16.5: Руйнування озонового шару радикальною ланцюговою реакцією

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20477

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Висока реактивність вільних радикалів та мультиплікативний характер радикальних ланцюгових реакцій можуть бути корисними при синтезі таких матеріалів, як поліетиленовий пластик - але ці самі фактори також можуть призвести до небезпечних наслідків у біологічному чи екологічному контексті. Ви, напевно, усвідомлюєте небезпеку для захисного стратосферного озонового шару землі шляхом використання хлорфторуглеродів (\(CFCs\)) як холодоагентів і пропеллентів в аерозольних балончиках. Фреон-11\(CFCl_3\), або, є типовим\(CFC\), який широко використовувався до кінця 20 століття. Це може зайняти місяці або роки, щоб\(CFC\) молекула дрейфувала в стратосферу з поверхні землі, і, звичайно, концентрація\(CFCs\) на цій висоті дуже низька. Озон, з іншого боку, постійно утворюється в стратосфері. Чому ж все занепокоєння, значить, про руйнування озонового шару - як може така невелика кількість\(CFCs\), можливо, завдати значної шкоди? Проблема полягає в тому, що процес руйнування озону є ланцюговою реакцією, так що одна\(CFC\) молекула може ініціювати руйнування багатьох молекул озону до того, як відбудеться подія припинення ланцюга.

Хоча існує кілька різних процесів, за допомогою яких може відбутися процес руйнування озону, найбільш важливим вважається ланцюгова реакція, показана нижче.

По-перше, а\(CFC\) molecule undergoes homolytic cleavage upon exposure to UV radiation, resulting in the formation of two radicals (step 1). The chlorine radical rapidly reacts with ozone (step 2) to form molecular oxygen and a chlorine monoxide radical. Step 3 appears to be a chain termination step, as two chlorine monoxide radicals combine. The \(Cl_2O_2\) condensation product, however, is highly reactive and undergoes two successive homolytic cleavage events (steps 4 and 5) to form \(O_2\) and two chlorine radicals, which propagates the chain.

To address the problem of ozone destruction, materials chemists have developed new hydrofluorocarbon refrigerant compounds. The newer compounds contain carbon-hydrogen bonds, which are weaker than the carbon-halogen bonds in \(CFCs\), and thus are susceptible to homolytic cleavage caused by small amounts of hydroxide radical present in the lower atmosphere:

Ця деградація відбувається до того, як молекули холодоагенту матимуть шанс дрейфувати вище до стратосфери, де озон відіграє свою важливу захисну роль. Продукти деградації досить нестабільні і швидко деградують далі на відносно нешкідливі побічні продукти. Радикал гідроксиду іноді називають атмосферним «миючим засобом» через його здатність деградувати втекли холодоагенти та інші леткі органічні забруднювачі.

Однак гідрофторуглеці діють як парникові гази і, як вважають, сприяють зміні клімату.