Arbeitsblatt: Die Luftverschmutzung

Die Luftverschmutzung Schadstoff chem. Abkürung JahresmittelGrenzwert CH Entstehung Verbrennen von . chem. Wirkung Kohlendioxid CO2 0,5 Holz, Kohle, Gas, Benzin, Heizöl CO2 H2O H2CO3 (1) (2) Schwefeldioxid SO2 30 g/m3 Heizöl, Benzin 2 SO2 O2 2 H2O 2 H2SO4 (1) (2) Stickstoffmonoxid NO Heizöl, Benzin 2 NO O2 2 NO2 Stickstoffdioxid NO2 Ozon O3 30 g/m3 120 g/m3 (h) (1) (2) (3) 4NO2 O2 2 H2O 4 HNO3 Heizöl, Benzin 180 g/m3 (Mt) (in Bodennähe) biologische Wirkung (3) NO2NO O O2 O3 2 O3 3 O2 Energie Fluor-ChlorFCKW Kohlenwasserstoffe Russ Plastik, Lösungsmittel (Verdünner, Pinselreiniger), Benzin, Kühlmittel, Aufschäummittel Benzin, Oel, Plastik, Raucherwaren, Gummi Ozonkiller (4) (5) Schwermetalle • Blei Pb bleihaltiges Benzin Farben, Autobatterien • Quecksilber Hg Leuchtstoffröhren Knopfbatterien • Cadmium Cd Farben, Batterien (6) Biologische Auswirkungen Ursache (1) Saurer Regen Auswirkungen und Folgen wäscht Nährstoffe aus den Pflanzen. • Übersäuerung des Bodens und der Gewässer • Baumsterben (2) Treibhauseffekt CO2 bildet um die Erde einen Mantel, so dass die von der Erde abgestrahlte Wärme nicht mehr ungehindert in den Weltraum abstrahlen kann. • allgemeine Temperaturerhöhung • Klimaveränderung • Abschmelzen der Polkappen (4) Ozonloch in der Stratosphäre In etwa 10 – 50 km Höhe bilden die Ozonmoleküle O3 einen Schutzschild, der 99 der ultravioletten Sonnenstrahlung auffängt. Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW sind normalerweise stabile Verbindungen, die sich kaum verändern und also auch nicht abgebaut werden. So ist es ihnen möglich, in diese Höhen zu gelangen. Unter dem Einfluss des energiereichen ultravioletten Sonnenlichtes aber werden sie zu aggressiven Stoffen, die das Ozon O3 in gewöhnlichen Sauerstoff O2 verwandeln und so einen Ozonmangel, also das Ozonloch erzeugen. Heute ist das Ozonloch grösser als das Gebiet der USA. • Hautkrebs • Blindheit (3) zuviel Ozon am Boden Stickoxide und Kohlenwasserstoffe bilden unter Einwirkung des Sonnenlichtes Ozon O3, das für Menschen, Tiere und Pflanzen schädlich ist. Hohe Konzentrationen bilden sich an sonnigen Tagen besonders über den Städten. Nach Beginn des Morgenverkehrs steigen die Werte an und erreichen am Nachmittag ihr Maximum. Bei Sonnenuntergang hört die Produktion auf. Das tagsüber gebildete, sehr aggressive Gas wird vom Wind in die ländlichen Gebiete verfrachtet, wo es sich nur langsam abbaut. Dies erklärt die oft höheren Ozon-Konzentrationen in Berggegenden als in den Städten und Industriegebieten. • • • • (5) Rauch Unvollständige Verbrennungsvorgänge erzeugen feinste Russpartikel. • • • • • • • (6) Schwermetalle Atembeschwerden Augenbrennen Hustenreiz Kopfschmerzen Bronchienverengungen chronische Bronchitis Lungenerweiterung Lungenkrebs Kreislaufstörungen Herzinfarkt Blutgefäss-Verschlüsse an den Beinen gelangen in den Nahrungskreislauf und reichern sich so im Körper an. • Schädigung des Blutsystems • Hirnschäden Der Treibhauseffekt Versuch Auf ein schwarzes Blatt Papier stellen wir ein Thermometer, legen darüber eine gläserne Salatschüssel und bestrahlen sie mit einer starken Lampe. Beobachtung Den gleichen Effekt können wir in einem Wintergarten, einem Gewächshaus oder in einem Auto feststellen, welches mit geschlossenen Fenstern in der Sonne steht Das (kurzwellige, temperaturlose) Sonnenlicht dringt durch die Lufthülle auf die Erde. Beim Auftreffen auf die Erde wandelt es sich in (langwellige) Wärme um. Diese wird zum grössten Teil wieder in den Weltraum hinaus abgestrahlt. Ist die Lufthülle jedoch stark verschmutzt (CO2, SO2, CH4, Russ, Staub, etc.) so wird die Wärmeabstrahlung behindert (Wärmefalle). Das führt zu einer allmählichen aber stetigen Erwärmung. Dieses Phänomen nennt man Treibhauseffekt. Gletscherschmelze, Regenfluten, Hochwasser, Überschwemmungen, Austrocknungen, Dürregebiete usw. sind die Folgen. Erklärung Der saure Regen Zahlreiche Luftschadstoffe entwickeln sich mit dem Regenwasser zu Säuren, die