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2021-05-01一窺臭氧洞形成的光化學原理與其爭議
617 期
Author 作者
林志民／中央研究院原子與分子科學研究所研究員，臺灣大學化學系合聘教授。
臭氧（O3）之所以叫臭氧，想當然源自於它聞起來臭。而筆者實際的經驗是，低濃度臭氧的味道其實不算太糟，有些人會描述成「青草的味道」，甚至「雷陣雨時，那個香香的味道」。不過，有一次我用搧嗅法聞臭氧時，手不小心碰到了百分量級（約5％）的高濃度臭氧，結果手上的味道非常臭，且持續了一整天， 洗也洗不掉！ 後來才想到，由於臭氧氣體在數秒後就會消散，此臭味應該是來自於「臭氧與皮膚反應」後的產物，那次的搧嗅是個錯誤示範。
比起氧氣，臭氧的氧化力強得多。例如，橡膠如果暴露在百分之五濃度的臭氧下，數小時就壞了；臭氧的水溶液，可輕易讓不銹鋼生鏽。但比起一些活潑的自由基像是氫氧基（OH，只能存活不到數秒鐘），臭氧的活性又弱很多。根據筆者先前的經驗，臭氧可以在乾淨的玻璃瓶內存活數百秒以上，而在零下80℃ 的不銹鋼瓶內，則可存放數天。由於濃度在次ppm（sub-ppm）量級的臭氧會對生物有害，在使用臭氧消毒或分解異味時，人員與寵物等應迴避。
臭氧分子的基礎光化學
圖一是氧氣（O2）分子與臭氧分子的紫外線吸收截面積，單位是cm2 molecule-1，意即「一個分子因吸收光子，而能遮擋光線的有效截面積」，代表分子的吸收強度。圖一顯示，臭氧分子對紫外線的吸收在波長約250奈米（nm）左右達到最大值，此時一個臭氧分子能遮擋光線的有效截面積達1.1×10-17 cm2；對於一般小分子而言，這是很強的吸收能力。
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圖一：氧氣分子與臭氧分子的紫外線吸收截面積。臭氧分子在波長310奈米以下開始顯著吸收紫外線，在約250奈米左右達到最大值。（作者提供）
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