| Περίληψη |
Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή προσδιορίστηκαν οι κινητικές παράμετροι των αντιδράσεων των ριζών υδροξυλίου, ΟΗ , και των ατόμων χλωρίου, Cl , με το εξάφθορο-ισο-βουτένιο, ((CF3)2C=CH2, hexafluoroisobutene, HFIB) στην αέρια φάση, ενώ συγχρόνως διερευνήθηκε ο μηχανισμός τροποσφαιρικής αποικοδόμησής του. Η συγκεκριμένη ένωση ανήκει στην κατηγορία των υδροφθορολεφινών, (HydroFluoroOlefins, HFO) οι οποίες αποτελούν τα τέταρτης γενιάς προτεινόμενα εναλλακτικά των χλωροφθορανθράκων (Chlorofluorocarbons, CFCs) και διακρίνονται από τους υδροφθοράνθρακες, ως προς την παρουσία διπλού δεσμού στο μόριό τους, που τις καθιστά εν δυνάμει δραστικότερες ενώσεις στην ατμόσφαιρα και με χαμηλότερα Δυναμικά Παγκόσμιας Θέρμανσης (Global Warming Potential, GWP). Ως εκ τούτου η διεξοδική μελέτη της επίδρασης του (CF3)2C=CH2 στην Ποιότητα της Ατμόσφαιρας και το Κλίμα, πριν την ενδεχόμενη ευρεία βιομηχανική παραγωγή και χρήση του, αποτελεί πανάκεια και θα συνδράμει στη χάραξη πολιτικών.
Για τη μέτρηση των συντελεστών ταχύτητας των αντιδράσεων του HFIB με τα δύο από τα πλέον σημαντικά οξειδωτικά συστατικά της ατμόσφαιρας, τις ρίζες υδροξυλίου και τα άτομα χλωρίου, εφαρμόστηκε η μέθοδος μέτρησης σχετικών ταχυτήτων (Relative Rate Methods). Συγκεκριμένα για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε η στατική τεχνική του Θερμοστατούμενου Φωτοχημικού Αντιδραστήρα, συζευγμένου με μετασχηματιζόμενη κατά Fourier Φασματοσκοπία Υπερύθρου (TPCR/FT-IR). Όσον αφορά στις αντιδράσεις που εκκινούν τα άτομα Cl, μετρήθηκε επιπλέον, η εξάρτηση του συντελεστή ταχύτητας της αντίδρασης από τη θερμοκρασία και την πίεση, σε εύρη 248-363 Κ και 40-700 Torr, αντίστοιχα. Επιπρόσθετα συμπληρωματικά πειράματα μέτρησης των συντελεστών ταχύτητας των ριζών OH και των ατόμων Cl με το HFIB, σε θερμοκρασία 296 K και πίεση 1 Atm, διεξήχθησαν παράλληλα σε θαλάμους προσομοίωσης της ατμόσφαιρας, στο ινστιτούτο CNRS/ICARE της Ορλεάνης στη Γαλλία, χρησιμοποιώντας, επίσης, μεθόδους προσδιορισμού σχετικής ταχύτητας (Relative Rate Methods). Συνολικά χρησιμοποιήθηκαν τρείς αντιδράσεις αναφοράς, για κάθε δραστική οντότητα (OH και Cl) και ο συντελεστής ταχύτητας που μετρήθηκε για τη δεύτερης τάξης αντίδραση που εκκινείται από τις ρίζες OH ήταν kOH (296 K, 1Atm)= (7.91 ±0.2) x10-13 cm3 molecule-1 s-1 , με το όριο σφάλματος να είναι το 2σ (95 % όριο εμπιστοσύνης) και να μη συμπεριλαμβάνει εκτιμώμενα συστηματικά σφάλματα. Όσον αφορά στο συντελεστή ταχύτητας της αντίδρασης που εκκινούν τα άτομα Cl, η εξάρτηση του από την πίεση και τη θερμοκρασία αναπαρίστανται ικανοποιητικά από την προβλεπόμενη για τριμοριακές αντιδράσεις έκφραση Troe:
Γ
1+1 logl
ko,T [Μ ]
-1
k
ko,T + ko,r [Μ ]
F
με τις παραμέτρους φθίνουσας εξάρτησης (fall-off parameters) που προσδιορίστηκαν να είναι: k>(T) = 8.0 x10-28 (T/300)-98 cm6 molecule-2 s-1 και k»(T) = 3.7 x10-11 (T/300)-09 cm3 molecule-1 s-1. Για την ανάλυση των δεδομένων ο παράγοντας διεύρυνσης (broadening factor), Fc, διατηρήθηκε σταθερός στην προτεινόμενη τιμή από την επιτροπή της NASA /JPL για ατμοσφαιρικές αντιδράσεις, Fc = 0.6, ενώ για Τ = 296 K και πίεση 700 Torr ο συντελεστής ταχύτητας μετρήθηκε k (296, 700 Torr) = (3.44 ±0.02) x10-11 cm3 molecule-1 s-1, με την αβεβαιότητα να είναι το 2σ και να μην περιλαμβάνει τα εκτιμώμενα συστηματικά σφάλματα. Η εξάρτηση του k από την πίεση, αλλά και η αντίστροφη εξάρτησή του από τη θερμοκρασία, στις αντιδράσεις Cl δηλώνει ότι πρόκειται για μια σύνθετη αντίδραση, μέσω σχηματισμού ενδιαμέσου προϊόντος προσθήκης (adduct), που είναι συμβατός με αντιδράσεις προσθήκης σε ακόρεστους δεσμούς.
Τέλος, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας προσδιορίστηκε επιπλέον, η ικανότητα ακτινοβόλησης (Radiative Efficiency, RE) και το Δυναμικό Παγκόσμιας Θέρμανσης του (CF3)2C=CH2 σε χρονικό ορίζοντα 20, 100 και 500 ετών από το μοντέλο που αναπτύχθηκε από τους Pinnock et al. (S. Pinnock, M. D. Hurley, K. P. Shine, T. J. Wallington and T. J. Smyth, J. Geophys. Res., [Atmos.], 1995, 100, 23227-23238) χρησιμοποιώντας την ενεργό διατομή απορρόφησης στο υπέρυθρο (IR cross section) του HFIB, που προσδιορίστηκε στην παρούσα εργασία και ως ατμοσφαιρικό χρόνο ζωής 8.2 ημέρες, όπου αφορά στη χημική του αποικοδόμηση από ρίζες OH και άτομα Cl, και προσδιορίστηκε βάσει των kOH και kCl, που μετρήθηκαν επίσης στη συγκεκριμένη διατριβή.
|
Κινητική μελέτη αντιδράσεων ριζών ΟΗ και ατόμων CI με το (CF3)2C=CH2 στην αέρια φάση και διερεύνηση της επίδρασής του στην ατμόσφαιρα και το κλίμα
