【환경화학】 2010 국가공무원 5급(기술) 제3문

2010 국가공무원 5급(기술) 제3문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 라디칼 반응 

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Q. 지표면의 대기 중 질소와 산소는 매우 안정한 상태로 존재하며, 성층권에는 오존층이 존재한다. 성층권의 오존이 생성되기 위해서는 산소의 해리가 기본적으로 필요하다. 또한, 오존층 파괴가 범지구적 문제로 부각되고 있는 가운데, 그 원인물질인 CFCs(chlorofluorocarbons) 규제가 본격화되고 있다. 다음에 대하여 답하시오.

 

Q1. 다음의 반응엔탈피값을 이용하여 각 반응에 필요한 태양에너지의 파장값(nm)을 구하고 이를 참고하여 오존층의 오존을 생성시키는 현상을 설명하시오. (단, h = 6.626 × 10^-34 J·s, 아보가드로수 = 6 × 10²³, 빛의 속도 = 3 × 10⁸ m / s, 1 cal = 4.2 J

 

O₂(g) → O₂⁺(g) + e^-,    ΔH = 265 kcal/mol

N₂(g) → N₂⁺(g) + e^-,    ΔH = 361 kcal/mol

O₂(g) → 2O(g),    ΔH = 119 kcal/mol

 

A1. 

각 반응의 분자당 엔탈피(ΔH / N_A)는 다음과 같다: 1.855 × 10^-18 J, 2.527 × 10^-18 J, 8.33 × 10^-19 J.

 

ΔH / N_A = hf = hc / λ    ⇔    λ = hc N_A / ΔH

 

따라서 각 반응당 필요한 태양에너지의 파장값은 다음과 같다: 107.2 nm, 78.66 nm, 238.6 nm.

 

반응 1. 성층권에서 일어나는 오존 생성 반응 

○ 메커니즘

 

 

○ 100-240 nm 구간의 UV는 산소 분자를 분해시킴 (계산을 통한 유도)

○ 240-315 nm 구간의 UV는 오존 분자를 분해시킴

○ 분해된 산소 원자는 재빠르게 비교적 풍부한 산소와 결합하여 오존 생성 : 비교적 적은 산소 원자 간 결합은 드묾

○ 오존 생성 피크는 185 nm

 

반응 2. 지표면에서 일어나는 오존 생성 반응

○ 메커니즘

 

 

○ 이때 발생한 오존은 대기 오염 물질로 분류됨

 

Q2. 성층권에 존재하는 오존층의 오존양을 표현하는 단위에 대하여 기술하시오.

 

A2. 

dobson unit은 오존 연구에서 사용되는 가장 기초적인 척도이다.

1 dobson unit (DU)은 STP에서 0.01 mm의 두께를 가지는 오존층을 의미한다.

일반적으로 300-500 DU 정도로 관찰된다.

 

Q3. CFC113의 구조식을 나타내고 CFCs에 의한 오존층 파괴 기작을 화학반응으로 설명하시오.

 

A3. 

CFC는 chlorofluorocarbon이라는 의미이다.

CFC는 CFC113이 대표적이며 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane을 지칭한다.

 

 

CFCs는 예전에 냉장고에서 냉매로 사용됐으나 오존층 파괴의 주범으로 지목되면서 사용이 금지된 바 있다.

라디칼 반응에 의해 오존층이 파괴된다.^]

 

출처 : 이미지 클릭

 Figure. 1. 라디칼 반응에 의한 오존층 파괴 반응

 

개시반응 : 

 

C₂F₃Cl₃ → C₂F₃Cl₂· + Cl·

 

연쇄반응 : 

 

Cl· + O₃ → ClO· + O₂

ClO· + O → Cl· + O₂

 

종결반응 : 

Cl· + Cl· → Cl₂

C₂F₃Cl₂· + Cl· → C₂F₃Cl₃

C₂F₃Cl₂· + C₂F₃Cl₂· → C₂F₃Cl₂-C₂F₃Cl₂ 

 

입력: 2019.04.04 11:15