Die Ozonschicht
Ozon ist ein farbloses, extrem giftiges Gas, dessen Bildung nur durch die Zufuhr von Energie möglich ist:
3 O2 ® 2 O3 ½DH = +568 kJ
Im Gegensatz zum zweiatomigen (zweiatomige Moleküle sind Moleküle, die aus nur zwei Atomen, aus gleichen oder verschiedenen chemischen Elementen bestehen) Säuremolekül, enthält das Ozonmolekül (ein Molekül ist eine elektrisch neutrale Gruppe von zwei oder mehr Atomen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden) drei Sauerstoffatome. Die Bildung von Ozon aus sauren Molekülen ist durch hochenergetisches, unsichtbares UV-Licht möglich (Ultraviolett ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 10 nm bis 400 nm, kürzer als das sichtbare Licht, aber länger als Röntgenstrahlen) (Wellenlängen l£242 nm).
Die Ozonschicht ist die maximale Anreicherung von Ozon in der Luft in der Stratosphäre (in einer Höhe von 10 bis 35 km). Diese maximale Konzentration ist an den Polen dem Boden am nächsten und zum Äquator hin deutlich höher. Während die maximale Konzentration dort (in 30 km Höhe) 10 ppm 1) beträgt, beträgt sie 0,02 bis 0,05 ppm am Boden und bis zu 0,5 ppm im Smog .
Das Ozonmolekül ist so instabil, dass es durch Licht mit deutlich weniger Energie (l£320 nm) wieder gespalten werden kann, als für seine Bildung notwendig ist. Aber genau das macht die lebenswichtige Schutzwirkung des Ozons für un
s aus: Die UV-Strahlung, die auf Ozonmoleküle trifft, wird absorbiert, um sie abzubauen und kann nicht mehr an die Erdoberfläche gelangen. Dieser natürliche Ozonabbau stand im Gleichgewicht mit der Bildung von neuem Ozon (abgesehen von saisonalen Schwankungen) – bis die FCKW die Stratosphäre erreichten.
Die FCKW können nicht durch Luftströme aus der Troposphäre in die Stratosphäre gelangen, da zwischen ihnen eine Sperrschicht für Spurengase liegt, durch die die Diffusion von Molekülen nur langsam erfolgt. Aus diesem Grund trat das Loch in der Ozonschicht erst Jahre nach Beginn der intensiven Nutzung von FCKW auf. Sobald diese die Stratosphäre erreicht haben (die Stratosphäre ist die zweite große Schicht der Erdatmosphäre, knapp über der Troposphäre und unter der Mesosphäre), können sie jedoch über einen sehr langen Zeitraum Schäden verursachen.
1 ppm = parts per million (In Wissenschaft und Technik ist die parts-per notation ein Satz von Pseudoeinheiten zur Beschreibung von kleinen Werten verschiedener dimensionsloser Größen, z.B.) = Partikel pro Million Partikel.
Das Ozon (O3) der höheren Atmosphäre ist ein lebenswichtiges Gas für Pflanzen, Menschen und Tiere, da es die schädlichen Strahlen zurückhält. Es wird in einer Höhe von ca. 10 bis 35 km in der sogenannten Ozonschicht angereichert. Während es unter direkter Einwirkung von Organismen als Gift wirkt, absorbiert es den schädlichen Anteil der UV-Sonnenstrahlung in großen Höhen durch den Abbau von Ozon:
O3 ® O2 + ×O ×O ×
O3 + ×O × ® 2 O2 (Sauerstoff ist ein chemisches Element mit Symbol O und Ordnungszahl 8)
Was sind FCKW?
FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) sind Kohlenwasserstoffe, die industriell mit den Halogenen Chlor und Fluor verbunden sind (Fluor ist ein chemisches Element mit dem Symbol F und der Ordnungszahl 9). Diese Verbindungen haben hervorragende Eigenschaften: sie sind nicht brennbar, ungiftig und schlecht wärmeleitend. Dies eröffnet ihnen ein breites Anwendungsfeld als Treibmittel in Spraydosen, zum Schäumen von Kunststoffen und als Kältemittel (Ein Kältemittel ist ein Stoff oder Gemisch, meist ein Fluid, das in einem Wärmepumpen- und Kältekreislauf eingesetzt wird), z.B. in Kühlschränken und Klimaanlagen.
Sie sind auch kostengünstig in der Herstellung.
