Fotokémiai ózon a légkörben, és a kialakulását az ózonréteg

Az ózon egy allotrop módosítása az oxigén a háromatomos molekulával O3.

Az ózon - egy formája létezik a kémiai oxigén elem a Föld légkörébe. Az utóbbi lényegében nitrogén és oxigén. A levegő a talaj közelében, valamint az egész a légkörbe, hogy a magassága mintegy 150 km, és a nitrogén és oxigén léteznek szinte kizárólag formájában N2 és O2 molekulák. Azonban, minden magasságban a légkörben a disszociációs folyamat (azaz, megsemmisítése molekulák), ami a megjelenése az atomok N és O. Ezeket a folyamatokat kompenzálja inverz gyors reakciók atomi kötések a molekulában, így a koncentrációja az O atomok és N alatti 100 km nagyon kicsi.

A növekvő magassága a disszociációs folyamat sebesség növekedésével, és fordított reakciókat csökken, így a relatív koncentrációja atomos komponensek növekszik. Azonban, csak mintegy 100 km atomos oxigén válik az egyik fő összetevője a légkör, és a tengerszint feletti magasság mintegy 150 km az oxigén koncentrációja atomok és molekulák hasonlítjuk össze. Nagy magasságban oxigént az főként formájában atomok. A mennyiségű atomos oxigén (bár igen kicsi) növekvő magassága a föld felszínét növekszik. Ez magyarázza a növekedés a magassága több O3 molekulák. De néhány lebomlásának szintjét a molekulák O3 napsugárzás növeli a magassággal gyorsabb, mint a kialakulását az O atomok, azonban kiindulási anyagként ezen a szinten (úgynevezett maximális ózonréteg), Az ózon koncentrációjának magasságú csökkenni kezd.

Process ózonképződést felírható a következő formában:

2O3 3O2 ® 68 kcal (1)

Az ózon, hő nyelődik el, míg a bővítés - kiemelkedik. Normál hőmérsékleten és nyomáson, a reakció nagyon lassan. Ez annak köszönhető, hogy a fontos szerepet, amelyet atomi oxigén az ózon reakcióban. Tehát, minden kezdődik a disszociációs oxigén molekulák két atom:

Keresztül hv itt jelöl forrása disszociáció. Leggyakrabban ez a ultraibolya sugárzás a nap, de lehet energitichnye részecskék teszik ki a kozmikus sugárzás.

A kapott oxigénatomok vagy együttesen újra jelenlétében egy harmadik molekula M:

Vagy kölcsönhatásba lépnek egy molekula O2 (jelenlétében a harmadik test) alkotó ózon molekula:

O2 + O + M ® O3 + M, (4)

Ahol M - bármely részecske szükséges disszipálására által termelt energia ózon molekulák. Az ózon kedvező alacsony hőmérsékleten, és a jelenléte további mennyiségű nem-egyensúlyi atomos oxigén. A forrás az utóbbi szolgálhat disszociációja oxigén molekulák hatása alatt részecskék áramlási, ultraibolya besugárzással.

Fizikailag, az ózon molekula stabil, azaz. E. Ez nem spontán bomlik. Alacsony koncentrációban, és nincs szennyeződés a gáz, az ózon bomlik lassan. Azonban, a hőmérséklet növekedésével, növekvő adalékanyagok bizonyos gázok (például NO, Cl2, Br2, I2, et al.), Amikor a sugárzásnak kitett és a részecske sebességű sugárban gáznemű ózont bomlás is jelentősen megnövekedett. Az egyik fő jellemzői - erős oxidáló képessége ózon (a második csak F2).

Köszönhetően a kivételes tulajdonságokkal légköri ózon a szabályozó a sugárzási fluxus eléri a Föld felszínét. A történet az ő megjelenése a Földön a következő.

