برای پیشرانه ها نامطلوب میباشد. لازم بذکراست که مقیاس و نسبتی که اکسنده و سوخت با یکدیگر ترکیب میشوند، اثر عمیقی بر خاصیت پیشران میگذارد. در ترکیباتی مانند HMX و نیتروگلیسیرین، سوخت و اکسنده در ساختار مولکولیشان از پیش مخلوط میباشند )در مقیاس آنگستروم(. این مواد یک موج انفجار ناگهانیِ پایدار را ایجاد می نمایند که سرعت آن در حدود ۱۰ کیلومتر بر ثانیه و قطر بحرانی آن کمتر از یک سانتی مترمیباشد. در مقابل در پیشرانه های کامپوزیت( اغلب از پرکلرات آمونیوم و بایندرهای پلیمری ساخته میشوند( اکسنده و سوخت درمولکولهای مجزا قرار گرفته اند و اختلاط آنها در مقیاس میکرومتر میباشد. این ترکیبات دارای قطر بحرانی در حدود ۵ فوت هستند. لازم بذکر است که فشار شوک مورد نیاز برای آغاز یک انفجار ناگهانی، نسبت به پیشرانه های کامپوزیتی بسیار بیشتر می باشند.
پیشرانه های تفنگ از نیتروسلولز اجزای دیگر تشکیل شده اند پیشرانه هایی که نیتروسلولز جزء ترکیبی اصلی آنها به شمار میرود، سوخت تک پایه نامیده میشوند، در حالی که پیشرانه های دوپایه حاوی نیتروسلولز به صورت پلاستیک همراه با نیتروگلیسیرین میباشند، و پیشرانه های سه پایه با افزودن نیتروگوانیدین به یک ترکیب دو پایه بدست می آیند. از دیفنیل آمین یا اتیل سنترالیت به عنوان پایدارکننده در این پیشرانه ها استفاده میشود. دی نیتروتولوئن، دی بوتیل فتالات، اتیلن دی متاکریلات و متیل سنترالیت به عنوان بازدارنده و برای جلوگیری از نرخ سوزش اولیه دانه های پیشرانه به آن افزوده می شوند. دیگر افزودنیها به عنوان روان کننده ها، بازدارنده های خوردگی، اصلاح کننده های سرعت سوزش و عواملی برای بهبود ویژگی های پروسه آماده سازی مخلوط های پیشرانه و برای تسریع فرایند تبدیل آنها به ترکیباتی با وزن مولکولی بالاتر بکار برده میشوند. پیشرانه های تفنگ به گونه ای فرموله شده اند که در آنها بجای نیترو سلولز پرانرژی، از بایندر پلیمری اکریلیکی غیرانرژی زا استفاده شده است. از پیشرانه های دو پایه به عنوان یک بایندر در پیشرانه برخی راکتها استفاده میشود، و این در حالیست که نمونه های پلاستیکی، رزینی یا پلیمری آنها رایجتر میباشد. در بیشتر اوقات از بایندرهای پلیمری پلی اورتان و پلی بوتادی ان ، برای پیشرانه های کامپوزیتی موشکها استفاده میشود. بسیاری از پیشرانه های کامپوزیتی حاوی پرکلرات آمونیوم پودر شده )پودری شکل( به عنوان اکسیدایزر، و ذرات فلز آلومینیوم با اندازه ریز به عنوان سوخت می باشند. این پیشرانه ها دارای ساختاری ناهمگن هستند که در آن ذرات اکسیدایزر توسط نواحی غنی از سوخت احاطه شده اند هنگامی که به یک پیشرانه دو پایه، پرکلرات آمونیوم و فلزآلومینیوم اضافه گردد، به آن پیشرانه کامپوزیتی دو پایه اصلاح شده گفته میشود. در پیشرانه های راکت و تفنگ، استحکام مکانیکی بسیار مهم میباشد. در مورد تفنگها، چنانچه در دانه های پیشرانه در هنگام احتراق جدایش رخ دهد، نرخ سوزش میتواند به شکل خطرناکی شتاب بگیرد که به نوبه خود موجب افزایش بیش از حد فشار و احتمالاً انفجار و ترکیدن لوله تفنگ میگردد. ترکها و یا عیوب ریز در دانه های یک راکت موتور میتواند معمولاً به نتایج خطرناک و فاجعه آمیزی منجر گردد.
