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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。

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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