Maßnahmen zur FCKW-Vermeidung: Maßnahmen zur FCKW-Vermeidung
Es ist möglich, teilhalogenierte FCKW (die noch Wasserstoff enthalten) zu verwenden, die weniger gefährlich sind, da sie bereits zu 95% abgebaut werden, bevor sie die Ozonschicht erreichen (die Ozonschicht oder der Ozonschild ist ein Bereich der Stratosphäre der Erde , der den Großteil der ultravioletten Strahlung der Sonne absorbiert), oder chlorhaltige FKW, z.B. R 134a, die heute häufig als FCKW-Ersatz verwendet werden. Sie haben jedoch schlechtere Eigenschaften als vollhalogenierte, d.h. Wasserstoff (Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem chemischen Symbol H und der Ordnungszahl 1) -freie FCKW (Ein Chlorfluorkohlenwasserstoff ist eine organische Verbindung, die nur Kohlenstoff, Chlor und Fluor enthält und als flüchtiges Derivat von Methan , Ethan und Propan hergestellt wird). Stickstoff, Kohlendioxid (Kohlendioxid ist ein farbloses und geruchloses Gas, das für das Leben auf der Erde lebenswichtig ist), Edelgase und gasförmige Alkane oder Luft können in einigen Fällen zum Schäumen von Kunststoffen und als Treibmittel verwendet werden (Ein Treibmittel ist eine Substanz, die in der Lage ist, in einer Vielzahl von Materialien, die gehärtet werden oder einen Phasenübergang durchlaufen, wie Polymere, Kunststoffe und Metalle, eine Zellstruktur zu erzeugen).
Fast alle Industrieländer haben sich inzwischen aus der FCKW-Produktion zurückgezogen oder angekündigt. Allerdings werden FCKW immer noch in Schwellen- und Entwicklungsländern produziert, weil die Ersatzstoffe zu teuer sind.
das Loch in der Ozonschicht am Südpol
a)
Es ist zu beobachten, dass vor allem im antarktischen Frühjahr (September, Oktober) das Ozon zunehmend abgebaut wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das als Ozonloch bekannte Phänomen zu beobachten. Der Ozongehalt sinkt auf etwa die Hälfte der Referenzwerte aus den 70er Jahren.
b)
Auch die Ozonkonzentration über den Polen ist natürlich geringer als über anderen Gebieten der Erde . Es gibt also eine Art “natürliches Loch in der Ozonschicht” über den Polen , das sogenannte dynamische Loch in der Ozonschicht.
????????? Wie können beide Phänomene erklärt werden??
a) Chlor liegt in nicht reaktiver Form vor (sog. Senken), wie z.B:
ClONO2 / HOCl
Zirkumpolare Westwinde (Winde, die sich um den Pol drehen) entstehen durch die niedrigen Temperaturen während des Südpolwinters und umschließen die Luftmassen am Pol, die sich dann stark abkühlen, da kein Luftaustausch mehr mit wärmerer Luft von außen stattfindet. März
60°C bis August -90°C. Polare Stratosphärenwolken (PSC) werden durch die Kälte gebildet.
Die folgenden Reaktionen finden in den Wolken statt:
ClONO2 + HCl ® HNO3 + Cl2
ClONO2 (Chlornitrat, mit der chemischen Formel ClNO3 ist ein wichtiges atmosphärisches Gas in der Stratosphäre) + H2O (Wasser ist eine transparente und nahezu farblose chemische Substanz, die der Hauptbestandteil der Ströme, Seen und Ozeane der Erde und der Flüssigkeiten der meisten Lebewesen ist) ® HNO3 + HOCl
Wenn der antarktische Frühling (September, Oktober) beginnt, kann das Sonnenlicht das Chlor spalten, was wiederum Ozon abbauen kann.
Cl2 + Licht ® 2 Cl ×
HOCl + Licht ® ×OH + Cl ×
Cl × + O3 ® ClO × + O2
Im Winter wird daher reaktives Chlor gebildet und gesammelt, das dann im Frühjahr voll aufschlagen kann.
Am Nordpol (der Nordpol, auch als Geographischer Nordpol oder Terrestrischer Nordpol bekannt, ist als der Punkt in der nördlichen Hemisphäre definiert, an dem die Rotationsachse der Erde auf ihre Oberfläche trifft) ist dies nicht so stark zu beobachten, da die Winter wärmer, die zirkumpolaren Winde schwächer und damit der PSC weniger, also auch der Ozonabbau geringer ist.
