Механизм разрушения озонового слоя

Разрушение озонового слоя под действием фреонов также протекает по цепному механизму.

На примере взаимодействия фреона R12 (CFCl2) с озоном приведем некоторые реакции:

1) Зарождение цепей:

CF₂Cl₂ = CF₂Cl˙ + Cl˙;

2) Рост цепей:

Cl˙ + O₃ = ClO˙ + O₂;

3) Обрыв цепей:

Cl˙ + Cl˙ = Cl₂.

В данной цепной реакции один атом хлора разрушает до 100000 молекул озона.

Разветвленная цепная реакция

Разбереммеханизм на примере окисления метана кислородом:

1) Зарождение цепей:

СH₄ = CH₃˙ + H˙;

2) Рост цепей:

CH₃˙ + O₂ = CH₃OO˙,

CH₄ + CHOO˙ = CH₃OOH + CH₃˙,

CH₃OOH = CH₃O˙ + OH˙ (разветвление цепей) и т.д.;

На стадии разветвления цепей появляются дполнительные свободные радикалы, что приводит к «лавинообразному» ускорению реакции и она протекает практически мгновенно.

3) Обрыв цепей:

R˙ + R˙ = R₂, R˙ – условное обозначение радикалов.

Взрываемость и самовоспламенение

Взрываемость – это протекание реакции с такой высокой скоростью, что превращение исходных веществ в продукты реакции протекает практически мгновенно. В холодильной технике это возможно при использовании в качестве хладагентов горючих веществ. При разгерметизации системы или попадании в неё воздуха между горючим газом и воздухом может создаться взрывоопасная концентрация и достаточно начать реакцию (стадия инициирования), чтобы она стала протекать по цепному разветвленному механизму, то есть практически мгновенно. Для исключения взрываемости необходимо соблюдать следующее:

1) Соотношение горючий газ–воздух не должно находится внутри нижнего и верхнего порогов взрываемости. На практике это достигается тем, что холодильник устанавливается в помещении с объемом, превышающим возможность достижения горючим газом, даже при полной разгерметизации холодильной системы, концентрации в воздухе внутри верхнего и нижнего порогов взрываемости. Например, взрывоопасная концентрация изобутана в воздухе находится внутри интервалов от 1,3 до 6,8%.

2) Не инициировать реакцию. Даже взрывоопасная смесь может храниться бесконечно долго, если отсутствует стадия инициирования. Инициирование реакции возможно при внесении пламени, при включении и работе электрооборудования (искрение электрических контактов) и под влиянием других факторов. Далее реакция протекает самопроизвольно по цепному разветвленному механизму.

Взрываемость не следует путать с самовоспламенением, которое возникает при сжатии взрывоопасной смеси. При резком сжатии (адиабатические условия) происходит нагрев смеси до температуры самовоспламенения и далее реакция протекает по цепному разветвленному механизму.

Зависимость взрываемости и самовоспламенения от давления и температуры в общем виде приведена на рисунке 2.1[3].

3 Курс физической химии. под редакцией Я.И. Герасимова. Изд. Химия.М.1966г. Том 2. 656с. Стр.214.

Рисунок 2.1. Пределы взрываемости и самовоспламенения

Заштрихованная область соответствует воспламенению горючей смеси. До определенной температуры (Т₀) воспламенение невозможно. Для более высокой температуры, напримерТ₁, за пределами интервала давлений от р₁ до р₂воспламенение также невозможно. При дальнейшем повышении температуры верхний интервал взрываемости резко увеличивается по экспоненте (е^Е/^RT).

В общем виде можно сказать, что воспламенение смеси происходит в том случае, когда число актов разветвления цепей превышает число актов обрыва цепей. При невысоких давлениях (до нижнего порога) обрыв цепей преобладает, так как он происходит преимущественно на стенках сосуда, а при высоких давлениях (выше верхнего порога) обрыв цепей преобладает в результате рекомбинации радикалов.

ЛЕКЦИЯ 3

«Физические принципы понижения температуры. Молекулярно-кинетическая теория»