Was ist Ozon? Wo kommt Ozon vor? FCKW

Chemie in der Atmosphäre S. 1
Fachdidaktik Chemie ETH
Ozon
Was ist Ozon?
Sauerstoffatom
Sauerstoffmolekül
Ozon
Wo kommt Ozon vor?
unten zu viel, oben zu wenig Ozon
FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoffe zerstören Ozon
Amadeus Bärtsch
28. April 2016
Chemie in der Atmosphäre S. 2
Fachdidaktik Chemie ETH
Bildung und Abbau von Ozon in der Stratosphäre:
Prozesse:
Bedeutung in eigenen Worten:
O + O2
O3
O3 + O
O2
Cl + O3
ClO + O2
ClO + O
Cl + O2
Es stellt sich ein chemisches Gleichgewicht von Ozonauf- und
-abbau ein. Je mehr O und O2 vorhanden sind, desto häufiger
treffen diese Teilchen aufeinander und werden zu O2Molekülen.
Chloratome reagieren mit Ozon-Molekülen. Eine weitere
Reaktion setzt wieder Chloratome frei. Deshalb kann ein
Chloratom Tausende von Ozonmolekülen zerstören.
Experimente in der Stratosphäre
Demonstration von Ozonloch und Treibhaus-Effekt. DemoEx GmbH, www.demoex.ch
Amadeus Bärtsch
28. April 2016
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Chemie in der Atmosphäre S. 3
Weniger Ozon in der Stratosphäre bedeutet mehr UV auf der Erde
Experiment zum Sonnenschutz
Resultat: Im Gegensatz zu Wasser und Handcreme absorbieren Sonnencremen ultraviolettes
Licht. In einem Film mit einer UV-Kamera wird gezeigt, wie Menschen aussehen, die
Sonnencreme auf die Haut auftragen: https://www.youtube.com/watch?v=o9BqrSAHbTc
Auch Brillen – Lese- und Sonnenbrillen – schützen vor ultraviolettem Licht.
Tipp: In den Badeferien Siesta machen. In den Mittelmeerländern von 12 bis 15 Uhr den Schatten
suchen
Ab wann ist Sonnenstrahlung wirklich gefährlich? Einen ausgezeichneten Zeitungsartikel mit
diesem Titel, der in der Neuen Zürcher Zeitung vom 20. August 2008 publiziert wurde, finden
Sie auf www.fdchemie.pbworks.com im Kapitel Luftschadstoffe.
Erkenntnisse der Schülerinnen und Schüler
• Ozon absorbiert UV-Licht
• FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) sind sehr stabil, überdauern 10 Jahre, gelangen bis in
die Stratosphäre, wo UV-Licht Chloratome abspaltet. Weil FCKW weltweit verboten wurden,
wird sich die Ozonschicht erholen.
• Ein Chloratom zerstört Tausende von Ozonmolekülen
• In der Schweiz 5 % weniger Ozon und damit mehr Sonnenbrand
• Ozonloch: Im September 60 % weniger Ozon über dem Südpol
Grund: im August bildet sich über der Antarktis kein Ozon, weil das Licht fehlt. Wirbel am
Südpol verhindert den Luftaustausch ⇒ sehr kalt: - 80 °C, sogar Eiswolken in der Stratosphäre.
Ozonabbau an den Eiskristallen, wenn es im September wärmer wird.
Erfolgsprotokoll
Schutz der Ozonschicht hilft auch dem Klima
1987 unterzeichneten 25 Regierungen und die Kommission der EU eine Vereinbarung über Stoffe,
die zum Abbau der Ozonschicht führen. Dieses Montrealer Protokoll reduzierte seitdem erfolgreich
weltweit den Ausstoß von FCKW und Co, und die Ozonschicht erholt sich offenbar - wenn auch
sehr langsam. Doch das Abkommen erreichte weit mehr als das.
Der ausführliche Bericht vom 5.3.2007 ist unter
http://www.spektrum.de/alias/klimawandel/erfolgsprotokoll/867181 zugänglich.
Amadeus Bärtsch
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Chemie in der Atmosphäre S. 4
Skizzen haben viele Vorteile
•
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•
Graphiken sind prägnant
Die Erklärung kann entwickelt werden
Schreibende Schüler, befassen sich länger mit dem Thema
Jetzt oder nie! Die Schülerinnen wissen, dass Informationen fehlen, wenn sie im Unterricht
schlafen und die Skizzen nicht übernehmen.
Grundsatz: Experimente immer skizzieren!
• Schülerinnen haben das Experiment in den Unterlagen
• Ich beschrifte die Geräte und formuliere die Ziele
• Es wird klar wo die Substanzen sind und die chemischen Reaktionen ablaufen
Schwierigkeit: Skizze gut überlegen! Sie sollte übersichtlich sein und viel aussagen.
Interdisziplinäre Themen
Am Gymnasium sind die Fächer kaum aufeinander abgestimmt. Wenn jedes Fach über
Treibhauseffekt, Ozonloch, Sommersmog, Hochofen, Aluminium und Kernkraftwerke berichtet,
bleibt der Unterricht oberflächlich
Vorschlag: Interdisziplinäre Themen den Fächern zuordnen. Die Geographie könnte beispielsweise
für den Treibhauseffekt verantwortlich sein. Wenn eine Chemikerin etwas zum Treibhauseffekt
machen möchte, nimmt sie mit dem Geographen der Klasse Kontakt auf und erfährt das
Vorwissen. Umgekehrt weiss der Geograph dann, was in der Chemie diskutiert wird und kann das
Thema weiterführen. Es schadet nichts, wenn sich die Schülerinnen mehrmals mit dem
Treibhauseffekt auseinandersetzen. Wiederholungen sollten allerdings unterschiedliche
Schwerpunkte haben.
