放射化学 第10章 辐射化学与辐射加工技术.ppt
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电子若在极性溶剂中，则称为溶剂化电子 e－＋nH2O→eaq－ 称为水合电子
三．水与水溶液的辐解
1.纯水的辐解：
H2O→H2O+、e－、H2O* 水在辐射作用下发生 电离和激发生成离子、电子和激发分子。
这些次级粒子首先集中在径迹附近，在向周围
介质扩散前会相互作用或被水复合。
H2O+＋H2O→H3O+＋OH. 在10－13s内完成 H3O+＋nH2O→H3Oaq+（水合离子）在10－11s内 完成
A++B→C++D 电子转移 H2++ H2O→H2O++ H2 氢原子转移 H2O++ H2O→H3O++OH. 质子转移 C2H5++NH3→NH4++ C2H4 氢化合物离子转移 C2H5++ C3H8→C2H6+ C3H7+(H-转移)
CmH2m++ RH2→CmH2m+ R+(H2-转移)
第四章 辐射化学与辐射加工技术
一.引言 什么叫核辐射化学 研究核辐射与物质相互作用引起各种化学过程 的科学。 核辐射与物质相互作用有物理变化，化学变化 ，生物效应。 什么叫核辐射加工技术 利用电离辐射作用于物质使其品质和性能得以 改善或合成新产品的一种技术，它使基于辐射 作用下物质的物理性质、化学性质或生物性质 发生暂时性或永久性的变化。
3.自由基及其反应过程 一种不稳定的容易与其他原子或 发生反应的原
子或集团叫做自由基，用A.表示，如 H.+H→H2 CH3.+H→CH4
（甲基）（甲烷）
自由基是含有一个或多个有成键能力的未偶电 子的原子、分子或离子，自由基多数是很活泼 的，只能作中间产物存在，也有少数自由基相 当稳定，如(C6H5)3.,C.,NO.,NO2.,O2.等。
e－→eS－（逊激发电子）→eT－(热电子) →eaq－ （水合电子）在10－11s内完成
随着扩散的进行，会出现如下反应（在10－9s内
完成）
H3O+＋eaq－→H2O＋H. OH.+ OH.→H2O2 H.+ H.→H2 H.+ OH.→H2O eaq－＋eaq－＋2H2O→H2＋2OH－ eaq－＋H.＋H2O→H2＋OH－ eaq－＋OH.→OH－
物理过程：指α、β、γ、x、中子，加速的电 子、氘核、以及核反应产生的原子或离子作用 下物质性质的变化，多数是属晶格的变化（例 如形成缺陷结构）。 化学过程：上述各类核辐射及核反应引起的化 学过程。广义的讲还有可见光、紫外光引起的 光化学各种放电作用引起的放电化学或等离子 体化学，超声波作用的声化学。 生物过程：通过辐射使各类有机体的生命机能 达到计划或预期的变化。
OH.+ H2O→H2O＋O2 OH.+CH2＝CH2→HOCH2－CH2.
（4）H2O自由基：可以呈现氧化性和还原性 H2O2+Fe2＋→Fe3＋＋HO2－ H2O2+Ce4＋→Ce3＋＋O2＋H＋
（5）过氧化氢：可以呈现氧化性和还原性
H2O.+Fe2＋→Fe3＋＋OH－＋OH. H2O.+Ce4＋→Ce3＋＋H2O.+ H＋ 还可以与某些自由基作用
机物对辐射较敏感，在辐射作用下会引起碳卤键的 断裂，对于氯化物
C—Cl→C＋Cl Cl＋H→HCl 对于碘化物
C—I→C＋I I+I→I2 I+别的基团→碘化物 （2）含氧有机物
醇、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物对电离辐照都比较
敏感，因为它们的结构都含有碳氧键（C—O或C＝O） 它们在辐照下，产生气体H2、CO、H2O、CO2，同时生 成分子量较原有分子大的产物。
2.水辐解中间产物的性质
中间产物分类：1. H2反应性很低；2.具有还原性 粒子 eaq－，H.；3. 具有氧化性产物OH.，HO2. ，H2O2。 （1）水合电子eaq－，水合电子是一种非常活泼 的还原剂，标准的还原电位为2.77V，因此它可
以还原很多物质，导致电子俘获或解离，例如
eaq－＋Cu2＋→Cu＋ eaq－＋O2→O2－ eaq－＋R.X（脂族卤化物）→R.＋X－
二．辐射化学的基本反应过程 1.激发分子及其反应过程 由电离辐射直接产生或电离辐射产生的次级电 子产生，激发分子是一种电子不处于基态，具 有过多能量的分子。 如 H2O+α→H2O* 激发分子衰变过程 单分子衰变：辐射跃迁，发射荧光
激发分子内转移 单分子解离或重排 AB* →A.+B.(或C+D) C、D是饱和的或 不饱和的分子
3.有机物的辐射化学合成
自由基也可以通过电子转移、氢原子转移、双
键加成解离与复合。
电子转移 OH.+ Fe2+→Fe3++ OH－
氢原子转移 H.+ C2H6→H2+ C2H5. 双键加成 A.+ C2H4→AC2H4. 解离C2H5.→C2H4 +H. 复合 R.+S→RS
4.溶剂化电子与陷落电子
电离产生的电子，经慢化后，可以发生以下反应 （1）简单电子俘获 O2+e－→O2－ （2）解离电子俘获Cl2+e－→Cl.＋Cl－ （3）生成离子对 CO+e－→C++O-+e－
H2O2+.COOH→CO2+ H2O+ OH.
