Atmosfera (4)

Podstawy chemii środowiska Violetta Patroniak

Środowiska • • • •

Gazowe – atmosfera Ciekłe (wodne) – hydrosfera Stałe – gleba Życia - biosfera

Podstawowe definicje i pojęcia. Etapy powstania Wszechświata i Planet. Ewolucja atmosfery ziemskiej i planet z nią sąsiadujących. Skład atmosfery ziemskiej i jej struktura. Źródła naturalnych składników atmosfery i poziom ich występowania. Procesy fizyczno-chemiczne, którym podlegają składniki atmosfery ziemskiej. Podział składników atmosfery na podstawie czasu ich przebywania, rola śladowych jej składników oraz wolnych rodników. Skutki uwalniania zanieczyszczeń do atmosfery ziemskiej (aerozole atmosferyczne, smog utleniający typu Los Angeles oraz smog kwaśny typu Londyńskiego, kwaśny opad atmosferyczny, efekt cieplarniany). Migracja zanieczyszczeń w atmosferze ziemskiej oraz przykłady lokalnych i globalnych skutków ich uwalniania. Charakterystyka podstawowych zanieczyszczeń branych pod uwagę przy ocenie stanu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.

Woda jako element ekosfery. Osobliwe właściwości wody. Klasyfikacja wód naturalnych i ich charakterystyka. Skład chemiczny wód i jego wpływ na ich przydatność dla celów gospodarczych. Charakterystyka naturalnych składników oraz głównych substancji antropogenicznych spotykanych w ekosystemach wodnych. Właściwości chemiczne i fizyczne wody. Czynniki wpływające na specjację substancji chemicznych spotykanych w wodzie. Problemy z wodą pitną. Lokalne i globalne skutki zanieczyszczania ekosystemów wodnych. Procesy glebotwórcze. Skład chemiczny, morfologia i profil gleb. Chemiczne zanieczyszczenia i skażenia gleb oraz ich charakterystyka. Czynniki prowadzące do degradacji gleby. Chemizacja rolnictwa i jej wpływ na stan gleby. Atmosferyczne depozycje i obieg nawozów. Działania rekultywujące.

Żywność jako element ekosfery. Podstawowe zanieczyszczenia i skażenia (chemiczne, fizyczne i biologiczne) żywności oraz ich charakterystyka. Żywność modyfikowana genetycznie. Zdrowa żywność.

Terroryzm ekologiczny, Klęski ekologiczne. Mechanizmy migracji zanieczyszczeń pomiędzy podstawowymi elementami ekosfery. Modele migracji. Globalne warunki utrzymania równowagi ekologicznej. Idea zrównoważonego rozwoju środowiska przyrodniczego (ekorozwoju). Zasady zielonej chemii jako głównego elementu filozofii zrównoważonego rozwoju. Przykłady rozwiązań spełniających założenia ekorozwoju.

Literatura

Al Gore i Międzyrządowy Zespół do Spraw Zmian Klimatu zostali laureatami Pokojowej Nagrody Nobla w 2007 roku "za wysiłki na rzecz budowy i upowszechniania wiedzy na temat zmian klimatu wynikających z działań człowieka i za stworzenie podstaw dla środków, które są niezbędne do walki z takimi zmianami".

„Niewygodna prawda” Ekologiczny manifest Ala Gore’a wzbudzil zainteresowanie, bo: 1) Gore jest znanym politykiem! 2) Gore jest znanym politykiem amerykańskim! 3) Gore jest znanym politykiem amerykańskim znanym ze swej uczciwości!!!

Chemia środowiska (ang. environmental chemistry) - dziedzina chemii zajmująca się opisem zjawisk chemicznych zachodzących w środowisku przyrodniczym, związana głównie z trzema podstawowymi matrycami środowiska: atmosferą, wodą i glebą oraz relacjami pomiędzy nimi. Chemia środowiska staje się obecnie nauką interdyscyplinarną blisko związaną z biologią, geografią i fizyką

Znajomość składu chemicznego określonego ekosystemu (podstawowej funkcjonalnej jednostki ekologicznej obejmującej wszystkie organizmy zasiedlające dany obszar) w środowisku przyrodniczym jest punktem wyjściowym do jego opisu w chemii środowiska. Zaznajomienie się z reakcjami chemicznymi, które są częścią procesów zachodzących w środowisku stanowi podstawę zrozumienia chemii środowiska. Niezwykle istotna jest również obserwacja zaburzeń wynikających z aktywności naturalnej i antropogenicznej.

