شیمی محیط زیست ، گاز ازن(O3 ):

به نام خداوند بخشاینده مهربان 

 

درباره نویسنده واهداف وبلاگ

حبیب ماهری کارشناس ومشاور امور محیط زیست، با 30 سال سابقه وتجربه، عاشق طبیعت ایران زمین هستم وهدفم بالا بردن فرهنگ زیست محیطی جامعه از طریق فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز است. این وبلاگ سعی دارد، مسایل زیست محیطی را مورد نقد وبررسی قراردهد

آزمایشگاه شیمی آب (مرجع و معتمد) سازمان حفاظت محیط زیست

آنالیز و اندازه گیری

پارامترها:

(PH,COD,BOD,TDS,TSS,EC,DO)

قلیائیت کل(کربنات و بیکربنات)

سختی کل،کلسیم،منیزیم،کدورت،دترجنت،کلراید،فسفات،آمونیاک،سولفات،نیترات  

ونیتریت.

بخش هوا- منابع ثابت: NO,NO2,CO,CO2,O2,NOx,SO2,CxHy,H2S

منابع سیار: PM10

 :Web Site

http://bahare-tabiat.blogfa.com

http://bahare-tabiat.blogsky.com

تماس با بهار طبیعت: 

 [e-mail] 

 

                

  بهار طبیعت 

   

شیمی محیط زیست 

اولین سخن 

به نام یگانه هستی بخش عالم ..... 

ضمن عرض سلام خدمت شما دو ستان عزیز ،از اینکه وبلاگ علمی محیط زیست را برای مطالعه انتخاب کرده اید سپاسگذارم ، این وبلاگ سعی بر آن دارد تا در جهت مبارزه با آلودگیهای شیمیایی متعدد در بیوسفر شامل آلودگی های آب ، خاک ، هوا مباحثی را ارا ئه کند ودر این زمینه به چگونگی ایجاد این آلودگی ها و تاثیر آنها بر موجودات زنده و عواقب آنها بپردازد. 

امید است با نظرات ارزشمند خود این وبلاگ را در راستای اعتلای بیش از بیش فرهنگ حفاظت از محیط زیست در جامعه یاری نما ئید. 

گاز ازن(O3 ): 

گاز ازن در فاصله 15 تا 40 کیلومتری سطح زمین لایه ای فیلتر مانند تشکیل می دهد که از ورود اشعه خطرناک ماورای بنفش به درون جو زمین جلوگیری می کند. ضخامت این لایه در صورت فشرده شدن فقط 2 تا 3 میلی متر است که بر فراز استوا ضخیم تر از قطبین زمین است. . کارخانه هایی که مصرف کننده ی عمده ی گازهای مخرب لایه ی ازن هستند عبارتند از : صنایع برودتی و سرد کننده ها، صنایع ابر و اسفنج سازی، بخش دفع آفات کشاورزی، سیستم های تهویه مطبوع، کپسول های اطفای حریق و حلال اسپری های پاک کننده قطعات الکترونیکی متصاعد می شوند و تا ارتفاع 40 کیلومتری صعود می کنند. طول عمر ماندگاری گازهای مخرب لایه ازن از 50 تا 150 سال است و تا حذف کامل این گازها که قبلا وارد جو شده اند حداقل نیم قرن لازم است. ایجاد حفره در لایه ازن باعث خطرات زیست محیطی و انسانی بسیاری می شود و حیات بدون این لایه روی کره زمین از بین خواهد رفت. 

فرایند کاتالیزی تخریب گاز ازن(O3 ): 

