راديكال


+ اوزون

فرايند هاي شيميايي منجر شونده به كاهش اوزون قطبي

منبع: http://www.atm.ch.cam.ac.uk

در حال حاضر پذيرفته شده است كه تركيبات كلرين و برمين در اتمسفر باعث كاهش اوزون بر روي قطب شمال وجنوب ميشوند. با اين حال اهميت نسبي كلرين و برمين بر اي تخريب يا نابودي اوزون در نواحي متفاوت شرح داده نشده است . تقريبا" همه كلرين و نيمي از برمين در استراتوسفركه در آنجا بيشترين كاهش را شاهد هستيم، از فعاليت هاي انسان حاصل شده است .

شكل بالا يك شماتيك را نشان مي دهد كه سيكل عمر CFC ها را شرح مي دهد اينكه چگونه أنها در مزوسفر تحتاني / استراتوسفر فوقاني منتقل مي شوند,چگونه نور خورشيد تركيبات را تجزيه مي كند وسپس چگونه محصولات تجزيه أنها در ورتكس قطبي كاهش مي يابد.

كاريرهاي(مخازن)غير ألي اصلي كلرين عبارتند از اسيد هيدروكلريك ونيترات كلرين(cloNo2) .اين موارد از محصولات تجزيه CFCها شكل مي گيرند .پنتوكسيددي نيتروژن  (N2O5 )مخزني از اكسيدهاي نيتروژن است ونقش مهمي را در شيمي ايفا مي كند .اسيد نيتريك از اين لحاظ كه سطوح بالايي از كلرين فعال را حفظ مي كند مهم است .

توليد راديكالهاي كلرين

يكي از مهمترين نكات براي تشخيص شيمي حفره اوزون , أن است كه واكنشهاي اصلي غير عادي هستند أنها نمي توانند در جو رخ دهندمگر أنكه شرايط ويژه اي وجود داشته باشد (يكي از دوعامل اصلي در دستور العمل كاهش اوزون )

-ويژگي اصلي اين شيمي غير عادي أن است كه گونه هاي مخزن كلرين HCL وCLONO2 (واجزائ مقابل برومين شان)به اشكال فعالتري از كلرين روي سطح ابرهاي استرتوسفري قطبي تبديل مي شوند .

مهمترين واكنشها در نابودي اوزون عبارتند از :

HCl + ClONO2

->

HNO3 + Cl2

(1)

ClONO2 + H2O

->

HNO3 + HOCl

(2)

HCl + HOCl

->

H2O + Cl2

(3)

N2O5 + HCl

->

HNO3 + ClONO

(4)

N2O5 + H2O

->

2 HNO3

(5)

مهمترين نكته براي توجه كردن أن است كه اين واكنشها تنها مي توانندروي سطح ابرهاي استراتوسفري قطبي رخ دهند و أنها بسيار سريع مي باشند. به همين علت حفره اوزون بسيار عجيب است . در شيمي اتمسفري واكنشهاي ناهمگن (أنهايي كه روي سطوح رخ مي دهند) قبل از أنكه حفره اوزون كشف شود ناديده گرفته مي شدند.بنابراين عامل ديگر اين است كه واكنشهاي ناهمگن به گونه هاي مخزن كلرين وبرومين اجازه مي دهد تا سريعا به اشكال فعالتري تبديل شوند.

اسيد نيتريك (HNO3) تشكيل شده دراين واكنش ها در ذرات PSC باقي مي ماند بطوريكه غلظتهاي فاز گاز اكسيد دي نيتروژن كاهش مي يابند . اين كاهش دي نوكسيفيكاسيون بسيار مهم است چون أن ميزان حذف CLO را كند مي كند كه در غير اين صورت با اين واكنش رخ مي دهد:

ClO + NO2 + M -> ClONO2 + M (6)

( در اينجا Mهر گونه مولكول موجود در هوا است )

000و بنابراين به نگهداري سطوح بالاي كلرين فعال كمك مي كند در اينجا اطلا عات بيشتري راجع به ابرهاي استراتوسفري قطبي وجود دارد .

بازگشت نور خورشيد

نهايتا" توجه داشته باشيم كه ما هنوز تنها كلرين مولكولي (CL2) را تشكيل داده ايم

از واكنش 1 تا 5 .براي تخريب اوزون كلر اتمي مورد نياز است .كلر مولكولي به راحتي به كمك نور خورشيد شكسته مي شود .كه البته اين براي ايجاد حفره مهم است.

