Environmental Chemistry Stratospheric chemistry

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1 Environmental Chemistry Stratospheric chemistry
성층권화학 Stratospheric chemistry 환경화학 27

2 Environmental Chemistry
1. 성층권 오존층의 중요성 (Ozone in stratosphere) - DU (Dobson units) 대기 오존의 양을 나타내는 단위 (= 0.01 mm-1atm) - 중위도 지역의 평균 DU : 350 - 고위도 지역의 평균 DU : 250 - 극지 근처 : 450 - 오존층은 태양광선 중 생물체에 유해한 자외선을 제거하는 천연 screen의 역할을 함 - 그림설명: 과다한 자외선 노출에 따른 피부암 (a) (b)(편평)상피세포암 (c) 악성 흑색종 환경화학 28

3 Environmental Chemistry
2. 태양복사선의 구분 (solar radiation) 파장 영역 세부영역 X-rays 50 Ultraviolet 400 Visible 750 Infrared 200 280 320 400 UV-C UV-B UV-A 4,000 ∼100,000 환경화학 29

4 Environmental Chemistry
3. 오존의 생성과 소멸 (homogeneous O3 depletion) - 오존의 생성 (ozone generation) (1) O2 + hν (40-240nm)  2O (∆H0 = 495kJ/mol) (2) O2 + O + M  O3 + M(heat) - 오존의 소멸 1 (ozone destruction, non-catalytic process) O3 + hν (<320nm)  O2 + O(1D) O3 + O  2O2 (매우 느린 반응임) - 오존의 소멸 2 (catalytic process) X(catalyst) + O3  XO + O2 XO + O  X + O2 환경화학 30

5 Environmental Chemistry
-오존의 소멸 2 (계속) X : free radicals : HO• (hydroxy free radical) NO• (nitric oxide free radical) Cl• (chlorine free radical) Br• (bromine free radical) 소멸반응의 예 (Cl• (chlorine free radical)) Cl• + O3  ClO• + O2 ClO• + O  Cl• + O2 환경화학 31

6 Environmental Chemistry
inactive catalyst Cl• + CH4  CH3• + HCl (hydrogen chloride) ClO• + NO2•  ClONO2 (chlorine nitrate) 50%이상의 성층권염소가 불활성 상태로 존재함 그러나 active form과 inactive form을 번갈아 거치며 각 분자가 수 만개의 오존분자 파괴함 4. 오존의 소멸 (heterogeneous O3 depletion) - 극지방 성층권 오존농도가 급격히 감소하는 현상 (1985년 - 50% 감소, 1993년 10/6-90DU) - 기체-액체 또는 기체-고체 계면에서 발생하는 화학반 응으로 오존파괴 - 극지방 기후의 특성 긴 겨울 (성층권 저온유지 - 80C 이하) PSCs (polar stratospheric clouds)형성 극지 상공 15-25km type I PSCs: 질산+물+sulfate aerosol (at - 78C), 1 micrometer type II PSCs: 얼음+type I PSCs PSCs 표면에서 불활성 염소의 활성화 반응이 발생함 환경화학 32

7 Environmental Chemistry
Antarctic vortex - 원인: 낮은 온도, 지구자전 - 결과: 남극 성층권공기의 분리, 장기간 저온 유지, 내부에 PSCs 형성 PSCs 환경화학 33

8 Environmental Chemistry
화학반응 HCl(s) + ClONO2(g)  Cl2(g) + HNO3(s) H2O(s) + ClONO2(g)  HOCl(g) + HNO3(s) N2O5(g) + HCl(s)  HNO3(s) + ClNO2 N2O5(g) + H2O(s)  2HNO3(s) Cl2 + hν  2Cl• HOCl + hν  OH• + Cl• ClNO2 + hν  NO• + ClO• inactive chlorine  active chlorine 2ClO• + M  ClOOCl + M dichloroperoxide ClOOCl + hν  Cl• + ClOO• ClOO• + M  Cl• + O2 + M 2 (Cl• + O3  ClO• + O2) 결과식: 2O3  3O2 환경화학 34

9 Environmental Chemistry
5. 오존파괴물질 (ozone depleting compounds, ODCs) CFCs (chlorofluoro compounds) “Freon” use: coolants, foaming agents, propellants property: nontoxic, nonflammable, nonreactive good condensation property, no tropospheric sink CFC 반응 CF2Cl2 + hν(UV-C, <220nm)  CF2Cl• + Cl• CFC 명명 (Du Pont) 예) CFC11 = 101 1  # of carbon 0  # of hydrogen 1  # of fluorine 예) CFC113?? 환경화학 35

10 환경화학 36