Kinetics of ozone destruction due to the recombination of oxygen atoms produced by pulsed 266 nm laser photolysis of O3/M (M = CO2 and/or N2) mixtures was studied using the absorption and emission spectroscopy to follow time evolutions of O3 and electronically excited molecules O2* formed in the recombination process 2O(3P) + M → O2* + M. An unexpected high ozone destruction rate was observed when O2* was present in the system. The kinetic model developed for the oxygen nightglow on the terrestrial planets was adapted to interpret the detected temporal profiles of the ozone number density and the O2* emission intensities. It was deduced that the vibrationally excited singlet delta oxygen molecule O2(a1Δ, υ) formed in the secondary processes reacts efficiently with ozone in the process O2(a1Δ, υ ≥ 3) + O3 → 2O2 + O, and the rate constant of this process was estimated to be 3 × 10−11 cm3 s−1. Ab initio calculations at the CASPT2(14, 12)/cc-pVTZ/UωB97XD/cc-pVTZ level of theory were applied to find the reaction pathway from the reactants to products on the O5 potential energy surface. These calculations revealed that the O2(a1Δ) + O3 reaction is likely to proceed via singlet–triplet intersystem crossing exhibiting an energy barrier of 9.6 kcal/mol, which lies between two and three quanta of vibrational excitation of O2(a1Δ), and hence, O2(a1Δ, υ) with υ ≥ 3 could rapidly react with ozone.

1.
V. A.
Krasnopolsky
,
Planet. Space Sci.
59
,
754
(
2011
).
2.
V. A.
Krasnopolsky
,
A. A.
Krysko
,
V. N.
Rogachev
, and
V. A.
Parshev
,
Cosm. Res.
14
,
789
(
1976
).
3.
T. J.
Fauchez
,
G. L.
Villanueva
,
E. W.
Schwieterman
,
M.
Turbet
,
G.
Arney
,
D.
Pidhorodetska
,
R. K.
Kopparapu
,
A.
Mandell
, and
S. D.
Domagal-Goldman
,
Nat. Astron.
4
,
372
(
2020
).
4.
E. W.
Schwieterman
,
V. S.
Meadows
,
S. D.
Domagal-Goldman
,
D.
Deming
,
G. N.
Arney
,
R.
Luger
,
C. E.
Harman
,
A.
Misra
, and
R.
Barnes
,
Astrophys. J.
819
,
L13
(
2016
).
5.
L.
Ben-Jaffel
and
G. E.
Ballester
,
Astron. Astrophys.
553
,
A52
(
2013
).
6.
T. G.
Slanger
and
R. A.
Copeland
,
Chem. Rev.
103
,
4731
(
2003
).
7.
D. L.
Huestis
,
Geophys. Monogr. Ser.
130
,
245
259
(
2002
).
8.
R. J. A.
Scheidsbach
and
D. H.
Parker
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
21
,
14278
(
2019
).
9.
A. S.
Kirillov
and
V. B.
Belakhovsky
,
J. Geophys. Res.: Atmos.
126
,
e2020JD033177
, (
2021
).
10.
K. S.
Kalogerakis
,
Sci. Adv.
5
,
eaau9255
(
2019
).
11.
V.
Yankovsky
,
Adv. Space Res.
67
,
921
(
2021
).
12.
D. A.
Pejaković
,
K. S.
Kalogerakis
,
R. A.
Copeland
, and
D. L.
Huestis
,
J. Geophys. Res.: Space Phys.
113
,
4303
, (
2008
).
13.
M.
Grygalashvyly
and
G. R.
Sonnemann
,
Earth, Planets Space
72
,
187
(
2020
).
14.
B. F.
Minaev
and
A. A.
Panchenko
,
J. Phys. Chem. A
124
,
9638
(
2020
).
15.
D. R.
Bates
,
Planet. Space Sci.
27
,
717
(
1979
).
16.
V.
Yankovsky
and
E.
Vorobeva
,
Atmosphere
11
,
116
(
2020
).
17.
M.
Grygalashvyly
,
B.
Strelnikov
,
M.
Eberhart
,
J.
