ઓક્સિજનનું રસાયણશાસ્ત્ર (O) - પ્રેક્ટિસ પ્રશ્નો

બહુવિકલ્પી પ્રશ્નો (MCQs)

પ્રશ્ન 1

ઓક્સિજન અને ઓઝોન વિશે નીચેનામાંથી કયું વિધાન ખોટું છે?

A. ઓઝોન ડાયામેગ્નેટિક છે, જ્યારે ઓક્સિજન પેરામેગ્નેટિક છે. B. ઓઝોનમાં O-O બોન્ડ લંબાઈ ઓક્સિજન અણુ કરતાં ઓછી હોય છે. C. ઓઝોન ઓક્સિજન કરતાં વધુ શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે. D. મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડની હાજરીમાં પોટેશિયમ ક્લોરેટને ગરમ કરીને ઓક્સિજન મેળવી શકાય છે.

ઉકેલ:

સાચો જવાબ B છે.

સ્પષ્ટતા:

• A. ઓઝોન ડાયામેગ્નેટિક છે, જ્યારે ઓક્સિજન પેરામેગ્નેટિક છે.
  • ઓક્સિજન (O₂) તેના π* એન્ટિબોન્ડિંગ મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સમાં બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે, જે તેને પેરામેગ્નેટિક બનાવે છે.
  • ઓઝોન (O₃) માં કોઈ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન નથી, જે તેને ડાયામેગ્નેટિક બનાવે છે. આ વિધાન સાચું છે.
• B. ઓઝોનમાં O-O બોન્ડ લંબાઈ ઓક્સિજન અણુ કરતાં ઓછી હોય છે.
  • ઓક્સિજન (O₂) માં, O=O બોન્ડ ડબલ બોન્ડ છે, જેની બોન્ડ લંબાઈ આશરે 121 pm છે.
  • ઓઝોન (O₃) માં, રેઝોનન્સ હોય છે, જે ડીલોકલાઇઝ્ડ બોન્ડિંગ તરફ દોરી જાય છે, અને O-O બોન્ડ લંબાઈ આશરે 128 pm છે. આ બોન્ડ લંબાઈ સિંગલ બોન્ડ અને ડબલ બોન્ડની વચ્ચેની હોય છે, પરંતુ તે O₂ માંના O=O ડબલ બોન્ડ કરતાં વધુ હોય છે. તેથી, આ વિધાન ખોટું છે.
• C. ઓઝોન ઓક્સિજન કરતાં વધુ શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
  • ઓઝોન સરળતાથી વિઘટિત થઈને ડાયઓક્સિજન અને નવજાત ઓક્સિજન ($O_3 \rightarrow O_2 + [O]$) બનાવે છે, જે ખૂબ જ પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. ઓક્સિજન પ્રમાણમાં નબળો ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. આ વિધાન સાચું છે.
• D. મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડની હાજરીમાં પોટેશિયમ ક્લોરેટને ગરમ કરીને ઓક્સિજન મેળવી શકાય છે.
  • આ ઓક્સિજનની પ્રમાણભૂત પ્રયોગશાળા તૈયારી છે: $2KClO_3(s) \xrightarrow\{MnO_2, \Delta\} 2KCl(s) + 3O_2(g)$. મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ ($MnO_2$) ઉત્પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરે છે. આ વિધાન સાચું છે.

પ્રશ્ન 2

ભીના પોટેશિયમ આયોડાઇડ દ્રાવણ સાથે ઓઝોન પ્રતિક્રિયા કરીને શું ઉત્પન્ન કરે છે:

A. $KIO_3$ B. $I_2$ C. $KI_3$ D. $K_2O$

ઉકેલ:

સાચો જવાબ B છે.

સ્પષ્ટતા: ઓઝોન એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તે પાણીની હાજરીમાં આયોડાઇડ આયનો ($I^-$) ને આયોડિન ($I_2$) માં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. પ્રતિક્રિયા છે: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$ મુક્ત થયેલ આયોડિનને ઓઝોનનું જથ્થાત્મક રીતે આંકલન કરવા માટે પ્રમાણભૂત સોડિયમ થિયોસલ્ફેટ દ્રાવણ (હાઈપો) સામે ટાઇટ્રેટ કરી શકાય છે.

