Dvadeset prvo predavanje - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/746/21. Ozonosfera.pdf · destrukcije ozona, tj. njegova zaštita. Hemija životne sredine I (T . Anđelković)

Dvadeset prvo predavanjeDvadeset prvo predavanje

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 1

Biološka klasifikacija UV radijacije Izražavanje koncentracije ozona Emisija Sunčeve radijacije i ozon kao apsorber

zračenja Nastajanje ozona u stratosferi Destrukcija ozona u stratosferi Katalitička destrukcija ozona

Biološka klasifikacija UV radijacije Izražavanje koncentracije ozona Emisija Sunčeve radijacije i ozon kao apsorber

zračenja Nastajanje ozona u stratosferi Destrukcija ozona u stratosferi Katalitička destrukcija ozona

Ozonski omotač Zemlje predstavlja sloj stratosfere između15 i 50 km visine.


Ozon je efikasan filter koji apsorbuje UV radijaciju od 200 do 315 nm.Sunce emituje elektromagnetne talase (radijaciju) talasnih dužina odpreko 1000 nm do onih manjih od 250 nm.Maksimalni intenzitet radijacije je na 550 nm (u žutoj oblasti vidljivogspektra).Fotoni veće talasne dužineobezbeđuju toplotu, svetlosti utiču na globalnu klimu.Fotoni kraćih talasnih dužina(UV oblast), iako malodoprinose ukupnomfluksu, veoma su važni jer suštetni, čak smrtonosni za živeorganizme.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković)4

Fotoni veće talasne dužineobezbeđuju toplotu, svetlosti utiču na globalnu klimu.Fotoni kraćih talasnih dužina(UV oblast), iako malodoprinose ukupnomfluksu, veoma su važni jer suštetni, čak smrtonosni za živeorganizme.


Sunčevu radijaciju čini zračenje celog vidljivog delaspektra, kao i UV i IC područja.

UV-A 400-315 nm relativno neškodljivo zračenje UV-B 315-280 nm letalno zračenje za mnoge oblike života UV-C < 280 nm smrtonosno zračenje za čoveka i žive

organizme, ali se ono manje više u potpunosti apsorbujeatmosferskim ozonom.

UV-A 400-315 nm relativno neškodljivo zračenje UV-B 315-280 nm letalno zračenje za mnoge oblike života UV-C < 280 nm smrtonosno zračenje za čoveka i žive

organizme, ali se ono manje više u potpunosti apsorbujeatmosferskim ozonom.



O2 i N2 iznad stratosfere apsorbuju UV od120 do 220 nm. Do Zemlje ne dopire UV zračenje kraćih λ od

220 nm.

O2 i N2 iznad stratosfere apsorbuju UV od120 do 220 nm. Do Zemlje ne dopire UV zračenje kraćih λ od

220 nm.

1 DU je debljinastuba ozona (u0.01 mm) nastandardnoj t i po.

100 DU suekvivalentni 1mm debelomsloju čistogozona na STP.

Dobsonove jedinice (DU) dobile ime po G. M. B.Dobsonu, naučniku koji je sproveo prva merenja ustratosferi 1920-tih godina.

1 DU je debljinastuba ozona (u0.01 mm) nastandardnoj t i po.

100 DU suekvivalentni 1mm debelomsloju čistogozona na STP.


Ozon se u atmosferi nalazi u mnogo manjoj količini odkiseonika. Tako, na svakih 10 miliona molekula vazduha, 2miliona molekula su molekuli kiseonika, a svega 3 molekulasu molekuli ozona.

Prosečna vrednost je oko 300 DU (250 u tropima do 450 usevernijim i južnijim regionima planete).

Ukoliko bi se sav atmosferski ozon spustio na zemljinupovršinu, pri STP, nastao bi sloj debljine oko 3 mm.

Izraz ”ozonska rupa” se koristi da se opiše smanjivanjeozonskog omotača. Znači, ozon je još uvek prisutan, ali gasamo ima manje. Npr., merenja na Antarktiku pokazuju da jeu “ozonskoj rupi” koncentracija ozona 150 DU.


Ozon se u atmosferi nalazi u mnogo manjoj količini odkiseonika. Tako, na svakih 10 miliona molekula vazduha, 2miliona molekula su molekuli kiseonika, a svega 3 molekulasu molekuli ozona.

Prosečna vrednost je oko 300 DU (250 u tropima do 450 usevernijim i južnijim regionima planete).

Ukoliko bi se sav atmosferski ozon spustio na zemljinupovršinu, pri STP, nastao bi sloj debljine oko 3 mm.

Izraz ”ozonska rupa” se koristi da se opiše smanjivanjeozonskog omotača. Znači, ozon je još uvek prisutan, ali gasamo ima manje. Npr., merenja na Antarktiku pokazuju da jeu “ozonskoj rupi” koncentracija ozona 150 DU.

Ozon je stabilan molekul koga činetri atoma kiseonika.

Iako stabilan, jako je reaktivan. Dobio je naziv po grčkoj reči ”ozein”

što znači ”mirišljavi”. Ima jak, oštarmiris.

Na zemljinoj površini ozon se stvarapri električnom pražnjenju za vremeoluje i pri oksid. nekih org. materija.Tako, neznatne količine ozonaobično postoje u vazduhu borovihšuma (oksidiše se smola drveta), namorskoj obali (oksidišu algeizbačene na zemlju).

Ozon je stabilan molekul koga činetri atoma kiseonika.

Iako stabilan, jako je reaktivan. Dobio je naziv po grčkoj reči ”ozein”

što znači ”mirišljavi”. Ima jak, oštarmiris.

Na zemljinoj površini ozon se stvarapri električnom pražnjenju za vremeoluje i pri oksid. nekih org. materija.Tako, neznatne količine ozonaobično postoje u vazduhu borovihšuma (oksidiše se smola drveta), namorskoj obali (oksidišu algeizbačene na zemlju).


Fotohemijske reakcije Molekul kiseonika je fotohemijski disosovan ili fotohemijski

razložen ili podlego je fotolizi Ekscitovano stanje Osnovno stanje

reakcija

M + foton

reakcija

M + foton

M+toplota

O2 + UV foton (λ > 240 nm) → O2* → O2 + toplota

O2 + UV foton (λ < 240 nm) → O2* → 2O ili O2 + toplota

Iznad stratosfereKiseonik egzistira u monoatomskom obliku, jer jepritisak nizak, a UV-C zračenje je intenzivno.O2 + UV-C → 2 OO + O → O2

U stratosferiKiseonik egzistira u dvoatomskom obliku jer pritisakraste (monoatomske čestice nisu stabilne) i UV-Czračenje je manje.O + O2 → O3 + toplota(reakcija O + O → O2 se ne odvija)

Iznad stratosfereKiseonik egzistira u monoatomskom obliku, jer jepritisak nizak, a UV-C zračenje je intenzivno.O2 + UV-C → 2 OO + O → O2

U stratosferiKiseonik egzistira u dvoatomskom obliku jer pritisakraste (monoatomske čestice nisu stabilne) i UV-Czračenje je manje.O + O2 → O3 + toplota(reakcija O + O → O2 se ne odvija)

O + O2 + M → O3 + M + toplota Temperaturna inverzija Stratifikovani region atmosfere – stratosfera.

Zadatak 1: Za reakciju razlaganja ozona na dvoatomski imonoatomski kiseonik, ΔH0 iznosi + 105 kJ mol-1. Koja je najvećatalasna dužina svetlosti koja može da izazove disocijaciju ozona?Koja je to oblast Sunčevog zračenja?

O3 + UV foton (λ < 320 nm) → O2* + O*

O3 + O → 2 O2

+O

O2UV-C

OO2

O3

UV-B

Zadatak 2: Izračunati najveću talasnu dužinu svetlosti kojarazlaže ozona na O* i O2*, na osnovu sledećih termohemijskihpodataka:O →O* ΔH0 = + 190 kJ mol-1

O2→O2* ΔH0 = + 95 kJ mol-1

Zadatak 2: Izračunati najveću talasnu dužinu svetlosti kojarazlaže ozona na O* i O2*, na osnovu sledećih termohemijskihpodataka:O →O* ΔH0 = + 190 kJ mol-1

O2→O2* ΔH0 = + 95 kJ mol-1


O2+ hv (< 242nm) O + OO+O2+M O3+M

O3 + hv (230 - 320nm) O +O2O + O3 2O2

M je bilo koji molekul vazduha (O2 or N2)

Čepmanova teorija opisuje kako Sunčeva svetlost konvertujerazličite oblike kiseonika jedne u druge, objašnjava zašto jenajveća koncentracija ozona u sloju između 15 i 50 km.

Čepmanova teorijanastajanje

destrukcija


O2+ hv (< 242nm) O + OO+O2+M O3+M

O3 + hv (230 - 320nm) O +O2O + O3 2O2

M je bilo koji molekul vazduha (O2 or N2)

Čepmanova teorija opisuje kako Sunčeva svetlost konvertujerazličite oblike kiseonika jedne u druge, objašnjava zašto jenajveća koncentracija ozona u sloju između 15 i 50 km.

KoristećiČepmanovu teoriju


Mora da postoje i drugi putevi destrukcijeozona koji doprinose smanjenju njegovekoličine u stratosferi.

Katalitička destrukcija ozona

X + O3 = XO + O2

XO + O = X + O2

O + O3 = 2 O2


X + O3 = XO + O2

XO + O = X + O2

O + O3 = 2 O2

X se regeneriše u procesu (ne troši se) – deluje kaokatalizator.

Lančana reakcija se nastavlja sve dok se X ne utrošinekom sporednom reakcijom.

Ukupna reakcija

Hidroksilni radikali.OH + O3 = HO2

. + O2

HO2. + O = .OH + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Atomi hlora ili bromaCl. + O3 = ClO. + O2

ClO. + O = Cl. + O2Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Azot oksid (NO)NO + O3 = NO2 + O2NO2 + O = NO + O2


Hidroksilni radikali.OH + O3 = HO2

. + O2

HO2. + O = .OH + O2


Atomi hlora ili bromaCl. + O3 = ClO. + O2

ClO. + O = Cl. + O2Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Azot oksid (NO)NO + O3 = NO2 + O2NO2 + O = NO + O2




Izazivaju destrukciju skoro polovine količine ozona, u donjimdelovima stratosfere (16-20 km).