دانشمندان در اوایل دهه 1960 به این موضوع پی بردند که افزون بر فرایندهای غیر کاتالیزی مکانیسمهای دیگری برای تخریب  ازن در استراتوسفر موجود است به ویژه تعدادی گونه های اتمی و مولکولی ،که آنها رو به طور کلی با حرف X مشخص میکنیم وجود دارند که به وسیله حذف یک اتم اکسیژن از مولکول ازن با آن وارد واکنش میشوند. در آن مناطقی از استراتوسفر که غلظت اکسیژن اتمی قابل ملاحظه است ،مولکولهای XO متعاقبا با اتمهای اکسیژن ترکیب شده تولید o2 وX  میشود. از این رو گونه های X برای تخریب ازن در استراتوسفر نقش کاتالیزگر را دارند، زیرا این گونه ها سرعت واکنش را افزایش میدهند(در اینجا واکنش بین  O3 وO  )و دست آخر از نو به وجود می آیند و میتوانند چرخه واکنش را مجددا شروع کنند که در این مورد به تخریب بیشتر ملوکولهای ازن می انجامد .همانطور که اشاره شد ،واکنش کلی می تواند به صورت یک برخورد ساده بین مولکول ازن و اتم اکسیژن حتی در غیاب کاتالیزگر انجام شود ،اما تقریبا تمام این قبیل برخوردهای مستقیم بی تاثیرند و به واکنش شیمیایی منتهی نمی شوند. کاتالیزگر های X به میزان قابل توجهی بازده این واکنش را بالا می برند.تمام نگرانیهای زیست محیطی درباره تهی شدن ازن ناشی از این واقعیت است که ما ناخواسته با رها کردن بعضی گازها ،به ویژه  گازهایی که کلر دارند در سطح زمین ،غلظت چندین کاتالیزگرX  را در استراتوسفر بالا میبریم. این افزایش غلظت کاتالیزگر به کاهش غلظت ازن در استراتوسفر می انجامد. عاملی که تخریب کاتالیز شده ازن را در فازگازی به حداقل میرساند این است که اکسیژن اتمی برای تکمیل چرخه باXO  ترکیب شود تا اینکه کاتالیزگر X به شکل مفید آن از نو تولید گردد.  در استراتوسفر تحتانی (ارتفاع 15 تا 25 کیلومتری )که بیشتر ازن در آنجا یافت میشود ،غلظت اتمهای اکسیژن بسیار کم است زیرا مقدار کمی از uv-c به این منطقه نفوذ میکند و دیگر اینکه غلظت O2 به اندازه ای زیاد است که تعداد کمی از اتمهای اکسیژن به اندازه کافی دوام می آورند و به ازن تبدیل نمی شوند .بنابراین تخریب ازن در فاز گازی به وسیله واکنشهایی که مستلزم شرکت  اکسیژن اتمی است در استراتوسفر تحتانی کند است بیشتر تخریب ازن به وسیله این واکنشها در استراتوسفر میانی و فوقانب ،در جایی که غلظت اوزون از ابتدا کمتر است صورت میگیرند .در واقع هر مقدار کاهش در غلظت ازن در ارتفاعات بالاتر ،اجازه میدهد که uv بیشتری به ارتفاعات پایینتر نفوذ کند و در نتیجه در آنجا ازن بیشتری تولید میشود و بدین ترتیب اتلاف کلی ازن تا حد.ودی جبران میشود .تمام کاتالیزگرهای X از نظر شیمیایی رادیکال آزاد هستند .این رادیکالها اتمها یا مولکولهایی هستند که تعداد الکترونهای آنها فرد است. به علت فرد بودن تعداد الکترونها ،الکترون فرد با الکترون دیگری که اسپین مخالف داشته باشد جفت نمی شود.رادیکالهای آزاد معمولا بسیار واکنش پذیرند ،زیرا نیروی محرکی برای الکترون جفت نشده جهت جفت شدن با یک اسپین مالف ،حتی اگر این اسپین مخالف در مولکول متفاوتی قرارگرفته باشد، وجود دارد . تخریب کاتالیزی ازن حتی در یک جو « پاکیزه » جوی که به وسیله آلاینده های مصنوعی آلوده نشده باشد نیز صورت میگیرد،زیرا مقادیر کم کاتالیزگرهای X در استراتوسفر موجود بوده اند .شکل طبیعی X یعنی گونه ای که علت تخریب بخش بیشتری از ازن در یک استراتوسفر پاکیزه و غیر آلوده است مولکول نیتریک اکسید   است. این مولکول وقتی تولید میشود که نیترواکسید ،N2O از تراپوسفر به استراتوسفر می رود ودر آنجا ممکن است با یک اتم اکسیژن برانگیخته که به وسیله تجزیه نور شیمیایی ازن تولید شده برخرد کند بیشتر این برخوردها N2+O2  میدهند اما تعداد کمی از برخوردها به واکنش زیر منتهی میشوند: 

گازهای آلوده کننده هوا چه تاثیری بر لایه ازن دارند؟ 

برخی از این گازها که شامل CFCها، هالون ها، متیل بروماید و... می باشند، پس از رسیدن به لایه ازن به علت داشتن ملکول های هالوژن باعث تخریب ملکول های ازن و تحلیل رفتن این لایه می شوند. اما سایر مواد آلاینده هوا نظیر اکثر هیدروکربورهای حاصل از سوخت های فسیلی که از دود اتومبیل و کارخانجات به وجود می آیند پس از رسیدن به لایه ازن در مجاورت اشعه UV به عنوان سرعت دهنده واکنش تخریب ازن عمل می کنند. 

