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Ozon: Unterschied zwischen den Versionen

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== Was ist Ozon und wie entsteht es? ==
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{{navi|Atmosphäre|Luft}}
  
Ozon (griechisch ozein: „das Duftende“) ist bei Zimmertemperatur und unter normalem Luftdruck ein blassblaues, giftiges Gas mit durchdringendem Geruch.
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== Chemische Grundlagen ==
Es ist eine besondere Form von Sauerstoff: Seine Moleküle sind, im Gegensatz zu biatomaren Sauerstoff (O<sub>2</sub>) aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut, daher die Formel O<sub>3</sub>.
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[[Bild:Ozon2.jpg|thumb|200px|'''O<sub>2</sub>  →  2 O∙'''<br />Bild 1: Aufspaltung von Sauerstoffmolekülen zu Radikalen]]
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Ozon (griechisch ''ozein'': „das Duftende“) ist bei Zimmertemperatur und unter [[Normaldruck|normalem Luftdruck]] ein blassblaues, [[giftig]]es Gas mit durchdringendem Geruch.
  
Sauerstoff: O<sub>2</sub> Ozon: O<sub>3</sub>
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Es ist eine besondere Form von [[Sauerstoff]], seine [[Molekül]]e sind im Gegensatz zu biatomaren Sauerstoff (O<sub>2</sub>) '''aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut''', daher die Formel '''O<sub>3</sub>'''. O. ist eines der stärksten bekannten [[Oxidationsmittel]], es oxidiert [[Indigo]] zu gelbem Isatin – hierauf beruht der Nachweis in Dräger-Prüfröhrchen, siehe [[Ozon: Experimente|Nachweis von Ozon]].
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[[Bild:Ozon3.jpg|thumb|200px|'''O∙ +  O<sub>2</sub>  → O<sub>3</sub>'''<br />Bild 2: Bildung von Ozon]]
  
[[Bild:Ozon2.jpg|thumb|Bildung von Sauerstoffatomen]]
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=== Entstehung ===
Unter normalen Umständen ist Sauerstoff ein Molekül, in welchem zwei Sauerstoffatome miteinander chemisch gebunden sind. Unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne, aber auch bei elektrischen Entladungen, z.B. bei Gewittern, wird das Sauerstoffmolekül aufgebrochen, dabei entstehen zwei einzelne Sauerstoffatome:
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* '''Bild 1:''' Unter der Einwirkung des [[Ultraviolette Strahlung|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∙).
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* '''Bild 2:''' Die einzelnen Sauerstoffatome sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit einem verbleibenden Sauerstoffmolekül zum O<sub>3</sub>-Molekül Ozon.
  
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=== Physiologische Wirkung ===
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Folgen einer zu hohen Ozondosis:
  
O<sub>2</sub>  →  2 O∙
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*Kopfschmerzen und Mattigkeit
  
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*Reizwirkungen auf die Augen (Bindehautentzündung)
  
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*Atembeschwerden bei Säuglingen und Kleinkindern, bei Patienten mit Asthma bronchial, Chronische Bronchitis und Herz-Kreislauf-Beschwerden
  
[[Bild:Ozon3.jpg|thumb|Bildung von Ozon]]
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== Verwendung ==
Diese einzelnen Sauerstoffatome (Sauerstoffradikale, O∙) sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit einem verbleibenden Sauerstoffmolekül zum Molekül Ozon:
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* Ozon wird zum Entfernen von Substanzen und Pharmazeutika genutzt, die im Abwasser und sogar im [[Trinkwasser]] vorkommen.  
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* Zusammen mit UV-Licht wird das Ozon auch zur [[Trinkwasser]]aufbereitung verwendet, da Ozon keimtötend wirkt.
  
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[[Bild:Atmosphaere.jpg|right]]
  
O∙ +  O<sub>2</sub>  → O<sub>3</sub>
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== Ozon in der Atmosphäre ==
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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 der sogenannten [[Ozon#Stratosph.C3.A4re_.28atmosph.C3.A4risches_Ozon.29|Ozonschicht der Stratosphäre]].
  
