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7.1 Difluorcarben (CF

2

)

Um genaue Untersuchungen auf Basis der UV-Absorption von CFzu ermöglichen, ist eine exakte Kenntnis des Absorptionskoeffizienten є(λ,T)nötig. Dafür wird hier die vollständige Dissoziation von CF (1450−2350 K) und CFH (1800−2610 K) zu CFin Stoßwellenmes-sungen genutzt.

C2F4 ÐÐ→2CF2 (.)

CF3HÐÐ→CF2+HF (.)

Auf Basis vorgenommener Messungen bei einer Wellenlänge von 248 nm und Mess-werten aus der Literatur wird die folgende Anpassung für einen breiten Temperatur-bereich vonє(λ248 nm,T) /cmmol−(zur Basis e) entwickelt:

є(λ248 nm,T) ≈3, 35 · +4, 6 · · exp(− (T+1457 K 1272 K )

2

) −245 ·T K (.)

7.2 Tetrafluorethen (C

2

F

4

)

Für den Zerfall von CFund die Dimerisierung von CFwird eine Untersuchung der Geschwindigkeitskonstanten für einen breiten Temperatur- und Druckbereich vorgenommen. Durch Kombination der Daten aus den vorliegenden Experimenten, Literaturwerten und Modellrechnungen [] können die Falloff-Effekte bei der Charak-terisierung der Reaktionen (/) und (/) berücksichtigt werden:

C2F4ÐÐ→2CF2 ∆H0≈ 67, 5 kcal mol− (/) 2CF2ÐÐ→C2F4 ∆H0≈ −67, 5 kcal mol− (/)

Mit einem ermittelten Wert für die Dissoziationsenergie ∆HR,0von CFvon:

∆HR,0 =67, 5(±0, 5)kcal mol− (.)

ergeben die Analysen für die Geschwindigkeitskonstanten des Hoch- bzw. Nieder-druckgrenzbereichs der jeweiligen Reaktionen die folgenden Werte:

k(/),∞=1, 71 · 1016·( T

300 K)−0,87· exp(−35050 K

T )s− (.)

k(/),0 = [Ar]1, 26 · 1028·( T 300 K)

−9,70

· exp(−36660 K

T )s− (.) k(/),∞=2, 26 · 1010·( T

300 K)

1,53

cmmol−s− (.)

k(/),0 = [Ar]4, 40 · 1021·( T 300 K)

−6,7

cmmol−s−

Ebenfalls wird in diesem Zuge die GleichgewichtskonstanteKcbestimmt:

Kc=7, 56 · 105·( T 300 K)

−2,4

· exp(−35050 K

T )mol cm− (.)

Die ungewöhnlich kleinen Geschwindigkeitskonstanten der Dimerisierungsreaktion lassen sich durch die vorliegenden Modelle erklären und werden auf die starke Ani-sotropie der Oberfläche des Energiepotentials zurückgeführt. Praktisch bedeutet dies das Auftreten einer signifikanten dynamischen Barriere während der Dimerisierung

 CFÐÐ→CF.

7.3 Hexafluorpropen (C3F6) 85

7.3 Hexafluorpropen (C

3

F

6

)

Die Untersuchungen zu CFbeobachten die thermische Dissozia-tion in einem Temperaturbereich von 1330−2210 K. Es zeigt sich, dass die unimolekulare Reaktion von Falloff-Effekten beeinflusst wird. Die beiden Bindungsbruchreaktionen (/), (/) und die Dis-soziation über den starr aktivierten Komplex (/) können analysiert werden. Dabei dominieren für Temperaturen>1100 K die Bindungs-bruchreaktionen.

CF3−CF−−CF2ÐÐ→ CF3−CF+CF2 (/)

CF3−CF−−CF2ÐÐ→ CF3+CF−−CF2 (/)

C3F6 ÐÐ→CF2CF2CF2ÐÐ→C2F4 (/)

Abhängig von der Temperatur wird eine unterschiedliche Ausbeute von CF beob-achtet. Diese ist abhängig von den Reaktionsverläufen entweder über Reaktion (/) oder Reaktion (/). Die Ausbeute variiert dabei zwischen zwei und drei CFpro Muttermolekül CF. Das Verteilungsverhältnis auf die beiden Reaktionswege wird mit 0, 67∶0, 33 bestimmt.

