臭氧的好與壞
本篇資料參考自 http://www.scifun.chem.wisc.edu/chemweek/Ozone/ozone.html

對於臭氧這個名詞 或許你並不陌生. 經常在電視或報章上見到
大氣層中的臭氧層有了破洞 可能造成地球生態受到紫外光的影響....
可是臭氧到底是啥東西呢? 是臭的氧氣嗎?

氧原子 O是化學元素中的一個, 最穩定的存在方式是兩個氧原子結合而成的氧氣O2 .
地球的大氣中約有 20%的氧氣. (80%為氮氣 N2 )
臭氧是由三個氧原子組成的 O3
相對於氧氣O2 而言 , 臭氧O3 是比較不穩定的狀態.
臭氧O3 是非常容易和其它元素產生反應的產物.
而且它具有毒性. 即使少量的臭氧也會令我們不舒服.
室溫下 臭氧看起來有點黯淡的藍 且具有臭味.
在零下112℃時會變成淡藍色的液體,在零下193℃會凝結成固體。

臭氧比氧氣更容一起和其它物質產生氧化反應(僅次於氟)。
它很容易和有機化合物產生氧化作用,因此常被用於漂白或除臭。
(臭氧和臭得有機化合物反應後卻可以形成新的不會發臭的產物,真是巧妙!)
由於他的毒性(殺菌力)因此也被用於水或空氣的消毒之用。
(用有毒的東西消毒,只要毒性小可殺菌但不至於傷人!)
藉由高壓放電(尖端放電)會使空氣中的部份氧氣 變成 臭氧。
(是否想到 空氣清靜機內的尖端放電裝置 與目前部份冷氣機的殺菌效果!)

在強烈的光線照射下 氧氣O2 和二氧化氮NO2會反應產生臭氧。
(尤其在空氣污染嚴重的都市)
因為氧氣和氮氣不容易在室溫下產生反應,一般情形下二氧化氮NO2含量都很低。
但是在高溫的引擎內 氧氣和氮氣會產生反應

N2(氣體) + O2(氣體) 2 NO(氣體)
---
引擎內的一氧化氮排出後很快和空氣中的氧氣 形成二氧化氮。

2 NO(g) + O2(g--- 2 NO2(g)

而二氧化氮在強光下則會產生分解

NO2(g 強光 NO(g) + O(g)
---
這種反應產生的氧原子O便會很容易和氧氣O2 形成臭氧。

O(g) + O2(g)--- O3(g)

在烈日下 當交通阻塞時汽車產生的二氧化氮夠多時,則很容易產生較多的臭氧。
過多的臭氧對於生物都是不好的。
當臭氧的比例超過十億分之125 (125ppb),則會開始對人體健康有影響。
臭氧也會使得橡膠或塑膠等聚合物產品產生永久性的惡化。

雖然地面上有過多的臭氧是不好的,呼吸臭氧對人體不好,但是
在大氣層高處(同溫層15-55公里高)的臭氧卻是地表生物生存很重要的關鍵因素。
因為臭氧可以吸收太陽輻射中大量的紫外線。
氧氣也會強烈吸收波長短於2400埃的紫外線,
但是2400-2900埃間的紫外線卻無法被氧氣所吸收,而需要臭氧來完成使命。
否則地表很多的生物將在強烈紫外光的照射下 死亡。

同溫層中臭氧是因氧氣在強烈紫外光照射下形成的。

O2(g 紫外光 2 O(g) (波長短於2400埃的紫外光)
---
於是氧原子很快和氧氣形成臭氧。

O(g) + O2(g--- O3(g)  放熱反應

結合以上兩反應,於是每三個氧分子可以形成兩個臭氧,
且將紫外光轉換成熱(紅外光)。

當臭氧吸收紫外線時又會分解成 氧氣與氧原子

O3(g 紫外光 O2(g) + O(g) (波長短於2900埃的紫外光)
---
以上也是放熱反應。於是整體反應便是解由臭氧當媒介 將紫外光轉變成熱能。

1995年諾貝爾化學獎便是頒發給對同溫層中臭氧控制的研究者。他們發現

O3 紫外光 O2 + O
---
NO + O3 --- NO2 + O2
NO2 + O  --- NO + O2

淨反應: 2 O3 --- 3 O2
第三個反應中又產生了第二個反應所需的 一氧化氮
因此只要有微量的一氧化氮便可連續的反應破壞臭氧。
 

另一我們所熟知的 含氯,氟,碳的CFC,它很不容易和其它物質起反應,無毒且不易燃燒,
於是被使用於 滅火器 ,電子製造的溶劑中,似乎是完全無害。
由於接近室溫的沸點,加壓後很容易液化,因此常用於壓縮機作為冷媒。
(當膨脹時 吸收熱量而降溫)
但是卻被發現也會嚴重破壞臭氧

O3 紫外光 O2 + O
---
Cl + O3 --- ClO + O2
ClO + O  --- Cl + O2

淨反應: 2 O3 --- 3 O2

第三個反應又產生第二個反應所需的氯。
於是目前已經被禁止繼續製造使用,以免破壞臭氧層。


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作者:國立台灣師範大學物理系黃福坤
最後修訂時間:  since 2011/06/20