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=== Troposphäre (bodennahes Ozon)===
  
http://www.kowoma.de/gps/zusatzerklaerungen/Atmosphaere_02.jpg
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Da Ozon reaktionsfreudiger ist als gewöhnlicher Sauerstoff ist, wirkt Ozon in Bodennähe als Reizgas auf Organismen und erhöht durch die stärkere [[Oxidation]]swirkung z. B. die Alterung von Gummi in Autoreifen. Eine Ozonkonzentration über dem Grenzwert von 120 μg/m³ gilt sogar als schädigend für Menschen, Pflanzen und Tiere, siehe ''physiologische Wirkung''.
  
== Troposphäre (bodennahes Ozon)==
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==== Auf- und Abbau von Ozon ====
  
Das Ozon in Bodennähe ragt bis zu 15 km in die Atmosphäre. In dieser Ebene wirkt das Ozon als Reizgas. Ein Teil dieser Reaktion sind Stickoxide und diese wiederum entstehen bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, z.B. im Straßen- und Flugverkehr sowie bei Verbrennungsprozessen in der Industrie. Der andere Teil der Reaktion sind flüchtige organische Verbindungen und diese beiden Komponenten wirken bei intensiver Sonneneinstrahlung als Reizgas. Die Wirkung des Ozons in Bodennähe ist für Menschen, Pflanzen und Tiere gesundheitsschädigend. Wenn die Ozonkonzentration über dem Grenzwert von 120 ug/m³ liegt, ist dies schädlich für die Gesundheit. Die Reaktion der Menschen auf die hohen Ozonwerte ist bei dem Punkt ''Physiologische Wirkung'' nach zu lesen.
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Ein interessantes Phänomen ist, dass im Sommer in Reinluftgebieten sogar eine höhere Ozon-[[Konzentration]] erreicht wird als in den Städten. Neben der [[Ozon#Entstehung|UV-Strahlung]] wird die Konzentration von bodennahem Ozon von zwei Komponenten bestimmt, den [[Stickoxide]]n und [[Kohlenwasserstoffe]]n:
  
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'''Einfluss der Stickoxide'''
  
Die Ozon-Konzentration in Reinluftgebieten ist im Sommer teilweise höher als in den Städten. Durch die vielen Autoabgase in den Städten, ist die NO-Konzentration sehr hoch. Dieses Stickoxid wirkt der Ozonbildung entgegen.
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Einen wesentlichen Einfluss auf bodennahes Ozon haben die verschiedenen [[Stickoxide]], die bei der Verbrennung von [[fossile Brennstoffe|fossilen Brennstoffen]] entstehen, z. B. [[Stickstoffdioxid]] (NO<sub>2</sub>) und Stickstoffmonoxid (NO) aus Abgasen im Straßenverkehr und der Industrie. In Abhängigkeit von der Tageszeit bzw. Intensität der Sonnenstrahlung stehen die folgenden [[Chemische Reaktionen|chemischen Reaktionen]] in Konkurrenz zueinander:
  
  NO<sub>2</sub> + UV-Strahlung → NO∙ + O∙  (Reaktion 1)
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Ozonbildung durch Stickstoff'''di'''oxid, z. B. durch morgendlichen Berufsverkehr in den Ballungszentren:
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  NO<sub>2</sub> + UV-Strahlung → NO∙ + O∙  (Reaktion 1: NO<sub>2</sub> wird durch die UV-Strahlung zu Radikalen gespalten.
  
  O∙ + O<sub>2</sub> → O<sub>3</sub>  (Reaktion 2)
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  O∙ + O<sub>2</sub> → O<sub>3</sub>  (Reaktion 2: Ozonbildung - das Sauerstoffradikal verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül (O<sub>2</sub>) zu Ozon)
  
Abbau durch NO
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Die gestiegene Konzentration von Stickstoff'''mon'''oxid (NO) führt im weiteren Verlauf des Tages zu Ozonabbau:
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O<sub>3</sub> + NO∙ → NO<sub>2</sub> + O<sub>2</sub>  (Reaktion 3: Ozonabbau)
  
O<sub>3</sub> + NO∙ → NO<sub>2</sub> + O<sub>2</sub>  (Reaktion 3)
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Je stärker die Sonne scheint, desto mehr Ozon wird gebildet und umso stärker wird NO<sub>2</sub> abgebaut.
  
Je stärker die Sonne scheint, desto mehr Ozon und umso weniger NO<sub>2</sub> ist vorhanden. NO<sub>2</sub> wird durch die UV-Strahlung gespalten.
 