Für die primäre Dissoziation (/) werden die festgestellten Falloff-Effekte untersucht und quantifiziert. Ergebnisse früherer Arbeiten, die diesen Effekt nicht berücksich-tigten, werden stellenweise korrigiert. Im Zuge der Untersuchungen werden mit Hilfe der Experimentalwerte und vorliegenden Modellierungen [] Werte für die Hoch- und Niederdruck-Geschwindigkeitskonstanten (k(/),0,k(/),∞), sowie den Zentrums-Verbreiterungsfaktor (Fcent) vorgeschlagen:

k(5/1),∞ =1, 3 · 1017· exp(−52370 K

T )s− (.)

k(5/1),0 = [Ar]3, 8 · 1025·( T 1500 K)

−16,7

· exp(−52370 K

T )s− (.)

Fcent,(/)≈0, 0025 (.)

7.4 Hexafluorcyclopropan (c–C

3

F

6

)

Analog zu den Dissoziationsuntersuchungen für CFwird der Zer-fall (/) und die Rekombination (/) von c−CFcharakterisiert.

Für einen Bereich von 620−1030 K werden eigene Messwerte auf-genommen und der Temperaturbereich mittels Literaturwerten auf 300−1100 K erweitert. Im Rahmen der Untersuchungen werden deutliche Falloff-Effekte festgestellt. Damit ergibt sich neben der Temperaturabhängigkeit eine zu berücksichtigende Druckabhängig-keit.

Die Kombination von Modell [] und experimentellen Ergebnissen erlaubt die Untersuchung der Zerfallsreaktion (/):

c−C3F6ÐÐ→CF2+C2F4 (/)

Hierbei werden die modellierten Hoch- und Niederdruck-Geschwindigkeitskonstanten k(6/1),0bzw.k(6/1),∞und der modellierte Zentrums-VerbreiterungsfaktorFcent be-nutzt, um die Geschwindigkeitskonstantek(6/1)abhängig von Druck und Temperatur zu beschreiben:

k(/),∞ ≈3, 3 · 1014· exp(−21000 K

T )s− (.)

k(/),0 ≈ [Ar]1, 76 · 1023·( T 300 K)

−6,5

· exp(−18420 K

T )s− (.)

Fcent,(/)=0, 08(±0, 005) (.)

Die Bestimmung der GleichgewichtskonstanteKc,(6/1)ermöglicht es auch die Para-meter der Rückreaktion (/) genauer zu untersuchen:

CF2+C2F4ÐÐ→c−C3F6 (/)

mit:

Kc,(/) =1, 7 · 104· exp(−17070 K

T )mol cm− (.)

k(/),∞= k(/),∞

Kc,(/) =1, 9 · 1010· exp(−3930 K

T )cmmol−s− (.)

7.5 Ausblick 87

Die Kombination der Ergebnisse führt zur Bestimmung eines neuen experimentellen Wertes der Bildungsenthalpie für c−CF:

∆Hf,0 (c−C3F6) = −243, 2(±0, 7)kcal mol− (.) der im Gegensatz zu früheren Resultaten mit quantenchemischen Werten überein-stimmt. Die Pyrolyse von c−CF stellt eine ausgezeichnete CF-Quelle dar. Die Untersuchungen aus Abschnitt  zur Dimerisierung von CFzu CFkönnen um Messungen bei 840−1020 K ergänzt werden:

2CF2ÐÐ→C2F4 (/)

Dabei fügen sich die Ergebnisse, auch unter Berücksichtigung der Niedertemperatur-Dimerisierungsuntersuchungen, sehr gut ein. Wie gezeigt wird, sind die Untersu-chungen insbesondere der Druckabhängigkeit für eine vollständige Beschreibung der Reaktion ausgesprochen wichtig. Das Ergebnis der Geschwindigkeitskonstante k(/),∞aus Abschnitt  kann damit weiter verfeinert werden:

k(/),∞=2, 26 · 1010·( T 300 K)

13

cmmol−s− (.)

7.5 Ausblick

Für die Zukunft ist geplant, weitere fluorierte Kohlenwasserstoffe auf ihre Reaktions-mechanismen hin zu untersuchen. Eine naheliegende Wahl wäre dabei Octafluorcy-clobutan (c−CF).

Bezüglich der Messapparatur wären einige Optimierungen wünschenswert und sinnvoll:

• Es sollte eine variable Schlitzbreite im optischen Strahlengang eingesetzt wer-den, um den Signalanstieg der Absorptionsprofile für Temperaturen über 1900 K zeitlich besser auflösen zu können.

• Das Signal- Rauschverhältnis könnte durch Minimieren des Lichtquellenrau-schens verbessert werden. Unter Umständen ließe sich eine ∆OD-Signalauf-nahme realisieren.

