16.5: Destrucción de la Capa de Ozono por una Reacción Radical

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La alta reactividad de los radicales libres y la naturaleza multiplicativa de las reacciones en cadena de radicales pueden ser útiles en la síntesis de materiales como el plástico de polietileno, pero estos mismos factores también pueden tener consecuencias peligrosas en un contexto biológico o ecológico. Probablemente esté consciente del peligro que representa para la capa protectora de ozono estratosférico de la tierra el uso de clorofluorocarbonos (\(CFCs\)) como refrigerantes y propulsores en latas de aerosol. El freón-11\(CFCl_3\), o, es un típico\(CFC\) que fue ampliamente utilizado hasta finales del siglo XX. Pueden tomar meses o años para que una\(CFC\) molécula se desprenda hacia la estratosfera desde la superficie de la tierra, y por supuesto la concentración de\(CFCs\) a esta altitud es muy baja. El ozono, por otro lado, se forma continuamente en la estratosfera. ¿Por qué toda la preocupación, entonces, por la destrucción de la capa de ozono, cómo podría una cantidad tan pequeña de\(CFCs\) posiblemente causar daños significativos? El problema radica en que el proceso por el cual se destruye el ozono es una reacción en cadena, de manera que una sola\(CFC\) molécula puede iniciar la destrucción de muchas moléculas de ozono antes de que ocurra un evento de terminación de cadena.

Aunque existen varios procesos diferentes por los cuales podría ocurrir el proceso de destrucción del ozono, se cree que el más importante es la reacción en cadena que se muestra a continuación.

En primer lugar, un\(CFC\) molecule undergoes homolytic cleavage upon exposure to UV radiation, resulting in the formation of two radicals (step 1). The chlorine radical rapidly reacts with ozone (step 2) to form molecular oxygen and a chlorine monoxide radical. Step 3 appears to be a chain termination step, as two chlorine monoxide radicals combine. The \(Cl_2O_2\) condensation product, however, is highly reactive and undergoes two successive homolytic cleavage events (steps 4 and 5) to form \(O_2\) and two chlorine radicals, which propagates the chain.

To address the problem of ozone destruction, materials chemists have developed new hydrofluorocarbon refrigerant compounds. The newer compounds contain carbon-hydrogen bonds, which are weaker than the carbon-halogen bonds in \(CFCs\), and thus are susceptible to homolytic cleavage caused by small amounts of hydroxide radical present in the lower atmosphere:

Esta degradación ocurre antes de que las moléculas de refrigerante tengan la oportunidad de derivar más arriba hasta la estratosfera donde el ozono juega su importante papel protector. Los productos de degradación son bastante inestables y rápidamente se degradan aún más en subproductos relativamente inofensivos. El radical hidróxido a veces se conoce como un “detergente” atmosférico debido a su capacidad para degradar los refrigerantes escapados y otros contaminantes orgánicos volátiles.

Sin embargo, los hidrofluorocarbonos actúan como gases de efecto invernadero y se cree que contribuyen al cambio climático.