Átalakítása az elsődleges komponensei a Föld légkörének - metán

(CH4), vízzel (H2 O), ammóniát (NH3) - egy „húsleves” szerves vegyületek, ahol az első élet kezdett fordul elő jelenlétében intenzív ultraibolya sugárzás. Azonban az UV sugárzás nagyon veszélyes az érzékeny egyensúlyt a kémiai reakciók az élő sejtekben, és úgy tűnik, az első élőlények túlélték csak azért fejlesztették alatt vízréteg elég erős. Ahhoz, hogy megvédje őket az ultraibolya sugárzástól. Ennek eredményeként a víz bontása molekulák fotoszintetikus földfelszíni atmoszférában megszerzett szabad oxigén. Csak az Advent oxigén, ózon, majd az UV sugárzás intenzitása a Föld felszínén esett elég, hogy az élő szervezetek képesek voltak, hogy ki a vízből, és kezdjük gyarmatosítás a föld. Fennmaradási földi élet lehetővé vált, mivel az ózonréteg - védelem, amely maga a termék az élet.

Mivel az ózon képződés elsősorban eredményeként fotokémiai reakciók a sztratoszférában, ahol koncentrálódik ömlesztett (mintegy 85-89% légköri ózon).

Mágikus pajzs a bolygón.

A népszerű irodalom, az ózonréteg gyakran nevezik mágikus pajzs a bolygón. Ez az összehasonlítás társul optikai tulajdonságai az ózon molekulák, amelyek eltérnek a tulajdonságait egyaránt alkotó atomok (amennyiben léteznek külön-külön), és O2 kétatomos molekulák.

Az egyik legfontosabb optikai jellemzők, bármilyen anyagból van annak abszorpciós spektrum - a változást hullámhosszú abszorpciós együttható, azaz azt a képességet abszorbeálására egy anyag áthaladó sugárzás.

Az abszorpciós spektruma ózon számos fontos funkciók, amelyek közül a legfontosabb az a képesség, hogy erősen elnyelik a sugárzást hullámhossz-tartományban 200-320nm.

Régió a szoláris spektrum (mint amikor beszélünk a pajzs, akkor van szem előtt, védelem a napsugárzás) 200-400 nm nevezzük biológiailag aktív ultraibolya BAU. Így megkülönböztethető időközönként 320-400nm (UV-A), és 200-320nm (UV-B).

Hullámhosszú sugárzást l, 200 nm kevésbé jól szívódik fel oxigén molekulák a légkörben gáz, amelynek sokat. Ezért ez a sugárzás nem éri el még az alsó része a sztratoszférában „beragadt” (azaz felszívódik molekulák O2) nagy magasságokban. Növekvő hullámhossz molekuláris oxigénnel abszorpciós koefficiens gyorsan lecsökken. Molekulák nitrogén atmoszférában, amelyek a leginkább általában passzív és abszorpciójának akkor ezt a sugárzást szinte nem vesz részt.

Kiderült, hogy a napsugárzás hullámhossz 200 - 300 nm áthatolni a légkörbe, hogy a felszín közelében a Föld, ha nem az ózon. Az abszorpciós együttható k ebben hullámhossz tartományban nagyon nagy, és sokkal nagyobb, mint a megfelelő értékeket a k O2 és N2. Ennek eredményeként - a sugárzás az UV-B nem halad át a sztratoszféra, ez csaknem teljesen felszívódik a molekulák által, O3. Nem tölti be a megjelenítés részleteit spektrumjellemzők ózon idézni csak egy példa. A maximális értéke k elszámolni ózon l = 255nm, és összege mintegy 130 sm⁻ 1. Hogy könnyebb bevezetni a skála ilyen nagyságrendű, azt mondják, hogy miután áthaladt a ózonréteg normál nyomáson egy 3 mm vastag (és ezt hogyan beszéltem a fenti, az egyenértékű egy „pajzs”), a sugárzás az ezen a hullámhosszon csökken 17 10⁻.

Általában, a hatás, hogy a mágikus pajzsot nevezetesen - egy nagyon vékony (! 2-3 mm) réteget O3 molekulák szinte teljesen elnyeli a sugárzást a nap az UV-B. Kb l = 320nm napsugárzás jött a felszínre, bár a pontos határvonal nyilvánvaló okokból, nem nevezhető - az átmenet fokozatos, és a sugárzás behatolási számos tényezőtől függ - így például a magassága a nap a horizont felett, tisztaság vagy poros légkörben, a magassága tér felett tenger szintje, stb