Experimente:
Versuch: Ozonnachweis in NO_x / Luft-Gemisch

Immer, wenn Stickoxide und Luft unter Einstrahlung von Licht oder UV zusammentreffen, bildet sich Ozon. Stickoxide sind nämlich Oxidationskatalysatoren. Ihre sauerstoffübertragende Wirkung beobachten wir auch bei dem alten Verfahren zur Oxidation von SO₂ bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem Bleikammerverfahren.

Ozonbildung aus Stickoxiden und Sauerstoff

Wenn die Strahlung oder der Sauerstoffnachschub wegfallen, laufen die Reaktionen in Richtung auf Ozon-Abbau ab. Denn Stickstoffmonoxid baut Ozon ständig wieder ab, während Stickstoffdioxid ozonaufbauend wirkt. Dabei bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, die Ozonbelastung bleibt deshalb insgesamt gering.

Allerdings wird diese Photoreaktion durch Quellgase wie CO, Aldehyde sowie Kohlenwasserstoffe in Richtung auf Ozonbildung gedrängt. Denn deren Oxidation ist durch zwei katalytische, Sauerstoffatome transportierende Kreisprozesse mit der Ozonbildung gekoppelt. Dabei wird die Konzentration von Stickstoffdioxid ständig auf hohem Niveau gehalten, und die Ozonkonzentration nimmt entsprechend stark zu.

Katalytische Kreisprozesse zur Entstehung von bodennahem Ozon

Zu Beginn stehen die HO·-Radikale. Sie werden in der Stratosphäre durch Reaktion zwischen Ozon und Wasserdampf gebildet und gelangen in die unteren Luftschichten. Hier geben ihr Sauerstoffatom an Kohlenmonoxid (oder andere oxidierbare organische Verbindungen) ab, wobei Wasserstoffradikale H· zurückbleiben. Mit Sauerstoffmolekülen bilden sich daraus Hydroperoxidradikale HO₂·, die unter Rückbildung von H· das Stickoxid NO zu NO₂ oxidieren. Unter Einwirkung von kurzwelligerem Licht reagiert NO₂ mit weiteren Sauerstoffmolekülen zu Ozon, das nun in Bodennähe seine umweltschädigenden Wirkungen ausüben kann.

Wenn man einen der Katalysatoren aus dem Reaktionsgeschehen entfernt, kann sich kein Ozon bilden. Auf die atmosphärische Konzentration von HO·-Radikalen hat man allerdings wenig Einfluss. Aber man kann die Stickoxide oder die Substrate der Startreaktion, also CO oder organische Verbindungen fernhalten. Deshalb ist diese bodennahe Ozonbildung nur durch die Minderung der Schadstoffemission (etwa durch großräumiges, langfristiges Autofahrverbot) drastisch einschränkbar.

Weitere Hintergründe zur Bildung von bodennahem Ozon und dem damit verbundenen Photosmog findet man auf einer besonderen Webseite.

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