પ્રશ્ન 3

નીચેનામાંથી કઈ પ્રજાતિનો બોન્ડ ઓર્ડર સૌથી વધુ છે?

A. $O_2^+$ B. $O_2$ C. $O_2^-$ D. $O_2^\{2-\}$

ઉકેલ:

સાચો જવાબ A છે.

સ્પષ્ટતા: બોન્ડ ઓર્ડર નક્કી કરવા માટે, આપણે મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ થિયરી (MOT) નો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ. બોન્ડ ઓર્ડર = $\frac\{1\}\{2\}$ (બોન્ડિંગ MOs માં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા - એન્ટિબોન્ડિંગ MOs માં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા)

• $O_2$: કુલ ઇલેક્ટ્રોન = 16 ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ બોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_b$) = 10 ($\sigma_\{2s\}$ માંથી 2, $\sigma_\{2p_z\}$ માંથી 2, $\pi_\{2p_x\}$, $\pi_\{2p_y\}$ માંથી 4) એન્ટિબોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_a$) = 6 ($\sigma_\{2s\}^*$ માંથી 2, $\pi_\{2p_x\}^*$ માંથી 2, $\pi_\{2p_y\}^*$ માંથી 2) બોન્ડ ઓર્ડર = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 6) = 2$

• $O_2^+$: કુલ ઇલેક્ટ્રોન = 15 (O₂ માંથી એક ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવામાં આવ્યો છે, સામાન્ય રીતે સૌથી વધુ ઊર્જા ધરાવતા એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલમાંથી) ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\}$ બોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_b$) = 10 એન્ટિબોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_a$) = 5 બોન્ડ ઓર્ડર = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 5) = 2.5$

• $O_2^-$: કુલ ઇલેક્ટ્રોન = 17 (O₂ માં એક ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરવામાં આવ્યો છે, સૌથી વધુ ઊર્જા ધરાવતા એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલમાં) ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ બોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_b$) = 10 એન્ટિબોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_a$) = 7 બોન્ડ ઓર્ડર = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 7) = 1.5$

• $O_2^\{2-\}$: કુલ ઇલેક્ટ્રોન = 18 (O₂ માં બે ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરવામાં આવ્યા છે, સૌથી વધુ ઊર્જા ધરાવતા એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલ્સને ભરીને) ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*2\}$ બોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_b$) = 10 એન્ટિબોન્ડિંગ ઇલેક્ટ્રોન ($N_a$) = 8 બોન્ડ ઓર્ડર = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 8) = 1$

બોન્ડ ઓર્ડરની સરખામણી કરતા: $O_2^+$ (2.5) > $O_2$ (2) > $O_2^-$ (1.5) > $O_2^\{2-\}$ (1). તેથી, $O_2^+$ નો બોન્ડ ઓર્ડર સૌથી વધુ છે.

વિધાન-કારણ પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1

વિધાન (A): ઓઝોન એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે. કારણ (R): ઓઝોન સરળતાથી વિઘટિત થઈને ડાયઓક્સિજન અને નવજાત ઓક્સિજન બનાવે છે.

A. A અને R બંને સાચા છે, અને R એ A ની સાચી સમજૂતી છે. B. A અને R બંને સાચા છે, પરંતુ R એ A ની સાચી સમજૂતી નથી. C. A સાચું છે, પરંતુ R ખોટું છે. D. A ખોટું છે, પરંતુ R સાચું છે. E. A અને R બંને ખોટા છે.

ઉકેલ:

સાચો જવાબ A છે.

સ્પષ્ટતા:

• વિધાન (A) સાચું છે. ઓઝોન ખરેખર એક ખૂબ જ પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, જે ઓક્સિજન કરતાં વધુ મજબૂત છે.
• કારણ (R) પણ સાચું છે. ઓઝોન સરળતાથી વિઘટિત થાય છે, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને અથવા અમુક ઉત્પ્રેરકોની હાજરીમાં, ડાયઓક્સિજન ($O_2$) ના અણુ અને નવજાત ઓક્સિજનના પરમાણુ ($[O]$) માં: $O_3(g) \rightarrow O_2(g) + [O]$
• નવજાત ઓક્સિજન અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે અને તે ઓઝોનની મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિ માટે જવાબદાર છે. તે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે અથવા અન્ય પદાર્થોમાંથી પરમાણુઓને દૂર કરે છે, જેનાથી તેમને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. આમ, કારણ યોગ્ય રીતે સમજાવે છે કે શા માટે ઓઝોન એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.

