L07 同温层中的臭氧
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目标:说明同温层中臭氧的存在对于过滤太阳的短波紫外线是十分必要的，并且无限制的使用氯氟碳化合物会导致臭氧浓度的急剧下降。 |
臭氧 (O3) 在同温层中发挥了至关重要的化学作用，大气中 几乎 90% 的臭氧都可在那找到。虽然每百万个空气分子中臭氧分子的数量只能达到几十个，但是由于它的高活性和对短波紫外线的吸收，使得它具有了主要的作用。
由于合成和分解反应的平衡，大气层中的臭氧浓度是保持一定的。
1. O3 的形成是一个两步的过程。它包括在电磁辐射(太阳光)的作用下O2 断裂成两个氧自由基(O•)
以及把一个氧自由基与一个氧气分子结合起来的过程。
2.
分子M通常为 N2 或 O2臭氧分子通过传递多余的能量给分子M来防止自身的分解。
3. O3 的分解是一个一步的过程，它包括吸收太阳光进行分裂以及与自由基反应进行分裂两种。
其他自由基也能与臭氧反应。由于这些自由基的存在，臭氧在同温层中浓度降低，从而同温层不能够完全起到它作为紫外线过滤器的作用。
污染是由于同温层中有破坏臭氧的氯自由基 (Cl·)和氯氧自由基(ClO·)，这些都是氯氟碳化合物的分解产物。氯氟碳化合物在通常状况下是相当惰性的物质，由于它在压力改变时能够很容易地在气液状态间转变的性质，使得它被用做喷雾器里的推进剂和冰箱、冰柜中的制冷剂。
在同温层中，氯氟碳化合物的碎片在来自太阳的紫外线的作用下与氢氧自由基反应(大部分)。
氯自由基可以通过一系列的反应破坏许多的臭氧分子:
以这种方式，一个单个的氯自由基在被降低活性(例如与NO2反应)之前，可以使100 000个臭氧分子分解:
同温层中的臭氧分子被破坏导致更多的短波紫外线到达了地球表面。这会产生许多有害后果，包括患皮肤癌的风险有所增加。由于这个原因，氯氟碳化合物的使用已经被严格地限制。然而，臭氧层的破坏将会延续很长一段时间，因为地球表面所有的氯氟碳化合物要到达同温层需花费几十年的时间。
在气雾剂方面，丁烷气体现在经常被用作氯氟碳化合物的替代品，这点可以从气雾剂罐上的易燃警示符号看出来。电冰箱现在使用氯氟碳化合物，即所谓的HCFC's例如CHF2Cl)，作为制冷剂来代替氯氟碳化合物。这些氯氟烃能在大气层中与氢氧自由基快速反应，所以它们到达不了同温层。
注释:
南极上空臭氧层稀薄的现象(“臭氧层空洞”)为什么越来越显著，这类问题经常被提出来。NO2作为Cl·、HO·和 ClO·的捕获剂，最终形成硝酸HNO3，在南极冬天极低的温度下，硝酸会冻结，无法成为产生新 NO2分子的来源。这就造成了这些自由基的减少，导致臭氧分子的分解增多。
