ఆక్సిజన్ (O) రసాయనశాస్త్రం - సాధనా ప్రశ్నలు

బహుళైచ్ఛిక ప్రశ్నలు (MCQs)

ప్రశ్న 1

ఆక్సిజన్ మరియు ఓజోన్ గురించి కింది ప్రకటనలలో ఏది తప్పు?

A. ఓజోన్ డయామాగ్నెటిక్, అయితే ఆక్సిజన్ పారామాగ్నెటిక్. B. ఓజోన్ అణువులో O-O బంధ దూరం ఆక్సిజన్ అణువులో ఉన్న దానికంటే తక్కువగా ఉంటుంది. C. ఆక్సిజన్ కంటే ఓజోన్ మరింత శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది. D. పొటాషియం క్లోరేట్‌ను మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ సమక్షంలో వేడి చేయడం ద్వారా ఆక్సిజన్‌ను పొందవచ్చు.

పరిష్కారం:

సరైన సమాధానం B.

వివరణ:

• A. ఓజోన్ డయామాగ్నెటిక్, అయితే ఆక్సిజన్ పారామాగ్నెటిక్.
  • ఆక్సిజన్ (O₂) దాని $\pi^*$ యాంటీబాండింగ్ మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్స్‌లో రెండు జతచేయని ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది, ఇది పారామాగ్నెటిక్‌గా చేస్తుంది.
  • ఓజోన్ (O₃)కు జతచేయని ఎలక్ట్రాన్‌లు లేవు, ఇది డయామాగ్నెటిక్‌గా చేస్తుంది. ఈ ప్రకటన సరైనది.
• B. ఓజోన్ అణువులో O-O బంధ దూరం ఆక్సిజన్ అణువులో ఉన్న దానికంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
  • ఆక్సిజన్‌లో (O₂), O=O బంధం ద్విబంధం, దీని బంధ దూరం సుమారు 121 pm.
  • ఓజోన్‌లో (O₃), రెసొనెన్స్ ఉంటుంది, ఇది డీలోకలైజ్డ్ బాండింగ్‌కు దారితీస్తుంది మరియు O-O బంధ దూరం సుమారు 128 pm. ఈ బంధ దూరం ఏకబంధం మరియు ద్విబంధం మధ్య ఉంటుంది, కానీ ఇది O₂లోని O=O ద్విబంధం కంటే ఎక్కువ. కాబట్టి, ఈ ప్రకటన తప్పు.
• C. ఆక్సిజన్ కంటే ఓజోన్ మరింత శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.
  • ఓజోన్ డయాక్సిజన్ మరియు నవజాత ఆక్సిజన్‌ను ఏర్పరచడానికి సులభంగా వియోగం చెందుతుంది ($O_3 \rightarrow O_2 + [O]$), ఇది చాలా బలమైన ఆక్సీకరణ కారకం. ఆక్సిజన్ సాపేక్షంగా బలహీనమైన ఆక్సీకరణ కారకం. ఈ ప్రకటన సరైనది.
• D. పొటాషియం క్లోరేట్‌ను మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ సమక్షంలో వేడి చేయడం ద్వారా ఆక్సిజన్‌ను పొందవచ్చు.
  • ఇది ఆక్సిజన్ యొక్క ప్రామాణిక ప్రయోగశాల తయారీ: $2KClO_3(s) \xrightarrow\{MnO_2, \Delta\} 2KCl(s) + 3O_2(g)$. మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ ($MnO_2$) ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది. ఈ ప్రకటన సరైనది.

ప్రశ్న 2

ఓజోన్ తేమతో కూడిన పొటాషియం అయోడైడ్ ద్రావణంతో చర్య జరిపి కింది వాటిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది:

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

పరిష్కారం:

సరైన సమాధానం B.

వివరణ: ఓజోన్ శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకం. ఇది నీటి సమక్షంలో అయోడైడ్ అయాన్‌లను ($I^-$) అయోడిన్ ($I_2$)గా ఆక్సీకరణం చేస్తుంది. చర్య ఇలా ఉంటుంది: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$ విడుదలైన అయోడిన్‌ను ప్రామాణిక సోడియం థయోసల్ఫేట్ ద్రావణం (హైపో)కు వ్యతిరేకంగా టైట్రేట్ చేయడం ద్వారా ఓజోన్‌ను పరిమాణాత్మకంగా అంచనా వేయవచ్చు.