CFC  ها جه موادی هستند؟ 

CFC ها موادی هستند که صدها مصرف گوناگون دارند. آنها تقریبا غیر سمی و مقاوم در برابر شعله بوده ، براحتی تجزیه نمی‌شوند. به خاطر چنین پایداری ، آنها تا 150 سال باقی خواهند ماند. گازهای CFC به آرامی تا ارتفاعات 40 کیلومتری صعود کرده و در آنجا تحت نیروی عظیم تشعشعات ماورای بنفش خورشید شکسته شده ، عنصر شیمیایی کلر را آزاد می‌کنند. CFC (کلروفلوئوروکربن) ها ترکیبات حاوی کلر، فلوئور و کربن هستند. از این ترکیبات در آئروسل ها، خنک کننده یخچال و تجهیزات تهویه هوا استفاده می شود. مورد استفاده ی اصلی کلروفلوئورو کربنها در افشانه هاست که بعنوان یک نیروی محرک برای بیرون راندن محتویات افشانه به کار میرود . البته امروزه در اکثر افشانه اها از این گازها استفاده نمی شود و بر روی بدنه قوطی ها عبارت از CFC استفاده نشده است نوشته می شود . همچنین در یخچالها و دستگاههای سرد ساز از این نوع مواد برای کمک به گردش عوامل خنک ساز استفاده می شود . د ر حال حاضر در بسیاری از کشورها استفاده از گازهای CFC ممنوع شده است ولی رهائی از این مواد که هنوز در یخچالهای قدیمی وجود دارد باید در نهایت دقت انجام شود . 

 CFC ها بسیار خطرناکتر از دی اکسید کربن و متان هستند، اما مقدار آنها در اتمسفر خیلی کم با این وجود، تلاش های گسترده ای برای کاهش تولید آنها صورت گرفته و حتی تولید برخی از CFC ها ممنوع شده است. CFC ها فقط در فرآیندهای صنعتی تولید می شوند؛ به همین جهت کنترل آنها بسیار ساده تر از متان و  دی اکسید کربنی است که می توان گفت امروزه جزیی از زندگی ما شده اند و در اکوسیستم پیچیده زمین نیز نقش دارند. 

علت ایجاد حفره در این لایه چیست؟ 

در اوایل دهه 1970 برای اولین بار محققان دریافتند که لایه ازن در حال تخریب است. در ابتدا تصور می شد که عامل اصلی تخریب، اکسیدهای نیتروژن حاصل از پرواز هواپیماهای مافوق صوت در استراتوسفر است تا این که در سال 1974 اعلام شد بعضی مواد شیمیایی ساخت بشر با نام کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) به لایه ازن صدمه وارد می کنند. فرآیند تخریب بدین شکل رخ می دهد که پرتو خورشید باعث شکسته شدن بسیاری از گازهای حاوی کلروبرم و تولید رادیکال های آن ها در استراتوسفر می شود. رادیکال ها یک رشته واکنش های زنجیره ای تخریب کننده را تشدید می کنند و باعث شکسته شدن گازهای موجود در اتمسفر از جمله ازن می شوند. 

مواد شیمیایی تخریب کننده لایه ازن کدامند؟ 

مهم ترین این مواد (کلروفلوئوروکربن ها) CFCها هستند. ترکیبات مشابهی که به طور کامل هالوژنه نیستند و در ترکیب آن ها هیدروژن هم وجود دارد مانند هیدرو کلروفلوئوروکربن ها (HCFCها)، اثر تخریبی کمتری نسبت به CFCها و هالون ها بر لایه ازن دارند زیرا هیدروژن باعث کاهش زمان حضور آن ها در اتمسفر می شود. هالون ها که در کپسول های آتش نشانی برای اطفای حریق به کار می روند هیدروکربن های هالوژنه هستند که به جای یک یاچند اتم هیدروژن، اتم های برم، کلروفلوئور دارند و قدرت تخریب لایه ازن آنها بسیار بالاست. کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) بسیار پایدار، غیر قابل اشتعال و غیر سمی هستند و کار کردن با آنها آسیبی به انسان وارد نمی سازد. بنابراین از دیدگاه صنعتی، موادی ایده آل محسوب می شوند در حالی که پایداری آنها باعث دوام در اتمسفر و انتقال به استراتوسفر و در نهایت تخریب لایه ازن می شود. 

