的发生需要具备三个基本条件:
迅速的反应速度
大量的热量释放
产物必须为气体
缺少任何一个条件,都无法引发。
以氢气与反应为例,氢气与混合时,反应仅发生在两者接触的界面上。每当氢气与接触时,它们会立即开始反应。由于氢气和的接触面积有限,大部分氢气和仍然保持分离状态,未发生反应。在这种情况下,只有当氢气向边缘扩展并与接触时,更多的分子才能参与反应。这时,反应的速度受限于气体的扩散速度,要让所有氢气和完全接触几乎是不可能的。由于氢气与接触后会立刻发生反应,扩散过程变得缓慢,因此反应过程中热量与产物气体不断散失,无法集中积聚,无法形成。
当氢气和的混合比例在4%至74.2%之间时,点燃后会触发一连串的链式反应。分子会在光照或紫外线的作用下分解,产生活化的氯原子(Cl·)。这些活化的氯原子在反应中充当链式反应的传递介质,推动一系列化学反应的交替进行:
Cl2 + 光 → Cl· + Cl· (光照分解反应)
H2 + Cl· → HCl + H· (氢气与氯原子反应生成氯化氢及氢自由基)
Cl2 + H· → HCl + Cl· (与氢自由基反应生成氯化氢)
H2 + Cl· → HCl + H· (氢气与氯原子再次反应生成氯化氢及氢自由基)
每当一个原子与反应物分子发生作用后,新的活化原子会继续参与下一轮反应。例如,一个Cl·原子与氢分子反应后生成一个H·原子,而这个H·原子又会与另一个分子反应,生成新的Cl·原子。这样的链式反应会持续进行,直到活化原子消失,链反应自然终止。
氢气和几乎完全反应完毕。反应速度不再受限于气体的扩散速度,而是由化学反应本身的速度决定。整个链式反应在瞬间完成,反应产生的热量不再像普通燃烧那样随着反应散失,而是被局部集中。由于气体受热后迅速膨胀,产生了极高的压力,最终导致了的发生。
这种并非普通的燃烧,而是由化学反应引发的剧烈膨胀和压力积聚,能在极短时间内释放出巨大的能量。