OPCIÓN E4_ DISMINUCIÓN DE LA CAPA DE OZONO

OZONO: O3 El ozono es un componente que se encuentras naturalmente en la atmósfera. La capa de ozono se encuentra en la estratosfera aproximadamente a 30 km de la superficie terrestre. El ozono estratosférico se encuentra en equilibrio dinámico con el oxígeno, formándose y descomponiéndose continuamente.

PROCESOS NATURALES DE FORMACIÓN DEL OZONO EN LA ESTRATOSFERA La capa de ozono protege a los organismos vivos de la peligrosa radiación ultravioleta. En la estratosfera de la Tierra, el ozono se forma fotoquimicamente a partir de oxígeno mediante el siguiente proceso en dos pasos.

La disociación de O2 depende de la longitud de onda de la luz, se necesita ʎ = 242 nm para la disociación del oxígeno molecular: O2 → 2O∙ La estructura del ozono resonante es:

PROCESOS NATURALES DE DESCOMPOSICIÓN DEL OZONO EN LA ESTRATOSFERA El mecanismo de las dos etapas de descomposición fotoquímica de ozono en la estratosfera de la tierra, en presencia la luz ultravioleta es:

La disociación de O3 depende de la longitud de onda de la luz, se necesita un ʎ = 330 nm para la disociación del ozono: O3 → O2 + O∙

Las siguientes reacciones tienen lugar en la capa de ozono por la absorción de luz ultravioleta A_ O3 → O2 + O∙ (Etapa 1 de la disociación)   B_ O2 → O∙ + O∙ (Etapa 1 de la formación) En la etapa B se rompe un enlace doble (O = O), por lo cual requiere una longitud de onda más corta (de mayor energía) que en A. Debido que en A se rompe un enlace simple (O – O = O)

¿Por qué la radiación UV con ʎ 300 – 330 nm contribuye a la descomposición fotoquímica de ozono, pero no al oxígeno molecular? El Oxígeno diatómico (O2) y el ozono (O3) son alotrópicos. Una molécula de oxígeno tiene un enlace doble entre los átomos de oxígeno. El doble enlace de la molécula de oxígeno resulta fuerte comparado con el del ozono.

El ozono es triatómico y puede representarse por dos estructuras resonantes. Disociar una molécula de oxígeno por tanto requiere más energía que disociar una molécula de ozono.

Puesto que la longitud de onda de la luz es inversamente proporcional a su energía, el doble enlace más fuerte de la molécula de oxígeno requiere una radiación de menor longitud de onda (242 nm) en comparación con la necesaria para la disociación del ozono, la cual requiere una longitud de onda mayor (330 nm). Por tanto el ozono absorbe rayos UV (su longitud de onda oscila entre los 320 y 400 nm) dañinos que el oxígeno no puede absorber.

La dependencia de la disociación de oxígeno diatómico O2 y ozono, O3, sobre la longitud de onda de la luz. Para el oxígeno se necesita menor longitud de onda pues mayor es la energía radiación UV necesaria para romper el enlace O2, ya que presenta enlace doble. El enlace doble es más fuerte, que el enlace simple.

AGOTAMIENTO DEL OZONO CATALIZADO POR DICLORODIFLUOROMETANO: CCl2F2

Los clorofluorocarbonos, CFC, agotan la capa de ozono Los clorofluorocarbonos, CFC, agotan la capa de ozono. Las ecuaciones que representan el agotamiento del ozono en la estratosfera que es catalizada por radicales libres de cloro son:

Los CFCs son sustancias que ha provocado una disminución de la concentración del ozono atmosférico en los años recientes. La eficacia en el agotamiento del ozono CFC, se debe que pueden consumir más moléculas de ozono actuando como catalizador El significado de la sigla CFC es Clorofluorocarbonos.

Las Fuentes de CFCs en la atmósfera son Aerosoles, freones, propulsores, refrigerantes, aire acondicionado, solventes, agentes espumantes, extintores, propelentes de aerosoles, agentes de soplado en plásticos, latas de spray, viejos frigoríficos. Los óxidos de nitrógeno (NOx, NO, NO2) y la combustión de combustibles, motores de combustión interna (a alta temperatura), aeronaves, los motores de reacción, centrales eléctricas.