Skutki antropogeniczne Wpływ działalności człowieka na naturalne procesy przebiegające w środowisku: Ekologiczne klęski żywiołowe (trwałe, nieodwracalne uszkodzenie lub zniszczenie środowiska, mające wpływ na życie i zdrowie człowieka)

Skutki antropogeniczne Stopniowy przebieg np. • uwalnianie gazów cieplarnianych przyczyną globalnego ocieplenia • użycie osadów ściekowych jako nawozu dla rolnictwa • nadmierne zaludnienie na względnie małym obszarze

 każdy może i powinien zacząć od siebie – starając się nie zanieczyszczać środowiska poprzez swoje życie  świadomość wspólnoty z przyszłymi pokoleniami  żadna akcja nie jest błaha, zarówno indywidualna, jak i zbiorowa.

Dni Ziemi • 22 kwietnia 2010 Dzień Gai „Ziemia odzyskana” • 17 września Dzień Sprzątania Ziemi • 21 września Dzień Recyklingu

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 10-36 sek. Znane teorie od tej chwili opisują skład i zachowanie całego Wszechświata, przeszedł on fazę superszybkiego rozszerzania – WIELKIEGO WYBUCHU, która wygładziła istniejące niejednorodności i sprawiła, ze jego gęstość zbliżyła się do gęstości krytycznej (9.9 · 10-30 g/cm3)

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 1 sek. Wszechświat składa się już z cząstek (elektronów, fotonów i neutrin). Z kwarków (hipotetycznych cząstek elementarnych) tworzą się protony i neutrony. • 3 min. Powstają jądra najlżejszych pierwiastków (poza wodorem), czyli tworzy się deuter i tryt, dwa izotopy helu i odrobina litu

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 400 tys. lat Nieustannie stygnąca

materia wystarczająco się ochładza, jądra atomowe przyłączają elektrony – tworzą się obojętne elektrycznie atomy. Pozostałe z tej epoki promieniowanie obserwujemy dziś jaki mikrofalowe promieniowanie tła (=promieniowanie ciała doskonale czarnego o temp. 2.7 K)

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • Kilkaset milionów lat- 1 mld lat Z pierwotnych zagęszczeń powstają pierwsze gwiazdy i galaktyki. Wybuchają pierwsze supernowe gwiazdy. Eksplozje supernowych są głównym źródłem wszystkich pierwiastków cięższych niż tlen oraz jedynym źródłem wielu innych ważnych pierwiastków. Cały wapń w naszych kościach czy żelazo w hemoglobinie powstały podczas wybuchu supernowej, miliardy lat temu. Supernowe "wstrzyknęły" ciężkie pierwiastki w przestrzeń międzygwiezdną, wzbogacając w ten sposób obłoki materii będące miejscem formowania nowych gwiazd. Te gwałtowne procesy zdeterminowały skład chemiczny mgławicy słonecznej, z której 4,5 miliarda lat temu powstał Układ Słoneczny i ostatecznie umożliwiły powstanie na Ziemi życia w takiej postaci, jaką obecnie znamy

Tworzenie wody we wczesnym okresie historii Ziemii

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O H2 + CO2 → CO + H2O Reakcje katalizowane tlenkami metali

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 3 mld lat Małe galaktyki łączą się tworząc większe obiekty. W trakcie tych zderzeń powstają gigantyczne czarne dziury, które pochłaniają otaczający je gaz: tworzą się kwazary (pozagalaktyczne zwarte gwiazdopodobne źródło ciągłego promieniowania elektromagnetycznego)

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 9 mld lat Powstaje Słońce i Układ Słoneczny • 13.7 mld lat Chwila obecna • 17 mld lat Droga Mleczna może się zderzyć z galaktyką M 31 w Andromedzie, zbliżającą się ku nam z prędkością 120 km/s • 20 mld lat Słońce zakończy życie jako biały karzeł

Dziwne losy świata, czyli krótka historia Wszystkiego • 100 mld lat Większość galaktyk oddali się od naszej tak bardzo, że staną się niewidoczne • 10000 mld lat Wypalą się ostatnie gwiazdy • 10100 lat Wyparują ostatnie czarne dziury

Wnętrze Ziemi bada się metodami pośrednimi, głównie metodą sejsmiczną (śledzenie rozchodzenia się fal sejsmicznych). Fale sejsmiczne zmieniają szybkość i kierunek rozchodzenia się w zależności od temperatury, ciśnienia, stanu skupienia i gęstości materii. Na tej podstawie wydzielono we wnętrzu Ziemi trzy koncentryczne warstwy zwane geosferami: skorupę ziemską, płaszcz Ziemi i jądro Ziemi. Geosfery są od siebie oddzielone wąskimi strefami przejściowymi – powierzchniami nieciągłości, w których fale sejsmiczne ulegają częściowemu załamaniu lub odbiciu i gwałtownej zmianie prędkości.

Wnętrze Ziemi

Skład Ziemi Region:

Promień:

Podstawowe składniki:

Atmosfera:

2,5%

78% azotu, 21% tlenu, 1% argonu, 0,03% dwutlenek węgla, para wodna

Skorupa:

0,5%

skalisty krzem, metale

Płaszcz:

44,5%

głównie krzem, trochę metalicznego tlenu

Jądro zewnętrzne:

35%

płynne żelazo i nikiel

Jądro wewnętrzne:

20%

stałe żelazo i nikiel

Skorupa ziemska

Skorupa ziemska: 1.Ocean 2. Dno basenu 3. Ryft –rów tektoniczny ogranicznony równoległymi uskokami 4. Grzebiet śródoceaniczny 5. Rów oceaniczny 6. Szelf –część kontynenu zalana płytkim morzem 7. Stok kontynentalny 8. Skorupa oceaniczna 9. Skorupa kontynentalna 10. Nieciągłość Mohorovičicia 11. Warstwa skał osadowych 12. Warstwa bazaltowa 13. Warstwa granitowa 14. Płaszcz ziemski 15. Kierunek wsuwania się płyty oceanicznej pod kontynentalną 16. Linia, wzdłuż której następuje wzajemne przemieszczanie się płyt

Sztywna powłoka Ziemi, zbudowana głównie z lekkich pierwiastków. Składa się z dwóch warstw – zewnętrznej granitowej (skorupa kontynentalna) i zalegającej pod nią warstwy bazaltowej (skorupa oceaniczna). Skorupa kontynentalna tworzy tylko lądy i ma grubość 30-40 km, a pod obszarami górskimi – 80 km. Jej wiek określa się na 3,8 mld lat. Skorupa kontynentalna zbudowana jest głównie ze skał zasobnych w krzem (Si) i glin (Al), stąd jej nazwa sial, który posiada gęstość ok. 2,7 g/cm3. Dolną granicę warstwy stanowi powierzchnia nieciągłości Conrada, poniżej której znajduje się warstwa bazaltowa o grubości 6-11 km, obejmująca całą kulę ziemską. Budują ją głównie krzem (Si) i magnez (Mg) – sima. Gęstość skał w warstwie bazaltowej jest większa i wynosi 3-3,4 g/cm3. Dolną granicę warstwy bazaltowej stanowi powierzchnia nieciągłości Moho, przebiegająca pod oceanami na głębokości 5-8 km, a pod kontynentami na głębokości 30-80 km. Cała skorupa ziemska wraz z nieciągłością Moho i cienką, górną warstwą płaszcza Ziemi nazywana jest litosferą, ponieważ jest sztywna (lita).

Płaszcz Ziemi Ze względu na różnice w składzie chemicznym, został podzielony na górny i dolny. Płaszcz górny (astenosfera) sięga do powierzchni nieciągłości Golicyna. Cechą charakterystyczną astenosfery jest plastyczność – ugina się pod ciężarem skorupy ziemskiej. Zbudowana jest głównie z chromu (Cr), żelaza (Fe), krzemu (Si) i magnezu (Mg). Gęstość crofesimy wynosi 4,5 g/cm3. Płaszcz dolny (mezosfera) zbudowany jest głównie z krzemianów magnezu (Mg), wapnia (Ca) i żelaza (Fe). Gęstość materii płaszcza dolnego wzrasta do 6,6 g/cm3. Pod płaszczem dolnym rozciąga się powierzchnia nieciągłości Wiecherta- -Gutenberga.

