自然地科 - 臭氧層

Question

CFCs破壞臭氧層的化學反應


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(快快快 馬上要)

(重點是.... 應該只有兩三行的化學式)

Answer 1

CFCs性質安定不易分解

　　氟氯碳化物(CFCs)，顧名思義，即是含有氟(F)、氯(Cl)、碳(C)的化合物。CFCs的應用範圍極為廣泛，可作為汽車和冰箱等冷凍空調的冷媒、電子和光學元件的清洗溶劑、化粧品等噴霧劑，以及PU、PS、PE的發泡劑等等。

　　從1930年代合成初期開始，CFCs在全球各工業國家的使用量便不斷增加，主要因為CFCs的化學性質非常安定，不可燃且無毒性，故過去一直被認為安全又理想的化學物質，廠商大量製造，使用者也任其擴散至大氣中。

　　工業界習慣上以CFC-xyz或CFC-xyz來表示不同化學組成的氟氯碳化物。其中x為碳原子數目減1，y為氫原子數目加1，z表氟原子數目。例如目前工業上常用的CFC-11(CCl3F)、CFC-12(CCl2F2)，以及CFC-113(CCl2FCC1F2)等。

　　CFCs的性質非常安定，一旦被釋入大氣，除非行光分解反應，否則會不斷地累積在對流層中。在CFCs未受管制之前，全世界每年都要排放大約100萬噸以上的CFCs，而這些管制前就被排放到大氣中，總量約在2000萬噸的CFCs，目前大部分仍留存在對流層中。

　　由於世界各主要工業國家多位北半球，因此北半球大氣中CFCs的平均濃度較南半球為高。CFCs逸出後會在大氣中迅速擴散，但南北兩半球的大氣，要穿越赤道完全混合，需時約2年。北半球大氣中CFCs的平均年增率為4~5%，而南半球CFCs的平均濃度則較北半球約低8~10%，故南半球的CFCs大約也剛好是以落後北半球2年的時間，而以相同的速率在增加中。

　　積存在對流層的大量CFCs，會隨著大氣運動進入對流層。對流層的最上部是「對流層頂」(Tropopause)，對流層頂的高度各地並不相同，會因季節和緯度而異，以在赤道附近最高，約達18公里；在高緯度而異，以在赤道附近最高，約達18公里；在高緯度的兩極，則只有約8公里，而且夏季比冬季時略高。由於各地對流層高度不同，在緯度30度左右的副熱帶地區，會產生不連續的現象，「對流層頂缺口」。在這個缺口處，上下層空氣混合非常強烈，CFCs等物質便因而趁隙進入平流層。

　

平流層中的臭氧反應

　　CFCs所以會對臭氣層造成如此嚴重的傷害，主要關鍵就在其所含的「氯」(Cl)。科學家估計，由CFCs所釋出的1個氯原子，只要數個月的時間，就能使大約10萬個臭氧分子消失。

　　在正常狀況下，平流層中的臭氧分子，是處於一種動態平衡的狀態。高層大氣中的氧分子(O2)吸收紫外線，分解成活潑的氧原子(O)：

　　O2+hv→O+O

氧原子再與鄰近的氧分子反應生成臭氧：

　　O+O2→O3

臭氧也會因受強烈紫外線照射而分解，生成氧原子和氧分，或是與活潑的氧原子作用形成氧分子：

　　O3+hv→O2+O

　　O3+O→O2+O2

臭氧就在這些反應中不斷生成與分解，維持著微妙但脆弱的平衡。

　　氯則會破壞這種平衡。CFCs在平流層受強烈紫外線照射而分解產生氯，氯會與臭氧反應，生成氧化氯自由基(ClO)：

　　Cl+O3→ClO+O2

帶有自由基的ClO非常活潑，若與同樣活潑的氧原子反應，便生成氯和較安定的氧分子：

　　ClO+O→Cl+O2

　　而這個被釋出的氯，又可以再與臭氧反應，因此氯一方面能夠不斷消耗臭氧，另一方面卻又能在反應中再生。

　　但過去有些研究認為CFCs對臭氧的破壞有限，那是因為氯和ClO也會和大氣中的其他成分作用，而生成不會破壞臭氧的化合物。其中氯會與甲烷(CH4)作用生成氫氯酸(HCl)，ClO則會與二氧化氮(NO2)作用，生成硝酸氯(ClONO2)。HCl和ClONO2被稱為「氯貯存物質」(chlorine reservoirs)，因為它們本身不會與臭氧反應，但在某些狀況下卻可以釋出能破壞臭氧的氯。

　　既然氯會形成不破壞臭氧的「氯貯在物質」，為什麼還會有臭氧洞？而且CFCs主要是由北半球工業國家所排出，在北半球大氣中的CFCs濃度也高於南半球，那麼為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在其他地方？

　　顯然南極特殊的地理環境和氣候狀況，與臭氧洞的形成有密切關聯。

Answer 2

因為大家都是剪剪貼貼的...。

Answer 3

CFCs性質安定不易分解

　　氟氯碳化物(CFCs)，顧名思義，即是含有氟(F)、氯(Cl)、碳(C)的化合物。CFCs的應用範圍極為廣泛，可作為汽車和冰箱等冷凍空調的冷媒、電子和光學元件的清洗溶劑、化粧品等噴霧劑，以及PU、PS、PE的發泡劑等等。

　　從1930年代合成初期開始，CFCs在全球各工業國家的使用量便不斷增加，主要因為CFCs的化學性質非常安定，不可燃且無毒性，故過去一直被認為安全又理想的化學物質，廠商大量製造，使用者也任其擴散至大氣中。

　　工業界習慣上以CFC-xyz或CFC-xyz來表示不同化學組成的氟氯碳化物。其中x為碳原子數目減1，y為氫原子數目加1，z表氟原子數目。例如目前工業上常用的CFC-11(CCl3F)、CFC-12(CCl2F2)，以及CFC-113(CCl2FCC1F2)等。

　　CFCs的性質非常安定，一旦被釋入大氣，除非行光分解反應，否則會不斷地累積在對流層中。在CFCs未受管制之前，全世界每年都要排放大約100萬噸以上的CFCs，而這些管制前就被排放到大氣中，總量約在2000萬噸的CFCs，目前大部分仍留存在對流層中。