Zu viele Abmachungen schränken ein und führen zu unproduktiven Sitzungen. Damit die
Lehrpersonen genügend Freiheit und Flexibilität in der Gestaltung des Unterrichts habe, sollten nur
die wichtigsten interdisziplinären Probleme abgesprochen werden.
Fächerübergreifender Unterricht
• Wenn möglich nur mit guten Lehrpersonen zusammenarbeiten
• Je weniger Sitzungen desto besser. Es ist schwierig einen Termin für eine Sitzung mit 3 und
mehr Lehrpersonen zu finden
• Die Schüler müssen zuerst die Disziplinen kennen, bevor sie interdisziplinär arbeiten
• Die Schülerinnen müssen die Disziplinen verbinden, nicht die Lehrpersonen. Sind verschiedene
Fächer beteiligt, sollte ein Thema ungefähr zur selben Zeit behandelt werden. Viele Schüler
vergessen schnell und können Informationen nur verknüpfen, wenn diese noch präsent sind.
• Interdisziplinär ist nicht interessanter als gewöhnlicher Unterricht
• Oft bringt der interdisziplinäre Unterricht den Lehrerpersonen mehr als den Schülerinnen
• In Arbeitswochen und speziellen Kursen kann fächerübergreifender Unterricht besonders
einfach realisiert werden.
Einige Beispiele: Deutsch und Chemie: Patrick Süskind: Das Parfum
Geschichte und Chemie: Wie Erfindungen die Welt verändern
Englisch und Chemie: Let’s Get Chemical ... in English
Dieses Skript im Word-Format und die vorgestellten Materialien sind unter
http://fdchemie.pbworks.com im Kapitel Luftschadstoffe abrufbar.
Amadeus Bärtsch
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Arosa – Messung der Ozonschicht seit 1926
Meteo Schweiz liefert aktuelle Informationen über die Ozonschicht:
http://www.meteoschweiz.admin.ch/web/de/wetter/ozone_layer.html
Die Ozonschicht hat über der Schweiz um 5 % abgenommen:
„In der oben stehenden Figur sind die Einsatzperioden der verschiedenen Dobson- und BrewerInstrumenten mit ausgezogenen horizontalen Linien dargestellt. Die jährlichen Mittelwerte der
Ozonsäule - deren grösster Teil sich in der Ozonschicht befindet - sind mit einem Rechteck
gekennzeichnet. Die sehr lange Messreihe belegt die Verminderung der Gesamtozonmenge in der
Atmosphäre, welche zwischen circa 1970 und 1995 erfolgte. Diese Abnahme beträgt 17 DobsonEinheiten [DU], oder 5% vom langjährigen Mittelwert zwischen 1926 und 1970. Die
Abnahme beginnt um 1970, weil die Emissionen der Ozonschicht abbauenden Substanzen zu
dieser Zeit stark zugenommen haben. In den Jahren 1991-92 haben Vulkanaschen in der
Stratosphäre den Ozonschichtabbau verstärkt. Seit Mitte der neunziger Jahre hat sich die
Ozonschicht über der Schweiz nicht weiter abgeschwächt. Dies wird auch weltweit festgestellt,
obschon das Ozonloch im antarktischen Frühling immer noch regelmäßig auftritt. Das in
internationalen Vereinbarungen verankerte Verbot von Ozonschicht abbauenden Substanzen
hat bereits positive Auswirkungen zur Folge. Eindeutige Zeichen vom Beginn einer Erholung der
Ozonschicht sind jedoch noch ausstehend. Sie sind in den nächsten Jahrzehnten erwartet. Bedingt
durch einen verstärkten stratosphärischen Austausch zwischen Tropen und Nordpol sollte das Jahr
2010 (in der Grafik nicht aufgeführt) durch recht hohe Ozonsäulenwerte gekennzeichnet sein.“
Abbildung und Kommentar aus
http://www.meteoschweiz.admin.ch/web/de/klima/klima_schweiz/lange_ozonmessreihen.html
(Stand: 31.3.12)
Amadeus Bärtsch
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Dobson-Einheit
Die Dobson-Einheit (Einheitenzeichen: DU, von englisch Dobson unit) ist ein Maß für Stärke der
Ozonschicht. Sie wurde nach Gordon Dobson benannt, der das erste Instrument zur Messung
dieser Größe entwickelte, das Dobson-Spektrophotometer.
Zur Definition der Dobson-Einheit wird die gesamte Stoffmenge an Ozon über einer Flächeneinheit
als Gasvolumen unter Normbedingungen (STP) ausgedrückt. Das Ergebnis, eine Länge, ist also
die hypothetische Dicke der Ozonschicht, wenn man sie als reines Ozon am Boden konzentrieren
würde. 100 DU = 1 mm.
Die mittlere Säulenhöhe des hauptsächlich in der unteren Stratosphäre vorkommenden Ozons
beträgt in gemäßigten Breiten zwischen 300 und 400 DU, in höheren Breiten im Sommer teils über
500 DU, am Äquator wegen der höheren Tropopause weniger, im antarktischen Frühjahr, zu Zeiten
des Ozonlochs weit unter 200 DU. (Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Dobson-Einheit, 26.4.2012)
Amadeus Bärtsch
28. April 2016