آیا اوزون در تروپوسفر هم وجود دارد؟ 

ازن به طور طبیعی در لایه ی استراتوسفر هواکره و در غلظتی در حدود 1 تا 3 قسمت در میلیون وجود دارد. در این لایه از هوا کره ، ازن از تا ثیر تابش فرابنفش بر مولکول های O2  پدید می آید  هرگاه یک مولکول O2  به دو اتم مجزای O می شکند ،هر اتم تنهای O  به یک مولکول O2 می پیوندد تا مولکول O3  تشکیل شود . در این تغییر و تحولات تابش های پرانرژی فرابنفش  خورشیدی  به تابش های کم انرژی تر گرمایی تبدیل می شوند و از یک سو کره ی زمین از دریافت این تابشها به مقدار زیاد در امان می ماند و از سوی دیگر مقدار گاز ازن با گذشت زمان ثابت می ماند . به همین دلیل به ازنی که در لایه استراتوسفر (15 تا 50 کیلومتر بالای سر ما) یافت می شود ، صفت ((ازن خوب)) را نسبت می دهند چون در استراتوسفر به عنوان سپر حیات مطرح است . 

بخش از هوا کره نیز که به آن  تروپوسفر می گویند ، در اثر آلاینده های انسانی تولید شود . اوزون تروپوسفری که  گاهی آن را ((ازن بد)) هم می نامند زیرا به عنوان یک آلوده کننده است. یک آلاینده ی انسانی است که در نتیجه عملکرد موتور های درونسوز با سوختن بنزین و نیروگاهها با سوختن ذغال سنگ و هیدروکرنهای نسوخته تشکیل می شود وسبب ایجاد مه دودفتوشیمیایی و نهایتا بیماری تنفسی میشود . اگزوز خودروها و آلاینده های صنعتی موجب گسترش گازهای NOx ( نیتروژن مونوکسید و نیتروژن دی اکسید) و همچنین ترکیبهای آلی فرار (VOC ) می شوند.  NOx  و VOC با انجام  واکنش شیمیایی با اکسیژن درطی یک روزآفتابی  و خشک – که معمولاً اواسط تابستان یااوایل پاییز است- موجب تشکیل ازن تروپوسفری می شوند. این اتفاق در بعدازظهرها به اوج خود می رسد و در اوایل غروب و ابتدا ی شب کمتر دیده شده است. 

 تولید ازن تروپوسفری از آلاینده های NOx : نور خورشید با شکستن مولکول های نیتروژن دی اکسید ، اتمهای O  را پدید می آورند که آنها نیز به نوبه خود با حمله به مولکول های O2 موجود در محیط تروپوسفرمولکول های O3 را ایجاد می کنند . از طرفی مولکول نیتروژن مونو اکسید می تواند با ازن واکنش دهند  تا دوباره NO2 تشکیل شده و این چرخه ادامه یابد… 

 مولکول هاى ازن هرچند که براى ما مفید هستند اما وجود آن ها در لایه تروپوسفر (لایه اى که ما در آن زندگى مى کنیم) بسیار خطرناک مى باشند. 

 ازن تروپوسفری در سرتاسر جهان : 

 

ازن تروپوسفری در نیمکره های شمالی و جنوبی با فرارسیدن تابستان و گرم شدن آب و هوا افزایش می یابد . 

 قسمت اعظم ازن تروپوسفری  را تابستان ها در نیمکره شمالی می توان مشاهده کرد. 

اگرچه آلاینده ازن به طور عمده در هوای شهرها و مناطق حومه شهرها بیشتر تشکیل می شود ولی به هر حال در مناطق روستایی نیز (تا شعاع 150 کیلومتر دورتر از مراکز صنعتی و آلوده شهری) با وجود وزش بادها ی مخالف  و عبور و مرور کامیون ها و خودروها تشکیل ازن تروپوسفری را می توان محتمل دانست.  

طنز هیدروژنی 

هیدروژن با این که وجوه مشترکی با بعضی از گروه ها  داشت نتوانست در هیچ یک از گروه‌های جدولی تناوبی اجازه‌ی اقامت کسب کند. ابتدا به سراغ قلیایی‌ها رفت    و با آن‌ها اظهار قومیّت کرد. قلیایی‌ها چون او را مانند خود پوشیده در اوربیتال  دیدند و به خصوص  شنیده بودند گاه او را با عنوان کاتیون نام می‌برند وی را در گروه خود پذیرفتند. حتی لیتیم اتاق فوقانی را به او اختصاص داد. امّا بعد حرکاتی از هیدروژن سر زد که باعث گفتگوها و ایجاد شک و تردیدها گردید. 

لیتیم به سدیم گفت او گاه برای برقراری پیوندها با ما اظهار تمایل می‌کند. کِی این رسم بین ما بود؟ 

سدیم: شنیده‌ام H کاملاً عریان است و هیچ پوششی از الکترون ندارد. واقعاً بی‌شرمی نیست؟ 

لیتیم: اگر الکترون هم پیدا کند. گاز می‌شود, فرار می‌کند. او بندبشو نیست. ما عنصر گازی نداشتیم؟ 

سدیم: اگر H در فعالیت‌های الکترولیتی مانند ما به کاتد می‌رود یک نیرنگ است. شنیده‌ایم گاه در چهره‌ی هیدرید H و به طور مذاب به آند می‌رود. 

