آلودگی هوا - جلسه پنجم

اهداف: شناخت اوزون و چگونگی تشکیل آن در لایه اول و دوم هوا کره، بررسی عوامل آلاینده در تخریب اوزون، آزمایش تاثیر اوزون بر مواد پلاستیکی

وسایل مورد نیاز: کامپیوتر، دو تخته چوب، میخ، تعدادی کش پلاستیکی گرد

اوزون مولکولی با دو چهره

آیا مولکولی می شناسید که هم کشنده باشد و هم نجات دهنده؟ چه کسی مسئول تشکیل یا تخریب این مولکول است؟

ازون

تشکیل اوزون

اوزون گازی است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. این مولکول مانع از رسیدن اشعه فرابنفش خورشید( UV= ultra violet ) به زمین می شود. چگونه و در کجا؟ وقتی که خورشید به زمین می تابد، در لایه دوم اتمسفر زمین (در ارتفاع 12 تا 50 کیلومتری) اگر طول موج اشعه فرابنفش کمتر از 240 نانو متر باشد، می تواند مولکول‌های اکسیژن هوا را شکسته و به اتم‌های اکسیژن تبدیل کند. این اتم‌های فعال اکسیژن با دیگر مولکول‌های اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و مولکول سه اتمی اوزون را تشكیل می‌دهند.

همچنین مولکول‌های اوزون، اشعه فرابنفش با طول موج‌های حدود 200 تا 300 نانومتر را جذب کرده و به مولکول دو اتمی اکسیژن و اتم اکسیژن شکسته می شوند. هر مولکول اکسیژن با یک اتم اکسیژن ترکیب شده و با تشکیل مجدد مولکول اوزون مقدار زیادی انرژی به صورت گرما آزاد می شود.

فلش زیر نشان می دهد که چگونه مولکول اوزون مانع از رسیدن اشعه فرابنفش به زمین می گردد.

تخریب اوزون

اگر غلظت گاز اوزون موجود در لایه استراتوسفر کاهش یابد، اشعه فرابنفش بیشتری به زمین می رسد. این امر باعث ایجاد سرطان، تغییرات ژنتیکی و از بین رفتن محصولات کشاورزی می گردد. آلاینده های بسیاری می توانند باعث تخریب لایه اوزون شوند. مهم‌ترین آن ها گازهای فریون و نیتروژن منوکسید می باشد.

• فلوئورکلروکربن ها

گاز فریون یا سرما ساز معروف به فلوئورکلروکربن (CFC) اولین بار در دهه ی 1930 ساخته شد. چون این مولکول‌ها بی اثر، غیر سمی و غیر قابل اشتعال بوده و به راحتی از حالت گاز به حالت مایع تبدیل می شوند، به عنوان سرما ساز در یخچال‌ها و کولرهای گازی استفاده می شوند. این ترکیبات همچنین در ساخت ظروف یکبار مصرف، اسپری ها و در تمیز کننده های صفحات الکترونیکی استفاده می شوند.

CFC ها بعد از استفاده در این گونه صنایع در نهایت به هوا کره ریخته می‌شوند. اشعه فرابنفش با طول موج حدود 175 تا 220 نانومتر این ترکیبات را شکسته و رادیکال کلر آزاد می کند. اتم کلر آزاد شده به مولکول‌های اوزون حمله کرده و آن ها را در نهایت به مولکول اکسیژن تبدیل می کند. چون اتم کلر در واکنش تخریب اوزون به عنوان کاتالیزور استفاده می شود، هر اتم آن می تواند تا حدود صدهزار مولکول ازون را تخریب کرده و به مولکول‌های اکسیژن تبدیل کند. چگونگی تخریب اوزون توسط کلورفلوئورکربن ها در زیر به صورت انیمیشن نشان داده شده است.

• نیتروژن اکسیدها

منوکسیدها یا دی اکسیدهای نیتروژن نیز باعث تخریب مولکلول‌های اوزون می شوند. این گازها در نتیجه فرآیندهای طبیعی کره زمین یا فعالیت‌های صنعتی بشر به جو افزوده می شوند. نیتروژن اکسیدها در نتیجه ی تابش نور خورشید به نیتروژن منوکسید تبدیل می شود. نیتروژن منوکسید به مولکول‌های اوزون حمله کرده و آن را به موکلول اکسیژن تبدیل می‌کند و خود تبدیل به نیتروژن دی‌اکسید می گردد.

اوزون مولکولی با دو چهره

اوزون (O₃) ،هم پالاینده است و هم آلاینده. این گاز که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده در لایه استراتوسفر (در ارتفاع 12 تا 50 کیلومتری از سطح زمین) باعث جلوگیری از ورود اشعه های مضر خورشید به زمین می شود. اشعه ی فرابنفش توسط مولکول‌های اوزون به اشعه مادون قرمز تبدیل می شود. اوزون در این ارتفاع مانند یک صافی یا پالاینده عمل می‌کند.