Zu b)
Das dynamische Loch in der Ozonschicht wird verursacht durch
a) die Verteilung von Hoch- und Tiefdruckgebieten über die Erde und die daraus resultierenden Winde und
b) den Ursprungsort des Ozons, nämlich den Äquator (der Äquator bezieht sich gewöhnlich auf eine imaginäre Linie auf der Erdoberfläche, die vom Nordpol und Südpol äquidistant ist und die Erde in die nördliche und südliche Hemisphäre unterteilt); und
c) die Verteilung der Landmassen über den 60. Breitengrad hinaus.
Das Ozon bildet sich am Äquator und wird zunächst auf etwa 60 Breitengrade transportiert. Hier sinkt die Luft und kehrt zum Äquator zurück.
Ein “neuer” Luftkreislauf transportiert nun das Ozon von 60 Grad zum Pol (Abb. 1).
Die beiden Kreise (Äquator/Pol) müssen sich nun vermischen, damit das Ozon von einem Kreis zum anderen gelangt.
Logischerweise gibt es einen Stau, weil nicht die gesamte Luft auf einmal ausgetauscht werden kann. Dies führt zu einer hohen Ozonkonzentration (Ozon, oder Trioxygen, ist ein anorganisches Molekül mit der chemischen Formel ‘) bei 60 Breitengrad (Abb. 2).
Der Luftaustausch in der nördlichen Hemisphäre (Die nördliche Hemisphäre ist die Hälfte der Erde nördlich des Äquators) wird durch die Tatsache begünstigt, dass es viele Landmassen bei 60 Grad gibt. Sie haben Berge, Spalten usw., die Turbulenzen verursachen. So kann relativ viel Ozon zum Pol transportiert werden.
Auf der Südhalbkugel fehlen die Landmassen bei 60 Grad, so dass weniger Ozon abtransportiert wird. Die Ozonkonzentration am Südpol (der Südpol, auch als geografischer Südpol oder terrestrischer Südpol bekannt, ist einer der beiden Punkte, an denen die Rotationsachse der Erde ihre Oberfläche schneidet) ist natürlich niedriger als in anderen Gebieten.
Dynamisches Ozonloch auf der Südhalbkugel
Ozonabbau durch FCKWs
Zusätzlich zum nützlichen Ozonabbau durch Absorption von UV-Licht
kann der Abbau auch nach folgendem Reaktionsmuster erfolgen:
Y × + O3 ® YO × + O2
×O × + YO × ® Y × + O2
Da sich die Konzentration von Y am Ende nicht ändert, wird eine
Geben Sie die Nettoreaktion an, bei der Y als Katalysator wirkt:
×O × + O3 ® 2 O2
Die verwendeten Katalysatoren sind hauptsächlich Hydroxyl (Eine Hydroxy- oder Hydroxylgruppe ist die Einheit mit der Formel OH) (OH), Stickstoff (Stickstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol N und der Ordnungszahl 7).
Monooxid(NO)-, Chlor und Brom (Brom ist ein chemisches Element mit dem Symbol Br und der Ordnungszahl 35).
Ein Beispiel ist ein katalytischer Abbauzyklus durch Chlor.
aufgelistet
Chlorradikale werden von FCKW´s durch Lichtenergie abgetrennt:
CF2Cl2 (Dichlordifluormethan ist ein farbloses Gas, das üblicherweise unter dem Markennamen Freon-12 verkauft wird, und ein Chlorfluorkohlenwasserstoff-Halomethan, das als Kältemittel und Aerosolspray-Treibmittel verwendet wird) / CFCl3 (Trichlormethan, auch Freon-11, CFC-11 oder R-11 genannt, ist ein Chlorfluorkohlenstoff) / CCl4 (Kohlenstofftetrachlorid, auch bekannt unter vielen anderen Namen ist eine organische Verbindung mit der chemischen Formel CCl4) / CH3Cl ® Cl × + R ×
Schlussbemerkungen
Ich bin sicher, dass jeder erwartet, dass etwas über die tatsächlichen Schäden am Ozonloch in diesen Tagen gesagt wird. Der Grund, warum wir nicht eine Reihe von Statistiken über den Ozonabbau auflisten (Ozonabbau beschreibt zwei verschiedene, aber verwandte Phänomene, die seit Ende der 1970er Jahre beobachtet wurden: ein stetiger Rückgang der Gesamtmenge an Ozon in der Stratosphäre der Erde um etwa vier Prozent und ein viel größerer Rückgang des stratosphärischen Ozons um die Polargebiete der Erde im Frühjahr) ist, dass es mehrere Hundert davon gibt, die auf demselben Thema beruhen, aus denen aber immer wieder andere, zum Teil widersprüchliche Schlüsse gezogen werden können. Obwohl Ozon das mit Abstand am meisten gemessene und untersuchte Spurengas ist, sind die Ursachen, die zu lokalen Schwankungen der Ozonwerte führen können (z.B. in Europa), so vielfältig, dass es unmöglich ist, einzelne Ursachen (z.B. FCKW) zu identifizieren. Das Wetter zum Beispiel hat einen sehr großen Einfluss, und wie wir wissen, ist das Wetter ein sehr schwer vorhersehbarer Faktor. Es ist daher schwer zu entscheiden, ob der Ozongehalt durch die Witterung oder durch den Ozongehalt verändert wird. Durch die gegenseitige Wechselwirkung mit dem Klima gibt es daher auch enge Verbindungen zu anderen Problemen wie dem Treibhauseffekt (Der Treibhauseffekt ist der Prozess , bei dem die Strahlung aus der Atmosphäre eines Planeten die Oberfläche des Planeten auf eine Temperatur erwärmt, die über dem liegt, was sie ohne seine Atmosphäre wäre).