لیتیم: پیوند ما با عناصر دیگر از جمله هالوژن‌ها یونی است. کووالانسی نیست. امّا او پیوند کووالانسی برقرار می‌کند. 

سدیم: بلی ما در خانواده‌ی خود عنصری این گونه دورو نداریم. او گاه کاتیون و گاه آنیون می‌شود. 

لیتیم: فعالیت ما در حالت فلزی زبانزد خاص و عام است. برّاق و رسانای الکتریسیته هم هستیم او چه شباهتی به ما دارد؟ 

سدیم: درست است او از تبار ما نیست. ما کِی آنیون شده‌ایم؟ باید عذرش را خواست. 

هیدروژن سراغ خانواده‌ی هالوژن‌ها می‌رود و خود را منسوب به آن‌ها معرفی می‌کند و می‌گوید: من مانند فلوئوروکلر گازی شکل هستم. حتی با همة کوچکی و سبکی حجمی برابر آن‌ها اشتغال می‌کنم (4/22 لیتر), شما بیشترین تمایل وصلت را با قلیایی‌ها دارید. من هم بی‌میل نیستم. من به صورت ملکولی مانند شما دو اتمی هستم. آن‌ها او را پذیرفتند, امّا زمانی بعد احساس می‌کنند این یک وجبی آن‌ها را فریب داده است, چرا که او کاهنده است و آن‌ها اکسنده. او چه ربطی به آن‌ها دارد. عذرش را می‌خواهند. هیدروژن سراغ خانواده‌ی کربن می‌رود و اظهار هم‌بستگی می‌کند و می‌افزاید لایه‌ی ظرفیت من مانند لایه‌ی ظرفیت شما نیمه‌پر است. ما الکترونگاتیویته مشابه داریم و به جای پیوند یونی پیوند کووالانسی برقرار می‌کنیم. اما الماس و سیلیسیم با آن وقار و داشتن شبکه وسیع کووالانسی از ابتدا نسبتی بین خود و آن جزء ناچیز ندیدند و بی‌اعتنا طردش کردند. بلی هیدروژن از آن به بعد گوشه‌ی تنهایی برگزید و دانست کسی که چند چهره دارد تنها می‌ماند.  

چرا ازن در استراتوسفر تولید میشود؟ 

اتمسفر زمین از مولوکولهای گاز تشکیل شده است که درتعادل بین نیروی جاذبه و حرکت گرمایی مولوکولهای هوا, نزدیک به سطح زمین نگه داشته شده است . گازهای اتمسفر عبارتند از ازت(78/0) اکسیژن(21%) آرگون (9%) وگاز کربنیک(3%) بعلاوه اتمسفرحاوی مقادیراندک وبسیار جزیی از عناصر وترکیبات مختلفی ازجمله متان, ازن, هیدروژن سولفوره, مونوکسید کربن, کلروفلوروکربن هاوانواع ذرات نیزهست . نوع ومیزان گازهای تشکیل دهنده اتمسفروهمچنین درجه حرارت آنها با افزایش ارتفاع از سطح زمین تغییرمی کند و برهمین اساس است که طبقات مختلف اتمسفر رامشخص می کنند . لایه حیاتی ازن درطبقه استراتوسفر وجود دارد یعنی طبقه ای که از تروپوپاز (مرز بین تروپوسفربا طبقه بالایی آن) تا 50 کیلومتر بالا گسترده شده وبا افزایش ارتفاع درجه حرارت آن افزایش می یابد. بیشترین غلظت ازن درارتفاع16تا18 کیلومتری عرض های جغرافیایی قطبی و درحدود25 کیلومتری بالای خط استوا اتفاق می افتد.ازن گازی بی رنگ, بااندکی مزه شیرین, بوی تند وزننده است که در تروپوسفور به عنوان یک آلوده کننده و دراستراتوسفره عنوان سپرحیات مطرح است. تنها 10 درصد از کل ازن اتمسفر درتروپوسفور بوده و90 درصد بقیه دراستراتوسفر می باشد. 

زیرا................

