اوزون خواص و ویژگی ها
خواص و ویژگی های گاز اوزون :
اوزون گازی است با رنگ آبی روشن وبوی خاص که هر ملکول آن از ۳ اتم اکسیژن تشکیل شده است.
چگالی آن ۵/۱ برابر گاز اکسیژن است ونقطه جوش نرمال آن ۱۱۲- درجه سانتی گراد و نقطه ذوب عادی
آن ۱۹۳- درجه می باشد . انحلال پذیری گاز اوزون کمی بیشتر از گاز O2 است
از نظر واکنش پذیری اوزون بسیاز فعال تر از اکسیژن بوده ودر دمای ۳۰۰ درجه سانتی گراد و یا در مجاورت
کاتالیز گرها واکنش آن انفجاری است
لایه اوزون :
لایه اوزون ناحیه ای از فضااست که به عنوان محافظ طبیعی زمین در برابر نور خورشید قلمداد می شود
زیرا این لایه پرتو فرابنفش مضر نور خورشید را پیش از این که پرتو به سطح زمین برسد و به انسانها
وسایر موجودات صدمه بزند صاف میکند
مقدار کل اوزون بالای سر ما ودر هرمکانی برحست یکای دابسون بیان میشود . یک یکای دوبسون معادل
با صخامت ۰۱/۰میلی متر اوزون خالص با توجه به چگالی آن در فشار سطح زمین atm 1 اختیار
میشود . ضخامت اوزون در نقاط مختلف اطراف کره زمین متفاوت است . مقدار عادی اوزون در بالای سرما
در عرض های جغرافیایی معتدله در حدود ۳۵۰Du است . به علت باد های استراتوسفری اوزون از مناطق
گرمسیری به سمت مناطق قطبی منتقل میشود بنابراین هراندازه به خط استوا نزدیک تر باشبد مقدار
اوزونی که شما را درمقابل اشعه فرابنفش محافظت میکند کمتر است .غلظت اوزون در مناطق تزدیک به
خط استوا ۲۵۰Du ودر مناطق قطبی ۴۵۰Du است البته به جز هنگامی که در مناطق قطبی حفره لایه
اوزون مشاهده میشود
اثرات ناشی از ، از بین رفتن لایه اوزون :
از آنجایی که لایه اوزون دراستراتوسفر, قسمت اعظم تابش های ماورای بنفش را که برای حیات انسان
زیانبار است را می گیرد، بنابراین، دراثر کاهش ضخامت لایه اوزون میزان تابش اشعه UV به سطح زمین
افزایش می یابد و موجب تاثیرات نامطلوب زیست محیطی میشود.
از اثرات منفی ناشی از نازک شدن لایه اوزون میتوان به موارد زیر اشاره کرد :
۱) آفتاب سوختگی والتهاب و ایجادخشکی در پوست و ودرنوع شدید آن ایجادسرطان پوست
۲) ایجاد عقیم شدگی در پرندگان
۳) کاهش باردهی درگیاهان بخصوص در محصولاتی مانند برنج ،گندم و جو
۴)ایجاد تغییرات درسیستم ایمنی بدن انسانها و حیوانات
۵) ایجادعفونت های چشمی مانند آب مروارید در انسانها و برخی از حیوانات
۶) افزایش آلودگی هوا و افزایش واکنشهای فتو شیمیایی
۷) ایجاد باران های اسیدی
۸) گرم شدن دمای کره زمین ومتعاقب آن ایجاد خشکسالی ، شیوع بیماری ، جاری شدن سیلهای
شدید در اثر ذوب شدن یخچالهای قطبی
اثر محافظتی گاز اوزون :
هرمولکول اوزون موجود در استراتسفر بر اثر رویاروئی با تابش فرابنفش خورشید شکسته میشود وبه یک
مولکول O2 ویک اتم O تبدیل میشود باید توجه داشت که گاز اوزون با نور UV طول موج های کوتاهتر از
۳۲۰nm تخریب میشود
O* اتم اکسیژن را در حالت برانگیخته نشان میدهد که نسبت به اتم معمولی O که در سطح پایه قرار
دارد ،مقداری انرژی اضافی دارد ودر صورتی که اتم یا مولکول برانگیخته با سرعت با اتم یا مولکول دیگری
وارد واکنش نشود این انرژی اضافی معمولا تلف میشود
چون در استراتوسفر غلظت O2 نسبتا زیاد است وغلظت O اتمی خیلی کم است محتمل ترین
سرنوشتی که برای اتم های O وجود دارد این است که با مولکولهای دو اتمی اکسیژن برخورد کنند به