• Das Erfassen eines größeren Spektralbereiches pro Messvorgang würde die Messzeit erheblich verkürzen.

Anhang

Anhang A

Tabellenwerke

A.1 Tetrafluorethen (C

2

F

4

)

Tab. A.:Übersicht der modellierten Geschwindigkeits- und Gleichgewichtskonstanten für CFÐ→2 CF[].

(.) Kc =7, 56 · 105·(300 KT )−2,4· exp(−35050 KT )mol cm−

(.) k(/),∞ =1, 71 · 1016·(300 KT )−0,87· exp(−35050 KT )s−

(.) k(/),0 = [Ar]1, 26 · 1028·(300 KT )−9,70 · exp(−36660 KT )s−

(.) Fcent 0, 91 · exp(250 K−T ) +0, 09 · exp(12500 K−T ) +exp(−7400 KT ) (.) k(/),∞ =2, 26 · 1010·(300 KT )

1,53cmmol−s−

[] k(/),0 = [Ar]4, 40 · 1021·(300 KT )−6,7cms−

Tab. A.:Absorptionskoeffizientenє(248 nm,T)aus der Literatur.

є[] T є[] T є[] T

cmmol− K cmmol− K cmmol− K

,  ,  , 

,  ,  , 

,  ,  , 

, 

, 

, 

, 

Tab. A.:Modellierte Hochdruckgeschwindigkeitskonstanten für die Dissoziation und Re-kombinationk(/),∞undk(/),∞[], sowie GleichgewichtskonstantenKcfür die Reaktion CFÐÐ→CF

Temperatur k(/),∞ k(/),∞ Kc kPST(/),∞ frigid K s− cmmol−s− mol−cm− cmmol−s−

 , · 1010 , · 1014 , · 10−4

 , · 100 , · 1011 , · 10−11 , · 1014 , · 10−4

 , · 103 , · 1011 , · 10−8 , · 1014 , · 10−4

 , · 105 , · 1011 , · 10−6 , · 1014 , · 10−3

 , · 106 , · 1011 , · 10−5 , · 1014 , · 10−3

 , · 107 , · 1011 , · 10−4 , · 1014 , · 10−3

Tab. A.:Modellierte Niederdruckgeschwindigkeitskonstanten für die Reaktion CFÐÐ→

CFund ergänzende Faktoren

Temperatur ZLJ Qvib Frot FE βc k(/),0/ [Ar]

K cmmol−s− CF cmmol−s−

 , · 1014 , · 103 , , , , · 107

 , · 1014 , · 103 , , , , · 109

 , · 1014 , · 104 , , , , · 1010

 , · 1014 , · 105 , , , , · 1011

 , · 1014 , · 105 , , , , · 1012

A.1 Tetrafluorethen (C2F4) 93

Tab. A.:Experimentelle Ergebnisse der GleichgewichtskonstantenKcund Geschwindigkeits-konstantenk(/)für die Reaktion CFÐÐ→CF

T [Ar] Kc k(/)

K mol−cm− mol−cm− s−

 2, 4 · 10−5 3, 7 · 101

 2, 3 · 10−5 6, 5 · 101

 2, 3 · 10−5 9, 3 · 101

 2, 3 · 10−5 1, 6 · 102

 1, 2 · 10−4 1, 9 · 10−9 2, 9 · 102

 2, 2 · 10−5 12, 1 · 102

 2, 0 · 10−5 1, 5 · 102

 1, 1 · 10−4 9, 0 · 102

 1, 9 · 10−5 4, 3 · 102

 2, 0 · 10−5 7, 1 · 102

 1, 1 · 10−4 2, 0 · 10−8 2, 1 · 103

 9, 8 · 10−5 6, 9 · 10−8 4, 2 · 103

 9, 8 · 10−5 1, 4 · 10−7 8, 9 · 103

 9, 7 · 10−5 2, 4 · 10−7 1, 4 · 104

 9, 1 · 10−5 7, 0 · 10−7 5, 3 · 104

 9, 0 · 10−5 1, 3 · 10−6 4, 5 · 104

 1, 3 · 10−5 4, 7 · 104

A.2 Hexafluorpropen (C

3

F

6

)

Tab. A.:Beispiele für die experimentellen Bedingungen und die korrespondierenden Ge-schwindigkeitskonstantenk.

