科幻小說中,多次有人提到空氣中的氮氧被點燃。這種可能性存在嗎?

假設有某種催化劑,或者改變大氣構成,能夠點燃大氣,結局將會如何?


謝邀。

如果有一種催化劑可以常溫下點燃空氣中的氮氣和氧氣,會帶來怎樣的結局?

注意題主的用詞:催化劑,常溫,點燃。

既然說的是常溫和點燃,那麼我們不妨看看燃燒的定義:可燃物與氧氣或空氣進行的快速放熱和發光的氧化反應。劃重點:放熱。既然是常溫,不妨假設是標準狀況,可以查一下不同氮氧化物的標準摩爾生成焓,如果標準摩爾生成焓為負,即說明從最穩定單質O2和N2反應生成該氮氧化物的過程是放熱反應。

一些物質的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯自由能、標準摩爾熵和標準熱容

隨手從網上截了一個,就只見一大片的負值,偏偏所有的氮氧化物全是正值,說明氮氣和氧氣生成所有的氮氧化物全是吸熱,沒有放熱的。因此,不可能存在燃燒的情況

好吧,假設題主妙手偶得一種碉堡了的全新氮氧化物,標準摩爾生成焓為負,生成過程為放熱反應,那麼理論上就存在燃燒的可能了。那麼我們來算算反應速率有多快。

化學反應速率可以通過阿倫尼烏斯方程進行計算:k=A·exp(-Ea/RT)。首先,化學反應不是生成物比反應物能量低就可以隨意發生,而是經過一系列的過渡態。過渡態的能量會高於反應物的能量,因此反應物必須得到一定能量進行活化纔能夠發生反應。式中的Ea就是反應活化能。鑒於氮氣兩個氮原子之間的三鍵鍵能很大,而反應過程中會斷開,因此可以想像,反應活化能一定不低。其次,上面已經說了,氮氧化物一般生成焓都為正,因此就算題主妙手偶得找到一個為負的,估計反應熱也沒多大,因此靠自身難以維持較高溫度,故T值較小。因此Ea/RT是個相對較大的數。而由k=A·exp(-Ea/RT)可知,該反應的反應速率k一定是比較小的,因此題主就不用太擔心地球大氣會發生什麼變化了。

好吧,那我們再給力一點。假設題主不但妙手偶得,而且設計得一手好催化劑。先複習一下催化劑的性質。催化劑改變化學反應速率而不影響化學平衡狀態。說白了,催化劑改變了反應過程的自由能:

好的,現在假設題主的催化劑能直接抹平反應能壘,反應速率蹭一下就上去了,這回夠給力了吧。假設題主設計的是非均相催化劑,那麼在催化反應進行的過程中主要有以下幾個步驟:①反應物的外擴散──反應物向催化劑外表面擴散;②反應物的內擴散──在催化劑外表面的反應物向催化劑孔內擴散;③反應物的化學吸附;④表面化學反應;⑤產物脫附;⑥產物內擴散——產物離開內表面;⑦產物外擴散——產物離開外表面。這一系列步驟中反應最慢的一步稱為速率控制步驟。顯然,題主設計的催化劑能壘低,表面反應過程是很快的,不過其他步驟就不一定了。這個要看題主的反應器形態。如果題主就鏟一鏟子催化劑往地下一撒的話,最大的可能就是,催化劑表面慢慢的飄起一層不知道是什麼樣子的氮氧化物,然後空氣無法迅速擴散進入催化劑內部,來往的人只覺得隱約從地上傳來一股異味,不過其他的並沒有覺得有什麼不同,地球大氣和更不會有什麼變化。

好吧,題主天賦異稟,隨手開發出了超級催化劑,均相擴散至空氣中,瞬間引爆反應,並像鏈式反應一樣迅速將整個地球大氣引燃。這回夠給力了吧。

然後可以推測,題主在研發過程中,有中情局、摩薩德、軍情六處和朝陽羣眾接連給題主送快遞送溫暖,直至用真理說服題主,還是開一些其他的課題比較合適。


你有常溫常壓下把氮氣和氫氣弄反應的催化劑,你基本生活就過得和科幻小說一樣了,都市玄幻霸道總裁系列。


你可以查一下氮氣氧氣和氮氧化合物的熱力學數據,看下這個反應是否能自發進行。

1,如果能,那就看下整個反應速率,和催化劑的量,少了肯定影響不大,大了肯定人類滅絕

2,如果不能,1)那不存在這種催化劑,2)吸收太陽光作為能源使反應發生,那就回到第一點。

另,這種催化劑即便存在,反應速率肯定極慢,幾乎不會改變大氣成分。因為氮氣很穩定,且非極性,很難吸附,很難參與反應。催化劑需要吸附到表面才能起催化作用。


一看提問的人就不懂化學,化學反應完全可以是吸熱反應嘛。


那發現這種催化劑的人將與愛因斯坦齊名


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