Hedin
,
M.
Khaplanov
,
J.
Gumbel
,
M.
Rapp
,
F.-J.
Lübken
,
S.
Löhle
, and
S.
Fasoulas
,
J. Atmos. Sol.-Terr. Phys.
213
,
105522
(
2021
).
18.
O.
Lednyts’kyy
and
C.
Von Savigny
,
Atmos. Chem. Phys.
20
,
2221
(
2020
).
19.
G. P.
Smith
and
R.
Robertson
,
Chem. Phys. Lett.
458
,
6
(
2008
).
20.
R. D.
Kenner
and
E. A.
Ogryzlo
,
Can. J. Phys.
62
,
1599
(
1984
).
21.
R. D.
Kenner
and
E. A.
Ogryzlo
,
Can. J. Chem.
61
,
921
(
1983
).
22.
D. A.
Pejaković
,
Z.
Campbell
,
K. S.
Kalogerakis
,
R. A.
Copeland
, and
T. G.
Slanger
,
J. Chem. Phys.
135
,
094309
(
2011
).
23.
A. P.
Torbin
,
A. A.
Pershin
,
A. M.
Mebel
,
M. V.
Zagidullin
,
M. C.
Heaven
, and
V. N.
Azyazov
,
Chem. Phys. Lett.
691
,
456
(
2018
).
24.
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Evaluated Kinetic Data. available at https://iupac-aeris.ipsl.fr/.
25.
P. C.
Wraight
,
Planet. Space Sci.
30
,
251
(
1982
).
26.
I. W. M.
Smith
,
Int. J. Chem. Kinet.
16
,
423
(
1984
).
27.
K.
Knutsen
,
M. J.
Dyer
, and
R. A.
Copeland
,
J. Chem. Phys.
101
,
7415
(
1994
).
28.
E. S.
Hwang
and
R. A.
Copeland
,
Geophys. Res. Lett.
24
,
643
, (
1997
).
29.
R. D.
Kenner
and
E. A.
Ogryzlo
,
Chem. Phys. Lett.
103
,
209
(
1983
).
30.
J.
Wildt
,
G.
Bednarek
,
E. H.
Fink
, and
R. P.
Wayne
,
Chem. Phys.
156
,
497
(
1991
).
31.
R. A.
Copeland
,
K.
Knutsen
,
M. E.
Onishi
, and
T.
Yalçin
,
J. Chem. Phys.
105
,
10349
(
1996
).
32.
A. S.
Kirillov
,
Chem. Phys. Lett.
592
,
103
(
2014
).
33.
K. S.
Kalogerakis
,
A.
Totth
,
P. C.
Cosby
,
T. G.
Slanger
, and
R. A.
Copeland
,
EOS, Trans. AGU
81
,
F944
(
2000
).
34.
V. N.
Azyazov
and
M. C.
Heaven
,
Int. J. Chem. Kinet.
47
,
93
(
2015
).
35.
A. V.
Volynets
,
D. V.
Lopaev
,
T. V.
Rakhimova
,
O. V.
Proshina
,
A. A.
Chukalovsky
, and
J. P.
Booth
,
Plasma Sources Sci. Technol.
29
,
115020
(
2020
).
36.
L. D.
Pietanza
,
G.
Colonna
, and
M.
Capitelli
,
Phys. Plasmas
27
,
093510
(
2020
).
37.
A. V.
Pelevkin
and
A. S.
Sharipov
,
Plasma Chem. Plasma Process.
39
,
1533
(
2019
).
38.
S. Y.
Pichugin
and
M. C.
Heaven
,
Chem. Phys.
425
,
80
(
2013
).
39.
F.
An
,
J.
Chen
,
X.
Hu
,
H.
Guo
, and
D.
Xie
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
4768
(
2020
).
40.
M. V.
Zagidullin
,
N. A.
Khvatov
,
I. A.
Medvedkov
,
G. I.
Tolstov
,
A. M.
Mebel
,
M. C.
Heaven
, and
V. N.
Azyazov
,
J. Phys. Chem. A
121
,
7343
(
2017
).
41.