ప్రశ్న 3

కింది వాటిలో ఏ జాతికి అత్యధిక బంధ క్రమం ఉంటుంది?

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

పరిష్కారం:

సరైన సమాధానం A.

వివరణ: బంధ క్రమాన్ని నిర్ధారించడానికి, మనం మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్ థియరీ (MOT)ని ఉపయోగించవచ్చు. బంధ క్రమం = $\frac\{1\}\{2\}$ (బంధన MOలలో ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య - యాంటీబాండింగ్ MOలలో ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య)

• $O_2$: మొత్తం ఎలక్ట్రాన్‌లు = 16 ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ బంధన ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_b$) = 10 ($\sigma_\{2s\}$ నుండి 2, $\sigma_\{2p_z\}$ నుండి 2, $\pi_\{2p_x\}$, $\pi_\{2p_y\}$ నుండి 4) యాంటీబాండింగ్ ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_a$) = 6 ($\sigma_\{2s\}^*$ నుండి 2, $\pi_\{2p_x\}^*$ నుండి 2, $\pi_\{2p_y\}^*$ నుండి 2) బంధ క్రమం = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 6) = 2$

• $O_2^+$: మొత్తం ఎలక్ట్రాన్‌లు = 15 ($O_2$ నుండి ఒక ఎలక్ట్రాన్ తీసివేయబడింది, సాధారణంగా అత్యధిక శక్తి యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటాల్ నుండి) ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\}$ బంధన ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_b$) = 10 యాంటీబాండింగ్ ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_a$) = 5 బంధ క్రమం = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 5) = 2.5$

• $O_2^-$: మొత్తం ఎలక్ట్రాన్‌లు = 17 ($O_2$కు ఒక ఎలక్ట్రాన్ జోడించబడింది, అత్యధిక శక్తి యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటాల్‌కు) ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ బంధన ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_b$) = 10 యాంటీబాండింగ్ ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_a$) = 7 బంధ క్రమం = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 7) = 1.5$

• $O_2^\{2-\}$: మొత్తం ఎలక్ట్రాన్‌లు = 18 ($O_2$కు రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు జోడించబడ్డాయి, అత్యధిక శక్తి యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటాల్‌లను నింపుతూ) ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*2\}$ బంధన ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_b$) = 10 యాంటీబాండింగ్ ఎలక్ట్రాన్‌లు ($N_a$) = 8 బంధ క్రమం = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 8) = 1$

బంధ క్రమాలను పోల్చితే: $O_2^+$ (2.5) > $O_2$ (2) > $O_2^-$ (1.5) > $O_2^\{2-\}$ (1). కాబట్టి, $O_2^+$కి అత్యధిక బంధ క్రమం ఉంది.

అసర్షన్-రీజన్ ప్రశ్నలు

ప్రశ్న 1

అసర్షన్ (A): ఓజోన్ శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది. కారణం (R): ఓజోన్ సులభంగా వియోగం చెంది డయాక్సిజన్ మరియు నవజాత ఆక్సిజన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.

A. A మరియు R రెండూ సరైనవి, మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ. B. A మరియు R రెండూ సరైనవి, కానీ R అనేది Aకి సరైన వివరణ కాదు. C. A సరైనది, కానీ R తప్పు. D. A తప్పు, కానీ R సరైనది. E. A మరియు R రెండూ తప్పు.

పరిష్కారం:

సరైన సమాధానం A.

వివరణ:

• అసర్షన్ (A) సరైనది. ఓజోన్ నిజంగానే ఆక్సిజన్ కంటే బలమైన ఆక్సీకరణ కారకం.
• కారణం (R) కూడా సరైనది. ఓజోన్, ముఖ్యంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లేదా కొన్ని ఉత్ప్రేరకాల సమక్షంలో, డయాక్సిజన్ ($O_2$) అణువు మరియు నవజాత ఆక్సిజన్ ($[O]$) పరమాణువుగా సులభంగా వియోగం చెందుతుంది: $O_3(g) \rightarrow O_2(g) + [O]$
• నవజాత ఆక్సిజన్ అత్యంత క్రియాశీలమైనది మరియు ఓజోన్ యొక్క బలమైన ఆక్సీకరణ శక్తికి కారణం. ఇది సులభంగా ఎలక్ట్రాన్‌లను అంగీకరిస్తుంది లేదా ఇతర పదార్థాల నుండి పరమాణువులను గ్రహిస్తుంది, తద్వారా వాటిని ఆక్సీకరణం చేస్తుంది. అందువల్ల, ఓజోన్ ఎందుకు శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుందో ఈ కారణం సరిగ్గా వివరిస్తుంది.