بالای استراتوسفر ،هوای بسیار رقیق است وغلظت مولکولها به اندازه ای کم است که بیشتر اکسیژن به صورت اتمی وجود دارد که از تفکیک مولکولهای  O2 به وسیلۀ فوتونهای uv-c نور خورشید به وجود آمده اند . برخورد نهایی اتمهای اکسیژن به تشکیل مجدد مولکولهای O2 منتهی می شود،واین مولکولها مجددا براثر جذب نور خورشید تفکیک میشوند. در اسراتوسفر ،شدت نور uv-c خیلی کمتر است زیرا قسمت عمده آن به وسیلۀ اکسیژن موجود در بالای استراتوسفر جذب میشود و چون چگالتر است،غلظت اکسیژن مولکولی خیلی بیشتر است. به این دلیل ، قسمت عمده اکسیژن استراتوسفری به جای اکسیژن اتمی به صورت O2  وجود دارد .از آنجا که غلظت مولکولهای O2 نسبتا زیاد است و غلظت اکسیژن اتمی خیلی کم است ،محتملترین سرنوشتی که برای اتمهای اکسیژن استراتوسفری ایجاد شده به وسیلۀ تجزیه نور شیمیایی O2 وجود دارد این است که با مولکولهای اکسیژن دو اتمی برخورد کنند وبه این ترتیب ازن حاصل میشود: 

گرما  +  O2 + O --------> O3

آزاد شدن گرما به وسیلۀ این واکنش سبب می شود که دمای استراتوسفر ،از دمای هوای بالا وپایین آن بیشتر باشد در واقع استراتوسفر به عنوان منطقه ای در فضا تعریف شده که بین این دو مرز قرار گرفته است..در واقع ،این واکنش منبع تمام ازن موجود در استراتوسفر است. به هنگام روز ازن به طور پیوسته به وسیلۀ این فرایند در حال تشکیل شدن است، وسرعت تشکیل آن به مقدار نور uv و غلظت مولکولهای اکسیژن در یک ارتفاع معین بستگی دارد در پایین استراتوسفر وفور O2  خیلی بیشتر از وفور آن در بالای استراتوسفر است زیرا چگالی هوا با نزدیک شدن به سطح زمین به طور فزاینده ای افزایش می یابد.اما در این سطح مقدار نسبتا کمی از اکسیژن تفکیک میشود واز این رو مقدار کمی ازن تشکیل میشود زیرا تقریبا تمام uv پرانرژی از نور خورشید پیش از رسیدن به این ارتفاع حذف شده است .به این دلیل لایه اوزون خیلی زیاد به پایینتر از استراتوسفر گسترش نمی یابد .برعکس در بالای استراتوسفر ،شدت uv-c بیشتر است اما هوا رقیقتر است وبنابراین ازن نسبتا کمی تولید می شود زیرا اتمهای اکسیژن به جای برخورد با تعداد کم مولوکلهای O2 دست نخورده با یکدیگر برخورد می کنند..در نتیجه ،چگالی ازن در جایی که حاصلضرب شدت uv-c و غلظت O2 حداکثر است به حداکثر میرسد . بیشتر ازن در منطقه ای بین 15 و35 کیلومتری ،یعنی قسمت تحتانی و میانی استراتوسفر ،که همچنین به عنوان لایه اوزون شناخته می شود ،واقع شده است. 

وخلاصه....... 

ازن در استراتوسفر در طول روز طی یک رشته واکنشهایی که به طور همزمان صورت میگیرند به طور پیوسته تشکیل وتجزیه می شوند واز نوبه وجود می آید.ازن در استراتوسفر به این علت تولید میشود که در آنجا به مقدار کافی uv-c از نور خورشید وجود دارد تا تعدادی از مولکولهای O2 را به اتمهای اکسیژن تفکیک کند واکثر این اتمها با دیگر مولکولهای O2 برخورد می کنند و مولکولازن به وجود می آید.ازن در پایینتر از استراتوسفر تشکیل نمی شودزیرا در آنجا UV_C  لازم برای تولید اتمهای o که برای تشکیل O3  مورد نیاز است،وجود ندارد. 

منبع:

کتاب شیمی محیط زیست باکمی تغییر(کالین برد)

جذب نور به وسیله مولکولها 

شیمی تهی شدن ازن ودر واقع شیمی دیگر فرایندها در استراتوسفر ،به وسیلۀ انرژی نور خورشید پیش برده می شود  به این دلیل تجزیه و تحلیل خود را با بررسی  رابطه بین جذب نور،به وسیله مولکولها وبرانگیختگی آنها ،که موجب واکنش پذیری مولکولها میشود ،شروع می کنیم. 