  
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'''Abbau der Stickoxide durch Kohlenwasserstoffe'''
  
In der Atmosphäre befinden sich auch [[Kohlenwasserstoffe]], die sowohl von Menschen als auch von Vegetationen verursacht werden. HC werden von OH-Radikalen oxidiert und zu Peroxid-Radikalen R-O-O{{*}}. Die Peroxid-Radikale oxidieren NO zu NO<sub>2</sub>, ohne dass dabei O<sub>3</sub> verbraucht wird.
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In der Atmosphäre befinden sich auch flüchtige [[organische Verbindung]]en 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 NO<sub>2</sub>, ohne dass dabei O<sub>3</sub> verbraucht wird.
  
 
  R-O-O∙ + NO → R-O∙ + NO<sub>2</sub>  (Reaktion 4)
 
  R-O-O∙ + NO → R-O∙ + NO<sub>2</sub>  (Reaktion 4)
  
Der Kreislauf schließt sich, wenn die Reaktionen 1 und 2 wieder stattfinden.
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In reiner Luft kann demnach Ozon nur langsamer abgebaut werden. Langanhaltend hohe Ozonbelastungen können also gerade in verkehrsarmen Gegenden auftreten, da nur in Städten die Autoabgase dafür sorgen, dass nachts wiederum die Ozonkonzentration sinkt.
 
 
=== 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 als Entferner von Substanzen und Pharmazeutika genutzt, die im Abwasser und sogar im Trinkwasser vorkommen.  
 
 
 
*Zusammen mit UV wird das Ozon auch zur Trinkwasseraufbereitung verwendet, da Ozon keimtötend wirkt.
 
 
 
== 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 violetten 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.
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=== Stratosphäre (atmosphärisches Ozon)===
  
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 [[Ozon#Ozonloch|Ozonlochs]] reden.
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In der von 15-50 km über der Erde reichenden Gasschicht, der sogenannten Stratosphäre, befindet sich in ca. 30 km Höhe eine Gasschicht mit besonders viel Ozon ("Ozonschicht", mit ca. 10 ppm Ozonanteil). Die Ozonschicht ist wichtig für die Erde, da sie wie ein Filter wirkt und die harten ultravioletten Sonnenstrahlen absorbiert. 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.
  
== Ozonloch ==
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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.
  
[[Bild:Ozon_ein.jpg|thumb|Bildung von Ozon]]
 
 
[[Bild:Ozonj aus.jpg|thumb|Abbau des Ozons]]
 
[[Bild:Ozonj aus.jpg|thumb|Abbau des Ozons]]
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==== Ozonloch ====
 
[[Bild:Bildung1.jpg|thumb|Die Bildung des Chlormonoxidradikals]]
 
[[Bild:Bildung1.jpg|thumb|Die Bildung des Chlormonoxidradikals]]
 
[[Bild:Bildung2.jpg|thumb|Die Bildung des Sauerstoffmoleküls]]
 
[[Bild:Bildung2.jpg|thumb|Die Bildung des Sauerstoffmoleküls]]
Bei dem natürliche Auf- und Abbau des Ozons entsteht in der Stratosphäre ein Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen 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.  
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Beim natürlichen Auf- und Abbau des Ozons entsteht in der Stratosphäre ein Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird von [[Fluorchlorkohlenwasserstoffe]]n  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.  
 
Durch die Ausdünnung der Ozonschicht gelangen vor allem UV-B-Strahlungen auf die Erde. Diese Strahlen stellen für alle Lebewesen eine große Bedrohung dar.  
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* sie schädigt die Erbsubstanz, es wäre denkbar, dass die Menschen unfruchtbar werden, dass die Krebsrate ansteigt oder dass vermehrt Missbildungen vorkommen.
 
* sie schädigt die Erbsubstanz, es wäre denkbar, dass die Menschen unfruchtbar werden, dass die Krebsrate ansteigt oder dass vermehrt Missbildungen vorkommen.
  