[Ar] 106[C3F6]0/[Ar] T k [C3F6]/[C3F6]

10−5mol cm− K s−

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 100

,   , · 100

,   , · 100

,   , · 101

,   , · 102

,   , · 103

,   , · 103 ,

,   , · 103 ,

,   , · 104 ,

,   , · 103 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104 ,

,   , · 104

,   , · 104

,   , · 101

,   , · 102

,   , · 102

,   , · 103 ,

,   , · 104

A.2 Hexafluorpropen (C3F6) 95

Tab. A.:Berechnete Reaktionsenthalpien und Enthalpien von Übergangszuständen (bei  K, siehe Abs. ..).

Reaktion CBS-QB[] GMP[] G[]

kcal mol− kcal mol− kcal mol−

(/) CFÐÐCFCF+CF , , ,

(/) CFÐÐCF+CF , , ,

CFÐÐCFCFCF(TS) , , ,

CFCFCF(TS)ÐÐCFCFCF -, , ,

CFCFCFÐÐCF−CF(TS) , , ,

CF−CF(TS)ÐÐCF+CF -, -, -,

(/) CFÐÐCF+CF , , ,

A.3 Hexacyclofluorpropan (c–C

3

F

6

)

Tab. A.:Berechnete Reaktionsenthalpien und Enthalpien von Übergangszuständen (bei 0 K, siehe Abschnitt .., []).

Reaktion CBS-QB[] GMP[] G[]

kcal mol− kcal mol− kcal mol−

(/) c−CFÐÐCF+CF , , ,

c−CFÐÐCFCFCF(TS) , , ,

CFCFCF(TS)ÐÐCFCFCF -, -, -,

CFCFCFÐÐCF−CF(TS) , , ,

CF−CFTSÐÐCF+CF -, -, -,

c−CFÐÐCF−CF(TS) , , ,

Tab. A.:Parameter für Falloff-Korrekturen nach Gleichung (.).

Reaktion Anmerkungen

k(/),0 ≈ [Ar]1, 8 · 1023·(300 KT )−6,5· exp(−18420 KT )s− (.)

(/) k(/),∞ 3, 3 · 1014· exp(−21000 KT )s− (.)

Fcent,(/) 0, 08 (5001000 K)

k(/),0 ≈ [Ar]1, 0 · 1019·(300 KT )−6,5· exp(−1350 KT )cmmol−s− (.), (.) (/) k(/),∞ 1, 9 · 1010· exp(−3930 KT )cmmol−s− (.)

Fcent,(/) 0, 08 (5001000 K)

k(/),0 ≈ [Ar]1, 3 · 1028·(300 KT )−9,7· exp(−36660 KT )s− []

(/) k(/),∞ 1, 7 · 1016· exp(−35050 KT )s− (.), []

Fcent,(/) 0, 1 []

k(/),0 ≈ [Ar]4, 4 · 1021·(300 KT )−6,7cmmol−s− []

(/) k(/),∞ 2, 26 · 1010· exp(300 KT )−1,3cmmol−s− (.)

Fcent,(/) 0, 1 []

A.3 Hexacyclofluorpropan (c–C3F6) 97

Tab. A.:Beispiele für experimentelle Bedingungen und die korrespondierenden Geschwin-digkeitskonstantenk(/)bzw.k(/),∞.

T [Ar] [c−CF]/ [Ar] k(/) k(/),∞

K 10−5mol cm− s− s−

 ,  , · 100 , · 1010

 ,  , · 100 , · 1010

 ,  , · 100 , · 1010

 ,  , · 101 , · 1010

 ,  , · 101 , · 1010

 ,  , · 102 , · 1010

 ,  , · 102 , · 1010

 ,  , · 104 , · 1010

 ,  , · 104 , · 1010

 ,  , · 104 , · 1010

 ,  , · 105 , · 1010

Tab. A.:Beispiele für experimentelle Bedingungen und die korrespondierenden Geschwin-digkeitskonstantenk(/).

T [Ar] [c−CF]/ [Ar] k(/)

K 10−5mol cm− cm−mol−s−

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1011

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1011

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

 ,  , · 1010

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Abbildungsverzeichnis

. Aufbau der Stoßwellenapparatur. . . 

. Aufbau der Vormischapparatur mit Vakuum- und Hochdruckbereich. 

. Ein typisches verstärktes Druckaufnehmersignal und das zugehörige Komparator Ausgangssignal. . . 

. Darstellung der Zeitabläufe eines Messdurchgangs. . . 

. Exemplarische Darstellung der Dissoziation von NO, beobachtet beiT=1909 K undλ=248 nm in der reflektierten Welle. . . 

. Beispiel eines typischen Absorptionsprofiles der Bildung von CF hinter einfallender Stoßwelle und des Zerfalls hinter reflektierter Stoßwelle. . . 

