چرخه‌های هالوژن و تخریب کاتالیزوری ازن

چرخه‌های رادیکالی کاتالیزوری که ازن استراتوسفری را بسیار کارآمدتر از واکنش‌های چپمن (Chapman) تنها با اکسیژن تخریب می‌کنند.

Definition

چرخه‌های هالوژن و تخریب کاتالیزوری ازن، زنجیره‌ای از واکنش‌ها هستند که در آن‌ها رادیکال‌های کمیاب به طور مکرر ازن را تخریب کرده و در عین حال بازسازی می‌شوند، که مسئول بیشتر تخریب ازن استراتوسفری است.

Scope

شامل چرخه‌های کاتالیزوری هیدروژن-اکسید، نیتروژن-اکسید، کلر و برم، مفهوم کاتالیزوری که بدون مصرف شدن، مولکول‌های ازن زیادی را تخریب می‌کند، شیمی گازهای منبع کلروفلوئوروکربن و هالون، گونه‌های ذخیره، و کارایی نسبی خانواده‌های مختلف در تخریب ازن.

Core questions

• چگونه یک رادیکال کمیاب می‌تواند هزاران مولکول ازن را تخریب کند؟
• کدام خانواده‌های کاتالیزوری در ارتفاعات مختلف بر تخریب ازن غالب هستند؟
• چگونه گازهای منبع با عمر طولانی، کلر و برم را به استراتوسفر می‌رسانند؟

Key theories

چرخه‌های کاتالیزوری تخریب ازن

رادیکال‌هایی مانند اکسید نیتریک، کلر و برم با ازن و اکسیژن اتمی در چرخه‌هایی واکنش می‌دهند که به طور خالص اکسیژن فرد را تخریب کرده و در عین حال کاتالیزور را بازسازی می‌کنند، بنابراین یک ذخیره کوچک مقادیر زیادی ازن را تخریب می‌کند.

Mechanisms

در یک چرخه کاتالیزوری، یک رادیکال X با ازن واکنش داده و XO را تشکیل می‌دهد، که سپس با اکسیژن اتمی یا یک XO دیگر واکنش می‌دهد تا X را بازسازی کند، با اثر خالص تبدیل اکسیژن فرد (odd oxygen) به اکسیژن مولکولی. خانواده‌های هیدروکسیل، اکسید نیتریک، کلر و برم هر کدام چنین چرخه‌هایی را هدایت می‌کنند که در ارتفاعات مختلف غالب هستند. کلر و برم عمدتاً به صورت کلروفلوئوروکربن‌ها و هالون‌های بی‌اثر شیمیایی به استراتوسفر می‌رسند که در آنجا فوتولیز شده و کاتالیزورها را آزاد می‌کنند؛ گونه‌های ذخیره مانند نیترات کلر به طور موقت آن‌ها را جدا کرده و سرعت تخریب را تعدیل می‌کنند.

Clinical relevance

شناسایی نقش کاتالیزوری کلروفلوئوروکربن‌ها، تهدید انسانی برای لایه ازن را آشکار کرد و مبنای علمی برای حذف تدریجی مواد تخریب‌کننده ازن توسط پروتکل مونترال را فراهم آورد.

History

کرتزن (Crutzen) چرخه کاتالیزوری اکسید نیتروژن را در سال 1970 توصیف کرد، و مولینا (Molina) و رولند (Rowland) کاتالیز اتم کلر از کلروفلوئوروکربن‌ها را در سال 1974 شناسایی کردند؛ این کار به همراه مشاهدات قطب جنوب، جایزه نوبل شیمی سال 1995 را به ارمغان آورد.

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

چرا چرخه‌های کاتالیزوری تا این حد برای ازن مخرب هستند؟

زیرا کاتالیزور در پایان هر چرخه بازسازی می‌شود، یک اتم کلر یا برم می‌تواند هزاران مولکول ازن را قبل از اینکه از استراتوسفر حذف شود، تخریب کند.