ప్రశ్న 2

అసర్షన్ (A): డయాక్సిజన్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాయువు, అయితే సల్ఫర్ ఘన స్థితిలో ఉంటుంది. కారణం (R): ఆక్సిజన్ pπ-pπ బహుళ బంధాలను ఏర్పరుస్తుంది, అయితే సల్ఫర్ S-S ఏక బంధాలను ఏర్పరచడానికి ఇష్టపడుతుంది.

A. A మరియు R రెండూ సరైనవి, మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ. B. A మరియు R రెండూ సరైనవి, కానీ R అనేది Aకి సరైన వివరణ కాదు. C. A సరైనది, కానీ R తప్పు. D. A తప్పు, కానీ R సరైనది. E. A మరియు R రెండూ తప్పు.

పరిష్కారం:

సరైన సమాధానం A.

వివరణ:

• అసర్షన్ (A) సరైనది. డయాక్సిజన్ ($O_2$) గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్విపరమాణు వాయువుగా ఉంటుంది, అయితే సల్ఫర్ సాధారణంగా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఘన రూపంలో $S_8$ పక్కరడ్ రింగులుగా (ఉదాహరణకు, రాంబిక్ లేదా మోనోక్లినిక్ సల్ఫర్) ఉంటుంది.
• కారణం (R) కూడా సరైనది మరియు అసర్షన్ (A)కి సరైన వివరణ.
  • ఆక్సిజన్ చిన్న పరమాణు పరిమాణం మరియు అధిక రుణ విద్యుదాత్మకతను కలిగి ఉంటుంది. ఈ ధర్మాలు p-ఆర్బిటాల్‌ల సమర్థవంతమైన పార్శ్వ అతివ్యాప్తిని అనుకూలంగా చేస్తాయి, తద్వారా బలమైన pπ-pπ బహుళ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి. అందువల్ల, ఆక్సిజన్ ద్విబంధంతో వివిక్త $O_2$ అణువులుగా ఉంటుంది. ఈ $O_2$ అణువులు బలహీనమైన వాన్ డెర్ వాల్స్ బలగాల ద్వారా కలిసి ఉంటాయి, దీని ఫలితంగా తక్కువ మరిగే స్థానం మరియు వాయు స్థితి ఏర్పడతాయి.
  • సల్ఫర్, పెద్దదిగా ఉండటం వల్ల, తక్కువ సమర్థవంతమైన ఆర్బిటాల్ అతివ్యాప్తి కారణంగా pπ-pπ బంధాలను ఏర్పరచే ప్రవృత్తిని తగ్గిస్తుంది. బదులుగా, సల్ఫర్ బలమైన S-S ఏక బంధాలను ఏర్పరచడానికి ఇష్టపడుతుంది. ఈ ఏక బంధాలు సల్ఫర్ పరమాణువులను కలిపి పెద్ద పాలిమెరిక్ నిర్మాణాలను, $S_8$ రింగులు లేదా పొడవైన గొలుసుల వంటివి, ఏర్పరచడానికి అనుమతిస్తాయి. ఈ పెద్ద అణువులలోని బలమైన సమయోజనీయ S-S బంధాలు మరియు $O_2$తో పోలిస్తే వాటి మధ్య బలమైన అంతరాణు బలగాల వల్ల సల్ఫర్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఘనంగా ఉంటుంది.

సంక్షిప్త సమాధాన ప్రశ్నలు

ప్రశ్న 1

ఓజోన్‌ను పరిమాణాత్మకంగా ఎలా అంచనా వేస్తారు? ఇందులో ఇమిడి ఉన్న రసాయన సూత్రాన్ని వివరించండి.

నమూనా సమాధానం:

ఓజోన్‌ను పరిమాణాత్మకంగా అంచనా వేయడానికి, ఓజోనైజ్డ్ ఆక్సిజన్‌ను తెలిసిన పరిమాణంలో పొటాషియం అయోడైడ్ (KI) యొక్క తటస్థ ద్రావణం గుండా పంపుతారు.