પ્રશ્ન 2

વિધાન (A): ડાયઓક્સિજન એક વાયુ છે જ્યારે સલ્ફર ઓરડાના તાપમાને ઘન છે. કારણ (R): ઓક્સિજન pπ-pπ મલ્ટિપલ બોન્ડ બનાવે છે, જ્યારે સલ્ફર S-S સિંગલ બોન્ડ બનાવવાનું પસંદ કરે છે.

A. A અને R બંને સાચા છે, અને R એ A ની સાચી સમજૂતી છે. B. A અને R બંને સાચા છે, પરંતુ R એ A ની સાચી સમજૂતી નથી. C. A સાચું છે, પરંતુ R ખોટું છે. D. A ખોટું છે, પરંતુ R સાચું છે. E. A અને R બંને ખોટા છે.

ઉકેલ:

સાચો જવાબ A છે.

સ્પષ્ટતા:

• વિધાન (A) સાચું છે. ડાયઓક્સિજન ($O_2$) ઓરડાના તાપમાને દ્વિપરમાણ્વીય વાયુ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જ્યારે સલ્ફર સામાન્ય રીતે ઓરડાના તાપમાને ઘન સ્વરૂપમાં ($S_8$ પકર્ડ રિંગ્સ તરીકે, દા.ત. રોમ્બિક અથવા મોનોક્લિનિક સલ્ફર) અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
• કારણ (R) પણ સાચું છે અને વિધાન (A) માટે યોગ્ય સમજૂતી છે.
  • ઓક્સિજન નાનો પરમાણુ કદ અને ઉચ્ચ વિદ્યુતઋણતા ધરાવે છે. આ ગુણધર્મો તેના p-ઓર્બિટલ્સના અસરકારક લેટરલ ઓવરલેપને મજબૂત pπ-pπ મલ્ટિપલ બોન્ડ બનાવવા માટે અનુકૂળ છે. આમ, ઓક્સિજન ડબલ બોન્ડ સાથે અલગ $O_2$ અણુઓ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ $O_2$ અણુઓ નબળા વાન ડેર વાલ્સ બળો દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે, જેના પરિણામે નીચું ઉત્કલનબિંદુ અને વાયુ અવસ્થા મળે છે.
  • સલ્ફર, મોટો હોવાથી, ઓછા અસરકારક ઓર્બિટલ ઓવરલેપને કારણે pπ-pπ બોન્ડ બનાવવાની ઓછી વૃત્તિ ધરાવે છે. તેના બદલે, સલ્ફર મજબૂત S-S સિંગલ બોન્ડ બનાવવાનું પસંદ કરે છે. આ સિંગલ બોન્ડ સલ્ફર પરમાણુઓને એકસાથે જોડાઈને મોટા પોલિમરીક સ્ટ્રક્ચર્સ, જેમ કે $S_8$ રિંગ્સ અથવા લાંબી શૃંખલાઓ બનાવવા દે છે. આ મોટા અણુઓમાં મજબૂત સહસંયોજક S-S બોન્ડ, અને $O_2$ ની સરખામણીમાં તેમની વચ્ચેના મજબૂત આંતર-આણ્વીય બળો, સલ્ફરને ઓરડાના તાપમાને ઘન સ્વરૂપમાં રહેવા માટે દોરી જાય છે.

ટૂંકા જવાબના પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1

ઓઝોનનું જથ્થાત્મક રીતે આંકલન કેવી રીતે થાય છે? તેમાં સામેલ રાસાયણિક સિદ્ધાંત સમજાવો.

આદર્શ જવાબ:

ઓઝોનનું જથ્થાત્મક આંકલન પોટેશિયમ આયોડાઇડ (KI) ના તટસ્થ દ્રાવણમાંથી ઓઝોનયુક્ત ઓક્સિજનના જાણીતા કદને પસાર કરીને કરવામાં આવે છે.