=== Was sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe ( FCKW) ? ===
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== Zusammenfassung ==
  
[[Fluorchlorkohlenwasserstoffe]] sind eine umfangreiche chemische Gruppe niedermolekularer organischer Verbindungen, die als Treibgase oder Kältemittel verwendet werden. FCKW sind Kohlenwasserstoffe, bei denen Wasserstoffatome durch die Halogene Chlor beziehungsweise Flouer ersetzt wurde und sind eine Untergruppe der Halogenkohlenwasserstoffe. FCKW. die nur Einfachbindungen enthalten, nennt man gesättigte FCKW. Ist die Verbindung kein Wasserstoff mehr enthalten, so nennt man sie Chlorflourkohlenstoffe.
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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.  
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* '''Ozon hat eine nützliche Wirkung in der Stratosphäre, aber eine schädliche Wirkung in Bodennähe.'''
  
== Lösungsansätze ==
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=== Lösungsansätze ===
  
 
* Verminderung verkehrsbedingte Emissionen von Stickoxiden, z.B. durch Fahrverbot an Sonntagen und Tempolimit auf den Autobahnen
 
* Verminderung verkehrsbedingte Emissionen von Stickoxiden, z.B. durch Fahrverbot an Sonntagen und Tempolimit auf den Autobahnen
  
* Bei der Stromerzeugung auf Solarenergie umstellen
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* Bei der Stromerzeugung auf [[Solarenergie]] umstellen
 
 
* Verminderung der FCKW Emissionen, z.B. durch Einsatz vonn FCKW-freien Kühlschränken
 
 
 
== 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.
 
 
 
'''"kurz&knapp":'''
 
  
Ozon hat eine nützliche Wirkung in der Stratosphäre,aber eine schädliche Wirkung in Bodennähe.
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* Verminderung der [[FCKW]]-Emissionen, z.B. durch Einsatz vonn FCKW-freien Kühlschränken
  
 
== Fragebogen ==
 
== Fragebogen ==
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* [[Ozon: Fragebogen|Fragebogen zum Thema Ozon]]
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* [[Ozon: Antworten|Antworten zum Fragebogen]]
  
[[Ozon: Fragebogen|Fragebogen zum Thema Ozon]]
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== Experimente ==
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[[Ozon: Experimente|Experimente zum Thema Ozon]]
  
[[Ozon: Antworten|Antworten zum Fragebogen]]
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{{Sammlung}}
  
== Versuche ==
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{{cb|-|392|468}}
 
+
{{www}}
[[Ozon: Versuch|Versuche zum Thema Ozon]]
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{{Blume|ozon}}
 
+
* [http://www.umwelt.niedersachsen.de/master/C44768198_N41769412_L20_D0_I598.html Luftüberwachung in Niedersachsen mit aktuellen Ozon-Messwerten]
== Internet-Links ==
 
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ozon Ozon in der Wikipedia]
 
 
* [http://www.chemie.unterricht.ws/downloads/ozon.pdf Foliensatz]
 
* [http://www.chemie.unterricht.ws/downloads/ozon.pdf Foliensatz]
* [http://www.seilnacht.com/Lexikon/Ozon.htm Ozon und Ozonloch]
+
* [http://www.seilnacht{{c}}Lexikon/Ozon.htm Ozon und Ozonloch]
* [http://www.tk-logo.de/lexikon/o/rmenue.php3?li=./ozonschicht.html Ozonschicht]
 
 
* [http://www.physik.uni-oldenburg.de/Docs/puma/1624.html Bodennahes Ozon]
 
* [http://www.physik.uni-oldenburg.de/Docs/puma/1624.html Bodennahes Ozon]
* [http://www.ping.de/schule/pg-herne/p-wetter/luft/ozon.htm Bodennahes Ozon 2]
 
* [http://www.schule.bremen.de/schulen/szobraun/umwelt_entwicklg/ozonloch/was_ist_ozon.htm Was ist Ozon?]
 
 
* [http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Klima_kurz_gefasst/-_Stratosphaere_2l0.html Stratosphäre]
 
* [http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Klima_kurz_gefasst/-_Stratosphaere_2l0.html Stratosphäre]
 
* [http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Basis/1__Die_Stratosphaere_verstehen_1m9.html Stratosphäre 2]
 
* [http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Basis/1__Die_Stratosphaere_verstehen_1m9.html Stratosphäre 2]
 
* [http://www.lanuv.nrw.de/veroeffentlichungen/infoblaetter/infoblatt2.pdf "Ozonloch" in der Stratosphäre?]
 