اوزون مولکولی با دو چهره

اما اگر همین گاز در سطح زمین (لایه تروپوسفر) قرار بگیرد بسیار سمی و کشنده است. این گاز در سطح زمین توسط تابش پرتوهای خورشید بر مولکول‌های نیتروژن دی اکسید بوجود می آید. نیتروژن دی اکسید نیز در اثر ترکیب نیتروژن منوکسید با اکسیژن موجود در هوا بوجود می آید. نیتروژن منوکسید در موتور اتومبیل ها در اثر ترکیب اکسیژن و نتیروژن موجود در هوا به کمک دمای بالا تولید می شود. به طور کلی مولکول اوزون در سطح زمین به شرح زیر بوجود می آید:

فرآیند تشکیل اوزون تروپوسفری

این اوزون تروپوسفری علاوه بر خسارات جانی و آسیب های بدنی، باعث خسارات اقتصادی بسیاری مثل سخت شدن و ترک برداشتن تایر خودروها و قطعات پلاستیکی می شود. اوزون به پیوند دوگانه موجود در پلیمر پلاستیک ها حمله کرده و باعث شکسته شدن این پیوند می شود. واکنش‌های انجام شده در این فرآیند تخریبی به شرح زیر است:

شکسته شدن پیوند دوگانه در لاستیک‌ها توسط اوزون

تحقیق و آزمایش کنید:

تأثیر آلاینده ها روی مواد پلاستیکی مثل کش

وسایل لازم: دو تخته چوب یا تخته سه لا به ابعاد حدود 20 * 30سانتی، 24 عدد میخ کوچک، 12 عدد کش پلاستیکی گرد و هم اندازه

آزمایش تاثیر آلودگی هوا بر روی کش پلاستیکی

روی یک تخته شش خط به طول 15 سانتی متر بکشید. فاصله بین خطوط حدود سه سانتی‌متر باشد. دو میخ در ابتدا و انتهای هر خط 15 سانتی روی چوب بکوبید. بالای تخته بنویسید: تأثیر آلودگی هوای درون اتاق روی کش.

• روی تخته دوم نیز مشابه تخته اول میخ بکوبید. بالای این تخته بنویسید: تاثیر آلودگی هوای بیرون اتاق روی کش.

• تخته اول را درون اتاق و تخته دوم را بیرون از اتاق در فضای آزاد هوای بیرون قرار دهید. البته این تخته را جایی قرار دهید که روی آن باران نبارد و آفتاب نیز مستقیم بر آن نتابد. بالکن منازل محل بسیار مناسبی برای قراردادن تخته ی بیرونی می باشد.

• هم زمان با هم، اول هر هفته یک کش به تخته اول و یک کش به تخته دوم اضافه کنید. کنار هر خطی که کش اضافه کردید، تاریخ آن روز را یادداشت کنید.

• فاصله ی بین دو میخ به اندازه ی کش ها بستگی دارد. اگر کش ها خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشند، فاصله بین میخ ها را طوری تنظیم کنید که بعد از قرار دادن کش، آن ها کاملآ کشیده شوند.

• بعد از گذشت چند هفته، کش ها را یکی یکی از دور میخ ها برداشته و اندازه ی آن ها را با خط کش محاسبه کنید. طول کش‌ها با توجه به میزان آلودگی هوا تغییر می یابد. از آن جا که اوزون تروپوسفری در هوای بیرون خیلی بیشتر از هوای داخل است، افزایش طول کش‌های بیرونی بیشتر از کش‌های درونی خواهد شد.

فعالیت:

بعد از اتمام هشت هفته از شروع این آزمایش به سوالات زیر پاسخ دهید:

1. طول کش‌ها قبل از وصل کردن به میخ‌ها به طور تقریبی چند سانتی متر بود؟

2. آیا تغییری در اندازه ی طول کش‌ها در هوای داخل اتاق مشاهده کردید؟ این تغییرات حدود چند درصد افزایش بوده است؟

3. آیا تغییری در اندازه ی طول کش ها در هوای خارج اتاق مشاهده کردید؟ این تغییرات حدود چند درصد افزایش بوده است؟

4. آیا به نظر شما افزایش میزان تماس با هوا باعث افزایش میزان طول کش شده است؟ پاسخ این سوال را با مقایسه طول کش‌های شماره یک و شماره شش بدهید.

تکلیف: جدول شماره 3 را كامل نموده و به سوالات فعایت پاسخ دهید ،‌سپس جدول و پاسخ سوالات را برای ما ارسال نمایید.

منابع مطالعه: برای اطلاع بیشتر در مورد گاز اوزون، تخریب لایه اوزون و تأثیر تخریب لایه اوزون بر محیط زیست به منابع زیر مراجعه نمایید.

- کتاب اعلام خطر ازون ترجمه: دکتر محترم سادات حجت مند/ انتشارات گیلان شما را با خطرات ازون بر سلامتی انسان، گیاهان و محصولات کشاورزی و مسئله آسم آشنا می سازد.

- با خواندن کتاب لایه ازون و محیط زیست تألیف: دکتر مجید عباس پور/ مرکز انتشارات علمی دانشگاه آزاد، با عوامل موثر در کاهش غلظت ازون، توزیع اتمسفری غلظت ازون و روش های اندازه گیری غلظت ازون آشنا خواهید شد.

- کتاب تخریب لایه ازن و اثرات آن بر محیط زیست جانوری نویسنده: کریم ثابت رفتار / انتشارات: دانشگاه گیلان