Halogen- und katalytische Ozonabbauzyklen

Die katalytischen Radikalzyklen, die stratosphärisches Ozon weitaus effizienter zerstören als die Sauerstoff-basierten Chapman-Reaktionen.

Definition

Halogen- und katalytische Ozonabbauzyklen sind Reaktionsketten, bei denen Spurenradikale wiederholt Ozon zerstören, während sie regeneriert werden, und die für den größten Teil des stratosphärischen Ozonabbaus verantwortlich sind.

Scope

Umfasst die katalytischen Zyklen von Wasserstoffoxid, Stickstoffoxid, Chlor und Brom, das Konzept eines Katalysators, der viele Ozonmoleküle zerstört, ohne selbst verbraucht zu werden, die Chemie von Fluorchlorkohlenwasserstoff- und Halon-Quellgasen, Reservoirspezies und die relative Effizienz der verschiedenen Familien beim Ozonabbau.

Core questions

• Wie kann ein Spurenradikal Tausende von Ozonmolekülen zerstören?
• Welche katalytischen Familien dominieren den Ozonabbau in verschiedenen Höhen?
• Wie liefern langlebige Quellgase Chlor und Brom in die Stratosphäre?

Key theories

Katalytische Ozonabbauzyklen

Radikale wie Stickoxid, Chlor und Brom reagieren mit Ozon und atomarem Sauerstoff in Zyklen, die ungeraden Sauerstoff netto zerstören, während der Katalysator regeneriert wird, sodass ein kleines Reservoir enorme Mengen an Ozon abbaut.

Mechanisms

In einem katalytischen Zyklus reagiert ein Radikal X mit Ozon zu XO, das dann mit atomarem Sauerstoff oder einem anderen XO reagiert, um X zu regenerieren, mit dem Nettoeffekt, ungeraden Sauerstoff in molekularen Sauerstoff umzuwandeln. Die Hydroxyl-, Stickoxid-, Chlor- und Bromfamilien treiben jeweils solche Zyklen an, die in verschiedenen Höhen dominant sind. Chlor und Brom gelangen hauptsächlich als chemisch inerte Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Halone in die Stratosphäre, die dort photolysiert werden und Katalysatoren freisetzen; Reservoirspezies wie Chlornitrat binden sie vorübergehend und modulieren die Abbaurate.

Clinical relevance

Die Identifizierung der katalytischen Rolle von Fluorchlorkohlenwasserstoffen enthüllte die menschliche Bedrohung der Ozonschicht und lieferte die wissenschaftliche Grundlage für den Ausstieg aus ozonschädigenden Substanzen durch das Montrealer Protokoll.

History

Crutzen beschrieb den Stickoxid-Katalysezyklus 1970, und Molina und Rowland identifizierten 1974 die Chloratom-Katalyse durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe; zusammen mit antarktischen Beobachtungen wurde diese Arbeit 1995 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

Warum sind katalytische Zyklen so zerstörerisch für Ozon?

Da der Katalysator am Ende jedes Zyklus regeneriert wird, kann ein einzelnes Chlor- oder Bromatom viele Tausende von Ozonmolekülen zerstören, bevor es aus der Stratosphäre entfernt wird.