రసాయన సూత్రం మరియు చర్య: ఓజోన్ శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది మరియు నీటి సమక్షంలో (లేదా తటస్థ/ఆమ్ల మాధ్యమంలో) అయోడైడ్ అయాన్‌లను ($I^-$) అయోడిన్ ($I_2$)గా ఆక్సీకరణం చేస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో ఆక్సిజన్ వాయువు కూడా ఏర్పడుతుంది. చర్య ఇలా ఉంటుంది: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$

విడుదలైన అయోడిన్ ($I_2$)ని, స్టాండర్డ్ సోడియం థయోసల్ఫేట్ ($Na_2S_2O_3$) ద్రావణం, సాధారణంగా “హైపో” ద్రావణం అని పిలుస్తారు, దీనికి వ్యతిరేకంగా టైట్రేట్ చేస్తారు. ఇందుకు స్టార్చ్‌ను సూచికగా ఉపయోగిస్తారు. స్టార్చ్ అయోడిన్‌తో నీలి సముదాయాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది ఎండ్‌పాయింట్ వద్ద అదృశ్యమవుతుంది.

టైట్రేషన్ చర్య ఇలా ఉంటుంది: $I_2(s) + 2Na_2S_2O_3(aq) \rightarrow Na_2S_4O_6(aq) + 2NaI(aq)$ (టెట్రాథియోనేట్)

చర్యల స్టోయికియోమెట్రీ మరియు వినియోగించబడిన సోడియం థయోసల్ఫేట్ పరిమాణం నుండి, విడుదలైన అయోడిన్ పరిమాణాన్ని లెక్కించవచ్చు, ఇది ఓజోన్ యొక్క పరిమాణాత్మక అంచనాకు దారితీస్తుంది. ఈ పద్ధతిని అయోడోమెట్రిక్ టైట్రేషన్ అంటారు.

ప్రశ్న 2

డయాక్సిజన్ ($O_2$) సరి సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, అది పారామాగ్నెటిక్ ఎందుకు అని వివరించండి.

నమూనా సమాధానం:

డయాక్సిజన్ ($O_2$) పారామాగ్నెటిక్, ఎందుకంటే దాని మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్ కాన్ఫిగరేషన్ జతచేయని ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది, ఇది మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్ థియరీ (MOT) ద్వారా అంచనా వేయబడింది.

1. మొత్తం ఎలక్ట్రాన్‌లు: ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువులో 8 ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంటాయి, కాబట్టి డయాక్సిజన్ అణువు ($O_2$) మొత్తం 16 ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది.
2. వాలెన్స్ బాండ్ థియరీ ద్వారా అంచనా వేయబడిన ప్రవర్తన: సరళమైన వాలెన్స్ బాండ్ థియరీ (VBT) ప్రకారం, $O_2$ ద్విబంధం ($O=O$)తో సూచించబడుతుంది, అంటే అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు జతచేయబడతాయి. ఇది డయామాగ్నెటిజమ్‌ను అంచనా వేస్తుంది. అయితే, ప్రయోగాత్మక ఆధారాలు $O_2$ పారామాగ్నెటిక్ అని చూపిస్తున్నాయి.
3. మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్ థియరీ (MOT) వివరణ:
   • MOT పరమాణు ఆర్బిటాల్‌ల (AOs) కలయిక ద్వారా మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్‌ల (MOs) ఏర్పడటాన్ని వివరిస్తుంది.
   • MOT ప్రకారం $O_2$ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$
   • ఈ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, డిజెనరేట్ $\pi_\{2p_x\}^*$ మరియు $\pi_\{2p_y\}^*$ యాంటీబాండింగ్ మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్‌లలోకి ప్రవేశించే రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు, హండ్స్ నియమం ప్రకారం, సమాంతర స్పిన్‌లతో ఈ ఆర్బిటాల్‌లను వ్యక్తిగతంగా ఆక్రమిస్తాయి.
   • $\pi^*$ యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటాల్‌లలోని ఈ రెండు జతచేయని ఎలక్ట్రాన్‌లు డయాక్సిజన్ యొక్క పారామాగ్నెటిక్ స్వభావానికి కారణం.
4. ముగింపు: రెండు జతచేయని ఎలక్ట్రాన్‌ల ఉనికి $O_2$ అణువును బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రానికి ఆకర్షించేలా చేస్తుంది, తద్వారా దాని పారామాగ్నెటిక్ లక్షణాన్ని నిర్ధారిస్తుంది.

