☰ خطة العام · العلوم (بالعربية)

الطبقات العليا وسرعة الإفلات والأوزون

الأسبوع 10 · بقية الموضوع ٢-١ (الأيونوسفير والشفق القطبي والإكسوسفير وسرعة الإفلات) والموضوع ٢-٢ «التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي»: الأشعة فوق البنفسجية وتكوين الأوزون ونضوبه وآثاره والأوزون في التروبوسفير · 3 دروس
3

تكوين الأوزون وفقده

Integrated Science Sec 1 Term 1, Unit 2: pp. 73–83
الهدفأكتب خطوات تكوّن الأوزون، وأشرح كيف يُفقد، وأقول كيف يحمي الناس طبقة الأوزون.
كلمات جديدة
التفكك الضوئي · تفكيك جزيء بطاقة الضوءاستنزاف طبقة الأوزون · ترقق طبقة الأوزون، بسبب مركبات الكلور والبروم أساسًامركبات الكلوروفلوروكربون · مواد استُخدمت قديمًا في الثلاجات والبخاخات وتضر بطبقة الأوزونالضباب الدخاني · غشاوة قذرة تتكون عندما تتجمع الملوثات في الهواء
الشرح

للأشعة فوق البنفسجية (UV) طول موجي أقصر وطاقة أكبر من الضوء المرئي. ويمتص النيتروجين والأكسجين والأكسجين الذري الأشعة فوق البنفسجية الأقصر من ٢٤٠ nm، ويمتص الأوزون الأشعة من ٢٤٠ إلى ٣١٠ nm. ويتكون الأوزون O₃ في خطوتين. الخطوة ١، التفكك الضوئي: UV أقصر من ٢٤٠ nm تكسر جزيء الأكسجين، O₂ + UV → O + O. الخطوة ٢: تنضم ذرة أكسجين إلى جزيء أكسجين، O + O₂ → O₃ (وهذه الخطوة قد تسير في الاتجاه المعاكس). واستنزاف الأوزون هو ترقق الطبقة، بسبب مركبات الكلور والبروم أساسًا مثل الكلوروفلوروكربون الصادرة عن الصناعة. فيصل مزيد من UV إلى الأرض مما قد يتلف DNA في خلايا الجلد (وقد يؤدي إلى سرطانات جلدية)، ويُضعف الخلايا المناعية، ويضر بعدسة العين (الساد). و«ثقب الأوزون» ليس ثقبًا في السماء؛ بل منطقة يرقّ فيها الأوزون كثيرًا فوق القارة القطبية الجنوبية. وهو ليس الاحتباس الحراري. وقد حظر بروتوكول مونتريال كثيرًا من المواد المستنفدة للأوزون (١٩٨٧) وبدأت الطبقة تتعافى. ومن المساعدة اليومية: تجنب منتجات تحتوي على الكلوروفلوروكربون أو الهالونات، وفي الشمس القوية استخدم الظل والملابس والقبعة والنظارات؛ ولا تنظر إلى الشمس أبدًا. ولاحظ الجانب الآخر للأوزون: في أعلى الستراتوسفير يحمينا، أما في التروبوسفير فيتكون من أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات في ضوء الشمس، ويشارك في تكوين الضباب الدخاني، ويضر بالأوراق والمحاصيل والبلاستيك والمطاط.

O2UV أقصر من ٢٤٠ nm→O + O
الخطوة ١: تنكسر رابطة O₂
أمثلة محلولة
O + O2⇄O3
الخطوة ٢: يتكون الأوزون؛ ويمكن للتفاعل أن ينعكس
عدّ الذرات. الخطوة ١: يعطي O₂ الذرتين O + O، أي ٢ = ١ + ١. الخطوة ٢: يعطي O + O₂ الجزيء O₃، أي ١ + ٢ = ٣ ذرات. وعندما تكوّن ثلاثة جزيئات O₂ أوزونًا، 3O₂ → 2O₃: ٣ × ٢ = ٦ ذرات و٢ × ٣ = ٦ ذرات، فالمعادلة موزونة.
الطول الموجيماذا يحدث
200 nmيكسر O₂
280 nmيمتصه الأوزون
350 nmلا يُمتص ويبلغ الأرض
ماذا يفعل كل فوتون UV؟ الفوتون ٢٠٠ nm أقصر من ٢٤٠ nm فيستطيع كسر O₂. والفوتون ٢٨٠ nm بين ٢٤٠ و٣١٠ nm فيمتصه الأوزون. والفوتون ٣٥٠ nm أطول من ٣١٠ nm فلا تمتصه هذه الغازات، ويمكنه بلوغ الأرض.
تتبع سلسلة فقد الأوزون: ترتفع مركبات CFC الصناعية إلى الستراتوسفير؛ والكلور الذي تحرره يدمر الأوزون؛ فتترقق الطبقة؛ ويصل مزيد من UV إلى الأرض؛ وقد تتضرر الجلد والخلايا المناعية والعيون.
نشاط الفصل

نموذج الخرز أو مشابك الورق، بمساعدة أحد الكبار. استخدم خرزتين من لون واحد يربطهما مشبك لتمثيل O₂. افصل الخرزتين: هاتان ذرتا O (الخطوة ١). ثم صل خرزة حرة بزوج O₂ آخر لتصنع سلسلة من ثلاث خرزات هي O₃ (الخطوة ٢). عدّ الخرز في كل مرة؛ فالعدد لا يتغير. ثم ضع خطة للوقاية من الشمس من خمسة عناصر (الظل، الملابس، القبعة، النظارات، واقي الشمس كما في الملصق) دون أي نصيحة عن التسمير.

تدرّب
1
اكتب الخطوة ١ من تكوّن الأوزون.
2
كم جزيء أوزون تكوّنه ٦ جزيئات أكسجين (O₂) دون أن تتبقى ذرات؟
3
فوتون UV طوله الموجي ٢٦٠ nm. أي غاز يمتصه؟
4
هل ثقب الأوزون ثقب في السماء؟ فسّر.
5
اذكر الاتفاق الذي حظر كثيرًا من المواد المستنفدة للأوزون.