پیشرانه های مورد استفاده در دستگاه های ژنراتورهای گازی به دو دسته تقسیم میشوند، آنهایی که دارای زمان سوزش کوتاه هستندو آنهایی که دارای زمان سوزش زیاد )طولانی مدت( هستند. زمان های سوزش از کسری از ثانیه تا ۲۰ دقیقه متغیرند. از وسایلی که به شکل کارتریج هستند، میتوان به وسیله هایی که با گاز فشنگ کار میکند و یا تجهیزات فعال شونده با پیشرانه اشاره کرد. انواع دیگری نیز موجود است که در صنعت هواپیمایی و صنعت راکت بکار میروند. از باروت سیاه در زمانی که نیروی محرکه کمی مورد نیاز میباشد، میتوان استفاده کرد و فرمولاسیونهای مربوط به سوخت کامپوزیتی پرکلرات آمونیوم برای کاربردهایی که به نیروی تولیدی بیشتری نیاز است، قابل استفاده اند. چنانچه به زمان سوزش بیشتری نیاز باشد، از نیترات آمونیوم به عنوان اکسیدایزر استفاده میگردد.
در واکنشهای انفجاری سرعت واکنش خیلی سریع است و به دما و فشار واکنش و غلظت مواد واکنش دهنده بستگی دارد.
در حین یک واکنش انفجاری ابتدا انرژی از طریق آغازگر برای بالا رفتن دمای ماده منفجره تامین میشود تا جایی که اشتعال همراه با تشکیل نقاط گرم رخ دهد. اگر انرژی تولید شده توسط نقاط گرم کمتر از انرژی فعالسازی باشد واکنشی رخ نخواهد داد. از سوی دیگر اگر انرژی تولید شده توسط نقاط گرم بیشتر از انرژی فعالسازی باشد واکنش همراه با تشکیل محصولات انفجار پیش میرود و انرژی آزاد میکند. بنابراین انرژی فعالسازی بیانگر مقدار انرژی مورد نیاز است که یک ماده شروع کننده (یعنی یک ماده منفجره در دمای محیط) می گیرد تا به یک حالت برانگیخته با انرژی بالاتر دست یابد. در این حالت برانگیخته یک واکنش به منظور تشکیل محصولات به همراه آزاد شدن مقدار قابل ملاحظه ای انرژی که بیشتر از انرژی فعالسازی است رخ میدهند.
مقادیر انرژی فعالسازی میتواند برای اندازه گیری دمایی که تجزیه ماده منفجره شروع میشود مورد استفاده قرار گیرند. هرچه انرژی فعالسازی زیادتر باشد تجزیه ماده منفجره مشکلتر خواهد بود. ثابت سرعت واکنش را میتوان با بهره گرفتن از رابطه دما – سرعت معادله آرنیوس بیان کرد. با افزایش دما سرعت واکنش بطور نمایی افزایش میابد. با بالا رفتن دما تعداد مولکولهایی که انرژی فعالسازی مورد نیاز را بدست می آورند بطور نمایی زیاد میشود. در رابطه آرنیوس A ضریب فراوانی یا ضریب پیش نمایی است و از تعداد برخوردهای بین مولکولهای در واحد حجم در ثانیه تعیین میشود. عبارت کسری از مولکولهای برخورد کرده است که منجر به واکنش میشود.
بنابراین اگر E=0 (یعنی انرژی فعالسازی صفر) باشد و در نتیجه تمامی برخوردها منجر به واکنش میشود. برعکس اگر (یعنی انرژی فعالسازی بالا) باشداکثریت مولکولهای برخورد کرده واکنش نمیدهند.
