При высоких температурах, когда содержание атомарного кислорода велико, равновесие реакции (2) сильно сдвинуто влево и образования озона не происходит. При низких температурах, когда равновесие по реакции (2) сдвинуто вправо, парциальное давление атомарного кислорода слишком низкое, что также препятствует образованию озона. Для получения значительных концентраций озона необходимо сочетание двух условий: сравнительно низкой температуры, обеспечивающей достаточный сдвиг равновесия в сторону образования озона, и больших концентраций атомарного кислорода. Выполнение этих условий возможно, когда диссоциация молекул кислорода обеспечивается в результате нетермического воздействия на систему, например за счет облучения [15].
Озон разрушается, поглощая излучение с длиной волны меньше 1130 нм (ИК излучение), но максимум поглощения наблюдается при длине волны короче 320 нм (УФ-излучение), при этом происходит образование молекулярного кислорода и атомарного кислорода:
О3 + h = O2 + О (3)
Реакции (2) и (3) называются нулевым циклом озона.
Значительный вклад в процессы, протекающие с участием оксидов азота, соединений хлора и др. Рассмотрим эти циклы более подробно.
1. Водородный цикл. При поглощении кванта света с длиной волны менее 240 нм молекула воды распадается по уравнению:
Н2О + h = OН + Н
Гидроксидные радикалы образуются и при взаимодействии молекул воды или метана с возбужденным атомом кислорода
О + Н2О 2ОН
О + СН4 ОН + СН3
Образовавшийся в этих процессах гидроксидный радикал вступает в реакцию с О3:
ОН + О3 НО2 + О2
НО2 + О ОН + О2
О3 + О ОН + О2
2. Азотный цикл. Оксид азота при взаимодействии с озоном окисляется до диоксида азота, но при взаимодействии NO2 c атомарным кислородом в невозбужденном состоянии вновь образуется оксид азота:
NO + O3 NO2 + O2
NO2 + O NO + O2
O3 + O 2O2
3. Хлорный цикл. Атом хлора при взаимодействии с молекулой озона образует оксид хлора и молекулу хлора. Оксид хлора способен взаимодействовать с атомарным кислородом, находящимся в невозбужденном состоянии, с образованием атомарного хлора и молекулы кислорода
Cl + O3 ClO +O2
ClO + O Cl + O2
Атомарный хлор появляется в стратосфере при фотохимическом разложении фреонов, например:
CFCl3 + hv CFCl2 + Cl
В процессах, вызывающих разрушение озона, наблюдается обрыв цепи за счет протекания реакций:
СН4 + ОН СН3 + Н2О
ОН + НО2 Н2О + О2
ОН + NO HNO2
ClO + NO2 ClONO2
Получающиеся вещества при этих реакциях безвредны для озонового слоя [16].
Расчеты показали, что если все содержащиеся в атмосфере молекулы озона равномерно распределить над поверхностью Земли, то толщина образовавшейся оболочки составит лишь около 3 мм.
«Озоновой дырой» называется уменьшение концентрации озона во всех областях атмосферы над определенной территорией. Наиболее большой «озоновой дырой» является дыра над Антарктидой. Она носит сезонный характер и проявляется лишь в весенний период.
«Озоновые дыры» могут разрастаться под влиянием антропогенных газообразных выбросов, которые разрушают озон. В связи с этим в Монреале в 1990 г был подписан первый международный акт, ограничивающий производство веществ, разрушающих озоновый слой. Этот акт был подписан 30 странами. Основные его положения:
производство фреонов прекратить полностью к 2000 г.
производство тетрахлорэтана прекратить полностью к 2000 г.
производство галонов прекратить к 2000 г. (за исключением соединений, для которых не известны альтернативные заменители)
производство 1,1,1-трихлорэтана прекратить полностью к 2005 г.
Монреальский протокол, являющийся первым примером коллективного мирового сотрудничества в решении глобальных проблем, в настоящее время успешно выполняется [16].
