Предыдущая Следующая
Хотя на верхние зоны атмосферы приходится лишь небольшая часть ее
массы, эти верхние слои в значительной мере определяют жизнь на поверхности
Земли. Они защищают нашу планету от потока лучей и града частиц высоких
энергий. В результате такого воздействия молекулы и атомы подвергаются
химическим превращениям. Диффузное разделение (более тяжелые внизу, более
легкие наверху) за длительный период привело к тому, что на высоте 500 - 1000 км элемент гелий
становится основным компонентом атмосферы. Гелиевая корона Земли простирается
примерно до 1600 км,
а выше 2000 -3000 км
преобладает водород.
7.2. Фотодиссоциация
Солнце испускает энергию с разной длиной волны. Коротковолновое
излучение в ультрафиолетовой области спектра обладает высокой энергией,
вызывающей химические реакции. При этом энергия фотона (Е = hn)
должна быть достаточна для разрыва химической связи в молекуле и инициирования
процесса. Кроме того, молекулы должны поглощать фотон, энергия которого должна
превращаться в какую-либо иную форму. Первая реакция - фотодиссоциация
кислорода:
О2
(г) + hn
® 2 О (г) . (1)
Максимальная энергия, которая необходима
для такого превращения, равна 495 кДж/моль. Можно выполнить нетрудный расчет
(см. ниже задачу) и определить, каковы должны быть n и l этого излучения. l
равна 242 нм. Значит, любой фотон с длиной волны менее 242 нм имеет достаточную
энергию для этой реакции (чем короче l, тем выше энергия).
Задача.
Какая длина волны фотона соответствует молярной энергии диссоциации связи 495
кДж/моль?
Решение.
Сначала вычислим энергию, необходимую для разрыва связи в одной молекуле.
Е` =  =  = 8,22·10–19
 .
Найдем частоту колебания, зная, что
энергия фотона Е = hn;
n
=  = =  = 1,24·1015 с-1.
Вспомним, что произведение частоты и
длины волны электромагнитного излучения равно скорости света: n·l
= с = 3,00·108
м/с; l
=  = =  = 242 нм.
К нашему счастью, молекулы О2
поглощают большую часть коротковолнового излучения с высокой энергией, прежде
чем оно достигнет нижней части атмосферы. При этом образуется атомарный
кислород. На высотах около 400
км диссоциировано 99% молекул кислорода, на долю молекул
О2 приходится лишь 1%. На высоте 130 км содержание О2
и О одинаково. На меньших высотах содержание молекулярного кислорода больше
такового атомарного.
Предыдущая Следующая
|