રાસાયણિક સિદ્ધાંત અને પ્રતિક્રિયા: ઓઝોન એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે અને પાણીની હાજરીમાં (અથવા તટસ્થ/એસિડિક માધ્યમમાં) આયોડાઇડ આયનો ($I^-$) ને આયોડિન ($I_2$) માં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં ઓક્સિજન વાયુ પણ બને છે. પ્રતિક્રિયા છે: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$

મુક્ત થયેલ આયોડિન ($I_2$) ને પછી સ્ટાર્ચને સૂચક તરીકે ઉપયોગ કરીને સોડિયમ થિયોસલ્ફેટ ($Na_2S_2O_3$) ના પ્રમાણભૂત દ્રાવણ (“હાઈપો” દ્રાવણ તરીકે જાણીતું) સામે ટાઇટ્રેટ કરવામાં આવે છે. સ્ટાર્ચ આયોડિન સાથે વાદળી સંકુલ બનાવે છે, જે અંતિમબિંદુ પર અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

ટાઇટ્રેશન પ્રતિક્રિયા છે: $I_2(s) + 2Na_2S_2O_3(aq) \rightarrow Na_2S_4O_6(aq) + 2NaI(aq)$ (ટેટ્રાથિયોનેટ)

પ્રતિક્રિયાઓની સ્ટોઇકિયોમેટ્રી અને વપરાયેલ સોડિયમ થિયોસલ્ફેટના કદ પરથી, મુક્ત થયેલ આયોડિનની માત્રાની ગણતરી કરી શકાય છે, જે બદલામાં ઓઝોનના જથ્થાત્મક આંકલન માટે પરવાનગી આપે છે. આ પદ્ધતિને આયોડોમેટ્રિક ટાઇટ્રેશન કહેવાય છે.

પ્રશ્ન 2

સમજાવો કે શા માટે ડાયઓક્સિજન ($O_2$) ઇલેક્ટ્રોનની યુગ્મ સંખ્યા હોવા છતાં પેરામેગ્નેટિક છે.

આદર્શ જવાબ:

ડાયઓક્સિજન ($O_2$) પેરામેગ્નેટિક છે કારણ કે તેની મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ ગોઠવણીમાં અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, જેમ કે મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ થિયરી (MOT) દ્વારા આગાહી કરવામાં આવે છે.

1. કુલ ઇલેક્ટ્રોન: ઓક્સિજન પરમાણુમાં 8 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, તેથી ડાયઓક્સિજન અણુ ($O_2$) માં કુલ 16 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
2. વેલેન્સ બોન્ડ થિયરી દ્વારા અપેક્ષિત વર્તન: સરળ વેલેન્સ બોન્ડ થિયરી (VBT) અનુસાર, $O_2$ ને ડબલ બોન્ડ ($O=O$) સાથે રજૂ કરવામાં આવશે, જેનો અર્થ છે કે બધા ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મિત છે. આ ડાયામેગ્નેટિઝમની આગાહી કરશે. જોકે, પ્રાયોગિક પુરાવા દર્શાવે છે કે $O_2$ પેરામેગ્નેટિક છે.
3. મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ થિયરી (MOT) સમજૂતી:
   • MOT એટોમિક ઓર્બિટલ્સ (AOs) ના સંયોજન દ્વારા મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સ (MOs) ની રચનાનું વર્ણન કરે છે.
   • MOT અનુસાર $O_2$ ની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી છે: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$
   • આ ગોઠવણીમાં, ડિજનરેટ $\pi_\{2p_x\}^*$ અને $\pi_\{2p_y\}^*$ એન્ટિબોન્ડિંગ મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સમાં પ્રવેશતા બે ઇલેક્ટ્રોન હન્ડના મહત્તમ બહુગુણતાના નિયમ અનુસાર સમાંતર સ્પિન સાથે વ્યક્તિગત રીતે આ ઓર્બિટલ્સને ભરે છે.
   • $\pi^*$ એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલ્સમાં આ બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન ડાયઓક્સિજનના પેરામેગ્નેટિક સ્વભાવ માટે જવાબદાર છે.
4. નિષ્કર્ષ: બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી $O_2$ અણુને બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રત્યે આકર્ષિત કરે છે, આમ તેની પેરામેગ્નેટિક મિલકતની પુષ્ટિ કરે છે.

