내친 김에 조금 더 물어봤습니다.
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오존과 산소분자는 어느쪽이 에너지 레벨이 높아? 이런 질문이 적당한 표현인가? 아무튼 오존은 촉매를 통해 산소가 될 수 있는데 산소도 촉매를 통해 오존이 될 수 있는 거야? 아니면 에너지를 흡수해야 오존이 될 수 있는 거야?
ChatGPT의 말:
좋은 질문이야 👍 표현도 충분히 적절해! “어느 쪽이 에너지 레벨이 높나?”라고 물어본 건 안정성(=화학 퍼텐셜 에너지) 을 묻는 것과 같은 의미로 볼 수 있어.
🔹 1. 오존과 산소 분자의 에너지 비교
산소 분자(O₂) 는 이중결합을 가진, 매우 안정한 분자야.
오존(O₃) 은 세 원자가 연결된 구조인데, 산소 원자들의 결합이 불안정하게 “균등 분산”된 상태라서, 퍼텐셜 에너지가 더 높은 준안정한 상태에 있어.
➡ 따라서 오존이 산소 분자보다 에너지 레벨이 높다고 말할 수 있어.
그래서 오존은 자발적으로 산소로 분해될 수 있지만, 그 반대는 외부에서 에너지를 공급해 줘야만 가능해.
🔹 2. 오존 → 산소 (자연스러운 방향)
오존은 성층권에서 다음과 같이 쉽게 분해돼:
𝑂3→O2+O (이 과정은 촉매(Cl·, OH· 등)가 있으면 더 빨라져.)
즉, 오존은 불안정 → 안정(산소) 방향으로 가는 게 자연스러워.
🔹 3. 산소 → 오존 (역방향)
산소가 오존으로 되려면, 외부 에너지 흡수가 필요해. 주된 방법은 자외선 흡수야:
O₂ + hν (자외선, λ < 240 nm) → 2 O
→ 강한 자외선이 산소 분자를 깨뜨려 원자 산소가 생김.
O + O₂ + M → O₃ + M*
→ 여기서 M은 “세 번째 충돌 분자” (질소, 산소 같은 주변 분자)인데, 충돌 과정에서 여분의 에너지를 가져가서 오존이 안정적으로 형성돼.
즉, 산소 분자만으로는 오존이 될 수 없고, 반드시 자외선 같은 에너지원이 있어야 해.
🔹 4. 촉매의 역할 정리
오존 → 산소: 촉매가 반응 경로를 열어주면 에너지 공급 없이도 쉽게 일어남.
산소 → 오존: 촉매만으로는 불가능, 반드시 자외선 같은 에너지 흡수가 필요함.
✅ 결론:
오존이 산소보다 에너지 레벨이 높다.
오존은 촉매 도움으로 쉽게 산소로 분해된다.
반대로 산소가 오존이 되려면 자외선 같은 외부 에너지가 필요하다.
[책걸상 '벽돌 책' 함께 읽기] #25. <일인 분의 안락함>
D-29

오도니안

오도니안
그럼 오존층이 자외선을 막아주는 이유는 뭐지? 오존이 자외선을 받아서 산소가 되는 게 아니라 산소가 자외선을 받아 오존이 되는 거라면 오존층이 어떻게 자외선을 막아주는 건지 잘 이해가 안돼
ChatGPT의 말:
아주 날카로운 질문이야 👍많은 사람들이 여기서 헷갈려!
핵심은 오존층에서 일어나는 두 가지 광화학 과정이 동시에 벌어지고 있다는 것이야.
🔹 1. 산소 분자(O₂)의 역할
강한 자외선(파장 240 nm 이하, UV-C)은 O₂에 흡수돼서 이렇게 분해돼:
𝑂2+ℎ𝜈(𝜆<240 nm) →2O
→ 이렇게 생성된 원자 산소(O)가 O₂와 결합하면 오존(O₃)이 만들어져.
즉, 가장 짧은 파장(가장 강력한 에너지)의 자외선은 O₂가 막는다.
🔹 2. 오존(O₃)의 역할
오존은 그보다 긴 자외선(UV-B, 일부 UV-C, 240–320 nm)을 잘 흡수해:
𝑂3+ℎ𝜈→ 𝑂2+𝑂
→ 이때 자외선의 에너지는 결합 에너지 + 운동 에너지(열) 로 변환돼.
즉, 오존은 중간 파장의 자외선을 막아주는 역할을 한다.
🔹 3. 오존–산소 사이클 (Chapman cycle)
실제로 성층권에서는 산소와 오존이 자외선을 흡수하면서 서로 전환되는 순환이 계속 일어나고 있어.
1. O₂ + hν (UV-C) → 2O
2. O + O₂ + M → O₃ + M*
3. O₃ + hν (UV-B/UV-C) → O₂ + O
4. O + O₃ → 2O₂
이 네 단계가 합쳐져서 "Chapman cycle"이라고 불려.
이 순환에서 자외선은 흡수되면서 없어지고, 그 에너지는 열로 전환돼서 성층권이 따뜻해지는 거야.
🔹 4. 정리
짧은 파장(UV-C) → 산소 분자가 흡수 (분해되면서 오존 생성)
중간 파장(UV-B) → 오존이 흡수 (분해되면서 산소 생성)
이 두 과정이 계속 순환하면서 자외선을 흡수해 버리니까, 지표면에는 강한 자외선이 거의 도달하지 않는 거야.
✅ 결론:
오존층이 자외선을 막아주는 건 “산소 ↔ 오존 전환 사이클”에서 자외선을 계속 흡수하기 때문이야.
즉, 산소도 막고, 오존도 막고, 둘이 합쳐서 막는 시스템이라고 이해하면 돼.
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오도니안
예전에는 존대말로 답변했던 것 같은데 요즘엔 반말로 답변하네요. 친해졌나봐요.
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밥심
오도니안님의 대화: 예전에는 존대말로 답변했던 것 같은데 요즘엔 반말로 답변하네요. 친해졌나봐요.