Das Einzige, was definitiv gesagt werden kann, ist, dass FCKW das Ozon zerstören und dass wir zu einem starken Anstieg der FCKW in der Troposphäre beigetragen haben (Die Troposphäre ist der niedrigste Teil der Erdatmosphäre und ist auch der Ort, an dem fast jedes Wetter stattfindet). Aber über das Ausmaß der unnatürlichen Schäden kann nur spekuliert werden.
Ärmel:Manschetten
Wie funktioniert es? Wetter und Klima , Meyers Lexikonverlag, Mannheim, 1989
Chemie in unserer Zeit, Ausgabe 5/93
Chemie mit Chlor (Chlor ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cl und der Ordnungszahl 17), Bayer AG (Bayer AG) ist ein deutsches multinationales Chemie -, Pharma- und Life-Science-Unternehmen), Corporate Public Relations, Leverkusen, 1995
Göthe, Johann Wolfgang: Faust (Johann Wolfgang von Goethes Faust ist ein tragisches Stück in zwei Teilen, die im Englischen als Faust , Teil Eins und Faust , Teil Zwei bekannt sind), Reclam Verlag
Baür, Kirsten: Stichwort Ozonloch, Wilhelm Heyne Verlag, München 1992
DeTeMedien (Hrsg.): Gelbe Seiten 1997/98 für Berlin , Band A-H, ungekürzte Fassung
Römpp Chemie Lexikon (in sechs Bänden), Thieme Verlag, Stuttgart, 1995
Till ist gerade beim Friseur und wir arbeiten hier!!
Der Knaur (in 15 Bänden), unbekannter Verlag, 1993
Jacobi, Hans W., Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Erich Schmidt Verlag, Berlin , 1988
Bild-Zeitung, Axel Springer Verlag (Axel Springer SE ist einer der größten digitalen Verlage Europas mit zahlreichen multimedialen Nachrichtenmarken, wie BILD, WELT und FAKT und mehr als 15.000 Mitarbeiter), Hamburg (Hamburg, offiziell Freie und Hansestadt Hamburg, ist die zweitgrößte Stadt in Deutschland und die achtgrößte Stadt in der Europäischen Union), verschiedene Auflagen
Wer das liest, ist dumm, Bietigheim-Bissingen (Bietigheim-Bissingen ist die zweitgrößte Stadt im Landkreis Ludwigsburg, Baden-Württemberg, Deutschland mit 42.515 Einwohnern im Jahr 2007), 1999
Filmreihe des Fonds der Chemischen Industrie (22. Auflage): Umweltbereich Luft, Herausgeber, Der, Sept. 1995
Bayer, Reinhard, Schutz der Erdatmosphäre, Landesinstitut für Bildung, Stuttgart, 1995
Lehrbuch der Anorganischen Chemie, de Gruyter Verlag, Berlin , 1985
Lehrbuch der Organischen Chemie (Organische Chemie ist eine Teildisziplin der Chemie, in der Struktur, Eigenschaften und Reaktionen von organischen Verbindungen und organischen Materialien, d.h. Materie in ihren verschiedenen Formen, die Kohlenstoffatome enthalten, wissenschaftlich untersucht werden), S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1991