PDF《观念检验站》

A Q O3 + 紫外线 → O2 + O O2 + O → O3 + 热能 净反应 O3 + 紫外线 → O3 + 热能 因此,对生物有害的紫外线会被臭氧转化成平流层的轻微增 温,这个问题比较不严重.

但值得注意的是,臭氧并未在这种转化 过程中消失,这表示它会继续恒常的为地表遮蔽紫外线的辐射. 平流层的臭氧浓度相当低.如果那里所有的臭氧都受到大气压 力的压缩,那麽臭氧层的厚度将只有

3 毫米,而不是

10 公里!尽管 如此,这个臭氧层却可以吸收阳光中 95% 以上的紫外线辐射,真不 愧是地球的防护罩! 观念检验站 平流层中的臭氧和空气污染物的臭氧,两者的 化学结构有没有什麽不同之处? 你答对了吗? 绝对没有.不管是在哪里出现的,臭氧都是由三个 氧原子构成的分子. 在1970 年代初期,麻省理工学院的莫里纳(Mario Molina, 1943- ) 、加州大学尔湾分校的罗蓝得(Sherwood Rowland, 1927-) ,以及德国 蒲郎克研究院的克鲁(Paul J. Crutzen, 1933-)三人发现,氟氯碳这

76 观念化学V 种化合物(CFCs)可能对平流层的臭氧造成威胁(三人因为此项发现 在1995 年获颁诺贝尔化学奖) .因为氟氯碳这类化合物属於惰性气体, 它们一度是冷气机的冷媒和喷雾罐里常见的成分.图17.10 显示两种 最常被使用的氟氯碳化合物. 有人估计,依照氟氯碳化合物的稳定性来看,它们可以在大气 层中停留

80 到120 年的时间,现在大气层中到处都有氟氯碳的踪 迹.即使在最偏远的地区,你所呼吸的每公升气体中,就有不下

25 兆个氟氯碳分子!莫里纳、罗蓝得和克鲁奕朔⑾,来到平流层 的氟氯碳化合物,会被强烈的紫外线裂解成较小的分子碎片,如图 17.11 所示.

77 第17章 空气资源 ? 图17.10 CFC-11(一氟三氯甲烷)和CFC-12(二氟二氯甲烷)是两 种最常见的氟氯碳化合物,也有 人称它们为氟氯昂(freon) .

1988 年,当氟氯碳被大量制造 时,全球的产量大约是

113 万吨.这些氟氯碳化合物具有惰性 气体的特性,使它们一度被认为 对环境没什麽威胁. ? 图17.11 图示氟氯碳化合物破坏平流层 臭氧的途径. A紫外线造成氟 氯碳分解,释 出氯原子. C一氧化氯与另一个臭氧 分子反应,产生两个氧 气分子和一个氯原子. B氯原子与臭氧反 应,产生一氧化 氯和氧气. D氯原子继续分 解下一个臭氧 分子. CFC-11 CFC-12 当氟氯碳化合物在平流层中被强烈的紫外线裂解,产生的其中 一个小碎片是氯原子,它会催化臭氧的分解.兰,一个氯原子 还来不及形成氯化氢分子(HCl) ,并随著大气中的水气消散以前, 可以在一至二年内造成至少 100,000 个臭氧分子的分裂.

1985 年,当科学家发现南极大陆上空的平流层臭氧出现季节性 的耗损,造成所谓的「臭氧层破洞」 ,才使全球人士注意到平流层臭 氧的脆弱.科学家测量了这个地区的一氧化氯浓度,就t解到氯原 子在破坏南极上空的臭氧层中,所扮演的活跃角色(如图 17.12 所示) .

78 观念化学V ? 图17.12 在南半球不同纬度间的平流层 臭氧浓度和一氧化氯浓度的相 关图.我们可以看到,当一氧 化氯浓度上升时,臭氧浓度则 下降.标示黄色的区域显示, 一氧化氯浓度的小波动,会导 致臭氧浓度的大变动.这种现 象正符合催化反应的特性. 臭氯(O3) 一氧化氯 (ClO) 纬度 每10 亿个空气分子中的含量臭氧与一氧化氯分子的浓度如图 17.11 显示,一氧化氯是一个中间物,出现在以氯为催化剂 来分解臭氧的过程中.而图 17.12 所显示的,则是在飞越南极上空时 L集到的数,我们可以看到在平流层的一氧化氯浓度和臭氧浓 度,两者之间密切的相关性.而从图 17.13 的卫星照片可以看出,臭 氧层破洞的形状与一氧化氯的分布图形是一致的.