Jądro Ziemi leży poniżej powierzchni nieciągłości Wiecherta-Gutenberga i najprawdopodobniej składa się z dwóch części – jądra zewnętrznego dochodzącego do głębokości ok. 5200 km i wewnętrznego leżącego poniżej tej głębokości. Jądro zewnętrzne i wewnętrzne rozdziela powierzchnia nieciągłości Lehmana. Jądro zbudowane jest ze stopu żelaza (Fe) i niklu (Ni) – nifesimy. Gęstość materii wynosi ok. 12 g/cm3 w części zewnętrznej i ok. 17g/cm3 w części wewnętrznej. Jądro wewnętrzne jest prawdopodobnie ciałem stałym, natomiast zewnętrzne jest w stanie płynnym.

Jądro Ziemi

Przesuwając się od powierzchni Ziemi w kierunku jej jądra, notowane są następujące zmiany temperatury: – do 1,5 m zaznaczają się dobowe zmiany temperatury,

Temperatura Ziemi

– do 25 m notuje się roczne zmiany temperatury, – strefa neutralna o temperaturze równej średniej rocznej temperaturze powierzchni Ziemi,

– poniżej strefy neutralnej temperatura systematycznie rośnie średnio dla całej Ziemi o 1°C na każde 33,3 m. Przyrost głębokości, jakiemu towarzyszy wzrost temperatury o 1°C, nazywamy stopniem geotermicznym. Wielkość stopnia geotermicznego zależy od budowy geologicznej – na terenach wulkanicznych jest niewielki, np. w Nowej Zelandii wynosi 1,5-2,0 m, na obszarach starych tarcz i platform kontynentalnych wzrasta, np. w Nigrze – 200 m, na półwyspie Kola – 170 m. Poniżej skorupy ziemskiej przyrost temperatury wraz z głębokością jest mniejszy. W poszczególnych geosferach temperatura wynosi: – płaszcz górny – ok. 1000°C, – płaszcz dolny – ok. 2300°C, – jądro zewnętrzne – ok. 4500°C, – jądro wewnętrzne – ponad 6000°C.

Układ Słoneczny • Tylko Merkury nie ma atmosfery! • Wenus, Ziemia i Mars mają atmosfery z gazów swoich wnętrz lub produktów reakcji tych gazów • Planety zewnętrzne atmosfery mają złożone z wodoru i helu

Atmosfera ziemska Skład

Atmosfera jest niejednorodną powłoką złożoną z mieszaniny gazów zwanej powietrzem. Oprócz gazów takich jak: azot (78,09% objętości powietrza), tlen (20,95%), argon (0,93%), dwutlenek węgla (0,0333%) oraz śladowych ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton i ksenon), zawiera także metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki oraz (w znacznie mniejszych ilościach) m.in. radon i jego izotopy, jod, amoniak, a także przedostające się do atmosfery tzw. aerozole atmosferyczne, tj. pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka.

Wpływ promieniowania słonecznego na skład chemiczny atmosfery

• W termosferze:

N2 + h ( ~ 126 nm)  2N O2 + h ( ~ 240 nm)  2O • W jonosferze:

N2 + h ( ~ 80 nm)  2N+ + e O2 + h ( ~ 91 nm)  2O+ + e

Wpływ promieniowania słonecznego na skład chemiczny atmosfery • W mezosferze i stratosferze O3 + h ( < 325 nm)  O2* + O* • W troposferze homogeniczny skład sumaryczny w zależności od regionu

Porównanie składu atmosfery w troposferze w zależności od regionu Region

Właściwości atmosfery

Oceany

Aerozole morskiej soli (sód, magnez, siarczany, mikroelementy)

Ląd (suchy)

Pył przenoszony w powietrzu (pochodzący z gleby, pyłki kwiatowe itp.)

Miasta

Duże prawdopodobieństwo występowania dużego stężenia zanieczyszczeń (dym, pyły, produkty pierwotnego i wtórnego smogu)

Suchy tropik

Mała wilgotność, intensywne promieniowanie słoneczne

Wilgotny tropik

Duża wilgotność, naturalnego pochodzenia lotne związki organiczne, intensywne promieniowanie słoneczne

Antarktyda

Światło słoneczne zmienne w cyklu rocznym, arktyczne mgły zawierające aerozole siarczanów, sadzy i metali

Klasyfikacja Junga – średni czas przebywania danego gazu w atmosferze ziemskiej • Gazy wysokozmienne – mniej niż jeden rok (H2O, CO, NO, NH3, SO2, H2S, węglowodory, bez metanu i chlorowęglowodorów) • Gazy zmienne – kilka lat (CO2, CH4, H2, N2O, O3) • Gazy stałe – dłużej niż tysiąc lat (O2, N2, gazy szlachetne)

