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VOC bei der Bildung von troposphärischem Ozon

1950
  • Arie Jan Haagen-Smit
Laboranalyse von flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphärenchemie.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

VOCs sind wichtige Vorläufer für die Bildung von troposphärischem (bodennahem) Ozon, einem Hauptbestandteil von photochemischer SmogUnter Einwirkung von Sonnenlicht (ν) und Stickoxiden (NOx) werden flüchtige organische Verbindungen (VOCs) durch Hydroxylradikale (OH) oxidiert. Dabei entstehen Peroxyradikale (RO₂), die Stickstoffmonoxid (NO) in Stickstoffdioxid (NO₂) umwandeln. Dieses zerfällt anschließend durch Photolyse und liefert die für die Ozonbildung (O₃) benötigten Sauerstoffatome.

Die Bildung von troposphärischem Ozon ist ein komplexer photochemischer Zyklus, der ohne flüchtige organische Verbindungen (VOCs) nicht abläuft. Der Zyklus beginnt mit der Photolyse von Stickstoffdioxid: [latex]NO_2 + hnu rightarrow NO + O(^3P)[/latex]. Das entstehende Sauerstoffatom im Grundzustand reagiert rasch mit molekularem Sauerstoff zu Ozon: [latex]O(^3P) + O_2 rightarrow O_3[/latex]. In einer sauberen Atmosphäre würde dieses Ozon schnell durch das im ersten Schritt gebildete Stickstoffmonoxid titriert: [latex]O_3 + NO rightarrow NO_2 + O_2[/latex], sodass keine Netto-Ozonansammlung eintritt.

This is where VOCs play their critical role. The oxidation of a generic VOC (represented as RH) by a hydroxyl radical creates an alkyl radical, which rapidly reacts with oxygen to form a peroxy radical: [latex]RH + \bullet OH \rightarrow R\bullet + H_2O[/latex], followed by [latex]R\bullet + O_2 \rightarrow RO_2\bullet[/latex]. This peroxy radical provides an alternative pathway to oxidize NO to [latex]NO_2[/latex] without consuming an ozone molecule: [latex]RO_2\bullet + NO \rightarrow RO\bullet + NO_2[/latex]. By regenerating [latex]NO_2[/latex] from NO, VOCs effectively ‘short-circuit’ the ozone titration step, allowing ozone concentrations to build up to harmful levels. This discovery, pioneered by Arie Haagen-Smit in the 1950s by analyzing Los Angeles smog, fundamentally changed our understanding of air pollution and led to regulations targeting both NOx and VOC emissions.

UNESCO Nomenclature: 2501
- Atmosphärische Wissenschaften

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Substanzielles

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung des Ozons
  • Verständnis der grundlegenden Photochemie und der Reaktionen freier Radikale
  • Identifizierung von Stickoxiden als Schadstoffe aus der Verbrennung
  • Massenspektrometrietechniken zur Identifizierung von Verbindungen in Luftproben
  • observations of severe smog events in cities like los angeles

Anwendungen

  • Luftqualitätsvorschriften (z. B. Clean Air Act)
  • Katalysatoren in Fahrzeugen
  • Entwicklung von VOC-armen Verbraucherprodukten
  • Smog-Vorhersagemodelle
  • industrial emission control technologies

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: troposphärischem Ozon, photochemischem Smog, Stickoxiden, NOx, Hydroxylradikal, Peroxyradikal, VOC, Atmosphärenchemie, Luftverschmutzung, Haagen-Smit.

Historischer Kontext

VOC bei der Bildung von troposphärischem Ozon

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1975

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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