ઉચ્ચ-સ્તરની વિચારસરણી કુશળતા (HOTS) પ્રશ્ન

સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન્સ (CFCs) દ્વારા ઓઝોન સ્તરના અવક્ષયની પદ્ધતિ સમજાવો, જેમાં પ્રક્રિયાના ઉત્પ્રેરક સ્વભાવને પ્રકાશિત કરો.

વિગતવાર રાસાયણિક સમજૂતી:

ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન્સ (CFCs) દ્વારા ઓઝોન સ્તરનો અવક્ષય એક ગંભીર પર્યાવરણીય મુદ્દો છે. CFCs અત્યંત સ્થિર સંયોજનો છે જે વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે ત્યારે ઘણા દાયકાઓ સુધી ટકી શકે છે, અને અંતે સ્ટ્રેટોસ્ફિયર સુધી પહોંચે છે જ્યાં તેઓ ઓઝોન સ્તર પર વિનાશ વેરવે છે. આ પ્રક્રિયા રેડિકલ પ્રજાતિઓ, મુખ્યત્વે ક્લોરિન પરમાણુઓ, ને સંડોવતો એક સાંકળ પ્રતિક્રિયા છે અને તે ઉત્પ્રેરક સ્વભાવની છે.

1. CFCs નું ફોટોલાઇટિક વિઘટન: નીચલા વાતાવરણ (ટ્રોપોસ્ફિયર) માં, CFCs (દા.ત., $CCl_2F_2$, $CCl_3F$) નિષ્ક્રિય હોય છે. જોકે, જ્યારે તેઓ સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ફેલાય છે, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા અલ્ટ્રાવાયોલેટ (UV) કિરણોત્સર્ગ (ખાસ કરીને UV-C, $\lambda < 240 nm$) ના સંપર્કમાં આવે છે. આ UV કિરણોત્સર્ગ CFC અણુઓમાં સૌથી નબળા કાર્બન-ક્લોરિન બોન્ડને તોડવા માટે પૂરતી ઊર્જા પૂરી પાડે છે, જેનાથી C-Cl બોન્ડનું હોમોલાઇટિક ક્લીવેજ થાય છે અને અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ ક્લોરિન મુક્ત રેડિકલ ($Cl \cdot$) ઉત્પન્ન થાય છે. ઉદાહરણ: $CCl_2F_2(g) \xrightarrow\{UV light\} \cdot Cl(g) + \cdot CClF_2(g)$

2. ક્લોરિન રેડિકલ દ્વારા ઓઝોનનો વિનાશ (ઉત્પ્રેરક ચક્ર): મુક્ત થયેલા ક્લોરિન રેડિકલ ઓઝોન ($O_3$) પ્રત્યે અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે. તેઓ એક ઉત્પ્રેરક ચક્ર શરૂ કરે છે જે ઓઝોન અણુઓને અસરકારક રીતે નષ્ટ કરે છે.

   • પગલું 1: ઓઝોન ક્લોરિન રેડિકલ સાથે પ્રતિક્રિયા એક ક્લોરિન રેડિકલ ઓઝોન અણુ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને, એક ઓક્સિજન પરમાણુને અલગ પાડીને ક્લોરિન મોનોક્સાઇડ રેડિકલ ($ClO \cdot$) અને ડાયઓક્સિજનનો અણુ ($O_2$) બનાવે છે. $\cdot Cl(g) + O_3(g) \rightarrow ClO \cdot (g) + O_2(g)$
   • પગલું 2: ક્લોરિન રેડિકલનું પુનર્જનન ક્લોરિન મોનોક્સાઇડ રેડિકલ પછી પરમાણુ ઓક્સિજન ($O \cdot$) સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે (જે $O_2$ ના UV પ્રકાશ દ્વારા ફોટોલિસિસને કારણે સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં કુદરતી રીતે હાજર હોય છે: $O_2 \xrightarrow\{UV\} O \cdot + O \cdot$). આ પ્રતિક્રિયા ક્લોરિન રેડિકલનું પુનર્જનન કરે છે અને ડાયઓક્સિજનનો બીજો અણુ ઉત્પન્ન કરે છે. $ClO \cdot (g) + O \cdot (g) \rightarrow \cdot Cl(g) + O_2(g)$

