Chemistry Labs

問題 1

分子状塩素の解離は吸熱過程で、ΔH=243.6\Delta H = 243.6 kJ mol−1^{-1} である。この解離は光によっても起こせる。1.1 解離作用が期待される光の波長は？ 1.2 計算した臨界波長より短い、または長い波長の光でも同じ効果が得られるか？ 1.3 臨界波長の光子のエネルギーはいくらか？ 塩素の解離を起こせる光を気体の塩素と水素の混合物に当てると、塩化水素が生成する。混合物を水銀UVランプ（λ=253.6\lambda = 253.6 nm、入力10 W）で照射する。供給エネルギーの2 %が10リットル容器中の気体混合物に吸収される。2.5秒の照射で65ミリモルのHClが生成した。1.4 量子収率（吸収光子1個あたりの生成物分子数）はいくらか？ 1.5 得られた値を定性的にどう説明できるか？ 反応機構を述べよ。
ステップ 5/5: 連鎖機構
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ClX2→hν2 ClX∙;ClX∙+HX2→HCl+HX∙;HX∙+ClX2→HCl+ClX∙\ce{Cl2 ->[h\nu] 2 Cl^{\bullet}};\quad \ce{Cl^{\bullet} + H2 -> HCl + H^{\bullet}};\quad \ce{H^{\bullet} + Cl2 -> HCl + Cl^{\bullet}}
分析

量子収率 ≫1\gg 1 はラジカル連鎖の特徴である：光分解がCl原子を生成し（開始）、HX2\ce{H2} と ClX2\ce{Cl2} を交互に介して1サイクルに2個のHClを生成；連鎖はラジカル再結合（2 HX∙→HX2\ce{2H^{\bullet} -> H2}、2 ClX∙→ClX2\ce{2Cl^{\bullet} -> Cl2}、HX∙+ClX∙→HCl\ce{H^{\bullet} + Cl^{\bullet} -> HCl}）でのみ終わるため、光子1個が数千の生成物分子に増幅される。