Плазмохимія, область хімії, в якій вивчаються хімічні процеси в низькотемпературній плазмі, закономірності протікання реакцій в ній і основи плазмохимічеськой технології. Плазма з температурою 10 3 —2 ×10 4 До і при тиску 10 -6 —10 4 ам, а також нерівноважна плазма штучно виходить в пристроях, називається плазматронамі . Взаємодія між реагентами в плазмі приводить до утворення кінцевих (цільових) продуктів, які можуть виводитися із стану плазми шляхом швидкого охолоджування (гарт). Основною особливістю плазмохимічеських процесів є те, що в плазмі утворюються в значно великих концентраціях, чим за звичайних умов проведення хімічних реакцій, багато реакционноспособниє часток — збуджені молекули, електрони, атоми, атомарні і молекулярні іони, вільні радикали (освіта деяких з таких часток можливо лише в плазмі), які обумовлюють нових типів хімічних реакцій.
Плазмохимічеськие реакції протікають, як правило, в нерівноважних умовах, коли підсистеми єдиної реагуючої багатокомпонентної системи можуть мати різні поступальні температури, значно розрізняються обертальна, коливальна і електронна температури порушується больцмановськая заселеність енергетичних рівнів і т.п. (детальніше за див.(дивися) в ст. Кінетична теорія газів ) . Нерівнованість може бути обумовлена різними фізичними діями — електромагнітного поля, бистропеременного тиску, надзвукового виділення, - а також самою хімічною реакцією, яка, будучи пороговим процесом, зменшує кількість молекул що володіють енергією, що перевищує порогову (див. Рівні енергії ), змінюючи тим самим вигляд функції розподілу молекул по енергіях. Так, наприклад, в тліючому розряді, ВЧ(висока частота) і СВЧ(надвисокі частоти) розрядах при низькому тиску середня енергія електронів 3—10 ев (функція розподілу їх по енергіях істотно відрізняється від Максвелла розподілу ), середня коливальна енергія молекул і радикалів £ 1 ев, тоді як середня поступальна і обертальна енергія ~ 0,1 ев .
Механізми плазмохимічеських реакцій мають ряд особливостей, що обумовлюються наступними чинниками. 1) Реакції дисоціації, що приводять, в частковості, до утворення радикалів вільних, можуть бути лімітуючими стадіями. Ці реакції ініціюються присутніми в низькотемпературній плазмі збудженими і зарядженими частками, наприклад колебательно- і електронно-збудженими молекулами і електронами. 2) За рахунок електронного удару прискорюються процеси коливальної релаксації і дисоціації молекул не лише через основне, але і через електронно-збуджені стани. Вплив електронного удару стає таким, що визначає в ізотермічній плазмі при мірах іонізації зверху 10 -3 а для плазми з температурами електронів і важких часток, що різко розрізняються, — при будь-яких мірах іонізації. При дисоціації і рекомбінації через електронно-збуджені стани зростає значення неадіабатичних переходів. 3) Дисоціація через електронно-збуджені стани є двохстадійним процесом: спочатку відбувається електронне збудження, а потім — дисоціація збуджених станів (нестабільних і стабільних, в результаті передисоціації). 4) Істотну роль в дисоціації починають грати іонно-молекулярні реакції за участю електронно-збуджених іонів.
Плазмохимічеськие реакції, як правило, є багатоканальними процесами. Це і визначає все різноманіття експериментально здійснюваних реакцій в низькотемпературній плазмі; шляхом зміни умов генерування плазми і регулювання її складу можна направляти реакції по тому або іншому каналу.
Кінетика хімічних процесів в нерівноважній плазмі відрізняється від звичайної кінетики хімічної . Нерівноважна хімічна кінетика враховує квантову енергетичну структуру молекул і атомів, тобто концентрацію кожного компонента в кожному енергетичному стані, а також переходи між енергетичними станами і канали хімічних реакцій. Система рівнянь звичайної кінетики при цьому замінюється на систему рівнянь Паулі, причому кожне окреме рівняння цієї системи зв'язує швидкість зміни концентрації реагуючих молекул (атомів, іонів, радикалів) даного вигляду в деякому i -том енергетичному стані з концентраціями цих молекул у всіх можливих енергетичних станах, з вірогідністю переходу між станами, з частотою зіткнення часток і із швидкістю збудження даного рівня («накачуванням» рівня). У рівняння Паулі входить, крім того, не звичайна константа швидкості реакції, а коефіцієнт швидкості, характерний для даного i -того рівня. Інтеграція на ЕОМ(електронна обчислювальна машина) системи рівнянь Паулі дозволяє в простих випадках отримати повний опис плазмохимічеськой реакції даній системі.
Плазмохимічеськая технологія — нова область промислової хімічної технології. Її особливості визначаються специфікою механізмів і кінетики плазмохимічеських реакцій, а також специфікою хімічних процесів в низькотемпературній плазмі і плазмових струменях. Високі швидкості плазмохимічеських процесів (тривалість 10 -2 —10 -5 сік ) дозволяють зменшити розміри промислової апаратури і устаткування. (Так, для процесу плазмохимічеського піролізу метану плазмовий реактор продуктивністю 25000 т в рік має довжину 65 см і діаметр 15 див. ) Зближення часу перемішування реагентів в плазмових струменях і часі реакцій приводить до того, що значна частина процесів лімітується оптимальним турбулентним перемішуванням до молекулярного рівня. Гарт плазмохимічеських реакцій здійснюється в області максимуму утворення потрібних продуктів. Як правило, плазмохимічеськие процеси легко керовані; вони добре моделюються і оптимізуються. У багатьох випадках плазмохимічеськая технологія дозволяє отримувати матеріали (наприклад, високодисперсні порошки, плівки, покриття) і речовини, що володіють вельми коштовними властивостями (вольфрам, наприклад, набуває стійкості до рекристалізації і повзучості анізотропію емісійних властивостей). У промислових і напівпромислових масштабах реалізовано багато плазмохимічеськие процесів: здобуття ацетилену і технічного водню з природного газу; здобуття ацетилену, етилену і водню з вуглеводнів нафти (дистилятів і сирої нафти); виробництво синтезу-газу для здобуття вінілхлоріда; фіксація атмосферного азоту (здобуття азотної кислоти); здобуття пігментного двоокису титана і інших важливих промислових продуктів.
Становлення П. як галузі науки відноситься до 60-м-коду рр. 20 ст, коли були виконані основоположні роботи в СРСР, США і ФРН(Федеральна Республіка Німеччини).
Літ.: Кінетика і термодинаміка хімічних реакцій в низькотемпературній плазмі, під ред. Л.С. Полака, М., 1965; Нариси фізики і хімії низькотемпературної плазми, під ред. Л.С. Полака, М., 1971; Використання плазми в хімічних процесах, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970.
