TCM i ozó: energia d'activació, formació i destrucció a l'atmosfera

Teoria cinètica molecular (TCM)

TCM: Perquè els reactius puguin convertir-se en productes, han de produir-se xocs entre les molècules dels reactius. Perquè les molècules reaccionin, primer s'ha de produir un xoc efectiu. Segons la teoria cinètica molecular, les molècules que formen un gas estan en continu moviment i la velocitat de cadascuna d'elles li atorga una energia cinètica (Ecin). Com més gran la velocitat, major l'energia cinètica.

La majoria de les molècules tenen una energia cinètica propera a la mitjana, i només unes poques posseeixen una energia molt superior o molt inferior a aquesta. Aquesta distribució energètica ocasiona una multiplicitat de tipus de xoc. Moltes col·lisions no són prou energètiques i, per tant, no ocasionen la reacció.

La TCM requereix dos requisits perquè la reacció tingui lloc:

• Requisit energètic: El xoc entre molècules s'ha de produir amb suficient energia per trencar els enllaços que uneixen els àtoms que les formen.
• Requisit d'orientació: Les molècules han de xocar amb una orientació que propiciï la ruptura d'uns enllaços i la formació d'uns altres.

Existeix una energia mínima que s'ha de sobrepassar perquè la reacció es realitzi. Si el xoc entre molècules no és prou energètic, les molècules només rebotaran sense que es trenquin els enllaços. L'energia d'activació (Ea) és l'energia mínima que s'ha de superar perquè es doni una reacció.

Algunes reaccions tenen una Ea petita; això facilita que la reacció es produeixi a temperatura ambient. En canvi, quan l'Ea és elevada, la reacció ocorre de forma quasi imperceptible en aquestes condicions. Per iniciar una reacció amb alta Ea cal activar-la d'alguna forma (per exemple, una espurna). Una vegada iniciada, la reacció pot sostenir‑se per la calor alliberada en el procés de conversió dels reactius en productes.

La velocitat de reacció depèn de la proporció de xocs moleculars amb suficient energia per superar l'Ea.

Ozó: formació i efectes

Ozó: L'ozó present a nivells propers a la superfície terrestre (ozó troposfèric) es considera un important contaminant. En zones poc contaminades, la concentració mitjana d'ozó en les capes baixes de l'atmosfera és baixa. Aquesta concentració pot augmentar significativament en àrees urbanes i industrials per la formació d'ozó quan es produeix l'esmog fotoquímic.

La contaminació per ozó es deu al seu gran poder oxidant. L'ozó superficial és perjudicial per a les persones (en concentracions de 15 ppm pot ser mortal), els animals, les plantes i diversos materials. En canvi, l'ozó estratosfèric té un paper molt important per la vida al planeta perquè actua com a potent filtre de la radiació ultraviolada.

A altituds entre 15 i 35 km, l'ozó estratosfèric pot assolir concentracions elevades (fins a 10 ppm en certes capes).

Mecanisme de formació de l'ozó estratosfèric (2 etapes):

1. Descomposició de molècules d'O2 en els corresponents àtoms d'oxigen (O) per l'acció de la llum solar ultraviolada.
2. Reacció d'àtoms d'oxigen amb molècules d'O2 per formar molècules d'ozó (O3).

Un cop format, l'ozó es descompon fotoquímicament i, així, actua com a filtre de radiacions ultraviolades cap al nostre planeta.

Destrucció de l'ozó

Les reaccions descrites abans es poden completar amb un altre procés: O3 + O → 2 O2. Això suposa la pèrdua d'una molècula d'O3 i un àtom O. Aquesta reacció és lenta, però pot accelerar-se mitjançant un procés de catàlisi per una espècie química (X) que pot ser natural o antropogènica. L'espècie X es recupera al final del procés; una sola molècula X pot destruir moltes molècules d'ozó. Encara que les quantitats de X siguin menudes, els seus efectes poden ser considerables.

X pot ser un àtom, un radical o una molècula. Cadascuna d'aquestes espècies ocasiona processos d'eliminació d'ozó a diferents velocitats. Entre les més efectives hi ha els radicals de clor (Cl) i brom (Br), així com certes espècies nitrogenades (NO).

Freons i impacte estratosfèric

Substàncies capaces de destruir l'ozó estratosfèric: Els freons (clorofluorocarburs, CFC) són una de les principals fonts d'àtoms de clor d'origen antropogènic a l'estratosfera. No són verinosos ni corrosius ni inflamables. Van ser sintetitzats per primera vegada en un laboratori de la General Motors.

Els freons van ser emprats àmpliament com a refrigerants i propel·lents en aerosols, dissolvents, en la fabricació de plàstics i en escumes contraincendis.

Estudi de la química atmosfèrica i descobertes

L'estudi de la química de l'atmosfera és relativament recent. Cap a 1950 es coneixien aproximadament 14 components atmosfèrics; avui dia n'hi ha més de 3000 identificats. S. Rowland i M. Molina es van plantejar el problema de la destinació de les grans quantitats de freons emeses a l'atmosfera i del seu impacte sobre la capa d'ozó estratosfèric.