12. Цепные реакции. Озоновый слой. Возникновение и разрушение озонового слоя планеты, влияние примесей на этот процесс.

Цепные реакции – реакции, в которых возможность протекания каждого элементарного акта сопряжена с успешным исходом предыдущего акта и, в свою очередь, обусловливает возможность последующего.

Цепные реакции протекают с участием активных центров – атомов, ионов или радикалов (осколков молекул), обладающих неспаренными электронами и проявляющих, вследствие этого, очень высокую реакционную активность. При актах взаимодействия активных центров с молекулами исходных веществ образуются молекулы продукта реакции, а также новые активные частицы – центры, способные к акту взаимодействия. Таким образом, активные центры служат создателями цепей последовательных превращений веществ.

Пример цепной реакции: H₂+Cl₂=2HCl. Эта реакция вызывается действием света. Поглощение кванта лучистой энергии молекулой хлора приводит к ее возбуждению – к появлению в ней энергичных колебаний атомов. Этот процесс фотохимической диссоциации можно выразить уравнением: Cl₂+hv=2Cl·. Данная стация цепной реакции, в которой впервые образуются свободные радикалы, называется зарождением цепи. Число возникших радикалов зависит от числа квантов света, поглощенных молекулами хлора. Если молекулы исходных веществ не распадаются на радикалы при облучении светом, то инициирование реакции может быть осуществлено добавлением в систему специальных веществ – инициаторов, веществ которые легко распадаются с образованием свободных радикалов. Образующиеся атомы хлора легко реагируют с молекулами водорода:Cl·+H₂=HCl+H·. Атом водорода, в свою очередь, легко реагирует с молекулой хлора: H·+ Cl₂= HCl+Cl·. Эта последовательность процессов, называемая звеном цепи, продолжается дальше: число звеньев может достигать 100000. Число полных звеньев цепи, приходящихся в среднем на каждый свободный радикал, получившийся при зарождении цепей, называется длиной цепи. Стадии цепного процесса, приводящие к исчезновению радикалов, называются обрывом цепи. Обрыв цепи может произойти при столкновении свободного атома со стенкой сосуда или при соударении двух активных частиц и одной неактивной.

К цепным реакциям относят и ядерные реакции, где роль активной частицы выполняет нейтрон, проникновение которого в ядро атома может приводить к его распаду, сопровождающемуся выделением большой энергии и образованием новых свободных нейтронов, продолжающих цепь ядерных превращений.

Озоновый слой

Механизм образования озонового слоя: О₂ + hν → 2О, О₂ + O → О₃.

Пути гибели озона: озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом: О₃ + hν → О₂ + О, О₃ + O → 2О₂.

Также имеются еще три цикла гибели озонового слоя:

Азотный цикл (NO_x): N₂O + O(¹D) → NO + NO, О₃ + NO → NO₂ + О₂, NO₂ + О → NO + О₂.

Водородный цикл (HO_x): Н₂O + O → OH + OH, ОН + О₃ → НО₂ + О₂, НО₂ + О₃ → ОН + 2О₂.

Хлорный цикл (ClO_x): CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl, Cl + O₃ → ClO + O₂, ClO + O → Cl + O₂.

13. Химическое равновесие. Константы равновесия. Смещение равновесий. Принцип Ла-Шателье.

Все реакции делятся на две группы: необратимые и обратимые реакции. Необратимые протекают до конца – до полного израсходования одного из реагирующих веществ. Обратимые реакции протекают не до конца: при обратимой реакции ни одно из реагирующих веществ не расходуется полностью. Это различие связано с тем, что необратимая реакция может протекать только в одном направлении, а обратимая – как в прямом, так и обратном направлении.

Химическое равновесие – момент в протекании реакции, когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми. Для обратимой системы оно характеризуется:

• Равенством скоростей прямой и обратной реакций.

• Постоянством концентраций всех реагирующих веществ во времени, а, следовательно, отсутствием видимых изменений.

• Постоянной величиной свободной энергии.

• Величиной константы ХР: где  — константа скорости прямой реакции,  — константа скорости обратной реакции.

Химическое равновесие называют динамическим равновесием – число частиц, образующихся в единицу времени при прямой реакции, равно числу частиц, вступивших во взаимодействие при обратной реакции.

При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны друг другу, при этом в системе устанавливаются постоянные концентрации исходных веществ и продуктов реакции, называемые равновесными концентрациями. Они обозначаются квадратными скобками.

Смещение химического равновесия происходит при изменении различных условий в системе: изменения концентрации какого-либо из веществ, участвующих в реакции, давления или температуры:

• Изменение концентрации: при увеличении концентрации какого-либо из реагирующих веществ, участвующих в равновесии, равновесие смещается в сторону расхода этого вещества, при уменьшении концентрации какого-либо из веществ равновесие смещается в сторону образования этого вещества.

• Изменение давления: при увеличении давления путем сжатия системы равновесие сдвигается в сторону уменьшения числа молекул газов, т.е. в сторону понижения давления, при уменьшении давления равновесие сдвигается в сторону возрастания числа молекул газов, т.е. в сторону увеличения давления.

• Изменение температуры: при повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической, а при понижении – в направлении экзотермической реакции.

Принцип Ла-Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится.