Ozon: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Ozonabbau durch Stickoxide'''
 
'''Ozonabbau durch Stickoxide'''

Version vom 20. März 2010, 12:28 Uhr

Ozon
vernetzte Artikel
Atmosphäre Luft

Chemische Grundlagen

O2 → 2 O∙
Bild 1: Aufspaltung von Sauerstoffmolekülen zu Radikalen

Ozon (griechisch ozein: „das Duftende“) ist bei Zimmertemperatur und unter normalem Luftdruck ein blassblaues, giftiges Gas mit durchdringendem Geruch. Es ist eine besondere Form von Sauerstoff, seine Moleküle sind im Gegensatz zu biatomaren Sauerstoff (O2) aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut, daher die Formel O3.

O∙ + O2 → O3
Bild 2: Bildung von Ozon

Entstehung

  • Bild 1: Unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne, aber auch bei elektrischen Entladungen, z.B. bei Gewittern, wird das "normale", also biatomare Sauerstoffmolekül aufgespalten, dabei entstehen zwei einzelne Sauerstoffatome (Sauerstoffradikale, O∙).
  • Bild 2: Die einzelnen Sauerstoffatome sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit einem verbleibenden Sauerstoffmolekül zum O3-Molekül Ozon.

Physiologische Wirkung

Folgen einer zu hohen Ozondosis:

  • Kopfschmerzen und Mattigkeit
  • Reizwirkungen auf die Augen (Bindehautentzündung)
  • Atembeschwerden bei Säuglingen und Kleinkindern, bei Patienten mit Asthma bronchial, Chronische Bronchitis und Herz-Kreislauf-Beschwerden

Technischer Nutzen

  • Ozon wird zum Entfernen von Substanzen und Pharmazeutika genutzt, die im Abwasser und sogar im Trinkwasser vorkommen.
Atmosphaere.jpg

Ozon in der Atmosphäre

Ozon kommt in verschiedenen Schichten der Atmosphäre als Spurengas vor. Wesentlich für die kontroverse Diskussion um atmosphärisches Ozon ist die unterschiedliche Bedeutung des Ozons in Bodennähe (Troposphäre) und in höheren Schichten bis zu 50 km (Stratosphäre).

Troposphäre (bodennahes Ozon)

Das Ozon in Bodennähe wirkt als Reizgas. Eine Ozonkonzentration über dem Grenzwert von 120 μg/m³ gilt sogar als gesundheitsschädigend für Menschen, Pflanzen und Tiere, siehe physiologische Wirkung.

Auf- und Abbau von Ozon

Neben der UV-Strahlung wird die Konzentation von bodennahem Ozon von zwei Komponenten bestimmt, den Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen:

Ozonabbau durch Stickoxide

Ein interessantes Phänomen ist, dass die Ozon-Konzentration in Reinluftgebieten im Sommer teilweise höher als in den Städten ist. Ursache hierfür sind die Stickoxide, die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen, z. B. im Straßenverkehr sowie bei Verbrennungsprozessen in der Industrie. Das Stickoxid NO wirkt der Ozonbildung entgegen: 

NO2 + UV-Strahlung → NO∙ + O∙  (Reaktion 1: NO2 wird durch die UV-Strahlung gespalten.)

O∙ + O2 → O3  (Reaktion 2)

Abbau durch NO 

O3 + NO∙ → NO2 + O2  (Reaktion 3)

Je stärker die Sonne scheint, desto mehr Ozon und umso weniger NO2 ist vorhanden.


Abbau der Stickoxide durch Kohlenwasserstoffe

In der Atmosphäre befinden sich auch flüchtige organische Verbindungen wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), z. B. aus dem Abgas im Straßenverkehr. HC reagieren mit OH-Radikalen zu Peroxid-Radikalen R-O-O · . Die Peroxid-Radikale oxidieren NO∙ zu NO2, ohne dass dabei O3 verbraucht wird. 

R-O-O∙ + NO → R-O∙ + NO2  (Reaktion 4)

Der Kreislauf schließt sich, wenn die Reaktionen 1 und 2 wieder stattfinden.