این ترتیب اوزون حاصل میشود
در واقع این واکنش منبع تمام اوزون موجود در استراتوسفراست . به هنگام روز اوزون به طور پیوسته
بوسیله این فرایند در حال تشکیل است و سرعت تشکیل آن به مقدار نور UV و غلظت اکسیژن در یک
ارتفاع معین بستگی دارد . درپائین استراتوسفر فراوانی O2 خیلی بیشتر از فراوانی آن در دمای بالای
استراتوسفر است زیرا چگالی هوا با نزدیک شدن به سطح زمین به طور چشمگیری افزایش می یابد اما
در این سطح بدلیل اینکه تقریبا تمام UV پر انرژی ، پیش از رسیدن به سطح زمین حذف شده است
تعداد کمی اوزون تشکیل می شود لذا گسترش اوزون در بخش های پائینی استراتوسفر چندان اتفاق
نمی افتد برعکس در بالای اوزون شدت uv زیاد است واتم های اکسیژن به جای برخورد با مولکولهای O2
که غلظت کمی دارند با یکدیگر برخورد میکنند از این رو شانس تشکیل O3 کم است
فرایند های تولید وتخریب اوزون را می توان درچرخه زیر نمایش داد
تخریب اوزون بوسیله کلر اتمی :
اتم های کلر طبق واکنش زیر موجب تخریب لایه اوزون میشوند :
.هر اتم کلر می تواند بطور کاتالیزی هزار ها مولکول اوزون را نابود کند . این واکنش ها را میتوان بصورت
چرخه ای نشان داد که چرخه نابودی اوزون بوسیله اتم های کلر نام دارد
منابع کلر :
کلر موجود در استراتوسفر از طریق منابع زیر تامین می شود:
الف ) کلر ناشی از کلرومتان :کلر در نتیجه مهاجرت کند گاز کلرومتان یا متیل کلرید (CH3Cl ) به سمت
بالا ، همواره در استراتوسفر وجود داشته است . کلرومتان در سطح زمین وبه طور عمده در اقیانوس ها
در نتیجه ی برهم کنش یون کلرید با گیاهان در حال فساد به وجود می آید . این گار در ترو پوسفر به طور
جرئی تخریب می شود ، اما وقتی مولکولهای دست نخورده متیل کلراید به استراتوسفر می رسند ، این
مولکولها به طور فتوشیمیایی بوسیله اشعه فرابنفش یا حمله بوسیله رادیکال های OH تجزیه
میشوند . در پایان رادیکال کلر ( .Cl ) حاصل می شود .
ب )کلر ناشی از CFC : افزایش غلظت گاز کلر در استراتوسفر به طور عمده به مصرف کلرو فلوئورو
کربن ها و رها شدن آنها در فضا مربوط میشود . این ترکیب ها فقط کلر ، فلوئور وکربن دارند وبه طور
معمول آنها را CFC می نامند .
غلظت کلر در حال حاضر ، در استراتوسفر در حدود ppb 5/3 است که دو برابر این مقدار در دهه ۱۹۷۰ و
شش برابر حد مجاز ppb 6/0 می باشد . مطالعات دانشمندان نشان داده که این افزایش به موازات
رشد CFC ها صورت گرفته است . در دهه ۱۹۸۰ سالیانه حدود یک میلیون تن CFC در فضا رها شده
است . این ترکیب ها عیر سمی ، غیر قابل اشتعال و غیر فعال هستند ولی اثرات تخریبی چشمگیری در
لایه اوزون دارند
کلر غیر فعال :
بیشتر کلر موجود در لایه استرانوسفر به طور معمول به صورت .Cl و یا .ClO وجود ندارد ، بلکه به شکل
غیر رادیکالی است و به عنوان بک کاتالیزگر ، برای تخریب اوزون غیر فعال است . دو مولکول اصلی غیر
فعال کلر در استراتوسفر گازهای هیدروزن کلرید (HCl) و کلرونیترات (ClONO2) می باشد
کلرونیترات بر اثر برهمکنش کلرو مونواکسید ونیتروژن دی اکسید تشکیل می شود . پس از یک دوره ، یک
مولکول ClONO2 ، به طور فتو شیمیایی دوباره به اجزای سازنده خود تجزیه میشود . از این رو .ClO
که از لحاظ کاتالیزی فعال است دوباره تشکیل میشود
.