ఉన్నత స్థాయి ఆలోచనా నైపుణ్యాల (HOTS) ప్రశ్న

స్ట్రాటోస్పియర్‌లో క్లోరోఫ్లోరోకార్బన్‌ల (CFCలు) ద్వారా ఓజోన్ పొర క్షీణించే విధానాన్ని వివరించండి, ఈ ప్రక్రియ యొక్క ఉత్ప్రేరక స్వభావాన్ని హైలైట్ చేయండి.

వివరణాత్మక రసాయన వివరణ:

క్లోరోఫ్లోరోకార్బన్‌ల (CFCలు) ద్వారా ఓజోన్ పొర క్షీణించడం ఒక ముఖ్యమైన పర్యావరణ సమస్య. CFCలు అత్యంత స్థిరమైన సమ్మేళనాలు, ఇవి వాతావరణంలోకి విడుదలైనప్పుడు అనేక దశాబ్దాల పాటు ఉంటాయి, చివరకు స్ట్రాటోస్పియర్‌కు చేరుకుని అక్కడ ఓజోన్ పొరను నాశనం చేస్తాయి. ఈ ప్రక్రియ ప్రధానంగా క్లోరిన్ పరమాణువులతో కూడిన రాడికల్ జాతులను కలిగి ఉన్న గొలుసు చర్య, మరియు ఇది ఉత్ప్రేరక స్వభావం కలిగి ఉంటుంది.

1. CFCల ఫోటోలైటిక్ వియోగం: దిగువ వాతావరణంలో (ట్రోపోస్పియర్), CFCలు (ఉదాహరణకు, $CCl_2F_2$, $CCl_3F$) స్థిరంగా ఉంటాయి. అయితే, అవి స్ట్రాటోస్పియర్‌లోకి వ్యాపించినప్పుడు, అవి అధిక శక్తివంతమైన అతినీలలోహిత (UV) వికిరణానికి (ముఖ్యంగా UV-C, $\lambda < 240 nm$) గురవుతాయి. ఈ UV వికిరణం CFC అణువులలోని బలహీనమైన కార్బన్-క్లోరిన్ బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి తగినంత శక్తిని అందిస్తుంది, ఇది C-Cl బంధం యొక్క హోమోలైటిక్ క్లీవేజ్‌కు మరియు అత్యంత క్రియాశీల క్లోరిన్ ఫ్రీ రాడికల్స్‌ ($\.Cl$) ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. ఉదాహరణ: $CCl_2F_2(g) \xrightarrow\{UV light\} \cdot Cl(g) + \cdot CClF_2(g)$

2. క్లోరిన్ రాడికల్స్ ద్వారా ఓజోన్ నాశనం (ఉత్ప్రేరక చక్రం): విడుదలైన క్లోరిన్ రాడికల్స్ ఓజోన్ ($O_3$) పట్ల అత్యంత క్రియాశీలమైనవి. అవి ఓజోన్ అణువులను సమర్థవంతంగా నాశనం చేసే ఉత్ప్రేరక చక్రాన్ని ప్రారంభిస్తాయి.

   • దశ 1: క్లోరిన్ రాడికల్‌తో ఓజోన్ చర్య ఒక క్లోరిన్ రాడికల్ ఓజోన్ అణువుతో చర్య జరిపి, ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువును సంగ్రహించి క్లోరిన్ మోనాక్సైడ్ రాడికల్ ($ClO \cdot$) మరియు డయాక్సిజన్ ($O_2$) అణువును ఏర్పరుస్తుంది. $\cdot Cl(g) + O_3(g) \rightarrow ClO \cdot (g) + O_2(g)$
   • దశ 2: క్లోరిన్ రాడికల్ పునరుత్పత్తి క్లోరిన్ మోనాక్సైడ్ రాడికల్ అప్పుడు పరమాణు ఆక్సిజన్ ($O \cdot$)తో చర్య జరుపుతుంది (ఇది UV కాంతి ద్వారా $O_2$ ఫోటోలైసిస్ కారణంగా స్ట్రాటోస్పియర్‌లో సహజంగా ఉంటుంది: $O_2 \xrightarrow\{UV\} O \cdot + O \cdot$). ఈ చర్య క్లోరిన్ రాడికల్‌ను పునరుత్పత్తి చేస్తుంది మరియు డయాక్సిజన్ యొక్క మరొక అణువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది. $ClO \cdot (g) + O \cdot (g) \rightarrow \cdot Cl(g) + O_2(g)$