Źródła składników atmosfery: • Geochemiczne • Biologiczne • Antropogeniczne

Źródła geochemiczne • Pyły (gleba z suchych obszarów Ziemi) • Rozpylona woda morska z NaCl H2SO4(a) + NaCl(a) → HCl(g) + NaHSO4(a) • Wulkany (poza pyłami – H2O, SO2, CO2, HCl, HF, CO, CH4, H2, S) • Meteory

Źródła geochemiczne • Skały (emanancja promieniotwórcza)

→ 40Ar +  236Ra → 222Rn +  238U → 234Th +  40K

Źródła biologiczne • Lasy (fotosynteza: 2H2O + CO2 + h  CH2O + H2O + O2 związki organiczne terpeny: pinen i limonen kwasy organiczne aldehydy

Źródła biologiczne • Mikroorganizmy (gleby mokre, układy pokarmowe przeżuwaczy): CO2 + 4H2  CH4 związki azotu (N2, NO) mocznik: NH2CONH2(aq) + H2O(c)  2NH3(g) + CO2(g) 2NH3(g) + 2O2(g)  N2O(g) + 3H2O(g) utlenianie aminokwasów: NH2CH2COOH + 3/2O2  2CO2 + H2O + NH3

Źródła biologiczne • Mikroorganizmy (oceany) woda morska bogata w rozpuszczalne SO4-, Cl-, F-, Br-, I-. hydroliza β-dimetylosulfoniopropionianu: (CH3)2S+(CH2)2COO-(aq)  (CH3)2S + CH2CHCOOH(aq) siarczek dimetylu kwas akrylowy (DMS)

Źródła biologiczne • Mikroorganizmy (oceany) woda morska bogata w rozpuszczalne SO4-, ClF-, Br-, I-.

CS2(g) + H2O(g)  COS(g) + H2S(g) Disiarczek tlenosiarczek węgla węgla

Źródła antropogeniczne • Produkty spalania: pożary lasów produkcja energii z paliw kopalnianych zakłady przemysłowe (elektrownie, ciepłownie, huty) samochody smogi

Źródła antropogeniczne

Dynamika atmosfery Troposfera stanowi układ podlegający nieustannym zmianom. Konwekcyjny ruch atmosfery, czyli wznoszenie lub opadanie mas powietrza to cyrkulacja atmosfery.

Dynamika atmosfery Wiatr – cyrkulacja pozioma w dolnej troposferze powodująca przemieszczenie się mas powietrza o setki, a nawet tysiące kilometrów wywołana zazwyczaj różnicą ciśnienia atmosferycznego.

Dynamika atmosfery Pogoda – zespół zjawisk (prędkość [m/s lub km/h] i kierunek wiatrów, zachmurzenie, opady, temperatura, ciśnienie atmosferyczne, nasłonecznienie) występujących w dolnej części troposfery w określonej chwili

UM Poznań

Rodzaje chmur • Wysokie - od 5 do 13 km od powierzchni Ziemi. Chmury pierzaste składają się z bardzo drobnych rzadko rozrzuconych igiełek lodu, mających włóknisty wygląd i delikatny jedwabisty połysk. Są białe, na wpół przezroczyste, mało zasłaniające światło słoneczne. Powstają dzięki silnym zachodnim wiatrom w wyższych warstwach atmosfery.

Rodzaje chmur • Średnie od 2 do 7 km od powierzchni Ziemi. Chmury piętra średniego najczęściej składają się z kropelek wody. Jedynie grube warstwy chmur średnich warstwowych mają budowę mieszaną - składają się z kropelek wody i kryształków lodu. Mogą one przybierać wygląd ławic złożonych z płatów, zaokrąglonych brył lub walców często ułożonych szeregami, koloru białego lub szarego. Z tych chmur może czasami padać słaby deszcz lub śnieg.

Rodzaje chmur • Niskie od 0 do 2 km od powierzchni Ziemi. Chmury niskie złożone są z kropelek wody. Ich wysokość może wynosić kilkadziesiąt metrów i w miastach zasłaniają wtedy szczyty wieżowców. Najczęściej jest to jednolita szara warstwa, z której może padać mżawka.

