Creaturewiththeatombrain.beCreaturewiththeatombrain.be

    Abonneer u op Updates

    Wat is heet

    Succesvol contentbeheer: tips en strategieën voor de moderne content manager

    December 9, 2024

    Maanbaan van Artemis

    April 10, 2022

    Astronomie van Pythagoras: aan boord met DART – Physics and Astronomy outreach

    March 9, 2022
    Facebook Twitter Instagram
    Creaturewiththeatombrain.be
    • Home
    • Biologische Wetenschap
    • Chemische Wetenschappe
    • Milieu
    • Natuurkunde
    • Wiskunde
    Facebook Twitter Instagram
    Creaturewiththeatombrain.beCreaturewiththeatombrain.be
    Chemische Wetenschappe

    De chemie van bliksem | Chemische opleiding Xchange

    BjornBy BjornJanuary 2, 2022Updated:November 28, 2022No Comments5 Mins Read
    Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email
    Share
    Facebook Twitter LinkedIn Pinterest Email

    Bliksem vertoont enkele van de meest fascinerende verschijnselen op planeet Aarde. Bij deze massale stakingen zijn elektrische potentialen van 300 miljoen volt betrokken1 bij 300.000 Ampère en kan temperaturen genereren tot 30.000 K.2-4 Het is zelfs bekend dat verlichting zowel röntgen- als gammastraling uitzendt en zelfs enkele kernreacties op gang brengt.2,3,5 Het is leuk om je alle verbazingwekkende en exotische chemische reacties voor te stellen die onder zulke drastische omstandigheden mogelijk zouden kunnen zijn.

    De atmosfeer bevat voornamelijk stikstof- en zuurstofgassen, dus het is gemakkelijk te zien hoe blikseminslagen stikstofoxiden kunnen produceren (NOx, vergelijkingen 1-2):2-7

    N2(g) + O2(g) a 2 NEE(g) Vergelijking 1

    2 NO(g) + O2(g) a 2 NEE2() Vergelijking 2

    Deze reacties zijn thermodynamisch niet gunstig onder de omstandigheden die normaal in de atmosfeer aanwezig zijn. Maar blikseminslagen leveren meer dan genoeg energie om deze reacties tot een goed einde te brengen. Er wordt zelfs geschat dat bij elke lichtflits tussen de 33 en 660 mol NO2 wordt geproduceerd.1,2 Gezien het feit dat er elke dag 9 miljoen blikseminslagen plaatsvinden over de hele wereld,1 bliksemschichten zijn goed voor maar liefst 6 miljard mol NO die dagelijks wordt geproduceerd!

    De neex geproduceerd door bliksemflitsen reageren verder met beschikbaar water om salpeterzuur en salpeterzuur te produceren (vergelijking 3):8

    2 NEE2(g) + H2O a HNO2(aq) + HNO3(aq) Vergelijking 3

    Als gevolg van al deze processen verplaatsen blikseminslagen stikstof uit de atmosfeer naar de bodem.

    Ik heb onlangs een eenvoudige methode ontdekt om aan te tonen dat bliksem salpeterzuur en salpeterigzuur produceert, dat water verzuurt. Deze methode maakt gebruik van een Oudin-spoel9 (Video 1)

    Video 1: De chemie van verlichting, Tommy Technetium YouTube-kanaal

    Het is mogelijk om vergelijkingen 1-2 te verbinden met onderwerpen in de chemische thermodynamica. Met behulp van standaard thermodynamische waarden (tabel 1) kunnen bijvoorbeeld standaardenthalpieën, entropieën en Gibbs-energieën van de processen in vergelijkingen 1-2 worden bepaald (tabel 2).

    Tafel 1: Thermodynamische waarden voor geselecteerde verbindingen

    Verbinding

    DHfO / kJ mol-1

    SO / J mol-1 K-1

    DGfO / kJ mol-1

    N2(g)

    0

    191.6

    0

    NEE(g)

    90.3

    210.8

    86.6

    NEE2(g)

    33.1

    240,0

    51.

    O2(g)

    0

    205.1

    0

    Tafel 2: Thermodynamische waarden voor processen beschreven in vergelijkingen 1-2

    Reactie

    DHO /

    kJ mol-1

    DSO /

    J mol-1 K-1

    DGO /

    kJ mol-1

    N2(g) + O2(g) a

    2 NEE(g)

    +180,6

    +24,9

    +173,2

    2 NO(g) + O2(g) a

    2 NEE2(g)

    -114,4

    -146,7

    -70,8

    Het is interessant om op te merken dat de processen beschreven door vergelijkingen 1 en 2 in veel opzichten thermodynamische tegenpolen van elkaar zijn. Het proces in vergelijking 1 is bijvoorbeeld niet spontaan onder standaardomstandigheden (DG is positief), maar de reactie beschreven door vergelijking 2 is (DG is negatief). Bovendien wordt de vorming van NO uit stikstof en zuurstof (vergelijking 1) enthalpisch niet begunstigd (DH is positief) maar heeft entropisch de voorkeur (DS is positief). Deze situatie is omgekeerd voor de vorming van NO2 (Vergelijking 2), die enthalpisch de voorkeur geniet (DH is negatief) maar niet entropisch (DS is negatief).

