Als Nullzyklus wird eine Reihenfolge verschiedener Reaktonen bezeichnet, die in einer gegebenen Richtung unter gegebenen Bedingunen ablaufen und zu keiner stöchiometrischen Veränderung führen. Eine Umkehr der Reaktionen stellt keinen Nullzyklus dar.[1]
Vorkommen
BearbeitenBesonders in der Chemie der Erdatmosphäre (Atmosphärenchemie) spielen Nullzyklen eine wichtige Rolle. So stellt der tägliche ozon Zyklus in der Stratosphäre einen der wichtigsten dieser Zyklen dar. Bei diesem werden Ozonmolekülre von Photonen mit einer Wellenlänge von unter 330 Nanometern. Diese Photolyse erzeugt monoatomaren Sauerstoff, welcher dann mit dem elementaren Sauerstoff (O2) zu Ozon (O3) weiter reagiert. Eine Unterbrechung dieses Nullzyklus hat somit eine große Auswirkung auf die Ozon-Schicht in der Stratosphäre. [2]
O3 + hv (λ < 330 nm) → O2 + O (1D)
O (1D) + M → O (3P) + M
O (3P) + O2 → O3
Dieser Zyklus kann durch die Anwesenheit bestimmter Moleküle gestört werden. Ein wichtiges Beispiel hierfür sind Stickoxide (NOx). Stickoxide können sowohl mit dem monoatomaren Sauerstoff, als auch mit dem Ozon reagieren.
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O(1D) → NO + O2
Net: O3 + O(1D) → 2O2
Dies führt also insgesamt zu einer Verringerung der Ozon-Schicht in der Stratosphäre.
Da auch in der Troposphäre ein Ozon-Nullzyklus stattfindet kann dieser auch zum Beispiel durch Stickoxide beeinflusst werden.
O3 + NO → O2 + NO2
NO2 + hν → NO + O(3P)
O (3P) + O2 + M → O3
Diese Beeinflussung des Zyklus ist jedoch natürlichen Ursprungs und wiederholt sich täglich. Der Abbau von Ozon wird im Tagesverlauf immer geringer, bis er am Mittag sein Minimum erreicht und zum Abend wieder ansteigt. Dies wird durch die sogenannte Leighton-Beziehung beschrieben.[3]
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Guy Schmitz: Thermodynamic consistency of reaction mechanisms and null cycles. In: The Journal of Chemical Physics. Band 112, Nr. 24, 22. Juni 2000, ISSN 0021-9606, S. 10714–10717, doi:10.1063/1.481715 (scitation.org [abgerufen am 13. Februar 2019]).
- ↑ Barbara J Finlayson-Pitts, James N Pitts: Chemistry of the upper and lower atmosphere: theory, experiments and applications. Academic Press, San Diego, Calif.; London 2000, ISBN 978-0-12-257060-5 (worldcat.org [abgerufen am 13. Februar 2019]).
- ↑ A. Schanz, K. Hocke, N. Kämpfer: Daily ozone cycle in the stratosphere: global, regional and seasonal behaviour modelled with the Whole Atmosphere Community Climate Model. In: Atmospheric Chemistry and Physics. Band 14, Nr. 14, 30. Juli 2014, ISSN 1680-7324, S. 7645–7663, doi:10.5194/acp-14-7645-2014 (atmos-chem-phys.net [abgerufen am 13. Februar 2019]).