Je leest:

Ozon, een bijzondere vorm van zuurstof

Ozon, een bijzondere vorm van zuurstof

Auteur: | 1 januari 2007

Naast gewone zuurstof, met twee zuurstofatomen per molecuul, bestaat er ook ozon. Dit is een instabiel, blauw gas met een karakteristieke geur. De naam ozon (‘de riekende’) verwijst naar die geur. Ozon beschermt ons, maar kan ons ook bedreigen.

Een ozonmolecuul bevat drie zuurstofatomen, die een hoek van 117 graden vormen. Ozon kan gemakkelijk een zuurstofatoom afstaan; er blijft dan gewone, twee-atomige zuurstof over. Ozon is een nog sterkere oxidator dan zuurstof. Het kan ziektekiemen doden en wordt daarom toegepast in zwembaden en bij de zuivering van drinkwater.

De kleur van chemie

Dit artikel is afkomstig uit het hoofdstuk ‘Zuurstof’ uit de VU-uitgave ‘De kleur van chemie’, een bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren.

Over de stof ozon worden vaak schijnbaar tegenstrijdige verhalen verteld. Soms wordt ozon een gevaarlijk, luchtvervuilend gas genoemd, maar je leest ook wel dat ozon het leven juist beschermt.

Net als vuur en zuurstof heeft ook ozon twee kanten: enerzijds is het onmisbaar voor het leven, anderzijds kan het levensgevaarlijk zijn.

Ozon in de stratosfeer

In de stratosfeer, tussen 10 en 40 km boven het aardoppervlak, ontmoet het licht van de zon de eerste moleculen van de aardse atmosfeer. Een molecuul overleeft een botsing met energierijk licht meestal niet. Licht heeft vaak zoveel energie dat elke atoombinding in een molecuul stuk gaat. Dat kost steeds een molecuul, maar zo komt dit energierijke licht niet op aarde.

Dat geldt bijvoorbeeld voor licht dat natuurkundigen ultraviolet licht C noemen. Als een zuurstofmolecuul door dit soort licht getroffen wordt, splitst het zich in twee losse atomen, die op hun beurt met andere zuurstofmoleculen kunnen reageren tot ozon.

In formuletaal: O2 → O· + O· (reactie 1) O· + O2 → O3 (reactie 2)

In ozon zit een wat zwakkere binding dan in zuurstof, en ozon kan daardoor al uit elkaar worden geslagen door licht met minder energie-inhoud: ultraviolet B. Bij elke effectieve botsing wordt energie van het licht opgenomen, en valt ozon weer uit elkaar. Dankzij ozon komt een groot deel van het ultraviolet B dus niet op aarde. Met een bruine huid of met zonnebrandmiddelen kunnen we ook het laatste restje tegenhouden.

Het gebied in de atmosfeer met vrij veel ozon wordt wel de ozonlaag genoemd, maar dat is wel een groot woord voor het kleine beetje lucht dat er aanwezig is. De luchtdruk is er zo laag, dat we het op aarde gewoon vacuüm zouden noemen.

Metingen van het kleine beetje ozon op 30 km hoogte zijn erg lastig, en ze worden pas de laatste tientallen jaren uitgevoerd. In die tijd is de ozonconcentratie nogal afgenomen. Eén van de oorzaken zijn de CFKs (chloorfluorkoolstofverbindingen). In de jaren 60 golden die zo ongeveer als de veiligste stoffen die je maar kon bedenken: ze tasten geen andere materialen aan, zijn niet giftig, niet explosief, niet brandbaar, kortom: ideaal.

Maar juist door deze ideale eigenschappen reageren ze nergens mee, worden niet afgebroken en komen langzamerhand steeds hoger in de atmosfeer terecht. Daar worden ze wél stukgemaakt, door energierijk ultraviolet licht, waarna de brokstukken voor de afbraak van ozon kunnen zorgen. En een ‘dunnere’ ozonlaag beschermt minder goed tegen UV-licht.

Ozon in de troposfeer

Ozon in de stratosfeer beschermt ons dus. Maar hoe zit het dan met de schadelijkheid van ozon? Daarvoor moeten we kijken naar de luchtlaag waarin wij leven, de troposfeer. In deze laag, tussen 0 en 10 km boven het aardoppervlak, zit het meeste gas van onze dampkring: 90% van de totale gasmassa. Hierin ademen we, en lozen we onze afvalgassen.

Omdat de luchtlagen boven de troposfeer de meeste zonnestraling absorberen, bereikt maar weinig straling de troposfeer. Bovenin deze luchtlaag is het dan ook zeer koud, -60 °C is niet ongewoon. Water (en daarin opgeloste stoffen) kunnen de troposfeer niet verlaten: wat te ver omhoog stijgt koelt af en komt in vaste of vloeibare vorm als neerslag weer omlaag. Doordat de aarde de lucht vlak boven haar oppervlak opwarmt, ontstaan luchtstromingen die het weer , en op langere termijn het klimaat bepalen.

In de troposfeer zit van nature weinig ozon (10-81 mg/m3). Er is te weinig zonlicht om ozon uit zuurstof te vormen, zoals dat in de stratosfeer wel gebeurt. Reactie (1) verloopt hier dus niet. Maar er kan wel ozon ontstaan bij reacties tussen stikstofoxiden en zuurstof. Stikstofoxiden ontstaan bij onweer, door werking van micro-organismen of bij verbrandingsprocessen. Het zonlicht in de troposfeer kan de stikstof-zuurstofbinding in stikstofdioxide wel verbreken. Als dit gebeurt, ontstaan stikstofmonoxide en een los zuurstofatoom.

In formuletaal: NO2 → NO + O· (reactie 3)

Het losse zuurstofatoom kan met een zuurstofmolecuul reageren tot ozon (reactie 2). Stikstofmonoxide kan met zuurstof weer stikstofdioxide vormen, en dan begint het proces van voren af aan.

Smog

Met een klein beetje stikstofmonoxide kan dus een vrij grote hoeveelheid ozon ontstaan. En hier beginnen de problemen. In automotoren wordt een beetje NO gevormd, en ook in energiecentrales. Vaak geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe hoger het rendement, maar helaas ontstaat bij hogere temperatuur steeds méér NO. Ook in huis wordt in allerlei apparaten een klein beetje NO gevormd. Zelfs de mens zelf blijkt een beetje NO te vormen.

Al dit NO kan in de lucht ozon vormen. Een ozonconcentratie van 400 mg/m3 is te ruiken, en boven 600 mg/m3 veroorzaakt ozon irritatie van ogen, neus, keel en luchtwegen, en verder hoofdpijn, misselijkheid en benauwdheid. Een bekend voorbeeld is de smog in Los Angeles, waar ozon een hoofdbestanddeel van is. De stikstofmonoxide uit de uitlaatgassen van de vele auto’s die daar rondrijden blijkt verantwoordelijk voor het ontstaan van die ozon.

Hetzelfde gas dat op grote hoogte, in de stratosfeer, het leven beschermt, is dus dichtbij, in de troposfeer, een vervuiler. Alleen de plaats bepaalt of ozon vriend of vijand is.

Vrije Universiteit Amsterdam

Het boek ‘De kleur van chemie’ werd in 2007 uitgegeven door de Faculteit der Exacte Wetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam (Afdeling Scheikunde en Farmaceutische Wetenschappen). Het is een geactualiseerde bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren. Ze belichten de rol van de scheikunde op tal van gebieden.

Alle Kennislinkartikelen uit het hoofdstuk ‘Zuurstof’:

Dit artikel is een publicatie van VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen.
© VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.