Environmental Chemistry Atmospheric chemistry 대기화학 Atmospheric chemistry Australia, April, 2010 Polar mesosphereic cloud, 2010 Polar mesospheric cloud, 2010 1. 대기의 조성 (composition of atmosphere) 질소(N2) 78.08% 산소(O2) 20.95% 아르곤(Ar) 0.93% 이산화탄소(CO2) 0.0365% 2. 대기의 평균 분자량 (mean Mw of air) Mw(N2)fN2+Mw(O2)fO2+Mw(Ar)fAr+Mw(CO2)fCO2 = 28.96 gram/mol 환경화학 20

Environmental Chemistry 3. 대기압 (atmospheric pressure), Po 참고: Matm=5.27×1018 kg 4. 대기권의 구분 (vertical changes in temperature) 투과파장 주요화학종 N2, O2, N, O, N2+, O2+, NO+, O+ 100nm- N2, O2, N2+, O2+, NO+, NO 220nm- 330nm- N2, O2, O3 N2, O2, H2O, Ar, CO2 환경화학 21

Environmental Chemistry 5. 각 구간별 온도변화 (1) 열권, Thermosphere at 85km, T= -90C at 500km, T=1200C (at 100km, near vacuum, 0.025Pa, 1/4×10–6atm) 열권 대기화학반응 - 열권의 공기입자는 solar radiation에 직접 적으로 노출됨, 100nm 파장의 광량자 에너지는: E=hν=6.6×10-34Js × 3.0×108m/s ÷ 100×10-9m = 2.0 × 10-18 J/photon = 1200kJ/mol - 산소분자(O2), 질소분자(N2)의 분해반응 N2 + hν (λ<126nm)  2N ∆H0=945 kJ/mol O2 + hν (λ<240nm)  2O ∆H0=498 kJ/mol N2 + hν (λ<80nm)  N2++ e- ∆H0=1500 kJ/mol O2 + hν (λ<91nm)  O2++ e- ∆H0=1310 kJ/mol 높은 고도에서는 낮은 고도보다 보다 강한 에너지가 흡수되어 위 화학반응이 일어난 후, 역반응(발열반응) 이 진행되며 기체 분자의 kinetic energy를 증대시킴 환경화학 22

Environmental Chemistry (2) 중간권, Mesoshpere at 50km, T=-2C at 85km, T= -90C 중간권 대기화학반응 - 중간권에 존재하는 오존(O3)은 중간권 하부에서 상부보다 농도가 높음. - 오존분자 분해반응 O3 + hν (λ 230-240nm)  O2* + O* 낮은 고도에서는 높은 고도보다 많은 에너지가 흡수되어 위 화학반응이 일어난 후, 역반응(발열반응) 이 진행되며 기체 분자의 kinetic energy를 증대시킴 (3) 성층권, Stratosphere at 12km, T= -60C at 50km, T= -2C 높은 고도에서 보다 강한 에너지 흡수-방출 환경화학 23

Environmental Chemistry 6. 광화학반응, photochemical reaction (1) 반응물 + solar radiation energy  여기된 반응물 XY + hν  XY* ; absorption (2) 여기된 반응물의 반응 a) XY*  X + Y ; decomposition b) XY* + 다른 반응물  생성물 (3) quenching 과 분자간 에너지 전이 (intermolecular transfer) a) XY* + M  XY + M + kinetic energy b) XY* + AB  XY + AB* (4) 광화학 반응의 예 NO2 + hν  NO + O 생성된 산소원자(atomic oxygen)는 대류권에서 산소분자(O2)와 반응하여 오존(O3)생성 환경화학 24

Environmental Chemistry 7. Free radical 반응 (1) hydroxyl free radical 의 형성 (4단계) a) NO2 + hν  NO + O(3P) b) O2 + O + M  O3 + M c) O3 + hν  O2* + O*(1D) d) O* + H2O  2 •OH 반응 d)와의 경쟁반응; e) O* + M  O + M + kinetic energy (2) hydroxyl radical 의 반응 예 (오염되지 않은 공기) a) •OH + CO  •H + CO2 (70%) b) •OH + CH4  •CH3 + H2O (30%) c) •H + O2 + M  HOO• + M HOO• hydroperoxyl radical d) •CH3 + O2 + M  CH3OO• + M CH3OO• peroxymethyl radical 환경화학 25

Environmental Chemistry 7. Free radical 반응 (계속) (3) hydroxyl radical 의 반응 예 (오염된 공기) a) 수소제거반응 (hydrogen abstraction rxn.) •OH +  + H2O •OH + HCHO  HC=O + H2O b) 이중결합에 대한 부가반응 (addition rxn) •OH + H2C=CH2  H2C―CH2OH • CH3 CH2 • • OH • H 환경화학 26