Los CFC se utilizan ampliamente Porque pueden ser licuados a temperatura ambiente; baja toxicidad, inflamabilidad baja, baja reactividad, pero el enlace C – Cl se rompe por la acción de la luz ultravioleta generando radicales libres Cl∙ que atacan al ozono

Las propiedades características que se consideran para que los hidrofluorocarbonos (HFCs) se consideren como alternativos a los CFCs son: baja reactividad, baja toxicidad, baja inflamabilidad, no tiene enlaces C – Cl, baja absorción de la radiación infrarroja.

Las desventajas relativas de la utilización de clorodifluormetano y 2-metilpropano como alternativa para los CFCs son:

DESVENTAJAS _ Los C4H10 más inflamable que CHF2Cl _ C4H10 y CHF2Cl pueden ambos absorber radiación infrarroja y puede conducir al calentamiento global, son gases invernaderos _ Los C4H10 son menos eficientes como solvente que los CFC, contribuye al efecto invernadero

VENTAJAS _ CHF2Cl todavía contiene un enlace C – Cl (Puede formar radicales con la radiación UV), no así los C4H10 _ El enlace C - H más fuerte que la C – Cl _ El enlace C – H no forma radicales por la acción de la luz ultravioleta. Al no formar radicales libres, no reacciona con el ozono.

_ Los hidrocarburos no dañan la capa de ozono y son más baratos que los CFC. Los hidrocarburos tales como el propano y el 2-metilpropano se usan como refrigerantes, no presenta enlaces C – Cl. Aunque estas no llevan a la disminución del ozono, son inflamables pues absorbe las radiaciones infrarrojas y llegan a ser gases invernadero (capaces de absorber la radiación infrarroja) y pueden conducir al calentamiento global.

Los CFC y NOx son contaminantes responsables por el agotamiento de la capa de ozono.

El papel de NOx en este proceso es: El óxido nítrico formado por la reacción a altas temperaturas entre el N2 y O2 en los motores de los aviones, reacciona con el ozono reduciendo su concentración.

Una disminución en la concentración de ozono en la estratosfera significa mayor cantidad de rayos UV en la tierra, lo que supone un aumento de casos de cáncer de piel y cataratas en los ojos, más quemaduras y daños en los animales y plantas, incluyendo la supresión de crecimiento en las plantas, mutaciones genéticas y cambios en el clima del mundo.

Las alternativas a los clorofluorocarbonos deben poseer Propiedades similares, pero sin enlaces C – Cl y preferentemente sin que presenten absorción de radiación infrarroja para no comportarse como gases invernaderos: Hidrocarburos hidrofluorocarbonos HFC, hidroclorofluorocarburos HCFC, amoniaco, dióxido de azufre, argón, y nitrógeno.

Uso de tetrafluoro de carbono como alternativa a los CFC. Los fluorocarburos; por ejemplo el tetrafluoruro de carbono: CF4. El hexafluoruro de etano, C2F6. Estos tienen baja reactividad, no son tóxicos, no inflamables, y el enlace C – F muy fuerte hace que sean estables a la radiación UV, por lo que no pueden catalizar la ruptura del ozono. Sin embargo, estos son gases invernaderos, absorben radiación infrarroja y podrían en ocasiones permitir un aumento de la temperatura global.

ÁRTICO Los átomos de cloro y óxidos de nitrógeno reaccionan en la superficie de las partículas de hielo en el invierno ártico. La catálisis que se produce, se llama: Catálisis heterogénea

El agotamiento del ozono es mayor durante la primavera ártica, al derretirse el hielo se liberan más contaminantes y como aumentan las radiaciones se rompen más enlaces C – Cl generando más radicales de cloro.  

EFECTOS EN LA VIDA SOBRE LA TIERRA Los efectos sobre la vida en la tierra que son consecuencia de una disminución de la concentración de ozono son: Aumento del cáncer a la piel. (ojos) cataratas. Supresión del crecimiento de las plantas, afectan la fotosíntesis, mutaciones genéticas.