3. એકંદર પ્રતિક્રિયા અને ઉત્પ્રેરક સ્વભાવ: બે પગલાં ઉમેરતા, ઓઝોન વિનાશ ચક્ર માટેની ચોખ્ખી પ્રતિક્રિયા છે: $O_3(g) + O \cdot (g) \rightarrow 2O_2(g)$ નોંધ લો કે પ્રથમ પગલામાં વપરાયેલ ક્લોરિન રેડિકલ ($\cdot Cl$) બીજા પગલામાં પુનર્જનિત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે એક જ ક્લોરિન રેડિકલ અન્ય સમાપ્તિ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા (દા.ત., HCl અથવા $ClONO_2$ બનાવીને) સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાંથી અંતે દૂર થાય તે પહેલાં હજારો ઓઝોન અણુઓનો નાશ કરવામાં ભાગ લઈ શકે છે. આ પ્રક્રિયાને અત્યંત ઉત્પ્રેરક અને સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક ઓઝોનના અવક્ષયમાં અત્યંત કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

4. વિવિધ ઉત્પ્રેરકતાની ભૂમિકા (ધ્રુવીય સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક વાદળો - PSCs): ઉપર વર્ણવેલ વાયુ-તબક્કાની પ્રતિક્રિયાઓ નોંધપાત્ર હોવા છતાં, ધ્રુવીય સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક વાદળો (PSCs) ની રચનાને કારણે ધ્રુવીય શિયાળા દરમિયાન અવક્ષય નાટકીય રીતે વધે છે.

   • ધ્રુવીય પ્રદેશોમાં ખૂબ નીચા તાપમાને (-78°C થી નીચે), નાઈટ્રિક એસિડ અને પાણી PSCs બનાવવા માટે ઘનીભૂત થાય છે.
   • આ બરફના સ્ફટિક સપાટીઓ વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સ્થાનો પૂરા પાડે છે જે પ્રમાણમાં સ્થિર ક્લોરિન જળાશય સંયોજનો, જેમ કે ક્લોરિન નાઈટ્રેટ ($ClONO_2$) અને હાઈડ્રોજન ક્લોરાઈડ ($HCl$) ને $Cl_2$ અને $HOCl$ જેવી વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓમાં રૂપાંતરિત કરે છે. $ClONO_2(g) + HCl(g) \xrightarrow\{PSC surface\} Cl_2(g) + HNO_3(s)$ $ClONO_2(g) + H_2O(g) \xrightarrow\{PSC surface\} HOCl(g) + HNO_3(s)$
   • જ્યારે ધ્રુવીય વસંતમાં સૂર્યપ્રકાશ પાછો ફરે છે, ત્યારે આ $Cl_2$ અને $HOCl$ અણુઓ સક્રિય ક્લોરિન રેડિકલ ($\cdot Cl$) નો મોટો વિસ્ફોટ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઝડપથી ફોટોલાઇઝ્ડ થાય છે, જેનાથી મોટા પાયે ઓઝોનનો અવક્ષય થાય છે, જેને સામાન્ય રીતે “ઓઝોન છિદ્ર” તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. $Cl_2(g) \xrightarrow\{UV light\} 2 \cdot Cl(g)$ $HOCl(g) \xrightarrow\{UV light\} \cdot OH(g) + \cdot Cl(g)$

સારાંશમાં, CFCs ફોટોલિસિસ પર સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ક્લોરિન રેડિકલ મુક્ત કરે છે. આ રેડિકલ પછી ઉત્પ્રેરક રીતે ઓઝોનનો નાશ કરે છે, જેમાં ધ્રુવીય સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક વાદળો પરની વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા આ પ્રક્રિયા નોંધપાત્ર રીતે વકરી જાય છે.