Chu trình Halogen và Phá hủy Ôzôn Xúc tác

Các chu trình gốc tự do xúc tác phá hủy ôzôn tầng bình lưu hiệu quả hơn nhiều so với các phản ứng Chapman chỉ có ôxy.

Definition

Các chu trình halogen và phá hủy ôzôn xúc tác là chuỗi các phản ứng trong đó các gốc tự do vi lượng liên tục phá hủy ôzôn trong khi được tái tạo, chiếm phần lớn sự suy giảm ôzôn tầng bình lưu.

Scope

Bao gồm các chu trình xúc tác của hyđrô-ôxít, nitơ-ôxít, clo và brôm, khái niệm về chất xúc tác phá hủy nhiều phân tử ôzôn mà không bị tiêu thụ, hóa học của các khí nguồn chlorofluorocarbon và halon, các loài chứa (reservoir species), và hiệu quả tương đối của các họ khác nhau trong việc phá hủy ôzôn.

Core questions

• Làm thế nào một gốc tự do vi lượng có thể phá hủy hàng ngàn phân tử ôzôn?
• Những họ xúc tác nào chiếm ưu thế trong việc phá hủy ôzôn ở các độ cao khác nhau?
• Các khí nguồn có tuổi thọ dài đưa clo và brôm lên tầng bình lưu bằng cách nào?

Key theories

Các chu trình phá hủy ôzôn xúc tác

Các gốc tự do như nitơ ôxít, clo và brôm phản ứng với ôzôn và ôxy nguyên tử trong các chu trình phá hủy ôxy lẻ ròng trong khi tái tạo chất xúc tác, do đó một lượng nhỏ chất chứa có thể phá hủy một lượng lớn ôzôn.

Mechanisms

Trong một chu trình xúc tác, một gốc tự do X phản ứng với ôzôn để tạo thành XO, sau đó phản ứng với ôxy nguyên tử hoặc một XO khác để tái tạo X, với hiệu ứng ròng là chuyển đổi ôxy lẻ thành ôxy phân tử. Các họ hydroxyl, nitơ ôxít, clo và brôm đều thúc đẩy các chu trình như vậy, chiếm ưu thế ở các độ cao khác nhau. Clo và brôm đi vào tầng bình lưu chủ yếu dưới dạng chlorofluorocarbon và halon trơ về mặt hóa học, chúng bị quang phân ở đó, giải phóng các chất xúc tác; các loài chứa như nitrat clo tạm thời cô lập chúng, điều chỉnh tốc độ suy giảm.

Clinical relevance

Việc xác định vai trò xúc tác của chlorofluorocarbon đã tiết lộ mối đe dọa của con người đối với tầng ôzôn và cung cấp cơ sở khoa học cho Nghị định thư Montreal về việc loại bỏ các chất làm suy giảm ôzôn.

History

Crutzen đã mô tả chu trình xúc tác nitơ-ôxít vào năm 1970, và Molina cùng Rowland đã xác định sự xúc tác của nguyên tử clo từ chlorofluorocarbon vào năm 1974; cùng với các quan sát ở Nam Cực, công trình này đã mang lại Giải Nobel Hóa học năm 1995.

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

Tại sao các chu trình xúc tác lại có tính phá hủy ôzôn cao như vậy?

Vì chất xúc tác được tái tạo vào cuối mỗi chu trình, một nguyên tử clo hoặc brôm duy nhất có thể phá hủy hàng ngàn phân tử ôzôn trước khi nó bị loại bỏ khỏi tầng bình lưu.