N. A.
Khvatov
,
M. V.
Zagidullin
,
G. I.
Tolstov
,
I. A.
Medvedkov
,
A. M.
Mebel
,
M. C.
Heaven
, and
V. N.
Azyazov
,
Chem. Phys.
521
,
85
(
2019
).
42.
M. B.
Knickelbein
,
K. L.
Marsh
,
O. E.
Ulrich
, and
G. E.
Busch
,
J. Chem. Phys.
87
,
2392
(
1987
).
43.
K. S.
Kalogerakis
,
R. A.
Copeland
, and
T. G.
Slanger
,
J. Chem. Phys.
116
,
4877
(
2002
).
44.
D. A.
Pejaković
,
R. A.
Copeland
,
T. G.
Slanger
, and
K. S.
Kalogerakis
,
Chem. Phys. Lett.
403
,
372
(
2005
).
45.
D. A.
Pejaković
,
E. R.
Wouters
,
K. E.
Phillips
,
T. G.
Slanger
,
R. A.
Copeland
, and
K. S.
Kalogerakis
,
J. Geophys. Res.
110
,
A03308
, (
2005
).
46.
T. G.
Slanger
,
E. S.
Hwang
,
N. C.-M.
Bartlett
, and
K. S.
Kalogerakis
,
J. Phys. Chem. A
122
,
8114
(
2018
).
47.
A. S.
Kirillov
,
Quantum Electron.
42
,
653
(
2012
).
48.
49.
J.
Shi
and
J. R.
Barker
,
J. Geophys. Res.
97
,
13039
, (
1992
).
50.
T. G.
Slanger
and
R. A.
Copeland
, SRI Project PYU 1205, Contract No. NAG2-1022, MP 97-034,
1997
.
51.
M. J.
Kurylo
,
W.
Braun
,
A.
Kaldor
,
S. M.
Freund
, and
R. P.
Wayne
,
J. Photochem.
3
,
71
(
1974
).
52.
R. K.
Sparks
,
L. R.
Carlson
,
K.
Shobatake
,
M. L.
Kowalczyk
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
72
,
1401
(
1980
).
53.
A. A.
Pershin
,
A. P.
Torbin
,
M. C.
Heaven
, and
V. N.
Azyazov
,
Bull. Lebedev Phys. Inst.
43
,
20
(
2016
).
54.
J.
Tellinghuisen
and
L. F.
Phillips
,
J. Phys. Chem.
90
,
5108
(
1986
).
55.
I. M.
Campbell
and
C. N.
Gray
,
Chem. Phys. Lett.
18
,
607
(
1973
).
56.
J. E.
Morgan
and
H. I.
Schiff
,
J. Chem. Phys.
38
,
1495
(
1963
).
57.
B. F.
Minaev
and
G. I.
Kobzev
,
Spectrochim. Acta, Part A
59
,
3387
(
2003
).
58.
B. F.
Minaev
,
S.
Lunell
, and
G. I.
Kobzev
,
Int. J. Quantum Chem.
50
,
279
(
1994
).
59.
H.
Park
and
T. G.
Slanger
,
J. Chem. Phys.
100
,
287
(
1994
).
60.
B.
Ruscic
and
D. H.
Bross
, Active Thermochemical Tables (ATcT) values based on ver. 1.122p of the Thermochemical Network (2020); available at https://ATcT.anl.gov.
61.
J.-D.
Chai
and
M.
Head-Gordon
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
6615
(
2008
).
62.
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
).
63.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
, Gaussian 09,
2010
.
64.
65.
P.
Celani
and
H.-J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
112
,
5546
(
2000
).
66.
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
,
G.
Knizia
,
F. R.
Manby
, and
M.
Schütz
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
,
242
(
2012
).
67.
S. G.
Lias
,
J. E.
Bartmess
,
J. F.
Liebman
,
J. L.
Holmes
,
R. D.
Levin
, and
W. G.
Mallard
,
Natl. Inst. Stand. Technol. Gaithersbg. MD
20899
, (
2018
).
68.
T. G.
Slanger
,
J. Chem. Phys.
69
,
4779
(
1978
).
You do not currently have access to this content.