Восстановительная атмосфера
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2009 г. ) |
Восстановительная атмосфера — это атмосферное состояние, при котором окисление предотвращается отсутствием кислорода и других окисляющих газов или паров и которое может содержать активные газы- восстановители , такие как водород , окись углерода , метан и сероводород , которые легко окисляются для удаления любых свободных газов. кислород. Хотя на ранней Земле существовала восстановительная пребиотическая атмосфера до протерозоя наблюдалось , примерно 2,5 миллиарда лет назад, в позднем неоархейском периоде , атмосфере Земли , в значительное повышение содержания кислорода и она перешла в окислительную атмосферу с избытком молекулярного кислорода ( дикислород , O 2 ) в качестве основного окислителя .
Литейное производство
[ редактировать ]Основная задача чугунолитейного завода — переработка оксидов железа (очищенных железных руд) в металлическое железо. Это восстановление обычно осуществляется с использованием восстановительной атмосферы, состоящей из некоторой смеси природного газа , водорода (H 2 ) и монооксида углерода . Побочным продуктом является углекислый газ . [1]
Обработка металла
[ редактировать ]При обработке металлов восстановительную атмосферу используют в печах отжига в металле для релаксации напряжений без коррозии металла. В качестве газа-носителя обычно используется неокисляющий газ, обычно азот или аргон , поэтому можно использовать разбавленные количества восстановительных газов. Обычно это достигается за счет использования продуктов сгорания топлива и подбора соотношения CO:CO 2 . Однако другие распространенные восстановительные среды в металлообрабатывающей промышленности состоят из диссоциированного аммиака, вакуума и/или прямого смешивания достаточно чистых газов N 2 , Ar и H 2 . [2]
Восстановительная атмосфера также используется для оказания специфического воздействия на керамические обжигаемые изделия. Восстановительная . атмосфера создается в печи, работающей на топливе, за счет уменьшения тяги и лишения печи кислорода Этот пониженный уровень кислорода вызывает неполное сгорание топлива и повышает уровень углерода внутри печи. При высоких температурах углерод связывается и удаляет кислород из оксидов металлов, используемых в качестве красителей в глазури. Эта потеря кислорода приводит к изменению цвета глазури, поскольку позволяет видеть металлы в глазури в неокисленной форме. Восстановительная атмосфера также может повлиять на цвет глиняного тела. Если в глиняном теле присутствует железо, как и в большинстве керамических изделий , то на него также будет влиять восстановительная атмосфера.
В большинстве коммерческих мусоросжигательных заводов создаются точно такие же условия, способствующие выделению углеродосодержащих паров. Эти пары затем окисляются в туннелях дожигания, куда постепенно впрыскивается кислород. Реакция экзотермического окисления поддерживает температуру туннелей дожигания. Эта система позволяет использовать более низкие температуры в секции мусоросжигателя, где твердые частицы уменьшаются по объему.
Происхождение жизни
[ редактировать ]Широко распространено мнение, что атмосфера ранней Земли сокращалась. Эксперимент Миллера -Юри , связанный с некоторыми гипотезами происхождения жизни, повлек за собой реакции в восстановительной атмосфере, состоящей из смешанной атмосферы метана , аммиака и сероводорода . [3] [4] Некоторые гипотезы происхождения жизни предполагают наличие восстановительной атмосферы, состоящей из цианистого водорода (HCN). Эксперименты показывают, что HCN может полимеризоваться в присутствии аммиака с образованием различных продуктов, включая аминокислоты . [5] Тот же принцип применим к Марсу , Венере и Титану .
