จลนพลศาสตร์เคมีในบรรยากาศ

อัตราและการขึ้นกับอุณหภูมิของปฏิกิริยาในบรรยากาศและกระบวนการการสลายด้วยแสง (photolysis) ที่ควบคุมความเร็วในการเปลี่ยนแปลงของก๊าซปริมาณน้อย (trace gases)

Definition

จลนพลศาสตร์เคมีในบรรยากาศคือการศึกษาเชิงปริมาณของความเร็วของปฏิกิริยาในสถานะก๊าซและปฏิกิริยาการสลายด้วยแสงที่ควบคุมวิวัฒนาการทางเคมีของบรรยากาศ

Scope

ครอบคลุมรูปแบบของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาและสมการของอาร์เรเนียส (Arrhenius expression), ปฏิกิริยาแบบสองโมเลกุล (bimolecular) และสามโมเลกุล (termolecular), การขึ้นกับความดันของปฏิกิริยาการรวมตัว (association reactions), การคำนวณอัตราการสลายด้วยแสงจากภาคตัดขวาง (cross sections) และผลผลิตควอนตัม (quantum yields), การวัดพารามิเตอร์จลนพลศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ, และฐานข้อมูลที่ได้รับการประเมินซึ่งใช้ในแบบจำลองบรรยากาศ

Core questions

• ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันอย่างไร?
• อัตราการสลายด้วยแสงคำนวณจากภาคตัดขวางของโมเลกุลและแสงอาทิตย์ได้อย่างไร?
• ข้อมูลจลนพลศาสตร์ได้รับการประเมินและรวบรวมเพื่อใช้ในแบบจำลองบรรยากาศอย่างไร?

Key theories

รูปแบบค่าคงที่อัตรา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาแสดงออกผ่านค่าคงที่อัตรา ซึ่งการขึ้นกับอุณหภูมิเป็นไปตามรูปแบบของอาร์เรเนียส โดยปฏิกิริยาแบบสามโมเลกุลและการรวมตัวจะขึ้นอยู่กับความดันเพิ่มเติมด้วย

Mechanisms

ปฏิกิริยาพื้นฐานแต่ละปฏิกิริยามีค่าคงที่อัตราที่เชื่อมโยงอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้น โดยทั่วไปค่าคงที่แบบสองโมเลกุลมักจะมีการขึ้นกับอุณหภูมิตามแบบอาร์เรเนียส ในขณะที่ปฏิกิริยาแบบสามโมเลกุลและการรวมตัวจะแตกต่างกันไปตามความดันระหว่างขีดจำกัดความดันต่ำและสูง อัตราการสลายด้วยแสงได้มาจากการรวมผลคูณของฟลักซ์แอคตินิก (actinic flux), ภาคตัดขวางการดูดกลืน (absorption cross section) และผลผลิตควอนตัมตลอดช่วงความยาวคลื่น การวัดในห้องปฏิบัติการจะถูกนำไปใช้ในการรวบรวมข้อมูลที่ได้รับการประเมินเป็นระยะ ซึ่งให้พารามิเตอร์ที่สอดคล้องกันแก่แบบจำลองการขนส่งทางเคมี (chemical transport models)

Clinical relevance

ข้อมูลจลนพลศาสตร์และการสลายด้วยแสงที่แม่นยำเป็นข้อมูลนำเข้าที่จำเป็นสำหรับแบบจำลองคุณภาพอากาศและเคมีภูมิอากาศที่ใช้ในการทำนายความเข้มข้นของสารมลพิษและก๊าซเรือนกระจก

History

การวัดจลนพลศาสตร์ในห้องปฏิบัติการมานานหลายทศวรรษได้ถูกสรุปเป็นการประเมินของชุมชน เช่น ของคณะอนุกรรมการ IUPAC ที่นำโดย Atkinson และคณะทำงานของ NASA Jet Propulsion Laboratory ซึ่งให้ข้อมูลอัตราและข้อมูลการสลายด้วยแสงที่แนะนำซึ่งเป็นพื้นฐานของการสร้างแบบจำลองบรรยากาศ

Key figures

• Roger Atkinson
• John Seinfeld

Seminal works

• atkinson2004
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

เหตุใดอัตราการเกิดปฏิกิริยาในบรรยากาศบางชนิดจึงขึ้นอยู่กับความดัน?

ปฏิกิริยาการรวมตัวและปฏิกิริยาแบบสามโมเลกุลต้องอาศัยการชนกับโมเลกุลที่สามเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เสถียร ดังนั้นอัตราของปฏิกิริยาเหล่านี้จึงเพิ่มขึ้นตามความหนาแน่นของอากาศโดยรอบจนกว่าจะถึงขีดจำกัดความดันสูง