Совет по химии Учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию.

Примерная программа дисциплины
"Химия высоких энергий"

Введение

Курс "Химия высоких энергий" ставит своей целью ознакомление учащихся с общими закономерностями химических процессов, вызываемых в веществе нетепловыми энергетическими агентами - ионизирующим излучением, светом, плазмой, ультразвуком, механическим ударом и другими. "Химия высоких энергий" является разделом химии, объединяющим ряд дисциплин - радиационную химию, фотохимию, плазмохимию, механохимию, химию ультразвука, электродную электрохимию, химию молекулярных пучков и ряд других дисциплин.

Пути подведения энергии к молекуле. Короткоживущие активные частицы. Неравновесность их концентрации. Первоначальная негомогенность их пространственного распределения. Многоканальность и практическая одновременность физических, физико-химических и химических процессов. Основные разделы химии высоких энергий.

Фотонный удар и поглощение фотона (видимый свет и ультрафиолет, инфракрасное излучение, ВЧ- и СВЧ-излучения, жесткое электромагнитное излучение). Атомный удар при тепловых и сверхтепловых скоростях. Электронный и ионный удары. Нейтронный удар, поглощение нейтронов. Поглощение и рассеяние фононов. Воздействие электрических и магнитных полей. Механическое воздействие (изгиб, сжатие и растяжение, удар). Кавитация при действии ультразвука, механическом и других воздействиях. Ядерные процессы. Фазовые превращения. Передача заряда и энергии возбуждения. Понятие энергетического порога для видов воздействия, передающих в одном акте взаимодействия энергию ниже первого потенциала ионизации среды. Процессы диссипации и кумуляции энергии.

Вращательное и колебательное возбуждение. Электронное возбуждение. Распределение энергии по степеням свободы. Ионизация внешних и внутренних оболочек. Особенности процессов в конденсированной среде. Особенности процессов на границе раздела фаз.
Внутримолекулярные процессы перераспределения энергии (электронно-колебательные, колебательно-колебательные, колебательно-вращательные процессы, автоионизация). Внутримолекулярный перенос заряда и свободной валентности. Межмолекулярные процессы передачи энергии (упругие и неупругие соударения, ударная ионизация). Межмолекулярный перенос заряда и возбуждения. Особенности процессов в конденсированной фазе и на границе раздела фаз.

Отклонения под действием внешних и внутренних источников энергии. Отклонения в реагирующей системе. Переход к квазиравновесному распределению.

Одиночные частицы (электронно- и колебательно-возбужденные частицы, атомы и радикалы, ионы, свободный, квазисвободный и сольватированный электрон, ион-радикалы). Сольваты и кластеры. Квазичастицы в конденсированной фазе (поляроны, дырки, экситоны, плазмоны и др.).
Прямые методы в стационарных условиях. Прямые методы в импульсных условиях (милли-, микро-, нано-, пико- и фемтосекундные). Косвенные методы (метод акцептора). Релаксационные методы.
Адиабатические и диабатические процессы. Ионно-молекулярные реакции. Перенос заряда , возбуждения и свободной валентности. Реакции диссоциации, отрыва, присоединения и замещения. Синхронные реакции. Особенности процессов в кластерах, в конденсированной фазе, на границе раздела фаз.

Общие положения неравновесной кинетики в газовой и конденсированной фазах. Пространственное распределение в газовой фазе. Пространственное распределение в конденсированной фазе при различных способах подведения энергии. Математическое моделирование процессов ХВЭ на негомогенных стадиях. Гомогенная стадия. Стационарные процессы. Импульсные процессы. Математическое моделирование гомогенных процессов.

Абсолютные и относительные методы определения поглощенной в веществе энергии. Методы расчета энергии, пошедшей на химические процессы. Эффективность химического использования энергии данного типа воздействия. Дозиметрия в радиационной химии. Актинометрия в фотохимии. Методы определения энергии в других разделах ХВЭ.

Аппараты для проведения процессов в газовой фазе. Аппараты для проведения процессов в жидкой фазе. Аппараты для проведения процессов с твердыми телами. Аппараты для проведения высокотемпературных процессов.
Синтетические и технические приложения процессов ХВЭ. Особенности технологии при различных способах подведения энергии. Газофазные процессы. Процессы в жидкостях и твердых телах. Гетерогенные процессы. Конкурентная способность процессов химии высоких энергии и процессов традиционной технологии. Процессы ХВЭ как элементы сложных процессов традиционной технологии.

9. Химия высоких энергий в природе

Роль ХВЭ в геохимических процессах, в процессах в атмосферах планет. Роль процессов ХВЭ в возникновении жизни на земле. Использование процессов ХВЭ в природоохранительных целях. Процессы очистки химических веществ, основанные на возможностях ХВЭ.
Водоподготовка.

Фотохимия. Лазерная химия. Радиационная химия. Плазмохимия (в газовой и конденсированной фазах). Химия процессов, вызванных ядерными превращениями. Химия процессов с участием позитрония, мюония. Химия ультразвука. Механохимия. Химия процессов при сверхвысоких давлениях (в стационарных и импульсных условиях). Химия ударных волн. Химия молекулярных и ионных пучков (в том числе сверхзвуковых. Химия "горячих атомов". Атмосферная химия и космохимия. Криохимия. Ядерная химия. Другие разделы.