Miary stężenia gazów w atmosferze • Ułamek molowy (azot-0,7808) • Procent molowy (azot-78.08%, co oznacza, że w każdych 100 molach cząsteczek gazów jest 78,08 moli cząsteczek diazotu)

Miary stężenia gazów w atmosferze dla gazów o małych stężeniach ppm (części na milion) np. stężenie metanu w suchej troposferze wynosi 1,7 ppmv, co oznacza, że 1.7 moli cząsteczek metanu znajduje się w 1 molu cząsteczek składników powietrza [g/dm3]

Rodnik to cząsteczka posiadająca jeden lub więcej wolnych, niesparowanych elektronów o czasie życia rzędu 10-8s.

Wolne rodniki i przeciwutleniacze czyli, kto ma większe szanse na zwycięstwo po walce trwającej ponad 13 mld lat?

Wolne rodniki są wszędzie! W zanieczyszczonym powietrzu, w niezdrowym jedzeniu, w nas samych! W nadmiarze uszkadzają lub niszczą nasze komórki.

RYSOPIS ZŁOCZYŃCY Do reaktywnych form tlenu (RFT) zaliczamy: 1) Tlen singletowy (wzbudzona forma tlenu atmosferycznego -1O2) 2) Nadtlenek wodoru H2O2 3) Anionorodnik ponadtlenkowy (cząsteczka tlenu z dodatkowym elektronem – O2-●) 4) Rodnik hydroksylowy (cząsteczka wody, która utraciła atom wodoru – OH●) 5) Ozon (O3) 6) Tlenek azotu (NO●) 7) Ditlenek azotu (NO2●) 8) Kwas nadtlenoazotowy(III) – HONO2 9) Kwas chlorowy(I) HClO 10) Rodniki organiczne powstałe w wyniku reakcji RFT z lipidami błon komórkowych, białkami (z dużą ilością aminokwasów siarkowych), kwasami nukleinowymi czy węglowodanami (cukrami)

Rodnik hydroksylowy Najreaktywniejszy jest rodnik hydroksylowy OH●

O + O2 + X  O 3 + X O3(g) + h  O2(g) + O*(g) O*(g) + H2O  2OH● (g) O*(g) + CH4  OH● + CH3●

Rodnik hydroksylowy REAKCJE OH●:

NO2 + OH●  HNO3(g) „kwaśne deszcze” OH● + OH●  H2O2 OH● + CO  H● + CO2 H● + O2 + X  HOO● + X rodnik wodoroperoksylowy

OH● + CH4  CH3● + H2O CH3● + O2 + X  CH3OO● + X rodnik metyloperoksylowy

Rodnik hydroksylowy – reakcje usunięcia atomu wodoru – rodnik peroksytoluenowy OH

+

CH3

CH2

+

CH2

O2

+

H2O

H2 C

O O

Rodnik hydroksylowy - reakcje usunięcia atomu wodoru – rodnik wodoroperoksylowy OH

HC

+

O

HCHO

+

O2

HC

O

HOO

+

H2O

+

CO

Rodnik hydroksylowy – reakcje addycji do wiązania podwójnego etylenu OH

+

H2C

CH2

H2C

CH2OH

CH2OH H2C

CH2OH

+

O2

H2C

O

O

Rodnik hydroksylowy – reakcje addycji do wiązania wielokrotnego benzenu HO H +

HO

OH

HO

H

+

O2 O O

H

Rodnik hydroksylowy – substancja o znaczeniu przemysłowym Fotokatalityczny proces odkażania wody gruntowej (utleniający rozkład CHCl=CCl2, C2Cl4) TiO2 + h  e(cb) + h+(vb) „dziura” h+(vb) + H2O  OH● + H+ h+(vb) + OH-  OH●

e(cb) + O2  O2e(cb) + h+(vb)  

Wydajność procesu zależy od stopnia krystaliczności i pola powierzchni półprzewodnikowego katalizatora

Rodnik hydroksylowy – substancja o znaczeniu przemysłowym • utleniający rozkład CHCl=CCl2, C2Cl4 prowadzący do powstania: CO2, H2O i HCl. • CO2 + H2O  H2CO3 • Zakwaszenie wody do pH=5, uwolnienie gazowego CO2 • Naświetlenie wody i zobojętnienie za pomocą NaOH