یک شی سیاه رنگ نور را در تمام طول موجهای طیف مرئی ،یعنی از nm400 (نور فرابنفش)تاحدود nm750 (نور قرمز )جذب می کند. تمایل طبیعی اجسام برای جذب نوری با طول موج معین به علت تفاوت ترازهای انرژی الکترونهای آنها ،فوق العاده با هم فرق دارد. مولکول دواتمی اکسیژن ،O2 ،نور مرئی را به میزان قابل توجهی جذب نمی کند ، اما انواع معینی از نور فرابنفش (UV  ) ،که شامل تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای بین حدود 50تا nm400 را جذب می کند. ناحیه فرابنفش از لبه بنفش ناحیه مرئی شروع میشود واز این رو نام فرابنفش به آن داده شده است .بعد از ناحیه فرابنفش یعنی ناحیه ای با طول موجهای بازهم کوتاهتر ، پرتوایکس قرار دارد در طرف دیگر طیف الکترومغناطیسی ،بعداز ناحیه مرئی ، نور زیر قرمز قرار دارد. 

گاز O2 که بالای استراتوسفر قرار دارد قسمت عمده نور UV  را از 120 تاnm220 از نور خورشید حذف میکند ، بقیه آن به وسیله O2 در استراتوسفر جذب میشود .نور فرابنفش که طول موجی کوتاهتر از nm120 دارد به وسیله O2 و سایر سازندهای هوا مانند N2  در استراتوسفر و بالای آن جذب میشود .از این رو هیچ نور UV که طول موجی کوتاهتر از nm220 داشته باشد به سطح زمین نمیرسد ، بدین ترتیب پوست وچشمهای ما از آسیب به وسیله این بخش از نور خورشید در امان است.O2  همچنین مقداری از نور UV رادر گسترده 220تا nm240 جذب می کند. 

نور فرابنفش در گسترده 220 تا nm320 از نور خورشید عمدتا به وسیله مولکولهای ازن که در مناطق میانی و تحتانی استراتوسفر پخش شده اند ،جذب می شود .

از آنجا که ساختار ملکولی ودر نتیجه مجموعه ترازهای تنرژی مولکول ازن که تا حدودی در گسترده طول موج کوتاهتر به وسیله O2 کمک می شود ، تمام نور فرابنفش خورشید را در گسترده 220 تا nm290 ، که ناحیه 200 تا۲۸۰ نانومتر را که به عنوان uv-c شناخته شده  هم پوشانی میکند ،جذب می نماید. 

ازن تنها می تواند کسری از نور فرابنفش خورشید را در گستره 290 تاnm320 جذب کند ،زیرا توانایی ازن برای جذب نوری با این چنین طول موجهایی کاملا محدود است ،مقدار باقی مانده ،10تا 30% (بسته به عرض جغرافیایی )به سطح زمین نفوذ می کند به این ترتیب ازن برای محافظت ما در برابر نور خورشید در ناحیه UV-B ،که به عنوان ناحیۀ 280 تا nm320 تعریف شده است، کاملا موثر نیست. آن کسری از  UV-Bکه به تروپوسفر می رسد با طول موج افزایش می یابد .از آنجا که ازن با هیچ سازنده دیگری از هوای پاکیزه در ناحیه UV-A  یعنی  320تا nm400 به طور قابل ملاحظه ای جذب ندارد ، بیشتر این نور فرابنفش که از نظر زیست شناختی کمترین ضرر را دارد به سطح زمین نفوذ میکند. 

منبع:

کتاب شیمی محیط زیست(کالین برد)  

شیمی استراتوسفر

انرژی های خورشیدى :

 

خورشید تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد که کرات وسیارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى کنند.زمین نیز یکى از کراتى است که در أطراف خورشید در حال حرکت است .فاصله میان زمین و خورشید حدود 149.800.000کیلومتر مى باشد ، که در این فاصله، زمین حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشید دریافت مى کند که ما تنها کسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى کنیم . نور خورشید 27/8 دقیقه طول مى کشد که به زمین برسد. از صد در صد نورى که به زمین مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولکول هاى موجود در لایه هاى بالایى منعکس مى شوند بقیّه آن ها از لایه ها زمین عبور مى کنند و به زمین مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت که حدود99%انرژى که به زمین مى رسد از خورشید وبقیه آن از ماه و کرات دیگر مى باشد. نور سفید خورشید از میلیاردها میلیارد رنگ تشکیل شده است که هر کدام از این رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى که این نور را تفکیک مى کنیم به هفت رنگ تجزیه مى شوند که هر کدام از این رنگ ها از میلیاردها رنگ تشکیل شده اند... پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج کوتاه و انرژى زیاد مى باشند پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زیادى که دارند براى تمام موجودات زنده خطرناک مى باشند وموجب سرطان پوست یا آفتاب سوختگى مى شوند .خوشبختانه زمین در برابر این پرتوى خطرناک، محافظى بنام لایه ازن دارد که از ورود پرتوهاى خطرناک به سطح زمین جلوگیرى مى کند. قبل از آنکه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولکول ها اوزون بپردازیم ابتدا به اطلاعاتى درمورد ازن مى پردازیم. آگاهی و شناخت امروزی انسان در مورد ساختار و ترکیب اتمسفر ، نتیجه سنجشهای مستقیم و بررسی های غیر مستقیمی است که از اوایل قرن 16 تا به امروز پیوسته ادامه دارد .در راستای این شناخت از روشهای مختلف ،به ویژه از پرتاب بالون ،امواج رادیویی ،راکت ،رادار و ماهواره استفاده میشود. 

اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما ،اختلاف چگالی ،تغییرات فشار ،تداخل گازها وبالاخره ویژگیهای الکتریکی به لایه های متفاوتی به شرح زیر تقسیم  کرده اند: 

تروپوسفر (که نسبت به سطح دریا 12تا15 کیلومترارتفاع دارد) 

استراتوسفر( ویژگی مهمش وجود اوزون است) 

مزوسفر (سردترین لایه اتمسفر ) 

تروموسفر(خارجى ترین لایه زمین)

ازن چیست؟ 

مولکول ازن (o3)از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش پذیر مى باشد، تشکیل شده است . پیوند میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول ازن بسیار ضعیف مى باشد و ممکن است با کوچکترین برخورد از هم جدا ویا با دریافت کوچکترین انرژى به حالت اولیه خود برگردند .ازن خالص مایعی به رنگ آبی تند و منفجر شونده است.لایه ازن ناحیه ای از فضاست که به عنوان «محافظ طبیعی زمین در برابر نور خورشید» قلمداد میشود زیرا این لایه پرتو فرابنفش مضر را از نور خورشید پیش از اینکه این پرتو به سطح زمین برسد و به انسانها و سایر صورتهای حیات صدمه بزند،صاف میکند .ازن نور فرابنفش با طول موج 230-220 نانومتر را جذب میکند اگر این پرتوها توسط ازن جذب نشوند ،جانداران زمینی به آسیهای جدی دچار میشوند .جذب تابشهای الکترومغناطیسی توسط ازن ،عامل پیداش دمای ماکزیمم اتمسفر در ارتفاع حدود 50 کیلومتری در مرز بین استراتوسفر  ومزوسفر است .هر گاه کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار لایه ازن ،o3 ،تهدیدی برای حیات خواهد بود .از این رو ظاهر شدن «حفره ای »بزرگ در لایه ازن در قطب جنوب یک بحران زیست محیطی عمده به شمار می رود.مقدار کل ازن فضا در بالای سر ما در هر مکانی بر حسب واحدهای دوبسون بیان میشود .یک واحد دوبسون معادل با ضخامت 0.01mmازن   خالص باتوجه به چگالی آن در فشار سطح زمین (1atm) اختیار میشود .مقدار عادی ازن در بالای سر ما در عرضهای جغرافیایی معتدلی در حدودDu350است .به علت بادهای استراتوسفری ، ازن از مناطق گرمسیری به سمت مناطق قطبی منتقل میشود. بنابراین هر اندازه که به خط استوا نزدیکتر باشید ،مقدار کل ازونی که شما را در برابر پرتو فرابنفش محافظت می کند،کمتر است.غلظتهای ازن در مناطق گرمسیری معمولا میانگین 250Du را نشان می دهد، در حالی که این غلظت ها در مناطق زیر قطبی در حدودDu ۴۵۰است ، البته جز هنگامی که حفره ها در لایه ازن در بالای چنین مناطقی ظاهر می شوند. همچنین مقداری تغییر طبیعی ازن با تغییر فصل وجور دارد.ازن در لایه استراتوسفر زمین قرار دارد .در شب ها به دلیل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشید، ضخامت لایه ازن کمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى که پرتوهاى فوق بنفش به مولکول ها ازن برخورد مى کنند، پرتو هاى فوق ـ بنفش مقدار زیادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبدیل مى شوند ، و همچنین بر اثر این برخورد ، مولکول ازن به مولکول اکسیژن واتم اکسیژن تبدیل مى شود و با تابش مجدد نور خورشید ، مولکول ازن دوباره پدیدار مى شود. مولکول هاى ازن هرچند که براى ما مفید هستند اما وجود آن ها در لایه تروپوسفر (لایه اى که ما در آن زندگى مى کنیم) بسیار خطرناک مى باشند. نیتروژن هاى پراکسید خارج شده از اگزوز موتورهاى دیزلى بر اثر تابش نور خورشید (عمل فتو شیمیایى) با مولکول هاى اکسیژن واکنش مى دهند و مولکول هاى ازن را پدیدار مى کنند . چون در مولکول هاى ازن اتم هاى اکسیژن فعال (رادیکالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .