X+O3 → XO+O2,XO+O → X+O2【触媒反応】

オゾン層破壊の原因となるのは
フロンから分解した何原子?
酸素原子

水素原子
塩素原子(答)
炭素原子
23%

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「成層圏」を意味する言葉が
由来である、世界中にファンの
多かったイタリアのスポーツカー
といえばランチア・◯◯◯◯◯?
シロトラウ
クアスプィ
ストラトス(答)
引用元:「ランチア・ストラトス」イタリアのスポーツカー Stratosphere「成層圏」 「フェラーリ・モンディアル」世界 | 【QMA復習】 https://seethefun.net/%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%95%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%AB/5249/

◯×
放出されたフロンガスはオゾン層に達するのに1年以上かかる
◯(答)

フロン(F-11)によるオゾン層の破壊の仕組みについて図に示します。大気中に放出されたフロンは空気より重い性質のためゆっくり暖められて上昇し、約15年という長い歳月をかけて成層圏に到達します。フロンに紫外線があたると、フロン分子(CCl3F)のなかから塩素原子(Cl)が飛び出し、この塩素原子が触媒作用によって、次々と約10万個のオゾンを連鎖式に破壊します。
引用元:山形大学環境保全センターへようこそ http://www.id.yamagata-u.ac.jp/EPC/13monndai/12ozon/ozon.html

フロンによるオゾン層の破壊
 1970年代半ば、人工的に作り出された物質であるクロロフルオロカーボン類(CFC 類:フロンとも呼ばれます)がオゾン層を破壊する可能性が指摘されました。 フロンの多くは、かつてはエアコン、冷蔵庫、スプレーなどに使われ、大気中に大量に放出されていました。 フロンは、地上付近では分解しにくい性質をもっているため、大気の流れによって成層圏にまで達します。

 高度40km付近の成層圏まで運ばれると、フロンは強い太陽紫外線を受けて分解し、塩素を発生します(図1-①)。 この塩素が触媒として働きオゾンを次々に壊してゆきます(図1-②)。
 オゾン層を破壊する物質には、フロンのほかにもいくつか存在し、消火剤につかわれる ハロンなどの物質が放出する臭素によってもオゾン層が破壊されます。

引用元:気象庁 | フロンによるオゾン層の破壊 https://www.data.jma.go.jp/gmd/env/ozonehp/3-25ozone_depletion.html
引用元:気象庁 | フロンによるオゾン層の破壊 https://www.data.jma.go.jp/gmd/env/ozonehp/3-25ozone_depletion.html

(2)微量気体によるオゾン破壊
大気中の微量成分は、次のような触媒反応サイクルによってオゾンを破壊する。
X+O3 → XO+O2
XO+O → X+O2
正味: O+O3 → 2O2
(X = H、OH、NO、Cl、Br)
このサイクルでは、X は再生されるのでオゾンの破壊効率は極めて大きい。X として重要なものは H、OH、NO、Cl、Br であり、前二者によるものは HOx サイクル、以下 NOx サイクル、ClOx サイクル、BrOx サイクルと呼ばれる。この反応サイクルを終結する反応が存在し、ClOxサイクルの場合、
ClO+NO2+M → ClONO2+M
Cl +CH4 → HCl +CH3
のような反応により終結する。終結反応で生成される分子は貯留成分と呼ばれている。X、XO を
不活性な形で一時的に貯蔵するからである。
X として重要なものは塩素原子 Cl で、これはこの数十年間の人間活動のために成層圏に到達した CFC 等からもたらされる。CFC は主として 200nm~220nm の太陽紫外線により分解して塩素原子を放出する。CFC-11(CCl3F)の場合
CCl3F+hν(200nm~220nm) → CCl2F+Cl
のように、初期過程では1個の塩素原子を放出するが、CCl2F も最終的には Cl ないし ClO になってオゾンを破壊する。このような気相反応によるオゾン層破壊機構は、図 12(第 2 部)に示された高度 40km 付近のオゾン減少を説明することができる。
同様なオゾン層破壊反応は、消火剤として使用されているハロンやくん蒸剤として使用されて
いる臭化メチルが成層圏で分解されて生成する臭素原子 Br と一酸化臭素 BrO によっても進行する。臭素によるオゾン破壊の効率は塩素の場合より高いが、ハロン等の大気中の濃度が CFC よ りもはるかに低いために、オゾン層破壊への寄与は今のところ CFC より小さい。
成層圏中の塩素・臭素原子の自然発生源として重要なものは塩化メチルと臭化メチルである。
現在、人為起源の塩素・臭素の寄与は自然起源の4倍程度であるが、今世紀後半には同程度にまで減少すると予想されている。
引用元:平成17年度オゾン層等の監視結果に関する年次報告書 https://www.env.go.jp/earth/report/h18-03/3-III.pdf

オゾン層(オゾンそう 独: Ozonschicht 英: ozone layer)とは地球の大気中でオゾンの濃度が高い部分のことである[1]。オゾンは、高度約10 – 50 kmほどの成層圏に多く存在し[2]、特に高度約25 kmで最も密度が高くなる[1]。

オゾン層の破壊[編集]
「オゾンホール」も参照
オゾンはヒドロキシラジカル、一酸化窒素、塩素原子などの存在によって分解される。これらは成層圏で自然にも発生するものであり、オゾンの生成と分解のバランスが保たれてきた。

ところが20世紀に入り、冷蔵庫、クーラーなどの冷媒やプリント基板の洗浄剤として使用されてきたフロンなど、塩素を含む化学物質が大気中に排出された。1974年にアメリカの大気化学者フランク・シャーウッド・ローランドとマリオ・モリーナは、成層圏で活性化した塩素原子はオゾンを分解することを指摘(両者はドイツのパウル・クルッツェンとともに1995年にノーベル化学賞を受賞)[14]していたが、1985年にイギリスのジョゼフ・ファーマン(英語版)、ブライアン・ガーディナー(英語版)、ジョナサン・シャンクリン(英語版)が南極上空のオゾンが春季に減少する現象を論文で発表したことでこれが国際的な問題として浮上し、同年にはオゾン層の保護のためのウィーン条約が採択、2年後の1987年にはオゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書が採択され、世界的にフロン規制が始まった。なお、日本の忠鉢繁らは1984年に春季の南極上空のオゾン減少に関する論文[15]を発表していたが、このときは問題提起には至らなかった。

フロンは非常に安定な物質であるため、ほとんど分解されないまま成層圏に達し、太陽からの紫外線によって分解され、オゾンを分解する働きを持つ塩素原子ができる。普段、成層圏では塩素原子はメタンや二酸化窒素等と化合物を作って不活性化するが、これがブリューワー・ドブソン循環を通して両極に運ばれ、-80℃前後と低温の冬の極上空にできる極成層圏雲が触媒となって塩素分子が生成・集積される。そして、春季にこれが融けた時に活性化した塩素原子が大量に発生する。極成層圏雲は二酸化窒素 (NO2) を取り込んでいるのでこれが解ける夏まで反応は続く。これにより春季にあたる9〜10月頃の南極のオゾン濃度が急低下し、オゾンホールができると考えられている[14]。

一酸化窒素 (NO) もオゾンの分解に寄与するが、亜酸化窒素 (N2O) は紫外線により分解されるなどして一酸化窒素を生成するため、亜酸化窒素の増加もオゾン層破壊につながる。特に、塩素による破壊の影響がない環境下で、一酸化窒素による反応が強く働く[16]。また、アメリカNOAAの研究チームの試算によると、オゾンの分解力はフロンより弱いが寿命が長いことや、フロン類の濃度が低下してきていることなどから、21世紀中におけるオゾン層破壊への寄与度は、フロンよりも亜酸化窒素の方が大きくなると考えられる[17]。また、亜酸化窒素は温室効果ガスでもあることから京都議定書の削減対象にもなっている。

産業活動や自動車の排煙に含まれる大気汚染物質であり、火山ガスにも含まれる硫黄酸化物が反応して生成される硫酸エアロゾルも、触媒としてオゾンの分解に寄与する。フィリピンのピナトゥボ山が噴火して硫酸エアロゾル濃度が大きく増加した後の1992年・1993年には、北半球のオゾン濃度も大きく低下した[14]。

オゾン層を破壊する物質

クロロフルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、臭化メチル、四塩化炭素、ハロン、トリクロロエタン     など

オゾン分解のプロセス[編集]
成層圏における、塩素原子による触媒反応系はダイマー駆動機構 (dimer-driven mechanism) と呼ばれ、その反応素過程は次のように示される。
引用元:オゾン層 – Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%82%BE%E3%83%B3%E5%B1%A4