Bài giảng Hóa công nghệ môi trường II - Bài 4: Hiệu ứng nhà kính và sự phá hủy tầng ozon - Đặng Thị Hòa

HÓA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG II 
Lớp: Hóa – Sinh: K29 
Bài 4: HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH VÀ SỰ PHÁ HỦY TẦNG OZON 
Thực hiện: 
 Đặng Thị Hòa 
Trường cđsp Quảng Ninh 
 CẤU TRÚC NỘI DUNG 
 1. Khái niệm hiệu ứng nhà kính 
 2. Các khí gây hiệu ứng nhà kính 
 3. Sự phá hủy lớp ozon ở tầng bình lưu 
1. Hiệu ứng nhà kính 
- Kn: Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng nhiệt độ bề mặt trái đất được giữ cân bằng bởi các tia bức xạ Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất, rồi phản xạ ngược lại vào khí quyển. Các khí này bị một số chất khí hấp thụ lại một phần, do đó nhiệt độ của khí quyển bao quanh Trái Đất sẽ tăng lên và sưởi ấm cho Trái Đất. 
- Các lớp khí CO 2 , CH 4 , NO 2 , CFC có tác dụng như lớp kính giữ nhiệt của nhà kính trồng rau xanh mùa đông với quy mô toàn cầu. 
- Hiệu ứng nhà kính tự nhiên là cần thiết để điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với cơ thể sống. Nếu không có lá chắn bảo vệ thì nhiệt độ ban đêm sẽ xuống rất thấp. 
- Xu hướng gây nguy hại của hiệu ứng nhà kính hiện nay là đã làm tăng mức nhiệt từ ấm tới nóng gây nên hiện tượng ấm lên toàn cầu. 
- Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt Trái Đất. 
- Các khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu là CO 2 , hơi nước, CH 4 , N 2 O , O 3 , các khí CFC. 
2. Các khí gây nên hiệu ứng nhà kính 
 a. Khí CO 2 
 - Trong khí quyển khí CO 2 chiếm 0,034% ( theo thể tích) là nguyên liệu cho quá trình quang hợp của cây xanh. 
 Các hoạt động của con người như việc đốt các nhiên liệu hóa thạch làm sản sinh một lượng lớn CO 2 , phá rừng làm giảm nguồn tiêu thụ CO 2 và do đó hàm lượng CO 2 không ngừng tăng lên. 
- Dự đoán nếu nồng độ CO 2 tăng lên gấp đôi thì nhiệt độ trung bình của bề mặt Trái Đất sẽ tăng lên khoảng 3˚C, sẽ làm tan băng ở 2 cực gây hậu quả khó lường. 
Tan băng ở Nam Cực 
b. Clofolocacbon (Chlorofluorocarbons – CFC - freon) 
 Đây là những hợp chất dễ bay hơi, có 1 đến 2 nguyên tử C, chứa Cl và F liên kết với C trong phân tử. 
- Là những chất bền và không độc, được sử dụng trong các ngành công nghiệp, được thải vào khí quyển do rò rỉ trong sản xuất và các thiết bị làm lạnh bị hở. 
- Các khí CFC thông dụng : CFC-11,CFC-12, CFC-113, CFC-114 
- Các hợp chất CFC có ý nghĩa kinh tế cao nên việc sử dụng chúng tăng rất nhanh trong thời gian qua. 
- CFC ở dạng sol khí thường gây tổn hại tầng ozon do đó phải hạn chế sử dụng ở dạng này. 
- Lưu ý: CFC có tính ổn định cao, không bị phân hủy ở tầng đối lưu của khí quyển. Tuy nhiên khi chuyển động lên tầng đối lưu và sang tầng bình lưu thì khí CFC bị phân hủy dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại. 
c. Khí Ozon 
- Ở tầng bình lưu khí O 3 là một thành phần quan trọng có tác dụng như một tấm lá chắn bảo vệ bức xạ cực tím của ánh sáng Mặt Trời đối với các sinh vật trên Trái Đất. 
 O 3 được tạo thành bởi PƯ quang hóa: 
 	O 2 ↔ O + O 
	O 2 + O → O 3 
- Sự phân li quang hóa O 3 là một quá trình phức tạp: 
	O 3 → O 2 + O 
d. Khí metan 
- Nguồn chính tạo ra CH 4 là quá trình phân hủy sinh học. 
- CH 4 thúc đẩy sự tạo thành nước ở tầng bình lưu theo PTPƯ: 
CH 4 + 2O 2 + hv → CO 2 + 2 H 2 O 
- Sự gia tăng hơi nước gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều so với hiệu ứng trực tiếp của CH 4. 
- Ở tầng đối lưu, O 3 được tạo thành và phân hủy là do PƯ dây chuyền với sự có mặt của CO và NO x ( X) 
	CO + OH˙ → H˙ + CO 2 
	H˙ + O 2 → HO 2 ˙ 
	OH 2 ˙ + NO → OH˙ + NO 2 
	NO 2 → NO + O 
	O + O 2 → O 3 
 - Cơ chế của PƯ phân hủy O 3 có thể do PƯ: 
	O 3 + O → 2O 2 
 PƯ này xảy ra nhanh hơn khi có mặt chất xúc tác có thể là những gốc hoạt động như: NO˙, gốc H˙, gốc OH˙, nguyên tử Cl Các gốc này được tạo thành do các nguyên tử O hoạt hóa một số chất trong khí quyển như Cl 2 , N 2 O, N 2  
	 Cl 2 + O → Cl˙ + ClO˙ 
 	N 2 O + O → 2 NO˙ 
	N 2 → N + N 
	O 2 + N → NO˙ + O˙ 
Các gốc này sẽ phân hủy O 3 . 
e. Hơi nước 
- Hàm lượng hơi nước trong khí quyển nằm trong khoảng 1-3%. 