. Beispiel eines typischen Absorptionsprofiles der Bildung von CF

hinter reflektierter Stoßwelle. . . 

. UV Absorptionsspektrum von CFbei  K . . . 

. CFSpektren nach [] bei Temperaturen von 1804, 2085 und 2878 K. 

. Bildung von CFdurch thermische Dissoziation von CFin der einlaufenden Stoßwelle. . . 

. Bildung von CFdurch thermische Dissoziation von CFin der reflektierten Stoßwelle. . . 

. Absorptionskoeffizientenє(λ=248 nm,T)für CF . . . 

. GleichgewichtskonstantenKc=[C2F4]/[CF2]2 . . . 

. Falloff-Kurve für die Reaktion CF→ CFbeiT=1200 K . . . 

. Falloff-Kurve für die Reaktion CF→ CFbeiT=1400 K . . . 

. Falloff-Kurve für die Reaktion CF→ CFbeiT=1600 K . . . 

. MEP-EnergieV(r)für CF→ CF . . . 

. MEP-EnergieV(r)für CF→ CF . . . 

. CF-Strukturen entlang des MEP für CF→ CF . . . 

. Frequenzen vonνtors für Übergangsmoden entlang des MEP für CF→ CF. . . 

. Rekombinations-Geschwindigkeitskonstantek(/),∞für den Hoch-druckbereich von  CF→CF . . . 

. CF-Bildung durch thermische Dissoziation von CFin der reflek-tierten Stoßwelle. . . 

. CF-Bildung durch thermische Dissoziation von CFin der reflek-tierten Stoßwelle. . . 

. CF2-Bildung durch thermische Dissoziation von C3F6in der einlau-fenden Stoßwelle. . . 

. Geschwindigkeitskonstantenkder Dissoziation von CF . . . 

. Energiediagramm der primären Dissoziationskanäle für die Disso-ziation von CF. . . 

. Energiediagramm der Reaktionen (/), (/) und (/) aus Ergeb-nissen der G-Berechnungen []. . . 

. MEP-EnergieV(r)für Reaktion (/) und (/) . . . 

. Modellierte Falloff-Kurven beiT /K= 1400, 1700, 2000, 2300 für die Dissoziation von CF. . . 

. Geschwindigkeitskonstantenkder Dissoziation von CF. . . 

. CF-Bildung durch thermische Dissoziation von c–CFin der re-flektierten Stoßwelle. . . 

. CF-Bildung durch thermische Dissoziation von c–CFin der re-flektierten Stoßwelle. . . 

. CF-Bildung durch thermische Dissoziation von c–CFin der re-flektierten Stoßwelle. . . 

. Geschwindigkeitskonstantenk(/)der thermischen Dissoziation von c–CF. . . 

. Energiediagramm des niederenergetischen Reaktionspfades der Dis-soziation von c–CF . . . 

. Geschwindigkeitskonstantek(/)der Dimerisierung von 2 CF→ CF. . . 

. Falloff-Kurvenk(/)/k(/),∞der Dimerisierung von CFin Ar bei un-terschiedlichen Temperaturen. . . 

. Geschwindigkeitskonstantenk(/)der thermische Dissoziation von c–CFmit Falloff-Korrektur. . . 

. Hochdruck-Geschwindigkeitskonstantenk(/),∞für die Reaktion CF+CF→c–CF. . . 

Tabellenverzeichnis

. Verwendete Chemikalien . . . 

A. Übersicht der modellierten Geschwindigkeits- und Gleichgewichts-konstanten für CF→2 CF. . . 

A. Absorptionskoeffizientenє(248 nm,T)aus der Literatur. . . 

A. Modellierte Hochdruckgeschwindigkeitskonstanten und Gleichge-wichtskonstanten . . . 

A. Modellierte Niederdruckgeschwindigkeitskonstanten und ergänzen-de Faktoren . . . 

A. Experimentelle Ergebnisse der Gleichgewichtskonstanten . . . 

A. Beispiele für die experimentellen Bedingungen und die korrespon-dierenden Geschwindigkeitskonstantenk. . . 

A. Berechnete Reaktionsenthalpien und Enthalpien von Übergangszu-ständen. . . 

A. Berechnete Reaktionsenthalpien und Enthalpien von Übergangszu-ständen . . . 

A. Parameter für Falloff-Korrekturen. . . 

A. Beispiele für experimentelle Bedingungen und die korrespondieren-den Geschwindigkeitskonstantenk(/)bzw.k(/),∞. . . 

A. Beispiele für experimentelle Bedingungen und die korrespondieren-den Geschwindigkeitskonstantenk(/). . . 