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:
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.
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