3. మొత్తం చర్య మరియు ఉత్ప్రేరక స్వభావం: రెండు దశలను కలిపితే, ఓజోన్ నాశనం చక్రం కోసం నికర చర్య ఇలా ఉంటుంది: $O_3(g) + O \cdot (g) \rightarrow 2O_2(g)$ మొదటి దశలో వినియోగించబడిన క్లోరిన్ రాడికల్ ($\.Cl$) రెండవ దశలో పునరుత్పత్తి అవుతుందని గమనించండి. దీని అర్థం ఒకే క్లోరిన్ రాడికల్ స్ట్రాటోస్పియర్ నుండి ఇతర ముగింపు చర్యల (ఉదాహరణకు, HCl లేదా $ClONO_2$ ఏర్పడటం) ద్వారా తొలగించబడటానికి ముందు వేల సంఖ్యలో ఓజోన్ అణువులను నాశనం చేయడంలో పాల్గొనగలదు. ఇది ఈ ప్రక్రియను అత్యంత ఉత్ప్రేరకమైనదిగా మరియు స్ట్రాటోస్పియరిక్ ఓజోన్‌ను క్షీణించడంలో అత్యంత సమర్థవంతమైనదిగా చేస్తుంది.

4. హెటెరోజీనియస్ ఉత్ప్రేరకం పాత్ర (పోలార్ స్ట్రాటోస్పియరిక్ మేఘాలు - PSCలు): పైన వివరించిన వాయు-దశ చర్యలు ముఖ్యమైనవి అయినప్పటికీ, పోలార్ స్ట్రాటోస్పియరిక్ మేఘాలు (PSCs) ఏర్పడటం వల్ల ధ్రువ శీతాకాలంలో క్షీణత నాటకీయంగా పెరుగుతుంది.

   • ధ్రువ ప్రాంతాలలో చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (-78°C కంటే తక్కువ), నైట్రిక్ ఆమ్లం మరియు నీరు ఘనీభవించి PSCలను ఏర్పరుస్తాయి.
   • ఈ మంచు స్ఫటిక ఉపరితలాలు క్లోరిన్ నైట్రేట్ ($ClONO_2$) మరియు హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ ($HCl$) వంటి సాపేక్షంగా స్థిరమైన క్లోరిన్ నిల్వ సమ్మేళనాలను $Cl_2$ మరియు $HOCl$ వంటి మరింత క్రియాశీల జాతులుగా మార్చే హెటెరోజీనియస్ చర్యలకు స్థలాలను అందిస్తాయి. $ClONO_2(g) + HCl(g) \xrightarrow\{PSC surface\} Cl_2(g) + HNO_3(s)$ $ClONO_2(g) + H_2O(g) \xrightarrow\{PSC surface\} HOCl(g) + HNO_3(s)$
   • ధ్రువ వసంతకాలంలో సూర్యరశ్మి తిరిగి వచ్చినప్పుడు, ఈ $Cl_2$ మరియు $HOCl$ అణువులు వేగంగా ఫోటోలైజ్ చేయబడి పెద్ద సంఖ్యలో క్రియాశీల క్లోరిన్ రాడికల్స్‌ ($\.Cl$)ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇది భారీ ఓజోన్ క్షీణతకు దారితీస్తుంది, దీనిని సాధారణంగా “ఓజోన్ రంధ్రం” అంటారు. $Cl_2(g) \xrightarrow\{UV light\} 2 \cdot Cl(g)$ $HOCl(g) \xrightarrow\{UV light\} \cdot OH(g) + \cdot Cl(g)$

సారాంశంగా, CFCలు ఫోటోలైసిస్ ద్వారా స్ట్రాటోస్పియర్‌లో క్లోరిన్ రాడికల్స్‌ను విడుదల చేస్తాయి. ఈ రాడికల్స్ ఉత్ప్రేరకంగా ఓజోన్‌ను నాశనం చేస్తాయి, మరియు పోలార్ స్ట్రాటోస్పియరిక్ మేఘాలపై హెటెరోజీనియస్ చర్యల ద్వారా ఈ ప్రక్రియ గణనీయంగా తీవ్రతరం అవుతుంది.