Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68095010.31857/S0207401X24100035Kinetics and mechanism of chemical reactions, catalysisКинетика и механизм химических реакций, катализResearch ArticleReactions of fluorine atoms with benzene, fluorobenzene and chlorobenzeneРеакции атомов фтора с бензолом, фторбензолом и хлорбензоломVasilievE. S.ВасильевЕ. С.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruMorozovI. I.МорозовИ. И.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruVolkovN. D.ВолковН. Д.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruSavilovS. V.СавиловС. В.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruMorozovaO. S.МорозоваО. С.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruButkovskayaN. I.БутковскаяН. И.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruKhomyakovaP. S.ХомяковаП. С.
Russian Federation
vasiliev@chph.ras.ruSemenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наукLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваMendeleev University of Chemical Technology of RussiaРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева151020244310364829052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/680950

Benzene and its derivatives are extremely important substances in modern chemical technologies. However, emissions of these substances have an extremely negative impact on the atmosphere and ecology. Benzene is a substance of the second class of danger and its effect on the human body is fraught with serious consequences. In the event of man-made disasters, an urgent task is to convert benzene into less toxic substances. In this work, using a low-pressure flow reactor, the kinetic patterns of the reactions of atomic fluorine with benzene, fluorobenzene, and chlorobenzene at a temperature T = 293 K and a pressure of 0.8–1.3 Torr were established. The concentrations of reagents and products were controlled by molecular beam mass spectrometry. To determine reaction rate constants, the method of competing reactions was used. The reaction of fluorine atoms with cyclohexane was chosen as a competitor. As a result of the analysis using experimental and literature data, the following values of the rate constants of the studied reactions were obtained.

Бензол и его производные – чрезвычайно важные вещества, применяемые в современных химических технологиях. Однако выбросы этих веществ крайне негативно влияют на атмосферу и экологию. Бензол – вещество второго класса опасности, и его воздействие на организм человека чревато тяжелыми последствиями. В случае техногенных катастроф актуальной задачей является превращение бензола в менее токсичные вещества. В настоящей работе с использованием проточного реактора низкого давления установлены кинетические закономерности реакций атомарного фтора с бензолом, фторбензолом и хлорбензолом при температуре T = 293 K и давлении 0.8–1.3 Торр. Контроль концентраций реагентов и продуктов осуществлялся методом молекулярно-пучковой масс-спектрометрии. Для определения констант скорости реакций применялся метод конкурирующих реакций. В качестве конкурирующей была выбрана реакция атомов фтора с циклогексаном. В результате проведенного анализа с использованием данных эксперимента и литературных источников получены значения констант скорости исследуемых реакций.