Предполагается, что цианобактерии являются первыми фотоавтотрофами , которые развили кислородный фотосинтез , который во второй половине архейского эона в конечном итоге истощил все восстановители в земных океанах, земной поверхности и атмосфере, постепенно увеличивая концентрацию кислорода в атмосфере, изменяя ее до известная как окислительная атмосфера. Этот рост кислорода первоначально привел к ледниковому периоду продолжительностью 300 миллионов лет в которой тогда в основном анаэробы доминировали , который опустошил биосферу, , вынудив выжившие анаэробные колонии эволюционировать в симбиотические микробные маты с недавно развившимися аэробами . Некоторые аэробные бактерии в конечном итоге стали эндосимбионтами внутри других анаэробов (вероятно, архей ), и возникший в результате симбиогенез привел к эволюции совершенно новой линии жизни — эукариотов , которые воспользовались преимуществами митохондриального аэробного дыхания для обеспечения своей клеточной активности, позволяя жизни процветать. и эволюционировать во все более сложные формы. [6] Повышенное содержание кислорода в атмосфере также в конечном итоге создало озоновый слой , который экранировал вредное ионизирующее ультрафиолетовое излучение , которое в противном случае привело бы к поверхностных фотодиссоциации вод и сделало бы жизнь невозможной на суше и на поверхности океана.
В отличие от гипотетической ранней восстановительной атмосферы, существуют доказательства того, что уровни кислорода в атмосфере Гадеи были аналогичны сегодняшним. [7] Эти результаты позволяют предположить, что пребиотические строительные блоки были доставлены из других уголков галактики. Результаты, однако, не противоречат существующим теориям о жизненном пути от анаэробных организмов к аэробным. Результаты количественно определяют природу молекул газа, содержащих углерод, водород и серу, в самой ранней атмосфере, но они не проливают света на гораздо более позднее увеличение количества свободного кислорода в воздухе. [8]
См. также
[ редактировать ]- Атмосфера Земли
- Великое событие окисления – палеопротерозойский всплеск содержания кислорода в атмосфере.
- Палеоклиматология - Изучение изменений древнего климата.
- Палеоатмосфера - Древняя атмосфера, особенно Земли, в геологическом прошлом.
- Redox - химическая реакция, в которой изменяются степени окисления атомов.
Примечания
[ редактировать ]- ^ Форманек, Лотар; Люнген, Ханс Бодо; Прельсс, Юлиан; Роуз, Фриц; Штелмахер, Ульрике (30 июля 2019 г.), «Железо, 3. Процессы прямого восстановления» , Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, стр. 1–21, doi : 10.1002 /14356007.o14_o02.pub3 , ISBN 9783527306732 , получено 28 февраля 2022 г.
- ^ Кория, АО «Топливо огнеупорное и печное» (PDF) . Индийский технологический институт Канпура . Проверено 28 декабря 2018 г. - через Национальную программу усовершенствованного обучения с использованием технологий.
- ^ МакГрат, Джон В.; Чин, Джейсон П.; Куинн, Джон П. (2013). «Обнаружены органофосфонаты: новый взгляд на микробный метаболизм древних молекул». Обзоры природы Микробиология . 11 (6): 412–419. дои : 10.1038/nrmicro3011 . ПМИД 23624813 . S2CID 32515430 .
- ^ Оргел, Лесли Э. (1998). «Происхождение жизни — обзор фактов и предположений». Тенденции биохимических наук . 23 (12): 491–495. дои : 10.1016/S0968-0004(98)01300-0 . ПМИД 9868373 .
- ^ Руис-Бермехо, Марта; Сорсано, Мария-Пас; Осуна-Эстебан, Сусана (2013). «Простые органические вещества и биомономеры, идентифицированные в полимерах HCN: обзор» . Жизнь . 3 (3): 421–448. дои : 10.3390/life3030421 . ПМК 4187177 . ПМИД 25369814 .
- ^ Гриббин, Дж. (9 декабря 1995 г.). «Строение атмосферы Земли» . Новый учёный, 2007. с. 1.
- ^ Трейл, Дастин; Уотсон, Э. Брюс; Тейлби, Николас Д. (2011). «Степень окисления гадейской магмы и последствия для ранней атмосферы Земли». Природа . 480 (7375): 79–82. Бибкод : 2011Природа.480...79Т . дои : 10.1038/nature10655 . ПМИД 22129728 . S2CID 4338830 .
- ^ «Ранняя атмосфера Земли: обновление» . Институт астробиологии НАСА.