Гравитационна химия се нарича онзи дял от химията, който изучава влиянието на гравитацията върху хода на химичните реакции.Г. А. Абакумов, В. Б. Федосеев, Российский химический журнал, том XLII, 3, 1998, стр. 36–46: Фазовые переходы и химическое равновесие в центробежных полях. Гравитационная химия.

Според общата теория на относителността гравитационните и инерчните сили са неразличими по своето действие. Затова влиянието на гравитацията върху хода на химичните реакции се изучава чрез провеждането им в центрофуга; така силата на тежестта се заменя с центробежната сила.

Гравитацията не влияе пряко върху елементарните актове на химичните реакции: тези актове се управляват от електромагнитното взаимодействие, което е много по-силно от гравитационното. Обаче гравитацията влияе върху смесването и разделянето на вещества с различна плътност, което има пряка връзка с химията: смесването на веществата е нужно, за да взаимодействат; а разделянето им е необходимо за протичането на някои реакции, например йонообменните, които протичат само когато някой от продуктите представлява утайка, газ или слаб електролит, тоест когато йони напускат сместа, образувайки продукт, който се отделя от другите продукти.Stack Exchange, Does gravity affect the rate of a chemical reaction?

Силата на тежестта влияе върху кристализацията на стопилките. Например в производството на различни видове стъкла е важно охлаждането да се извърши така, че да не се образуват кристали. В изследване, публикувано през 1998 г., е установен следният факт: нишките на стъклото ZBLAN съдържат по-малко кристални зърна, ако този материал се произвежда в безтегловност (лявата снимка), отколкото при нормална сила на тежестта (дясната снимка). Едно възможно обяснение е, че в условията на безтегловност няма конвекция в околния въздух, което съществено променя скоростта на топлообмена.

Конвекцията влияе на горенето, например на фо̀рмата на пламъка. Лявата снимка показва пламък на свещ в нормална гравитация: на Земята гравитационното поле предизвиква конвекция, тоест горещите газове като по-леки се издигат, създавайки издължен пламък и увличайки частици сажди, които се нагряват и излъчват червена, оранжева и жълта светлина. Дясната снимка изобразява пламък в безтегловност (на Международната космическа станция): пламъкът е кълбовиден, защото няма конвекция, и цветът му е син поради липсата на сажди.

Извеждането на изходно вещество или продукт от реакционна смес в химично равновесие води до изместване на равновесието към изведеното вещество, тоест концентрацията му нараства. Силата на тежестта отделя тежките от леките вещества, затова газовете и утайките от само себе си напускат реакционната смес, когато химичната реакция протича в гравитационно поле (или в еквивалентно на гравитационното, например в полето на центробежна сила). Така гравитацията (или друга, инерчна сила) може да влияе върху химичното равновесие. Теоретичен анализ на химичното равновесие в центробежно поле е извършен през 1998 г. от руските химици Глеб Арсентиевич Абакумов и Виктор Борисович Федосеев.

Пример № 1: Ако обратимата газова реакция 2HI <=> H2 + I2 се провежда при абсолютна температура 315 K в газова центрофуга с цилиндричен ротор с вътрешен радиус 0,5 см и външен радиус 10 см, то степента на дисоциация на йодоводорода зависи от скоростта на въртене (тоест от големината на центробежната сила) по следния начин:  Скорост на въртене(об./мин.) 0 45 000 90 000 Степен на дисоциацияна йодоводорода 8,18% 12,6% 21,3% (увеличаването на скоростта на въртене измества равновесието по посока на дисоциацията; поради еквивалентността между гравитационни и инерчни сили същото става при силна гравитация). Опитът е проведен с вещества в газообразно състояние, тоест при налягане на йодните па̀ри, ненадвишаващо налягането на наситените йодни па̀ри в сместа на водород и йод в отношение 1:1. С нарастване на броя на оборотите расте и налягането: например при 45 000 об./мин. йодът започва да кристализира из такива смеси, в които без центробежната сила парциалното му налягане е на порядък по-малко от налягането на наситените му па̀ри.

Пример № 2: Ако хетерогенната реакция H2Se(г) <=> Se(теч) + H2(г) се провежда при абсолютна температура 600 K, то химичното равновесие може да се управлява: в отсъствие на центробежно поле степента на дисоциация на селеноводорода е около 50%, но при високи обороти на центрофугата селеноводородът се разлага практически напълно.

Пример № 3: Смес от етилцинамат C6H5–CH=CH–COO(C2H5), бромотрихлорометан CBrCl3 и бензоилпероксид (C6H5–COO)2 в отношение 1 : 4 : 0,1 се държи 24 часа при температура 80°C в запоена капсула от неръждаема стомана. В условията на нормална гравитация (1 g) се получава главно етилов 3-бромо-3-фенил-2-(трихлорометил)пропионат C6H5–CHBr–CH(CCl3)–COO(C2H5) и малко етилов 2-бромо-3-фенил-3-(трихлорометил)пропионат C6H5–CH(CCl3)–CHBr–COO(C2H5). С нарастване на силата на тежестта се увеличава относителният дял на втория продукт, а ако реакцията протича в много силно гравитационно поле (поне 250 000 g), тогава се получава и малко етилов 3-хлоро-3-фенил-2-(трихлорометил)пропионат C6H5–CHCl–CH(CCl3)–COO(C2H5), чийто относителен дял също расте с усилване на гравитационното поле.Yasuyuki Abe, Tsuyoshi Sawada, Makoto Takafuji, Tsutomu Mashimo, Masao Ono, Hirotaka Ihara, Ultrastrong Gravity-induced Unusual Reactivity in Radical Addition of Bromotrichloromethane to Ethyl Cinnamate — DOI: 10.1246/cl.2010.174 — Chemistry Letters, vol. 39, iss. 3, 2010, pp. 174–175.

Източници

Категория:Химия Категория:Раздели в химията