انرژی فعالسازی به عنوان انرژی اولیه که باید وارد شود تا اجازه رخ دادن مراحل مورد نیاز برای تبدیل مواد اولیه به محصولات را بدهد، تعریف می گردد. به عبارتی هرچه انرژی فعالسازی ترکیبی کمتر باشد آغازش این ماده آسانتر است و در نتیجه سریعتر می تواند موجب بروز واکنش شود.[۱۱]
تعریف واکنش­های حالت جامد
بسیاری از واکنش­ها، اعم از شیمیایی و فیزیکی زمانی رخ می­ دهند که به یک گونه­ جامد گرما داده شود و یا از آن گرما گرفته شود (مثل ذوب و انجماد، تصعید و چگالش، انحلال و تبلور، تبدیلات پلی­مرفیک، تخریب و . . .). به چنین واکنش­هایی، واکنش­های حالت جامد گفته می­ شود.
واکنش­های حالت جامد شکل­های زیادی دارند. ولی آن­هایی که شامل تغییرات در آنتالپی یا وزن هستند بیش از بقیه مطالعه شده ­اند، چرا­ که در این نوع واکنش­ها، می­توان سینتیک را با بهره گرفتن از تکنیک­های تجزیه­ای حرارتی مثل کالریمتری روبشی تفاضلی (^[۱۸]DSC)، آنالیز حرارتی تفاضلی (DTA^[19])، وزن سنجی حرارتی (^[۲۰]TGA)، وزن سنجی حرارتی تفاضلی (DTG^[21]) و … بررسی نمود.
سینتیک حالت جامد تا حدی شبیه به سینتیک فاز همگن (گاز و محلول) است و از اصول ریاضی مشابهی برای این سه فاز استفاده می­ شود. ولی باید توجه داشت که مکانیسم­های حالت جامد تفاوت­های اساسی با مکانیسم­های واکنش­های همگن دارد [۱۲].
در سال­های اخیر تئوری­ها و مدل­های متعددی برای سینتیک حالت جامد پیشنهاد شده و به­کار رفته است. بنابراین یک درک درست از مدل­های موجود و در کنار آن استفاده از نرم افزارهای مناسب، به پیش بینی مدل و سینتیک واکنش و یا حتی به استخراج یک مدل جدید کمک شایانی می­ کند.
سینتیک واکنش­های حالت جامد
به­طورکلی مفاهیم سینتیک شیمیایی براساس مطالعات تجربی انجام شده بر روی واکنش­های همگن فاز گازی به­­وجود آمده­اند. سپس این مفاهیم با انجام تصحیحاتی برای فرایندهای همگن فاز محلول به­کار برده شدند و سرانجام با تغییراتی که بر روی آن­ها انجام شد، برای حالت جامد مورد استفاده قرارگرفتند. بنابراین مفاهیم سینتیک حالت جامد به­ صورت جداگانه و اختصاصی به ­وجود نیامده­اند. ولی به­خاطر برخی شباهت­هایی که با واکنش­های فاز همگن دارند، از تصحیحات انجام شده بر روی مفاهیم سینتیک واکنش­های همگن به­دست آمده­اند. به­عنوان مثال، معادله آرنیوس در ابتدا به­ صورت تجربی به ­وجود آمد و سپس بعد از چند تصحیح نظری بر روی آن، در نظریه ­هایی چون نظریه­ برخورد در گازها و یا نظریه­ حالت گذار به­کار رفت. تصحیحات دیگری هم، معادله­ آرنیوس را برای استفاده در سینتیک حالت جامد به یک معادله­ مناسب و قابل اطمینان تبدیل نمود.[۱۲]
همانطور که شباهت­هایی بین سینتیک حالت جامد با سینتیک فاز همگن وجود دارد، تفاوت­های عمده­ای هم بین آن­ها وجود دارد. مثلاً در سینتیک حالت جامد، پارامترهایی چون اندازه­ ذرات، پیشروی سطح، شکل هندسی و … نقش اساسی دارند و هیچ هم ارزی از این پارامترها در سینتیک فاز همگن وجود ندارد.
قوانین سرعت در سینتیک حالت جامد
واکنش­های حالت جامد متعددی وجود دارد که در این بخش بر روی واکنش­هایی که از شمای کلی زیر پیروی می­ کنند تمرکز می­کنیم: [۱۳]