Thermische Stickoxide

Geschrieben von Odin am 03. Juni 2005 14:09:40:

Als Antwort auf: Re: @BBouvier: Jahenny, Don Bosco und Gesamtdauer geschrieben von NoPasaran am 03. Juni 2005 11:08:33:

Hallo

>Hallo Wolfi,
>was das nicht-vor-die-Türe-gehen-sollen betrifft:
>Das Nummer-eins-Impakt-Buch ist Alexander Tollmans "Und die Sintflut gab es >doch", ist aber leider nur mehr anitquarisch erhältlich, wenn überhaupt, weil >Taschenbuch. In dem Buch ist sehr anschaulich beschrieben, was genau bei einem >Impakt abläuft - Tollmann ist immerhin Professor emeritus der Geologie, wenn >er sich mit seinen Prognosen für 1999 innerhalb des Wissenschaftsbetriebs auch >reichlich unmöglich gemacht haben dürfte.

Richtig, denn es ist ja nix runtergekomemn. Tollman hatte
sich mit der Prognose viiieeel zu weit aus dem Fenster
gelehnt.

>Wenn so ein Teil runterkommt - und bei dem, was uns bevorsteht, wird das ein >aus dem Perihel kommender und ergo in einzelne Trümmer zerlegter Kometenkern >sein -, dann spielt sich, obwohl der Durchgang durch die Atmosphäre maximal >ein paar Sekunden dauert, folgendes ab dabei: Durch die freigesetzte >thermische Energie reagiert der Stickstoff in der Luft, der unter normalen >Umständen völlig inert ist, mit dem ebenfalls in der Luft vorhanden >Sauerstoff, wobei NO2 entsteht. Weiters gibt's eine Menge Wasser/Wasserdampf, >sei es durch einen schmelzenden Kometenkern, sei es, weil das Ding in's Meer >fällt - das Haupttrumm des kommenden Impakts wird afaik im Golf von Mexiko >runterkommen -, und ebendieses verbindet sich mit dem Stickoxyd zu >Salpetersäure: NO2 + H2O = H2NO3, und zwar zur rauchenden Variante >ebenderselben, was eine rot-braune Flüssigkeit ist.

Das Szenario erscheint fraglich. Damit nennenswerte Anteile
der Luft (N2+O2) zu Stickoxiden reagieren, dazu sind über
1000 Grad notwendig. Diese hohe Temperatur wird durch die
luftreibung des Himmelskörpers beim Durchflug erzeugt, aber
nur entlang des Flugkanals. Schon wenige km abseits - womöglich
wenige 100 Meter abseits - dürfte die Luft keine so hohe
Tem,peratur mehr erreichen. Allerdings baut sich eine Druck-
welle auf, die sich als "Knall" in alle Richtungen ausbreitet.
Die Atmosphäre ist ziemlich dünn. Bei Normaldruck enthält
1 Kubikmeter Luft etwa 45 Mol Gas, wovon etwa 9 Mol Sauerstoff
und 35 Mol Stickstoff.

Für die Bildung von NO2 werden pro Mol Stickstoff zwei Mole
Sauerstoff verbraucht:

N2 + 2 O2 = 2 NO2

Jedes Mol Sauerstoff liefert 1 Mol NO2. Aber nur bei 100 %
Umsatz. dieser Umsatzgrad ist nicht realistisch, das Primär-
produkt ist nicht NO2, sondern das in Wasser nicht lösliche
NO, das keine Salpetersäure bildet.

In einem Kubikmeter Luft (1013 mbar) könnten also höchstens
9 Mol NO2 gebildet werden.

Rauchende Salpetersäure hat mindestens (!!) 65 Gew.-% HNO3.
Darunter spricht man von konzentrierter Salpetersäure.
65 % entsprechen einer Salpetersäure mit etwa 14,4 Mol HNO3
pro Liter und einer Dichte von 1,393 g/Liter.
(Angaben aus Küster-Thiel-Fischbeck)


In einem Kubikmeter Luft kann also NO2 für weniger als 1 Liter
konzentrierte Salpetersäure entstehen. Soll sie übersättigt
("rauchend") sein, dann sind es entsprechend weniger.

Das alles gilt aber nur wenn

- Der Kubikmeter Luft sich bei Normaldruck befindet

- Aller verfügbarer Sauerstoff für die beiden Reaktionen

N2 + 2 O2 = 2 NO2

und

2 NO2 + H2O + 1/2 O2 = 2 HNO3

zur Verfügung steht.

Die Atmosphäre wird aber nach oben hin immer dünner, d.h.
der Himmelskörper durchdringt eine Luftschicht, die zum
grössten Teil weniger Mol/Kubikmeter enthält als oben
erwähnt.

Die zur Reaktion nötige Temperatur wird nur in unmittel-
barer Nähe der Flugbahn erreicht werden.

Das Primärprodukt wird aber NO sein, nur wenig wird weiter
zu NO2 umgewandelt, vermutlich 5-10 % des gebildeten NO.

Die Temperaturabhängigkeit Gleichgewichtslage der Reaktion

N2 + O2 =) 2 NO

in Luft ist gut bekannt und lässt sich berechnen. Ein paar
Zahlen (ppm = part per million = 0,000001):

20 Grad C 0,001 ppm
400 Grad C 0,3 ppm
1500 Grad C 0,33 %
2000 Grad C 1,5 %
2200 Grad C 2,5 %

Erst bei über 2000 Grad wird ein Umsatzgrad erreicht, der sich
an den maximal möglichen annähernd. Aber auch bei 2,5 % sind
erst etwas mehr als 10 % des verfügbaren Sauerstoffs verbraucht,
und NO ist wie erwähnt das Primärprodukt.

Mehr als 2000 Grad werden aber mit Sicherheit nur im Nahbereich
der Flugbahn erreicht werden.

Wir können ja mal spekulieren, wieviel Litern an c. HNO3 das
entspricht und ob das dann wirklich für einen globalen sauren
Regen von HNO3 ausreichen wird.

Gruss

Odin


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