Cl2 + hv

->

Cl + Cl

در طول زمستان قطب دما هاي سردي كه در ورتكس تشكيل مي شوند منجر به تشكيل ابرهاي استراتوسفري قطبي مي شوند واكنشهاي ناهمگن اشكال مخزن گونه هاي تخريب كننده اوزون (كلرين وبرمين) را به اشكال مولكولي شا ن تبديل مي كنند .وقتي نور خورشيد به ناحيه قطبي بر مي گردد در بهار CL2 سريعا به اتمهاي كلر تجزيه مي شود كه منجر به كاهش ناگهاني اوزون مي شود ( در نيمكره جنوبي )

اين سلسله مراتب رويدادها با اندازه گيريهايي از قبل در طول وپس از حفره اوزون تاييد شده است.

تخريب كاتاليزگري اوزون

اندازه گيريهاي بعمل آمده از گونه هاي شيميايي بالاي قطب سطوح بالايي از اشكال فعال كلرين را نشان مي دهند كه ما در بالا شرح داده ايم با اين حال ما هنوز تعداد اتمهاي بيشتري ناشي از اوزون داريم نسبت به كلرين فعال .بنابراين تخريب تقريبا همه اوزون چگونه امكان پذير است ؟پاسخ به اين سوال در آنچه كه به عنوان سيكلهاي كاتاليتي شناخته شده است مي باشد .يك سيكل كاتاليتي سيكلي است كه در آن يك مولكول بطور عمده اي تغيير مي كند ويا يك سيكل واكنش قادر است تا بدون تغيير كردن با خود سيكل ايجاد شود.

توليد كلرين فعال به نور خورشيد نياز دارد و نور خورشيد سيكلهاي كاتاليتي را حركت مي دهد با اين توجه به اينكه اين سيكلهاي اصلي در كلرين وبرومين در گيرند ومسئول تخريب اوزون هستند.

(I)

 

ClO + ClO + M

->

Cl2O2 + M

   

Cl2O2 + hv

->

Cl + ClO2

   

ClO2 + M

->

Cl + O2 + M

 

then:

2 x (Cl + O3)

->

2 x (ClO + O2)

   


 

net:

2 O3

->

3 O2

         

and

       
         

(II)

 

ClO + BrO

->

Br + Cl + O2

   

Cl + O3

->

ClO + O2

   

Br + O3

->

BrO + O2

   


 

net:

2 O3

->

3 O2

 

ديمر (CL2O2) راديكال مونوكسيد كلرين كه در سيكل (I) در گير است از لحاظ گرمايي ناپايدار است وسيكل در دماهاي پايين موثرتراست . بنابراين مجددا دماهاي پايين در ورتكس قطبي در طول زمستان مم هستند . گمان مي رود كه مسئول بيشتر كمبود اوزون در قطب جنوب (70%)هستند . در قطب شمالي گرمتر نسبت بزرگي از كمبود ممكن است با سيكل (II)حركت كند.

شرايط لازم براي براي كاهش اوزون

بطور خلاصه ما به اجزا ويا شرايطهاي لازم براي تخريب اوزون توجه كرده ايم مواردي كه در قطب جنوب مشاهده مي كنيم همين موارد كم و بيش براي كمبود اوزون در استراتوسفر قطب شمال در طول زمستان بكار مي رمند گرچه دراين مورد كاهش تقريبا شديد نيست .

به طور خلاصه شرايط لازم براي كاهش اوزون عبارتند از:

*زمستان قطبي منجر به تشكيل ورتكس قطبي مي شودكه هواي داخل أن را ايزوله مي كند .

*دماهاي سرد , داخل ورتكس را نشان مي دهند كه براي تشكيل ابرهاي استراتوسفري قطبي(PSC) به حد كافي سرد است . همانطور كه هواي ورتكس ايزوله مي شود دماهاي سرد و PSC ما مقاوم مي شوند.

*به محض اينكه PSC ها تشكيل شود واكنش هاي نا همگن رخ مي دهند ومخازن كلرين وبرومين فعال به اشكال فعالتري از كلرين وبرومين تبديل مي شوند.

*هيچ كمبود اوزوني رخ نمي دهد تا اينكه نور خورشيد به هواي داخل ورتكس قطبي برگردد وتوليد كلرين فعال امكان پذير گرددوسيكلهاي تخريب اوزون كاتاليتي شروع گردد.كاهش اوزون تسريع مي شود .حفره اوزون بطور متداول يك ناحيه جغرافيايي را كمي بيشتر از قطب جنوب تحت پوشش قرار مي دهد وتقريبا 10 كيلومتر را در ارتفاع در استراتوسفر تحتاني امتداد مي دهد.

منبع: http://www.atm.ch.cam.ac.uk

نویسنده : محمد حسین سلیمی ندوشن ; ساعت ۱۱:٢٧ ‎ب.ظ ; ۱۳۸۳/٤/۱٩
تگ ها:
    پيام هاي ديگران()   لینک