Stratosphäre (atmosphärisches Ozon)

Die von 15-50 km über der Erde reichende Gasschicht, die sogenannte Stratosphäre, ist eine Gasschicht mit besonders viel Ozon. Dieses Ozon ist wiederum besonders wichtig für die Erde, da sie wie ein Filter wirkt und die harten ultravioletten Sonnenstrahlen absorbiert und sie dann in Wärme umwandelt. Hierbei wird eun erheblicher Anteil des UV-Lichtes daran gehindert, bis zur Erdoberfläche durchzudringen. Somit schützt sie also Menschen, Tiere und Pflanzen. Die übrig gebliebene UV-Strahlung, die die Oberfläche erreicht, kann jedoch, bei entsprechender Dosis zu Sonnenbrand bishin zum Hautkrebs führen.

In der Stratosphäre herrscht normalerweise ein Gleichgewicht zwischen dem natürlichen Ab- und Aufbau des Ozons. Dieses Gleichgewicht wird jedoch von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen gestört. Durch diesen Ablauf wird die Ozonschicht geschädigt und somit kann man von einer Entstehung des Ozonlochs reden.

Abbau des Ozons

Ozonloch

Die Bildung des Chlormonoxidradikals
Die Bildung des Sauerstoffmoleküls

Beim natürlichen Auf- und Abbau des Ozons entsteht in der Stratosphäre ein Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird von Fluorchlorkohlenwasserstoffen gestört. Sie tragen dazu bei, dass mehr Ozon zersetzt wird als das sich Neues bilden kann. Durch Luftbewegungen in der Atmosphäre verteilen sich die FCKW rund um die Erde. Da ihre Moleküle sehr stabil gegen äußere Einflüsse sind, verändern sie sich beim Kontakt mit anderen Molekülen nicht. In der Stratosphäre werden jedoch durch die intensive UV-Strahlung aus den FCKW reaktionsfähige Chlorradikale abgespalten. Diese wiederum greifen die Ozonmoleküle an und bewirken deren Umwandlung in Sauerstoffmoleküle. Dabei entsteht außerdem das radikale Chlormonooxid.

Durch die Ausdünnung der Ozonschicht gelangen vor allem UV-B-Strahlungen auf die Erde. Diese Strahlen stellen für alle Lebewesen eine große Bedrohung dar.

  • sie verursacht Sonnenbrände und Hautkrebs
  • sie schädigt die Augen, fördert den grauen Star und kann bis zur Erblindung führen
  • sie schwächt das Immunsystem
  • sie schädigt die Erbsubstanz, es wäre denkbar, dass die Menschen unfruchtbar werden, dass die Krebsrate ansteigt oder dass vermehrt Missbildungen vorkommen.

Zusammenfassung

Das Ozon in der Stratosphäre ist besonders wichtig für uns, da es die UV-Strahlung absorbiert und somit die Menschen, Tiere und Pflanzen auf der Erde schützt. Dagegen ist das Ozon in der Troposphäre, wenn es in zu hohen Konzentrationen vorkommt, gesundheitsgefährdend.

  • Ozon hat eine nützliche Wirkung in der Stratosphäre, aber eine schädliche Wirkung in Bodennähe.

Lösungsansätze

  • Verminderung verkehrsbedingte Emissionen von Stickoxiden, z.B. durch Fahrverbot an Sonntagen und Tempolimit auf den Autobahnen
  • Bei der Stromerzeugung auf Solarenergie umstellen
  • Verminderung der FCKW-Emissionen, z.B. durch Einsatz vonn FCKW-freien Kühlschränken

Fragebogen

Versuche

Versuche zum Thema Ozon

Sicherheitshinweise

Bei der Verwendung von Ozon beim Experimentieren gilt:

Achtung.gif Auf Chemikalien-Gefäßen finden sich codierte Hinweise auf Gefährdungen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen beim Umgang mit dieser Chemikalie. Diese sogenannten H- & P-Sätze hängen gemeinsam mit den Arbeitsregeln für Schülerexperimente als Betriebsanweisung im Chemieraum aus und müssen in jedem Fall beachtet werden!
Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen
zum Thema Ozon:
Chemie FOS-T

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Chemie heute

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392

Elemente Chemie

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Weblinks

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