HCl که از نظر کاتالیزی ، غیر فعال است نیز ، از واکنش کلر اتمی با متان در استراتوسفر حاصل
میشود :
این واکنش تنها به مقدار کمی گرماگیر است ، از این رو به طور آهسته پیش می رود ، اما پیشرفت قابل
توجهی دارد . هر مولکول HCl از طریق واکنش با رادیکال هیدروکسیل می تواند به شکل فعال ، یعنی
رادیکال کلر برگردد :
تعیین مقدار تجربی .ClO و O3 ورسم مقادیر این دو ماده بر حسب عرض جغرافیایی روند های متضادی
را به نمایش میگذاردبه هنگام بهار در فواصل با اندازه کافی دور از قطب جنوب ، غلظت اوزون به نسبت
زیاد است ولی غلظت .ClO کم است ، زیرا کلر به طور عمده به شکل های غیر فعال ، درگیر شده است .
اما وقتی به سمت قطب نزدیک میشویم غلظت O3 به سرعت تنزل پیدا میکند که نشان میدهد ،
بیشتر کلر به صورت غیر فعال در آمده است ودر نتیجه آن بیشتر اوزون ، تخریب شده است در آن عرض
جغرافیایی که غلظت های هردو به طور ناگهانی تغییر میکند ، نقطه شروع ایجاد حفره اوزون را مشخص
میکند که تاقطب جنوب ادامه می یابد
حفره اوزون :
دانشمندان در سال ۱۹۸۵ کشف کردند که در چندین ماه از سال در بالای قطب جنوب غلظت گاز اوزون
استراتوسفری در حدود ۵۰ در صد کاهش می یابد .وقتی این اتفاق می افتد در اصطلاح گفته میشود ، در
لایه اوزون حفره ایجاد شده است.
وقتی شکل های غیر فعال کلر یعنی HCl ، ClONO2 به طور موقت به شکل های فعال.Cl و یا .ClO
تبدیل می شوند در نتیجه غلظت بالای آنها واثرات تخریب این گازها بر گاز اوزون غلظت اوزون بشدت
کاهش می یابد ودر لایه اوزون حفره ایجاد میشود
حفره اوزون به طور معمول در قطب جنوب ودر فصل بهار اتفاق می افتد علت تشکیل حفره اوزون در قطب
جنوب در ماه های خاصی از سال را می توان چنین توضیح داد :
تبدیل کلر غیر فعال به کلر فعال در سطح بلورهای تشکیل شده بوسیله از محلول آب ونیتریک اسید
صورت میگیرد . نیتریک اسید نیز از ترکیب گازهای .OH و .NO2 تشکیل میشود
در شرایط عادی تراکم گازها وتبدیل آنها به قطره های مایع یا بلور های جامد صورت نمی گیرد اما در
استراتوسفر بالای قطب جنوب در ماه های بدون خورشید ، دما تاحد ۸۰- در جه سانتی گراد کاهش
می یابد بنابراین تراکم گازها نیز صورت میگیرد ودر سطح بلورهای تشکیل شده تبدیل کلر غیر فعال به
کلر فعال ممکن میشود
از طرفی دیگر درتاریکی کامل در فصل زمستان استراتوسفر قطبی بسیار سرد میشود . کاهش دمای هوا
سبب کاهش فشار میگردد زیرا طبق قانون گازهای ایده ال فشار با دمای کلوین متناسب است .کاهش
فشار همراه باچرخش زمین موجب ایجاد یک توده چرخان هوا یا همان گرداب میگردد . از آنجا که سرعت
باد در این شرایط از km 300در ساعت تجاوز میکند هیچ ماده ای نمی تواند به درون آن نفوذ یابد به
همین دلیل هوای داخل آن مجزا شده وبرای چندین ماه سرد باقی می ماند در قطب جنوب این گرداب به
طور کامل تا فصل بهار ادامه می یابد
بلور های تولید شده بوسیله تراکم گازها در درون گرداب ، ابر های قطبی استراتوسفر یا psc ها را
تشکیل میدهند . در این شرایط مولکولهای غیر فعال HCl به سطح ذره های یخ می چسبند و به صورت
بخشی از جامد در می آیند وقتی مولکولهای گازی کلرو نیترات (ClONO2) با این مولکولهای HCl برخورد
میکنند مولکولهای کلر گازی تشکیل میشوند
بنابراین در طول ماه های تاریک زمستان ، گازکلر مولکولی جمع میشود ودر فصل بهار هنگامی که مقدار
کمی نور خورشید در قطب جنوب ظهور میکند Cl2 بوسیله جزء uv نور خورشید به رادیکال کلر تجزیه
می شود
علاوه براین آب هم میتواند در تولید رادیکال کلر سهیم باشد آب در واکنش با مولکولهای ClONO2 تولید
HOCl میکند که این ماده تحت تابش uv به رادیکالهای .Cl و .OH می شکند . واین چنین کلر غیر
فعال به کلر اتمی ورادیکالی تبدیل میشود
تنها زمانی که ابرهای فطبی استراتوسفر و گرداب از بین رفته اند آن موقع است که کلر به طور عمده به
شکل های غیر فعال برمیگردد . رها شدن نیتریک اسید از بلورها به فاز گاز ، سبب میشود که براثر
نورخورشید به .NO2 تبدیل شود
افزون براین با ازهم پاشیدن گرداب در اواخر بهار ، هوای دارای .NO2 با هوای قطبی مخلوط میشود .
نیتروژن دی اکسید به سرعت با کلر مونواکسید ترکیب شده ، کلر نیترات تشکیل میشود که غیر فعال
است .درنتیجه کار چرخه های تخریب کاتالیزگری متوقف میشود وغلظت اوزون افزایش مییابد . آنگاه
درعرض چند هفته پس از ناپدید شدن ابرهای قطبی استراتوسفر وتوقف گرداب ، به سطح عادی آن
می رسد . به این ترتیب حفره اوزون برای سال دیگر بسته می شود .
تخریب لایه اوزون در قظب شمال
با آنکه لایه اوزون در قطب شمال نیز در معرض تخریب قرار دارد ولی تخریب لایه اوزون بیشتر در قطب
جنوب صورت میگیرد ، چونکه در سمت قطب جنوب به نسبت قطب شمال خشکیهای بیشتری وجود
دارد به عنوان مثال در عرض جفرافیایی ۹۰ درجه شمال اقیانوس منجمد شمالی واقع است ، درحالیکه
در همین عرض جغرافیایی جنوب استرالیا وجود دارد که از نظر صنعتی خیلی هم فعال و آلوده کننده هم
هست . تخریب لایه اوزون در سالهای اخیر به علت آنکه کشورهای صنعتی تدابیر خاصی برای جلوگیری از
ورود آلاینده‌ها به جو داشته‌اند ، روند رو به بهبودی داشته است . اما در تابستانها که جلبکها رشد و نمو
بیشتری دارند ( همانطور که می‌دانید مقداری C FC طبیعی از تجزیه جلبکها حاصل میشود. ) یا هوا
جریان بیشتری دارد و آلاینده‌ها بیشتر وارد جو میشود( در زمستان ممکن است به علت بارشهایی که
وجود دارد مقادیر زیادی از آلاینده‌ها وارد زمین شوند که البته آن هم اثرات سوء خودش را دارد ممکن
است این تخریب بیشتر صورت گیرد. )
منبع:
شیمی هوا کره – دکتر مسعود گیاهی ( جهان تاب )
