Ozonzerstörung durch halogenierte Kohlenwasserstoffe und Toluol

Experimente:
Versuch: Abbau von Ozon durch halogenierte Kohlenwasserstoffe
Versuch: Qualitativer Nachweis von Ozon mit Kaliumiodid
Versuch: Indirekter Nachweis von Ozon mit Säure/Base-Indikatoren
Versuch: Abbau von Ozon durch Benzinbestandteile


Ozon wird bekanntlich durch halogenierte Kohlenwasserstoffe wie FCKW und CKW abgebaut (ein Grund für die Bildung des "Ozonloches"). Die Reaktion lässt sich mit Chloroform zeigen (siehe Experimente, V 17).

Die Nachweise für das Ablaufen dieser Reaktion beruhen darauf, dass Ozon dabei selbst abgebaut wird. Damit unterbleiben typische Ozonreaktionen wie z. B. die Oxidation von Iodid zu Iod oder die damit verbundene Bildung von OH¯-Ionen (siehe Experimente, V 8 und V 9).
Will man die Änderung des pH-Wertes aufgrund der gebildeten OH¯-Ionen als Maß für die Ozonwirkung auf CKW nehmen, muss man zuvor noch einige Überlegungen anstellen.
Da das Ozon abgebaut wird, sollte der in Versuch 9 beschriebene indirekte Nachweis mit Bromthymolblau/Kaliumiodid-Lösungen ausbleiben. Aber auch die Chlorradikale und das daraus gebildete Chlor oxidieren Iodid zu Iod; dabei entstehen jedoch keine OH¯-Ionen, so dass sich die Farbe des Indikators nicht ändern sollte:

Cl2 + 2 I¯ ———> 2 Cl¯ + I2

Beim folgenden Versuch stellt man aber fest, dass die Farbe des Indikators von Grün nach Gelb umschlägt. Das bedeutet, dass der pH-Wert der Kaliumiodid-Lösung nicht konstant bleibt, sondern sinkt. Die Gründe dafür sind:
Beim Abbau von Chloroform durch Ozon entstehen u. a. Chlor- und Chloroxoradikale wie Cl· oder ClO·. Folgende Reaktionen, die auch in der Atmosphäre ablaufen, sind denkbar:

O3 + H2O ———> O2 + 2 HO·
HO · + CHCl3 ———> CHCl2OH + Cl·
Cl · + O3 ———> ClO · + O2
ClO · + O3 ———> Cl · + 2 O2

Dabei entstehen auch Säuren und Säurebildner:

Cl · + H2O ———> HCl + HO ·
Cl · + Cl · ———> Cl2 (etc.)

Bei der Disproportionierung von Chlor entstehen Säuren:

Cl2 + H2O ———> HCl + HClO

Aber auch Phosgen COCl2 bildet sich, das bei der Hydrolyse Salzsäure freisetzt. Die gebildeten Chlorid-Ionen lassen sich mit salpetersaurer Silbernitratlösung nachweisen.

Aber auch in Bodennähe wird Ozon, das durch die chemischen Reaktionen im Photosmog gebildet wird, wieder abgebaut. Das geschieht vor allem nachts, wenn keine Sonne scheint und der Ozonaufbau unterbrochen ist [11].
Hierbei reagiert das Ozon u. a. mit den nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen aus den Auspuffgasen. Deshalb sind Ballungszentren wie Stuttgart nachts wesentlich ozonärmer als Reinluftgebiete (wie der nahegelegene Hochschwarzwald), weil in letzteren weniger Autos fahren.
In Versuch 18 nehmen wir als Modellsubstanz Toluol. Dieses wird zu Benzoesäure oxidiert. Die entstandene Säure wird mit einem Indikator nachgewiesen.


Weitere Texte zum Thema „Ozon“


Literatur


Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.
Letzte Überarbeitung: 26. Januar 2012, Dagmar Wiechoczek