* [http://www.lanuv.nrw.de/veroeffentlichungen/infoblaetter/infoblatt2.pdf "Ozonloch" in der Stratosphäre?]
  
{{Sammlung}}
 
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[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Chemikalien]]
 
[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Chemikalien]]

Aktuelle Version vom 20. September 2017, 11:42 Uhr

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. ist eines der stärksten bekannten Oxidationsmittel, es oxidiert Indigo zu gelbem Isatin – hierauf beruht der Nachweis in Dräger-Prüfröhrchen, siehe Nachweis von Ozon.

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

Verwendung

  • Ozon wird zum Entfernen von Substanzen und Pharmazeutika genutzt, die im Abwasser und sogar im Trinkwasser vorkommen.
  • Zusammen mit UV-Licht wird das Ozon auch zur Trinkwasseraufbereitung verwendet, da Ozon keimtötend wirkt.
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 der sogenannten Ozonschicht der Stratosphäre.

Troposphäre (bodennahes Ozon)

Da Ozon reaktionsfreudiger ist als gewöhnlicher Sauerstoff ist, wirkt Ozon in Bodennähe als Reizgas auf Organismen und erhöht durch die stärkere Oxidationswirkung z. B. die Alterung von Gummi in Autoreifen. Eine Ozonkonzentration über dem Grenzwert von 120 μg/m³ gilt sogar als schädigend für Menschen, Pflanzen und Tiere, siehe physiologische Wirkung.

Auf- und Abbau von Ozon

Ein interessantes Phänomen ist, dass im Sommer in Reinluftgebieten sogar eine höhere Ozon-Konzentration erreicht wird als in den Städten. Neben der UV-Strahlung wird die Konzentration von bodennahem Ozon von zwei Komponenten bestimmt, den Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen:

Einfluss der Stickoxide

Einen wesentlichen Einfluss auf bodennahes Ozon haben die verschiedenen Stickoxide, die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen, z. B. Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffmonoxid (NO) aus Abgasen im Straßenverkehr und der Industrie. In Abhängigkeit von der Tageszeit bzw. Intensität der Sonnenstrahlung stehen die folgenden chemischen Reaktionen in Konkurrenz zueinander:

Ozonbildung durch Stickstoffdioxid, z. B. durch morgendlichen Berufsverkehr in den Ballungszentren:

NO2 + UV-Strahlung → NO∙ + O∙  (Reaktion 1: NO2 wird durch die UV-Strahlung zu Radikalen gespalten. 
O∙ + O2 → O3  (Reaktion 2: Ozonbildung - das Sauerstoffradikal verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül (O2) zu Ozon)

Die gestiegene Konzentration von Stickstoffmonoxid (NO) führt im weiteren Verlauf des Tages zu Ozonabbau:

O3 + NO∙ → NO2 + O2  (Reaktion 3: Ozonabbau)

Je stärker die Sonne scheint, desto mehr Ozon wird gebildet und umso stärker wird NO2 abgebaut.


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)

In reiner Luft kann demnach Ozon nur langsamer abgebaut werden. Langanhaltend hohe Ozonbelastungen können also gerade in verkehrsarmen Gegenden auftreten, da nur in Städten die Autoabgase dafür sorgen, dass nachts wiederum die Ozonkonzentration sinkt.

Stratosphäre (atmosphärisches Ozon)

In der von 15-50 km über der Erde reichenden Gasschicht, der sogenannten Stratosphäre, befindet sich in ca. 30 km Höhe eine Gasschicht mit besonders viel Ozon ("Ozonschicht", mit ca. 10 ppm Ozonanteil). Die Ozonschicht ist wichtig für die Erde, da sie wie ein Filter wirkt und die harten ultravioletten Sonnenstrahlen absorbiert. 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
  • Verminderung der FCKW-Emissionen, z.B. durch Einsatz vonn FCKW-freien Kühlschränken

Fragebogen

Experimente

Experimente zum Thema Ozon

Ozon an der BBS Winsen

Ozon ist in der Sammlung der BBS Winsen vorhanden und kann für Experimente genutzt werden. Hierbei gilt:

Achtung.gif Auf allen Chemikalien-Gefäßen, die an der BBS Winsen verwendet werden, 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

auf Seite
468

Weblinks