化学传记:1995年诺贝尔化学奖得主-Frank Sherw

2020-06-19 759人围观 ,发现67个评论

弗兰克‧舍伍德‧罗兰(Frank Sherwood Rowland)–天空之反应机构,臭氧层的破坏 (续)

化学传记:1995年诺贝尔化学奖得主-Frank Sherw

由此反应我们可以看到,臭氧会经过NO的催化,变成氧气,然而NO在自然界的含量并不多,因此对臭氧造成的伤害并不大,然而到1973年左右,人类才发现,伤害臭氧层最大的是人造的氯(Cl),也就是说,臭氧层的破坏,最大的元兇,其实是氟氯碳化物(Chlorofluorocarbons,简称:CFCs)。

化学传记:1995年诺贝尔化学奖得主-Frank Sherw

氟氯碳化物之立体结构

以上为常见的两种氟氯碳化物,此类物品会在使用过程中被排放至大气中,由于此类物质相当的稳定,因此人类一开始认为是相当安全的物质,但也因为稳定,容易在大气中快速的累积,并不断的对臭氧层造成破坏,也因为相当稳定(只具有光反应性),因此想要破坏此分子的结构也相当的困难,所以要破坏此分子,抑止其对臭氧层的破坏,也十分的困难。

1974年Maline和Rowland提出:氟氯碳化物此类物质,一般常见的氧化与水解并无法对其结构造成反应,只有波长非常短的紫外光(能量较高,约240nm)才能与此物质有光反应,因此排放后,此物质几乎可以无受损的飘逸至大气层,而吸收紫外光后,会造成碳氯键的断裂(因碳氯键的键能较低),而释放出氯自由基,氯自由基又会与臭氧进行连锁反应(自由基最可怕的地方是常常扮演一个类似催化剂的角色,而造成连锁反应):

化学传记:1995年诺贝尔化学奖得主-Frank Sherw

此反应中,我们可以发现,一个氯自由基,理论上可以造成无数个臭氧被加速分解为氧分子,也因此由此反应机构,可以知道小小的分子对环境的杀伤力,而根据实际的计算 ”平均一个氯可以消耗十万个臭氧分子” ,说的白话一点,137克(一莫耳)左右的CCl3F可以消耗4800公斤(十万莫耳)的臭氧,而且这只简单计算一个分子只断裂一个氯的情况下,也因此我们知道这类物质对臭氧的杀伤力是多幺的巨大。

Rowland教授发现此类物质对环境的杀伤力后,便不断的宣导与演讲,该禁用此类化合物,但他们的努力最后收到了成果,1978年美国环境保护署宣布全面禁用此类物质于喷雾罐中,免于对环境再度造成伤害。而整个事件的转捩点是在1985年,当时一位英国科学家Joseph Farman在Nature发表了他在南极近30年的臭氧观测结果,南极的臭氧浓度明显的在几年之间剧降了近50%。此一结果立刻引起了各界的恐慌,臭氧危机于是正式的浮现出来。在危机意识的驱使下,大气科学家随即进行了大规模的南极探空活动,其中包括气球探空、飞航探空以及卫星遥测等。在随后的两三年中所蒐集到的许多重要证据,均显示南极上空的臭氧浓度在破洞发生前后,的确与氯浓度之间呈现「彼消我长」的反对应关係。

多亏了有Rowland以及其他共同努力的科学家,若没有他们的研究与发现,人类一定会继续滥用,直到臭氧层消耗殆尽后,紫外光便直接照射人体,造成皮肤癌,白内障,细胞受损,DNA受损甚至死亡等严重的后果,还有地球上所有的动植物也会造成直接的伤害,也就是说,没有他们的研究与努力,世界末日,就不只是电影中会出现的剧情了。

 

参考文献:
1. http://210.60.226.25/science/content/1995/00120312/0006.htm
2. http://nobelprize.org/
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Mario_J._Molina
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Frank_Sherwood_Rowland

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