四．有机物的辐射效应—生成大量的氢分子
1.饱和烃，不饱和烃，芳香烃
（1）饱和烃：甲烷被辐照：CH4→H2、C2H6、 C2H4、C3H4、C3H8、C4H10
（2）不饱和烃 在辐照下，产生高分子聚合物
（3）芳香烃在辐照下，产生高分子聚合物
2.其他有机化合物 （1）含卤有机物：由于碳卤键键能较低，故含卤有
双分子衰变：能量转移，形成激发复合核或络 合物，电子转移、其他化学反应。
抽氢反应A*+RH→AH.+R. 加成反应 A*+B→AB 猝灭反应 A*+C→A+C(或E+D)
2.离子及其反应过程
离子由辐射直接产生或由次级粒子产生，具有
带电和激发两种性质。
离子wenku.baidu.com分子的作用包括电子、质子、氢原子、氢化物 离子的转移，通式为：
（2）H原子：H原子是一种稍弱的还原剂，其标 准还原电位为2.31V
H.＋Cu2＋→Cu＋＋H+
H.＋O2→H2O. （3）OH自由基：OH自由基是主要的氧化性自由
基，具有很强的电子亲和力，在水溶液中可 氧化一系列离子或发生加成反应和抽氢反应， 例如：
OH.+Br－→Br.＋OH－
OH.+Fe2＋→Fe3＋＋OH－
三．水与水溶液的辐解
1.纯水的辐解：
H2O→H2O+、e－、H2O* 水在辐射作用下发生 电离和激发生成离子、电子和激发分子。
这些次级粒子首先集中在径迹附近，在向周围
介质扩散前会相互作用或被水复合。
H2O+＋H2O→H3O+＋OH. 在10－13s内完成 H3O+＋nH2O→H3Oaq+（水合离子）在10－11s内 完成
A++B→C++D 电子转移 H2++ H2O→H2O++ H2 氢原子转移 H2O++ H2O→H3O++OH. 质子转移 C2H5++NH3→NH4++ C2H4 氢化合物离子转移 C2H5++ C3H8→C2H6+ C3H7+(H-转移)
CmH2m++ RH2→CmH2m+ R+(H2-转移)
第四章 辐射化学与辐射加工技术
一.引言 什么叫核辐射化学 研究核辐射与物质相互作用引起各种化学过程 的科学。 核辐射与物质相互作用有物理变化，化学变化 ，生物效应。 什么叫核辐射加工技术 利用电离辐射作用于物质使其品质和性能得以 改善或合成新产品的一种技术，它使基于辐射 作用下物质的物理性质、化学性质或生物性质 发生暂时性或永久性的变化。
3.自由基及其反应过程 一种不稳定的容易与其他原子或 发生反应的原
子或集团叫做自由基，用A.表示，如 H.+H→H2 CH3.+H→CH4
（甲基）（甲烷）
自由基是含有一个或多个有成键能力的未偶电 子的原子、分子或离子，自由基多数是很活泼 的，只能作中间产物存在，也有少数自由基相 当稳定，如(C6H5)3.,C.,NO.,NO2.,O2.等。
e－→eS－（逊激发电子）→eT－(热电子) →eaq－ （水合电子）在10－11s内完成
随着扩散的进行，会出现如下反应（在10－9s内
完成）
H3O+＋eaq－→H2O＋H. OH.+ OH.→H2O2 H.+ H.→H2 H.+ OH.→H2O eaq－＋eaq－＋2H2O→H2＋2OH－ eaq－＋H.＋H2O→H2＋OH－ eaq－＋OH.→OH－
物理过程：指α、β、γ、x、中子，加速的电 子、氘核、以及核反应产生的原子或离子作用 下物质性质的变化，多数是属晶格的变化（例 如形成缺陷结构）。 化学过程：上述各类核辐射及核反应引起的化 学过程。广义的讲还有可见光、紫外光引起的 光化学各种放电作用引起的放电化学或等离子 体化学，超声波作用的声化学。 生物过程：通过辐射使各类有机体的生命机能 达到计划或预期的变化。
OH.+ H2O→H2O＋O2 OH.+CH2＝CH2→HOCH2－CH2.
