پاسخ با هم بیاندیشیم صفحه 74 شیمی دهم

پاسخ و توضیح تمرین با هم بیندیشیم صفحه 74 شیمی دهم این تمرین به مفهوم بسیار مهم $\mathbf{\text{واکنش‌های برگشت‌پذیر}}$ و نقش آن‌ها در **پایداری لایه‌ی اوزون** می‌پردازد. پایداری اوزون در استراتوسفر برای حیات روی زمین حیاتی است. 🌍 --- ## آ) فاجعه‌ی ناشی از واکنش یک‌طرفه در لایه‌ی اوزون معادله‌ی کلی لایه‌ی اوزون عبارت است از: $\mathbf{2O_3(g) \rightleftharpoons 3O_2(g)}$. این معادله به صورت شماتیک، فرآیندهای همزمان **تولید $\mathbf{O_3}$** و **تجزیه‌ی $\mathbf{O_3}$** را نشان می‌دهد. 1. **اگر فقط واکنش (1) رخ دهد: $\mathbf{2O_3(g) \rightarrow 3O_2(g)}$ (تجزیه اوزون)** * **نتیجه:** تمام $\mathbf{\text{گاز اوزون } (O_3)}$ تجزیه شده و به $\mathbf{\text{اکسیژن } (O_2)}$ تبدیل می‌شود. * **فاجعه:** لایه‌ی اوزون که وظیفه‌ی $\mathbf{\text{جذب پرتوهای فرابنفش } (UV)}$ پرانرژی خورشید را دارد، از بین می‌رود. در نتیجه، $\mathbf{\text{پرتوهای } UV}$ به طور مستقیم به سطح زمین رسیده و باعث **افزایش سرطان پوست، آسیب به حیات گیاهی و تخریب اکوسیستم‌ها** می‌شود. 2. **اگر فقط واکنش (2) رخ دهد: $\mathbf{3O_2(g) \rightarrow 2O_3(g)}$ (تولید اوزون)** * **نتیجه:** مقدار $\mathbf{\text{گاز اوزون }}$ در استراتوسفر به شدت $\mathbf{\text{افزایش}}$ می‌یابد. * **فاجعه:** گرچه این به نظر خوب می‌آید، اما تجمع شدید $\mathbf{O_3}$ باعث $\mathbf{\text{برهم خوردن توازن انرژی}}$ در جو و تغییرات دمایی شدید در لایه‌های مختلف می‌شود. همچنین، اوزون در لایه‌های پایین‌تر (تروپوسفر) یک $\mathbf{\text{آلاینده‌ی سمی}}$ برای موجودات زنده است (اوزون در استراتوسفر خوب، در تروپوسفر بد!). **نتیجه:** برای حفظ حیات، لازم است که هر دو واکنش (تولید و تجزیه) با **سرعت یکسان** انجام شوند تا یک **حالت تعادل پویا** برقرار شود. --- ## ب) تعریف واکنش‌های برگشت‌پذیر و برگشت‌ناپذیر ### واکنش برگشت‌پذیر (Reversible Reaction) * **تعریف:** واکنشی است که می‌تواند **همزمان** در **دو جهت مخالف** (رفت و برگشت) انجام شود. پس از مدتی، سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر می‌شود و به حالت $\mathbf{\text{تعادل}}$ می‌رسد. این واکنش‌ها با فلش $\mathbf{\rightleftharpoons}$ نشان داده می‌شوند. * **مثال در زندگی:** * $\mathbf{\text{ذوب و انجماد آب:}}$ در $\mathbf{0^irc C}$ و فشار $1 \text{ atm}$، سرعت ذوب یخ با سرعت انجماد آب برابر است. $\mathbf{H_2O(s) \rightleftharpoons H_2O(l)}$ * $\mathbf{\text{تولید آمونیاک:}}$ $\mathbf{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3}$ ### واکنش برگشت‌ناپذیر (Irreversible Reaction) * **تعریف:** واکنشی است که تنها در یک جهت انجام شده و تا زمانی که حداقل یکی از واکنش‌دهنده‌ها تمام شود، به پایان می‌رسد. در شرایط واکنش، فرآورده‌ها نمی‌توانند به مواد اولیه تبدیل شوند. این واکنش‌ها با فلش $\mathbf{\rightarrow}$ نشان داده می‌شوند. * **مثال در زندگی:** * $\mathbf{\text{سوختن کامل سوخت‌ها:}}$ سوختن گاز متان: $\mathbf{CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)}$ * $\mathbf{\text{پختن تخم مرغ:}}$ پروتئین‌های تخم مرغ پس از پختن، دیگر به حالت اولیه برنمی‌گردند. --- ## پ) نقش محافظتی و ثابت ماندن مقدار اوزون **نقش محافظتی (جذب $\mathbf{UV}$):** * لایه‌ی اوزون (واکنش $\mathbf{2O_3 \rightleftharpoons 3O_2}$) در واقع **انرژی پرتوهای فرابنفش خورشید** را به عنوان **«عامل آغازگر»** برای تجزیه (رفت) و تولید (برگشت) مصرف می‌کند. * وقتی پرتوهای $\mathbf{UV}$ به مولکول‌های $\mathbf{O_3}$ برخورد می‌کنند، باعث $\mathbf{\text{شکستن پیوندها}}$ و تجزیه‌ی $\mathbf{O_3}$ می‌شوند. این فرآیند باعث $\mathbf{\text{جذب مؤثر انرژی } UV}$ و جلوگیری از رسیدن آن به زمین می‌شود. **نقش در ثابت ماندن مقدار اوزون:** * $\mathbf{\text{تعادل پویا (Dynamic Equilibrium):}}$ در شرایط طبیعی، واکنش **تولید اوزون** (از $\mathbf{O_2}$) و واکنش **تجزیه‌ی اوزون** (به $\mathbf{O_2}$) به صورت مداوم و با $\mathbf{\text{سرعت‌های تقریباً برابر}}$ انجام می‌شوند. $$\mathbf{\text{سرعت تولید } O_3 = \text{سرعت مصرف } O_3}$$ * به دلیل این **برگشت‌پذیری** و $\mathbf{\text{تعادل پویا}}$، غلظت $\mathbf{O_3}$ در لایه‌ی استراتوسفر، با وجود مصرف دائمی آن توسط پرتوها، در طول میلیون‌ها سال تقریباً **ثابت** مانده است. این ثبات، ضامن نقش محافظتی آن است. (البته آلاینده‌هایی مانند $\mathbf{CFC}$ می‌توانند این تعادل را برهم زنند.)