Izvori:O3 + hv (<325nm) = O* + O2O* + H2O = 2 . OHO* + CH4 = .OH + . CH3

Terminaciona reakcija. OH + NO2HNO3

Izazivaju destrukciju skoro polovine količine ozona, u donjimdelovima stratosfere (16-20 km).

Izvori:O3 + hv (<325nm) = O* + O2O* + H2O = 2 . OHO* + CH4 = .OH + . CH3

Terminaciona reakcija. OH + NO2HNO3


NO nastaje u velikoj količini u troposferi, ali se sav konvertuje uNO2 , a zatim u HNO3 (uklanja se precipitacijom).

NO u stratosferi nastaje iz azot(I)-oksida: N2O + hvN2 + O (90%) N2O + O 2 NO (~10%)

Proces uklanjanja: NO2 + .OHHNO3

ClO. + NO2ClONO2

NO nastaje u velikoj količini u troposferi, ali se sav konvertuje uNO2 , a zatim u HNO3 (uklanja se precipitacijom).

NO u stratosferi nastaje iz azot(I)-oksida: N2O + hvN2 + O (90%) N2O + O 2 NO (~10%)

Proces uklanjanja: NO2 + .OHHNO3

ClO. + NO2ClONO2


Problem 1-6

Problem 1-7 Problem 1-8

1. NOx vrši katalitičku destrukciju ozona.2. NOx inhibira HOx i ClOx cikluse destrukcije ozona

uklanjanjem ovih radikala.Relativni odnos ova dva efekta NOx je zavistan od

nadmorske visine. >25 km, ukupni efekat je takav da dolazi do destrukcije

ozona. (NOx je odgovoran za >50% ukupne destrukcijeozona u srednjim i gornjim slojevima troposfere.) U nižim slojevima stratosfere, ukupni efekat je smanjenje

destrukcije ozona, tj. njegova zaštita.

1. NOx vrši katalitičku destrukciju ozona.2. NOx inhibira HOx i ClOx cikluse destrukcije ozona

uklanjanjem ovih radikala.Relativni odnos ova dva efekta NOx je zavistan od

nadmorske visine. >25 km, ukupni efekat je takav da dolazi do destrukcije

ozona. (NOx je odgovoran za >50% ukupne destrukcijeozona u srednjim i gornjim slojevima troposfere.) U nižim slojevima stratosfere, ukupni efekat je smanjenje

destrukcije ozona, tj. njegova zaštita.


Fotolizom hlornih jedinjenja u atmosferioslobađa se reaktivni hlor:

CFCl3 + hv (185-210nm)CFCl2. + Cl.

Daljim reakcijama nastalog CFCl2. još Cl

atoma

Fotolizom hlornih jedinjenja u atmosferioslobađa se reaktivni hlor:

CFCl3 + hv (185-210nm)CFCl2. + Cl.

Daljim reakcijama nastalog CFCl2. još Cl

atoma


Izvori hlornih jedinjenja :

•Antropogeni: npr. CFCs

•Prirodni: npr. metil hlorid koji se biogeno stvara izokeana, prilikom sagorevanja vegetacije i usledvulkanske emisije.

Hlorofluorokarboni je zbirno ime za seriju jedinjenjakoja sadrže atome hlora, fluora i ugljenika. Primer:CFCl3, CF2Cl2.

Njihova proizvodnja je počela 1930-tih godina. Veomakorisni, veliki broj primena. Netoksični.

Koriste se kao sredstva za hlađenje, sredstva začićenje, raspršivači.

Poznati i pod nazivom:- HCFC: hidrohlorofluorokarboni- HFC: hidrofluorokarboni- Haloni: sadrže brom

Hlorofluorokarboni je zbirno ime za seriju jedinjenjakoja sadrže atome hlora, fluora i ugljenika. Primer:CFCl3, CF2Cl2.

Njihova proizvodnja je počela 1930-tih godina. Veomakorisni, veliki broj primena. Netoksični.

Koriste se kao sredstva za hlađenje, sredstva začićenje, raspršivači.

Poznati i pod nazivom:- HCFC: hidrohlorofluorokarboni- HFC: hidrofluorokarboni- Haloni: sadrže brom


CFC – x y z

PrimerCCl2F2 - CFC-12CCl3F - CFC-11CHClF2 - CFC-22C2Cl2F4 - CFC-114

Broj C atoma - 1

Broj F atoma

Broj H atoma + 1

Trocifreni broj je CHFCFC – x y z

PrimerCCl2F2 - CFC-12CCl3F - CFC-11CHClF2 - CFC-22C2Cl2F4 - CFC-114


Documents

Dvadeset prvo predavanje - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/746/21. Ozonosfera.pdf · destrukcije ozona, tj. njegova zaštita. Hemija životne sredine I (T . Anđelković)