（4）H2O自由基：可以呈现氧化性和还原性 H2O2+Fe2＋→Fe3＋＋HO2－ H2O2+Ce4＋→Ce3＋＋O2＋H＋
（5）过氧化氢：可以呈现氧化性和还原性
H2O.+Fe2＋→Fe3＋＋OH－＋OH. H2O.+Ce4＋→Ce3＋＋H2O.+ H＋ 还可以与某些自由基作用
机物对辐射较敏感，在辐射作用下会引起碳卤键的 断裂，对于氯化物
C—Cl→C＋Cl Cl＋H→HCl 对于碘化物
C—I→C＋I I+I→I2 I+别的基团→碘化物 （2）含氧有机物
醇、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物对电离辐照都比较
敏感，因为它们的结构都含有碳氧键（C—O或C＝O） 它们在辐照下，产生气体H2、CO、H2O、CO2，同时生 成分子量较原有分子大的产物。
2.水辐解中间产物的性质
中间产物分类：1. H2反应性很低；2.具有还原性 粒子 eaq－，H.；3. 具有氧化性产物OH.，HO2. ，H2O2。 （1）水合电子eaq－，水合电子是一种非常活泼 的还原剂，标准的还原电位为2.77V，因此它可
以还原很多物质，导致电子俘获或解离，例如
eaq－＋Cu2＋→Cu＋ eaq－＋O2→O2－ eaq－＋R.X（脂族卤化物）→R.＋X－
二．辐射化学的基本反应过程 1.激发分子及其反应过程 由电离辐射直接产生或电离辐射产生的次级电 子产生，激发分子是一种电子不处于基态，具 有过多能量的分子。 如 H2O+α→H2O* 激发分子衰变过程 单分子衰变：辐射跃迁，发射荧光
激发分子内转移 单分子解离或重排 AB* →A.+B.(或C+D) C、D是饱和的或 不饱和的分子
3.有机物的辐射化学合成
自由基也可以通过电子转移、氢原子转移、双
键加成解离与复合。
电子转移 OH.+ Fe2+→Fe3++ OH－
氢原子转移 H.+ C2H6→H2+ C2H5. 双键加成 A.+ C2H4→AC2H4. 解离C2H5.→C2H4 +H. 复合 R.+S→RS
4.溶剂化电子与陷落电子
电离产生的电子，经慢化后，可以发生以下反应 （1）简单电子俘获 O2+e－→O2－ （2）解离电子俘获Cl2+e－→Cl.＋Cl－ （3）生成离子对 CO+e－→C++O-+e－
H2O2+.COOH→CO2+ H2O+ OH.
四．有机物的辐射效应—生成大量的氢分子
1.饱和烃，不饱和烃，芳香烃
（1）饱和烃：甲烷被辐照：CH4→H2、C2H6、 C2H4、C3H4、C3H8、C4H10
（2）不饱和烃 在辐照下，产生高分子聚合物
（3）芳香烃在辐照下，产生高分子聚合物
2.其他有机化合物 （1）含卤有机物：由于碳卤键键能较低，故含卤有
双分子衰变：能量转移，形成激发复合核或络 合物，电子转移、其他化学反应。
抽氢反应A*+RH→AH.+R. 加成反应 A*+B→AB 猝灭反应 A*+C→A+C(或E+D)
2.离子及其反应过程
离子由辐射直接产生或由次级粒子产生，具有
带电和激发两种性质。
离子wenku.baidu.com分子的作用包括电子、质子、氢原子、氢化物 离子的转移，通式为：
（2）H原子：H原子是一种稍弱的还原剂，其标 准还原电位为2.31V
H.＋Cu2＋→Cu＋＋H+
H.＋O2→H2O. （3）OH自由基：OH自由基是主要的氧化性自由
基，具有很强的电子亲和力，在水溶液中可 氧化一系列离子或发生加成反应和抽氢反应， 例如：
OH.+Br－→Br.＋OH－
OH.+Fe2＋→Fe3＋＋OH－