卤素和催化臭氧损耗循环

催化自由基循环破坏平流层臭氧的效率远高于仅涉及氧的查普曼反应。

Definition

卤素和催化臭氧损耗循环是指微量自由基在再生过程中反复破坏臭氧的反应链，它们是平流层臭氧损失的主要原因。

Scope

涵盖氢氧、氮氧、氯和溴的催化循环，解释了催化剂在不被消耗的情况下破坏大量臭氧分子的概念，氯氟烃和哈龙源气体的化学性质、储存物种，以及不同族系在破坏臭氧方面的相对效率。

Core questions

• 微量自由基如何能破坏数千个臭氧分子？
• 哪些催化族系在不同高度主导臭氧损耗？
• 长寿命源气体如何将氯和溴输送到平流层？

Key theories

催化臭氧破坏循环

一氧化氮、氯和溴等自由基与臭氧和原子氧发生循环反应，净破坏奇氧并再生催化剂，因此少量储存物即可破坏大量臭氧。

Mechanisms

在催化循环中，自由基X与臭氧反应形成XO，然后XO与原子氧或另一个XO反应再生X，其净效应是将奇氧转化为分子氧。羟基、一氧化氮、氯和溴族系各自驱动此类循环，在不同高度占据主导地位。氯和溴主要以化学惰性氯氟烃和哈龙的形式进入平流层，并在那里被光解，释放出催化剂；氯硝酸盐等储存物种会暂时隔离它们，从而调节损耗速率。

Clinical relevance

识别氯氟烃的催化作用揭示了人类对臭氧层的威胁，并为《蒙特利尔议定书》逐步淘汰消耗臭氧层物质提供了科学依据。

History

克鲁岑于1970年描述了氮氧化物催化循环，莫利纳和罗兰于1974年确定了氯氟烃中的氯原子催化作用；这项工作连同南极观测结果共同获得了1995年诺贝尔化学奖。

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

为什么催化循环对臭氧的破坏性如此之大？

因为催化剂在每个循环结束时都会再生，单个氯或溴原子在被从平流层清除之前可以破坏数千个臭氧分子。