    De vergelijking gebruiken:

    DG = DH – TDS-vergelijking 4

    men ziet dat de vorming van NO (Vergelijking 1) naar verwachting spontaan zal zijn bij hogere temperaturen maar niet bij lagere. De temperatuur waarbij NO-vorming (vergelijking 1) spontaan wordt, kan worden geschat op ongeveer 7250 K met behulp van de volgende vergelijking en de waarden voor DH en DS weergegeven in tabel 2:

    T ≈ DHO/DSO Vergelijking 5

    Daarom, hoewel de vorming van NO (vergelijking 1) niet-spontaan is bij lagere temperaturen, wordt het spontaan onder de hoge temperatuuromstandigheden die gepaard gaan met een blikseminslag.

    Met behulp van vergelijking 4 kan ook worden gezien dat de vorming van NO2 (Vergelijking 2) wordt voorspeld spontaan te zijn bij lagere temperaturen, maar niet bij hogere. Als we opnieuw vergelijking 5 en de juiste waarden in tabel 2 gebruiken, zien we dat de vorming van NO2 wordt niet-spontaan bij temperaturen van meer dan ongeveer 780 K. Volgens deze geschatte temperatuur is de vorming van NO2 treedt waarschijnlijk op nadat de lucht enigszins is afgekoeld na een explosie van verlichting. Over het algemeen zou deze analyse voorspellen dat de eerste ontploffing waarschijnlijk hoge NO-concentraties genereert (vergelijking 1) die vervolgens reageren met zuurstof uit de lucht (vergelijking 2) zodra de lucht afkoelt. Houd er rekening mee dat dit eenvoudige thermodynamische schattingen zijn die geen rekening houden met concentratie-effecten en de ongelooflijk hoge elektrische potentialen die gepaard gaan met een blikseminslag. Desalniettemin is gesuggereerd dat NO gelijktijdig met blikseminslagen en NO wordt gevormd2 vormt als de omringende lucht daarna afkoelt.10

    Referenties

    1. Prijs, C. Penner, J. NRx van bliksem. 1. Wereldwijde distributie op basis van lichtfysica. J. Geophys. Res. 1997, 1025929-5941.
    2. Dwyer, JR, Uman, MA De fysica van verlichting. Natuurkundige rapporten, 2014, 534147-241.
    3. Gibb, BC Bliksemsnelle chemie. Natuur chemie, 2019, 11677-679.
    4. Heuvel, RD; Rinker, RG; Wilson, HD Atmosferische stikstofbinding door bliksem. J.Atmos. Wetenschap. 1980, 37179-192.
    5. Enoto, T.; et. al. Fotonucleaire reacties veroorzaakt door bliksemontlading. Natuur, 2017, 551481-484.
    6. Griffing, GW Ozon en stikstofoxideproductie tijdens stormen. J. Geophys. Res. 1977, 82943-950.
    7. Hoewel hier niet behandeld, genereren bliksemschichten ook ozongas (3 O2 a 2 o3), en ozongas kan reageren met NO om NO te produceren2. Zie referenties 1, 4 en 6.
    8. Zhu, RS; Lai, K.-Y.; Lin, MC Ab Initio Chemische kinetiek voor de hydrolyse van N2O4 Isomeren in de gasfase. J. Fysiek. Chem. A. 2012, 1164466-4472.
    9. Voor meer experimenten die bliksem en atmosferische componenten met elkaar verbinden, zie Wagner, EP; Murray, BE; J Chem. opleiden. 2021, 981361-1370.
    10. Karabulut, E. Vorming van zuurstofmoleculen en de puzzel van stikstofdioxide en stikstofoxide tijdens bliksemflits. J. Fysiek. Chem. A. 2022, 1265363-5374.

    Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email
    Bjorn
    • Website

    Related Posts

    De Pumpkinator | Chemische opleiding Xchange

    February 6, 2022

    Chemisch Mysterie #20: Magische Kool-Aid

    December 29, 2021

    Effect van temperatuur op de Whoosh-fles

    November 27, 2021

    Leave A Reply Cancel Reply

    Mis het niet
    Blogs

    Succesvol contentbeheer: tips en strategieën voor de moderne content manager

    By BjornDecember 9, 20240

    Bij het ontwikkelen van een contentstrategie voor een contentmanager zijn er verschillende belangrijke aspecten waarmee…

    Maanbaan van Artemis

    April 10, 2022

    Astronomie van Pythagoras: aan boord met DART – Physics and Astronomy outreach

    March 9, 2022

    Abonneer u op Updates

    archieven
    • December 2024
    • April 2022
    • March 2022
    • February 2022
    • January 2022
    • December 2021
    • November 2021
    Onze keuzes

    Succesvol contentbeheer: tips en strategieën voor de moderne content manager

    December 9, 2024

    Maanbaan van Artemis

    April 10, 2022

    Astronomie van Pythagoras: aan boord met DART – Physics and Astronomy outreach

    March 9, 2022
    recente berichten
    • Succesvol contentbeheer: tips en strategieën voor de moderne content manager
    • Maanbaan van Artemis
    • Astronomie van Pythagoras: aan boord met DART – Physics and Astronomy outreach
    • De stelling van de negenpuntscirkel van Feuerbach
    • Polysiphonia: kenmerken, voorkomen, structuur, reproductie
    Creaturewiththeatombrain.be
    2022 © Creaturewiththeatombrain.be Alle rechten voorbehouden

    Type above and press Enter to search. Press Esc to cancel.