- Hơi nước hấp thụ rất mạnh bức xạ hồng ngoại. 
 + Các đám mây hình thành từ hơi nước có tác dụng phản xạ ánh sáng mặt trời nên có tác dụng làm hạ nhiệt độ. 
 + Hơi nước trong khí quyển lại có tác dụng như là một tấm chăn ngăn giữ nhiệt thoát ra khỏi bề mặt Trái Đất do hấp thụ được các bức xạ hồng ngoại. 
3. Sự phá hủy lớp ozon tầng bình lưu 
3.1. Ozon vừa là tác nhân gây ô nhiễm, vừa là chất có chức năng bảo vệ : 
 - Ozon độc hại ở nồng độ cao và sự ô nhiễm ozon có tác động xấu đến sức khỏe con người cũng như năng suất cây trồng. 
- Tuy nhiên lớp ozon ở tầng bình lưu lại rất có ích vì nó làm nhiệm vụ lọc, ngăn chặn các bức xạ tử ngoại từ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất. 
 * Ảnh hưởng của ozon 
 - Đối với con người : 
 + Khi nồng độ O 3 0,2ppm: không có tác dụng gây bệnh. 
 + Khi nồng độ O 3 0,3ppm: mũi và họng bị kích thích, bị tấy. 
 + Khi nồng độ O 3 1→ 3ppm: mệt mỏi, bải hoải sau 2 giờ tiếp xúc. 
 + Khi nồng độ O 3 8ppm: nguy hiểm đối với phổi. 
 - Trong tầng bình lưu xảy ra các PƯ: 
	 O 2 → O + O 
	O 2 + O → O 3 
 Ozon cũng có thể chuyển thành oxi bởi các PƯ quang hóa: 
 O 3 → O 2 + O 
	O 3 + O → 2O 2 
- Trong tự nhiên tồn tại một cân bằng động: 
	3O 2 ↔ 2O 3 
- Đối với thực vật: 
 + Ở nồng độ 0,2ppm, O 3 gây nguy hại đối với các loại cây trồng, làm kìm hãm quá trình sinh trưởng và giảm năng suất cây trồng. 
 + Ở nồng độ 15- 20ppm, O 3 gây bệnh đốm lá, làm khô héo mầm non. 
- Ozon còn gây tác hại đối với các vật liệu sợi, đặc biệt là sợi bông, nilon, sợi nhân tạo và thuốc nhuộm, làm cứng cao su. 
3.2 Ozon có tác dụng như một lá chắn bảo vệ 
- Lượng ozon trong khí quyển tập trung nhiều nhất trong tầng bình lưu tạo thành lớp ozon với nồng độ 5- 10ppm. Lớp ozon được xem như là một cái ô hay tấm lá chắn bảo vệ loài người và thế giới động vật tránh khỏi tai họa do bức xạ tử ngoại của mặt trời gây ra. 
 - Clo nguyên tử cũng được sinh ra từ các khí clo và HCl. Dưới tác dụng của tia tử ngoại, Cl 2 cũng bị phân hủy thành clo nguyên tử, còn HCl phản ứng với gốc tự do OH để tạo ra Clo nguyên tử. 
 Nếu trong khí quyển có CH 4 và NO 2 thì sẽ xảy ra PƯ giữa Cl˙ và ClO˙với chúng. 
- Clonitrat là hợp chất tương đối bền→ rất có nghĩa đối với việc làm quá trình phân hủy O 3 . 
Ngoài ra các khí CO, NO x , các khói quang hóa tham gia PƯ với các gốc tồn tại ở tầng bình lưu trở thành các chất hoạt hóa tham gia vào quá trình phân hủy O 3 . 
- Nguyên nhân chính gây suy giảm tầng ozon là do sử dụng các chất khí CFC. Các khí CFC là các khí tương đối trơ, khi lọt vào tầng bình lưu, CFC bị phân hủy tạo ra các nguyên tử clo tự do sẽ thực hiện PƯ dây chuyền phân hủy O 3 : 
 CCl 2 F 2 + hv → CClF 2 + Cl˙ 
 Cl˙ + O 3 → ClO˙ + O 2 
 ClO˙ + O → Cl˙ + O 2 
- Nếu xuất hiện lỗ thủng ở tầng ozon thì một lượng lớn bức xạ tử ngoại tứ Mặt Trời sẽ tới mặt đất gây bệnh ung thư da, hủy hoại mắt Sự suy thoái tầng ozon đang làm nảy sinh những vấn đề lớn về môi trường trên phạm vi toàn cầu. 
 Củng Cố: 
1 
2 
Hãy cho biết những hậu quả của hiệu ứng nhà kính đối với cuộc sống trên Trái Đất? 
Tài liệu tham khảo: 
- Giáo trình cơ sở Hóa học môi trường ( Phùng Tiến Đạt). 
Trang web: google.com.vn 
kÝnh chóc c¸c thÇy c« m¹nh kháe ! 
RẤT MONG SỰ ĐÓNG GÓP Ý KIẾN CỦA QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN!XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!