Atmósfera ozono

QUÍMICA ESTRATOSFÉRICA. LA CAPA DE OZONO
Ozono, O3, forma alotrópica del oxígeno, p.eb.= -112 ºC

O+

O+
-

O

O

O

O-

OZONO
[O3]troposfera = 0,03 ppm. Contaminante muy oxidante.
[O3]estratosfera = varias ppm. Protección radiación UV.
La cantidad total de O3 atmosférico sobre cualquier punto
del planeta se expresa en unidades Dobson (UD). Se
define la UD como una capa deO3 puro de espesor 0,01
mm a 1 atm y 273 K.
Latitudes templadas: ~350 UD
Regiones ecuatoriales: ~250 UD
Regiones polares: ~450 UD, excepto cuando aparecen los
agujeros.

Dependencia estacional del O3 total
atmosférico para la región 35º - 60º N

Si todo el O3 presente en la atm se llevase a nivel del
suelo, en c.n. de P y T, la capa de O3 puro alcanzaría sólo
3 mm de espesor.¿Cuántos moles de O3 hay en la atm?
Datos: rTierra = 6378 km.
Volumen de una capa que rodea a una esfera:
V = 4πr2 • espesor de la capa

Solución: 6,846 x 1013 moles = 3286,08 x 106 t de ozono.
Dato: Se calcula que la cantidad de ozono formada y
destruida diariamente es del orden de 350 000 t.

Demostrar que una UD equivale a 2.69 x 1020
moléculas de ozono/m2

Absorción de luz
por O2 y O3O3
λmax= 255 nm

λmax= 140 nm

O2
O2 encima de la estratosfera, filtra la > parte de luz de

= 120-220 nm. El

resto es filtrado por el O2 en la estratosfera.
< 120 nm, filtrada en estratosfera y por encima de ella por O2 y N2
No luz de

< 220 nm alcanza la superficie de la Tierra

= 220-240 nm filtrada en parte por O2
= 220-280 nm, UV-C, filtrada por O3
= 280-320 nm, UV-B,filtrada en parte por O3. Parte llega a la
superficie terrestre.
= 320-400 nm, UV-A, menos dañina, filtrada por NO2, poca

concentración, llega a la superficie terrestre.

La reducción de la [O3] estratosférico permite la penetración
de más luz UV-B hacia la superficie de la Tierra.

Formación y destrucción del O3 estratosférico
Chapman, 1930:
O2 + hυ

2O

< 240 nm, lenta

O + O2+ M

O3 + M

O3 + hυ

O + O2

O + O3

2 O2

calor, rápida

(1)
(2)

< 320 nm, rápida
lenta

(3)
(4)

M = tercer cuerpo o molécula, [M] ≈ [N2] + [O2]
Reacción (1): altitudes 100-150 km, radiación solar intensa
Reacción (2): requiere M, altitud 50 km, responsable ΔTª estratosfera
Reacción (4): destrucción de O3

Ciclo de Chapman
O2

Lenta (1)
UV-C
UV-B
Lenta (4)O

O2

O3

Reacciones no catalíticas de
producción y destrucción de O3
estratosférico

Procesos catalíticos de destrucción de O3

Valores teóricos > valores experimentales:
otras reacciones deben contribuir a la
destrucción del O3.

Hay especies, X, que reaccionan de
forma eficiente con el O3:

X + O3
XO + O
O3 + O

XO + O2
X + O2
2 O2

Una sola molécula de X puededestruir muchas moléculas de O3

Nicolet y Bates (1950), especies
radicales que contienen H (H, OH,
HO2) familia HOx, ciclos catalíticos
de destrucción. Son reacciones en
cadena:

Iniciación

H2O + *O•
H2 +*O•
CH4 + *O•

2 HO• baja estratosfera
2 HO•
CH3 + HO•

Los átomos de O• provienen de la fotólisis del O3:
O3 + hυ

O2 + O •

(2% es *O)

Ciclo de
propagación

HO• +O3
HO2• + O•
O 3 + O•

HO2• + O2
HO• + O2
2 O2 destrucción O impar

Ciclo de
propagación
(altitudes bajas,
< 30 km, donde
[O] es baja)

HO• + O3
HO2• + O3
2 O3

HO2• + O2
HO• + 2 O2
3 O2 destrucción O impar

Terminación
(¡menos mal!)

HO• + HO2•

H2O + O2

Crutzen (1968), ipt de los óxidos de
nitrógeno (NOx= NO + NO2)
NO• se produce abundantemente en la baja atmpor
procesos de combustión y tormentas. Se oxida ráp a
HNO3, que es eliminado por las lluvias ácidas

No

llega a la estratosfera.
N2O se produce de forma natural en los procesos de
nitrificación-desnitrificación,

es

menos

reactivo,

alcanza la estratosfera. Por encima de los 30 km se
fotoliza:
N2O + hυ (UV)

N2 + *O

Un pequeño porcentaje (≤10 %) reacciona con los *O...