das Wachstum der Pflanzen und Tierwelt beeinträchtigen (Baum- Fisch- und Planktonsterben) und an Gebäuden und technischen Einrichtungen Schaden anrichten (Steinfrass, Korrosion). So entstehen beim Verbrennen von . Quelle chem. Reaktion Heizöl Schwefel Schwefeldioxid Schwefeldioxid Schwefels•ure Sauerstoff Sauerstoff Wasser 2 SO2 O2 O2 SO2 2 H2SO4 Benzin Produkt Stickstoff Sauerstoff Stickstoffmonoxid Stickstoffmonoxid Sauerstoff Stickstoffdioxid Stickstoffdiooxid Sauerstoff N2 2 NO 4 NO2 Kohle Heiz‚l Benzin 2 H2O O2 O2 O2 Wasser 2 H2O Salpeters•ure 2 NO 2 NO2 4 HNO3 Kohlenstoff Kohlendioxid Sauerstoff Wasser Kohlendioxid Kohlens•ure CO2 O2 H2O CO2 H2CO3 Kunststoffe (chlorhaltig) Zu wenig Ozon oben Unter natürlichen Bedingungen entsteht Ozon hauptsächlich im Bereich der Stratosphäre. Dort, in 12 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche, spaltet das UV-Licht der Sonne die SauerstoffMoleküle in atomaren Sauerstoff auf und verliert dabei seine lebensfeindliche Wirkung. Die einzelnen Sauerstoffatome sind sehr reaktionsfreudig und verbinden sich sofort mit anderen Sauerstoff-Molekülen zu Ozon. Ozon ist aber keine stabile Verbindung, es zerfällt laufend. Die Natur hat es so eingerichtet, dass sich Aufbau und Zerfall die Waage halten (natürlicher Kreislauf). Die Ozonschicht der Stratosphäre schützt uns also vor der UV-Strahlung, indem sie diese für ihren Aufbau abbaut. Kurz 3 O2 6O 2 O3 Wärme Wie entsteht das Ozonloch in der Stratosphäre 1 Ein aufgestiegenes FCKW-Molekül (z.B. Chloroform CHCl3) 2 wird von UV-Lichtstrahl getroffen, welcher ein Chloratom abspaltet. 3 Das abgespaltene Chloratom ist ein regelrechter Räuber, es greift ein Ozonmolekül an 4 und entreisst ihm ein Sauerstoffatom. So entsteht Chlormonoxid und Sauerstoff O2. 5 Das Chlormonoxid ist jedoch noch nicht satt es schnappt sich ein freies Sauerstoffatom 6 stösst dann aber seine 2 Sauerstoff-Teilchen ab und 3 räubert wieder solo weiter. Es greift ein nächstes Ozonmolekül an und spaltet es auf . hunderttausendmal, bis es kein O3 mehr findet. Folge Ozonmangel Ozonloch Zu viel Ozon unten In den Abgasen der Autos sind Stickoxide NOx [NO Stickstoffmonoxid, NO2 Stickstoffdioxid] enthalten, welche unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung ein O-Atom verlieren. Dieses reagiert rasch mit einem O2-Molekül, wobei Ozon O3 entsteht. Flüchtige organische Verbindungen aus Fabriken, Gewerbebetrieben und Haushalten (Benzin, Lösungsmittel) beschleunigen die Ozonbildung. Das Ozon wird durch den Wind auch in ländliche Gebiete, wo weniger Verkehr herrscht, verweht. Wenn nach einem sonnenreichen Sommertag die intensive Sonnenstrahlung nachlässt bzw. fehlt, sinkt die Ozonbelastung, weil die angesammelten Stickoxide ohne UV-Strahlung das Ozon wieder zerstören. Da es in ländlichen Gebieten weniger Verkehr und damit auch weniger Stickoxide hat als in städtischen, läuft der Ozonabbau dort auch langsamer. So kommt es, dass die Ozonkonzentration abseits der Städte oft höher ist als dort, wo die meisten Abgase produziert werden. Wenn nun zusätzlich noch nachts weniger Ozon abgebaut wird als tagsüber entsteht, so steigen die Ozonwerte bei Schönwetterperioden von Tag zu Tag. Chlor- und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (CKW und FCKW) Name Summenformel Strukturformel Teilchenmodell Eigenschaften Vorkommen Verwendung Monochlormethan CH3Cl Trichlormethan (Chloroform) CHCl3 Tetrachlormethan (Tetrachlorkohlenstoff) CCl4 flüssig, farblos, Giftklasse 1, chem. Reinigung, Lösungsmittel (Katzenschreck) Dichlordifluormethan (Frigen) CCl2F2 gasförmig, geruchlos, ungiftig, unbrennbar, Sdp –31C, Kältemittel, (früher) Treibgas in Spraydosen (Ozonkiller) Bromtrifluormethan (Halon) CBrF3 gasförmig, ungiftig, unbrennbar, Sdp –58C, Feuerlöschmittel flüssig, farblos, Ausgangsstoff für künstlich hergestellte chemische (organische) Verbindungen flüssig, süsslicher Geruch, betäubend, unbrennbar, Sdp 61 C, früher als Narkosegas verwendet, vermutlich krebserregend, Lösungsmittel