ZABÓJCZY OCHRONIARZ, czyli OZON (z gr. ódzōn-pachnący) • Jako granatowoczarna ciecz wybucha niczym trotyl • Koroduje wszystko oprócz złota i platyny • Nie oprze mu się żadna bakteria

ALE BEZ NIEGO NIE BYŁOBY ŻYCIA NA ZIEMI

• Najlepiej znany pod postacią bezbarwnego gazu o intensywnym, charakterystycznym zapachu. W stanie ciekłym ma granatowoczarną barwę. Jest substancją silnie wybuchową • Gazowy ozon jest 15 razy lepiej rozpuszczalny w wodzie niż „zwykły” tlen, dzięki czemu łatwiej dyfunduje do tkanek • Łatwo reaguje z białkami i tłuszczami, a także z witaminami C i A • Szybko się rozpada w obecności związków organicznych, platyny czy tlenku azotu (NO●) tworząc nadtlenek wodoru lub rodnik hydroksylowy, czyli tzw. reaktywne formy tlenu

Ozonowa historia • 1775 Lavoisier odkrywa znaczenie tlenu w metabolizmie • 1840 Schönbein wprowadza pojęcie „ozon” (z gr. ódzōnpachnący) • 1857 Werner von Siemens konstruuje lampę ozonową • 1873 Fox odnotowuje wpływ ozonu na mikroorganizmy • 1894 Labbe i Qudin leczą ozonem gruźlicę

Ozonowa historia • 1915 Fisch ozonową wodą leczy zakażenia skóry u żołnierzy , Wolff odkaża nią rany • 1986 Zygmunt Antoszewski podejmuje pierwsze próby leczenia ozonem w Polsce • 1993 rejestracja POLSKIEGO TOWARZYSTWA OZONOTERAPII

Gdzie jest ozon na Ziemi? Największe stężenie ozonu w atmosferze 20-25 km, czyli w stratosferze gdzie powstaje w wyniku działania promieniowania UV na tlen dwuatomowy W troposferze (7-18 km) głównym źródłem są wyładowania atmosferyczne, dlatego po burzy czujemy charakterystyczną swieżą woń powietrza!

ZABÓJCZY OCHRONIARZ, czyli OZON • Dobry ozon – ozon stratosfery absorbujący wysokoenergetyczne promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi • Zły ozon – ozon troposfery ma bardzo silne właściwości utleniające powodujące podrażnienia oraz uszkodzenia u roślin i zwierząt

Promieniowanie ultrafioletowe • UV-A 315-400 nm (7%) nie jest bardzo niebezpieczne dla organizmów żywych, uszkadza włókna kolagenowe w skórze • UV-B 280-315 nm (1.5%) może być szkodliwe poprzez dłuższy czas ekspozycji • UV-C <280 nm (0.5%) szybko niszczy każdą materię (ozon je całkowicie absorbuje!)

Promieniowanie ultrafioletowe UV-B • Promieniowanie UV-B jest niebezpieczne dla oka i może powodować zaćmę. • Długa ekspozycja na działanie UV-B ma związek ze zwiększoną częstością występowania nowotworu złośliwego skóry - czerniaka. • Promieniowanie to prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA.

Promieniowanie ultrafioletowe UV-B Odpowiedzią organizmu jest wytwarzanie melaniny - triamidu kwasu cyjanurowego, czego dowodem jest pojawienie się opalenizny →

Promieniowanie ultrafioletowe UV-B • Filtry przeciwsłoneczne (ekrany, faktory ochronne) preparaty farmaceutyczne zawierają salicylan benzylu lub cynamonian benzylu oraz akceptory rodników (zamiatacze), których skuteczność mierzy się za pomocą SPF (współczynnik ochronny przed działaniem promieniowania słonecznego) • Filtry zaporowe (blokery) zawierają ZnO, TiO2

O

O

O

O

cynamonian benzylu

HO

salicylan benzylu

• SPF 15 oznacza, że wykazuje zdolność 93% absorpcji promieniowania UV-B 100/(100-93)=15

Cykl Chapmana O2 + h(<242nm)  O● + O● (powoli) O2 + O● + X  O3 + X (szybko) O3 + h(230-320nm)  O2* + O* (szybko) O3 + O*  O2 + O2 (powoli)

Reakcje z udziałem ozonu • Ogólny mechanizm: X + O3  XO + O2 XO + O  X + O2 po zsumowaniu: O3 + O  2O2