วงจรฮาโลเจนและการเร่งปฏิกิริยาการสลายโอโซน

วงจรอนุมูลอิสระเร่งปฏิกิริยาที่ทำลายโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าปฏิกิริยาแชปแมนที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเพียงอย่างเดียว

Definition

วงจรฮาโลเจนและการเร่งปฏิกิริยาการสลายโอโซนคือชุดของปฏิกิริยาที่อนุมูลอิสระปริมาณน้อยทำลายโอโซนซ้ำๆ ในขณะที่ถูกสร้างขึ้นใหม่ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์

Scope

ครอบคลุมวงจรเร่งปฏิกิริยาของไฮโดรเจนออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ คลอรีน และโบรมีน แนวคิดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำลายโมเลกุลโอโซนจำนวนมากโดยไม่ถูกใช้ไป เคมีของก๊าซต้นกำเนิดคลอโรฟลูออโรคาร์บอนและฮาลอน สปีชีส์กักเก็บ และประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของแต่ละกลุ่มในการทำลายโอโซน

Core questions

• อนุมูลอิสระปริมาณน้อยสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้หลายพันโมเลกุลได้อย่างไร
• กลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาใดที่มีบทบาทหลักในการทำลายโอโซนที่ระดับความสูงต่างกัน
• ก๊าซต้นกำเนิดที่มีอายุยืนยาวส่งคลอรีนและโบรมีนไปยังชั้นสตราโตสเฟียร์ได้อย่างไร

Key theories

วงจรการทำลายโอโซนด้วยการเร่งปฏิกิริยา

อนุมูลอิสระ เช่น ไนตริกออกไซด์ คลอรีน และโบรมีน ทำปฏิกิริยากับโอโซนและออกซิเจนอะตอมในวงจรที่ทำลายออกซิเจนคี่สุทธิในขณะที่สร้างตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นใหม่ ดังนั้น สารกักเก็บปริมาณน้อยจึงสามารถทำลายโอโซนได้ในปริมาณมหาศาล

Mechanisms

ในวงจรเร่งปฏิกิริยา อนุมูลอิสระ X ทำปฏิกิริยากับโอโซนเพื่อสร้าง XO ซึ่งจากนั้นทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอะตอมหรือ XO อื่นเพื่อสร้าง X ขึ้นใหม่ โดยมีผลสุทธิเป็นการเปลี่ยนออกซิเจนคี่ให้เป็นออกซิเจนโมเลกุล แต่ละกลุ่มของไฮดรอกซิล ไนตริกออกไซด์ คลอรีน และโบรมีนต่างขับเคลื่อนวงจรดังกล่าว ซึ่งมีบทบาทเด่นที่ระดับความสูงต่างกัน คลอรีนและโบรมีนเข้าสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์ส่วนใหญ่ในรูปของคลอโรฟลูออโรคาร์บอนและฮาลอนที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งจะถูกสลายด้วยแสงที่นั่น ปล่อยตัวเร่งปฏิกิริยาออกมา สปีชีส์กักเก็บ เช่น คลอรีนไนเตรต จะกักเก็บพวกมันไว้ชั่วคราว ซึ่งช่วยปรับอัตราการสูญเสีย

Clinical relevance

การระบุบทบาทการเร่งปฏิกิริยาของคลอโรฟลูออโรคาร์บอนได้เปิดเผยภัยคุกคามของมนุษย์ต่อชั้นโอโซน และเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับพิธีสารมอนทรีออลในการยุติการใช้สารทำลายโอโซน

History

ครุทเซนได้อธิบายวงจรเร่งปฏิกิริยาไนโตรเจนออกไซด์ในปี 1970 และโมลินาและโรว์แลนด์ได้ระบุการเร่งปฏิกิริยาของอะตอมคลอรีนจากคลอโรฟลูออโรคาร์บอนในปี 1974 งานนี้ร่วมกับการสังเกตการณ์ในทวีปแอนตาร์กติกาทำให้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1995

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

เหตุใดวงจรเร่งปฏิกิริยาจึงทำลายโอโซนได้มาก

เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาถูกสร้างขึ้นใหม่เมื่อสิ้นสุดแต่ละวงจร อะตอมคลอรีนหรือโบรมีนเพียงอะตอมเดียวสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้หลายพันโมเลกุลก่อนที่จะถูกกำจัดออกจากชั้นสตราโตสเฟียร์