atomic fluorinebenzenefluorobenzenechlorobenzeneflow reactormass spectrometryreaction rate constantатомарный фторбензолфторбензолхлорбензолпроточный реактормасс-спектрометрияконстанта скорости реакцииГосзадание Министерства науки и высшего образования Российской ФедерацииState assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation122040500060-4D. J. Smith, D. W. Setser, K. C. Kim, and D. J. Bogan, J. Phys. Chem. 81, 898 (1977). https://doi.org/10.1021/j100524a019Smith D.J., Setser D.W., Kim K.C. et al. // J. Phys. Chem. 1977. V. 81. № 9. P. 898; https://doi.org/10.1021/j100524a019J. Ebrecht, W. Hack, and H. G. Wagner, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 93, 619 (1989). https://doi.org/10.1002/bbpc.19890930520Ebrecht J., Hack W., Wagner H.G. // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1989. V. 93. № 5. P. 619; https://doi.org/10.1002/bbpc.19890930520F. Markert and P. Pagsberg, Chem. Phys. Lett. 209, 445 (1993). https://doi.org/10.1016/0009-2614(93)80115-6Markert F., Pagsberg P. // Chem. Phys. Lett. 1993. V. 209. № 5-6. P. 445; https://doi.org/10.1016/0009-2614(93)80115-6E. S. Vasiliev, N. D. Volkov, G. V. Karpov, et al., Russ. J. Phys. Chem. A 94, 2004 (2020). https://doi.org/10.1134/S0036024420100295Васильев Е.С., Волков Н.Д., Карпов Г.В. и др. // ЖФХ. 2020. Т. 94. № 10. С. 1484; https://doi.org/10.31857/S0044453720100295E. S. Vasiliev, N. D. Volkov, G. V. Karpov, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 15, 789 (2021); https://doi.org/10.1134/S1990793121050213Васильев Е.С., Волков Н.Д., Карпов Г.В. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 10. С. 30; https://doi.org/10.31857/S0207401X21100125S. O. Adamson, D. D. Kharlampidi, A. S. Shtyrkova, et al., Atoms 11, 132 (2023). https://doi.org/10.3390/atoms11100132Adamson S.O., Kharlampidi D.D., Shtyrkova A.S. et al. // Atoms. 2023. V. 11. № 10. 132; https://doi.org/10.3390/atoms11100132R. Atkinson, D. L. Baulch, R. A. Cox, et al., Atmos. Chem. Phys. 6, 3625 (2006). https://doi.org/10.5194/acp-6-3625-2006Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. № 11. P. 3625; https://doi.org/10.5194/acp-6-3625-2006E. S. Vasiliev, G. V. Karpov, D. K. Shartava, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 16, 388 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122030113Васильев Е.С., Карпов Г.В., Шартава Д.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 10; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050119I. I. Morozov, E. S. Vasiliev, N. I. Butkovskaya, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 17, 1091 (2023). https://doi.org/10.1134/S1990793123050251Морозов И.И., Васильев Е.С., Бутковская Н.И. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 10. C. 26; https://doi.org/10.31857/S0207401X23100114R. Pearson, J. Cowles, G. Hermann, D. Gregg, and J. Creighton, IEEE J. Quantum Electron. 9, 879 (1973). https://doi.org/10.1109/JQE.1973.1077761Pearson R., Cowles J., Hermann G. et al. // IEEE J. Quantum Electron. 1973. V. 9. № 9. P. 879; https://doi.org/10.1109/JQE.1973.1077761R. G. Manning, E. R. Grant, J. C. Merrill, N. J. Parks, and J. W. Root, Int. J. Chem. Kinet. 7, 39 (1975). https://doi.org/10.1002/kin.550070106Manning R.G., Grant E.R., Merrill J.C. et al. // Intern. J. Chem. Kinet. 1975. V. 7. № 1. P. 39; https://doi.org/10.1002/kin.550070106NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/NIST Standard Reference Database. Number 69 / Eds. Linstron P.J., Mallard W.G. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2018.P. Heinemann-Fiedler, K. Hoyermann, and G. Rohde, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 94, 1400 (1990). https://doi.org/10.1002/bbpc.199000042Heinemann-Fiedler P., Hoyermann K., Rohde G. // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1990. V. 94. № 11. P. 1400; https://doi.org/10.1002/bbpc.199000042E. S. Vasiliev, I. I. Morozov, and G. V. Karpov, Int. J. Chem. Kinet. 51, 909 (2019). https://doi.org/10.1002/kin.21319Vasiliev E.S., Morozov I.I., Karpov G.V. // Intern. J. Chem. Kinet. 2019. V. 51. № 12. P. 909; https://doi.org/10.1002/kin.21319R. Atkinson, D. L. Baulch, R. A. Cox, et al., Atmos. Chem. Phys. 7, 981 (2007). https://doi.org/10.5194/acp-7-981-2007Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7. № 4. P. 981; https://doi.org/10.5194/acp-7-981-2007E. S. Vasiliev, I. I. Morozov, W. Hack, K.-H. Hoyermann, and M. Hold, Kinet. Catal. 47, 834 (2006). https://doi.org/10.1134/S0023158406060048Васильев Е.С., Морозов И.И., Хак В. и др. // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 6. С. 859.S. O. Adamson, D. D. Kharlampidi, A. S. Shtyrkova, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 18, 627 (2024). https://doi.org/10.1134/S1990793124700192Адамсон С.О., Харлампиди Д.Д., Штыркова А.С. и др. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 6. С.I. I. Morozov, E. S. Vasiliev, N. D. Volkov, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 16, 877 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122050220Морозов И.И., Васильев Е.С., Волков Н.Д. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 16; https://doi.org/10.31857/S0207401X22100089Il. S. Golyak, D. R. Anfimov, I. B. Vintaykin, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 17, 320 (2023). https://doi.org/10.1134/S1990793123020264Голяк Ил.С., Анфимов Д.Р., Винтайкин И.Б. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 4. C. 3; https://doi.org/10.31857/S0207401X23040088