2.3.4 Тропосферный озон
Основная часть общего содержания озона - около 90 %, приходится на стратосферу и только 1 % на тропосферу. Глобальная фоновая среднегодовая концентрация озона в приземном слое не превышает 100 мкг/м3.
Озон является одним из самих важных химических компонентов фотохимического смога. Этот тип смога характеризуется тем, что он образуется в результате фотохимических реакций. Фотохимический смог образуется в ясную погоду при низкой влажности воздуха, причем максимальная концентрация вызывающих раздражение органов чувств веществ наблюдается вскоре после полудня. Химически он действует как окислитель (усиливает коррозию металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.). Фотохимический смог вызывает улюдей сильное раздражение слизистой оболочки дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях. В атмосфере наблюдается появление голубоватой дымки или беловатого тумана и связанное с этим ухудшение видимости. Озон является ответственным за ряд свойств смога.
Как показывают экспериментальные данные, увеличение концентрации озона в пробах воздуха, содержащих разбавленные выхлопные газы автомобилей, связано с характерным изменением относительного содержания оксидов азота. Рост концентрации О3 в пробах воздуха начинается после того, как отношение концентраций NO2 и NO достигает максимума. Образование и разрушение озона в тропосфере происходит при протекании следующих реакций:
СН3 + О2 СН3ОО
СН3ОО + NO CH3O + NO2
CH3O + O2 CH2O + HO2
HO2 + NO NO2 + OH
CH2O + OH H2O + CO
NO2 + hv NO + O
O + O2 + M O3 + M*
CH4 + 8O2 + 4M CO2 + 2H2O + 4M* + 4O3
Таким образом, концентрация озона в тропосфере будет возрастать при увеличении скорости конверсии NO в NO2.
Значит, фотохимический смог является следствием выбросов автотранспорта и отрицательно сказывается на жизнедеятельности и здоровье людей и животных [16].
Занятие 1. Характеристика химических элементов III-а группы периодической системы
Алюминий
Основные цели. Формирование основополагающих понятий, умений и навыков. Характеристика химических элементов III-a группы периодической системы. Строение атома, физические и химические свойства, применение и получение алюминия.
Оборудование. Периодическая система химических элементов, рис. 2, 1 б.
Вещества. Алюминий.
ХОД ЗАНЯТИЯ
Основное содержание
Формы обучения
Методы обучения
Средства обучения
1. Актуализация знаний, умений и навыков учащихся.
1) Перечислите химические элементы IIIa группы периодической системы в порядке усиления их металлических свойств.
Рис. 2
2) Электронная формула внешнего энергетического уровня 3s23p1 принадлежит атому:
а) бора; б) алюминия; в) галлия; г) таллия.
3) Перечислите физические и химические свойства и области применения алюминия, используя рис. 21.3
2. Получение алюминия
Рис. 1, б
3. Подведение итогов
Краткое сообщение на тему «Металлы III группы с точки зрения химика-эколога»
Опросить учащихся.
Информация о домашнем задании. § 50 ([3]). Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения веществ:
Самоанализ урока
Занятие 2. Оксиды и гидроксиды алюминия
Основные цели. Формирование основополагающих понятий, умений и навыков. Углубить знания учащихся об амфотерности оксидов и гидроксидов. Аквакомплексы, гидроксокомплексы, химизм производства алюминия электролизом оксида алюминия.
Оборудование. Схема производства алюминия (процесс электролиза), штатив с пробирками, рис. 1, а.
Вещества. Растворы AlCl3, NaOH, H2SO4.
1. Амфотерность оксида алюминия
2. Запись уравнений реакций взаимодействия оксида алюминия с гидроксидом натрия и азотной кислотой
3. Амфотерность гидроксида алюминия. Запись ионных уравнений реакций. Разбор образования аква- и гидроксокомплексов. Сверить запись уравнений реакций с домашним заданием. Коллоидные частицы
Лабораторный опыт 21
4. Разбор химизма образования гидроксида алюминия в производстве алюминия
рис. 3
5. Подведение итогов
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
