«Озоновые дыры» и перспективы химии в решении этой проблемы

В 21 веке очень актуальным является вопрос охраны окружающей среды. Отравляя воздух дымом заводов, выхлопными газами, оскверняя землю химикатами, радиоактивными отходами, неразлагающимся мусором, загрязняя реки, моря и океаны токсичными сливами, мы лишаем себя самого необходимого – природы. Одной из самых актуальных проблем современности является образование «озоновых дыр».

Что же такое озоновый слой и как на нём образуются «дыры»? Насколько опасны они для природы и человека? Каковы перспективы химии в решении этой проблемы? Четыреста миллионов лет назад в атмосфере появился слой озона, достаточно плотный, чтобы жизнь из океана смогла шагнуть на сушу. Совершенно случайно оказалось, что появляющийся в древней земной атмосфере озон и развивающиеся в это время в мировом океане клетки живых организмов поглощают биологически опасное коротковолновое излучение Солнца в одном и том же диапазоне длин волн 230-290 нм. Разнообразные и многочисленные эксперименты показали, что излучение в диапазоне длин волн 280—320 нм опасно. Именно это излучение при истощении озонового слоя будет усиливаться, приводя к разнообразным негативным последствиям. В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путём и является самым молодым компонентом атмосферы. С экологической точки зрения наиболее ценным свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то же время как химическое соединение озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферногоозонового слоя. Помимо этого озон является эффективным парниковым газом. И, наконец, озон оказывает заметное влияние на малые активные составляющие атмосферы, а через них - и на стабильные компоненты, которые, как и сам озон, поглощают и ультрафиолетовое, и инфракрасное излучение. Тем самым озон оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на парниковый эффект и уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности Земли. Эти свойства делают озон одной из наиболее важных атмосферных составляющих, сохранение которой на современном уровне обеспечивает те экологические и биологические условия, в которых земная фауна и флорасуществует уже многие миллионы лет.

Мы попытались проанализировать анализ причин возникновения «озоновых дыр» и предлагаемых методов решения этой проблемы. Трудно сегодня найти человека, который бы не слышал об "озоновых дырах". Это явление, называемое учеными озоновой аномалией, заключается в опасном снижении концентрации озона в стратосфере над тем или иным районом планеты. В первые "озоновую дыру" обнаружили над Антарктидой. В 1984 г. Джорж Фарман, член Британской антарктической экспедиции отметил снижение концентрации стратосферного озона над станцией Халли-Бей в

Антарктиде на 40%.Решение этой проблемы кроется в самом механизме образования и разрушения озона.

В 1930 году британский учёный Сидней Чэпман, математик, астроном и геофизик предложил механизм образования озона в атмосфере названный его именем. В соответствии с ним озон образуется в две стадии, сначала жёсткий ультрафиолет с длинами волн меньше 240 нмфотолизует, то есть разрушает, молекулу кислорода на два атома кислорода:О 2 + hν → 2О^.

Затем образовавшиеся атомы кислорода реагируют с молекулами кислорода:O^. + О 2 + М → О 3 + Ми получается молекула озона. М означает так называемое третье тело, то есть нейтральную молекулу, которая нужна, чтоб отвести избыток энергии образовавшийся в реакции, обычно это молекулы N 2 или О 2 .

Сам озон,в свою очередь, тоже может фотолизоваться. Так как он менее стоек, чем молекулярный кислород, то и ультрафиолет нужен меньших энергий, с длинами волн от 240 до 310 нм:О3 + hν → О2 + О.Также он может разрушаться в реакции с атомами кислорода:О3 + O. → 2О2Образовавшийся атомарный кислород опять реагирует по второй реакции, и мы получаем цикл. Так как механизм цепной и радикальный, тормозить этот процесс могут вещества, ингибирующие этот процесс. Все вещества, имеющие занятую одноэлектронную орбитал (радикалы) могут выступать в качестве ингибиторов:

N 2 O, Н 2 O, CFCl 3 и др. Азотный цикл (NO x ): Водородный цикл (HO x ):

Хлорный цикл (ClO x ):

N 2 O + O(¹D) → NO + NO hν → CFCl 2 + Cl

О 3 + NO → NO 2 + О 2

→ ClO + O 2

NO 2 + О → NO + О 2

Механизмы гибели озона

Н 2 O + O → OH + OH           CFCl 3 +

ОН + О 3 → НО 2 + О 2             Cl + O 3

НО2 + О3 → ОН + 2О2ClO + O → Cl + O2 вследствие азотного и водородного циклов остановить невозможно. Вода и азотсодержащие оксиды образуются в результате природных процессов. Разрушение озона в результате хлорного цикла - дело рук человека. Как теперь надёжно установлено, это явилось следствием появления в атмосфере антропогенных соединений (выхлопных газов, токсичных газов производства, фреонов), широко применявшихся в последние десятилетия в промышленности ибыту.

Несмотря на то, что на сегодняшний день нет эффективного способа решения этой проблемы, «дыры» в озоновом слое можно «залатать».

Во-первых, уменьшить выброс токсичных соединений, образующихся в результате производственных процессов, и выхлопных газовв атмосферу.

Выхлопные газы - основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания – это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Значительно уменьшить их количество можно при помощи использования электромобилей. В век урбанизации и бурного развития промышленности важное значение имеет внедрение обезвреживающих систем в производство с целью уменьшения вредного воздействия на окружающую среду загрязнённых отходов производства. Поэтому большое значение приобретает установка на больших предприятиях систем очистки отходов производства. Во-вторых, свести к минимуму использование и производство описанных выше ингибиторов, а особенно уменьшить крупнотоннажное производство фреонов (хлорфторуглеводороды). Фрео́ны — галогеноалканы, фтор- и хлорсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах (например, в кондиционерах). В-третьих, поставить на поток получение озона не только из кислорода в озонаторах. Например, в лаборатории его получают взаимодействием охлажденной концентрированной серной кислоты с пероксидом бария, по следующей реакции: 3H2SO4+3BaO2= 3BaSO4+O3+3H2O. Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п. В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. В-четвёртых - прекращение вырубки лесов и массовое озеленение всех уголков нашей планеты. Ежегодно в приземный слой поступает примерно 1,6 миллиардов тонн озона. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше – более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от вида местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения оказали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега. Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, в основном хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре).

Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя. В будущем проблема «озоновых дыр» имеет перспективу решения путём грамотного использовния достижений химии.