Книга по химии для домашнего чтения

На живые организмы токсическое воздействие оказывает не молекулярный кислород O₂, а его производные: озон O₃, возбужденные молекулы кислорода O*₂, радикал гидроксил ОН (см. 3.53), атомарный кислород О, радикал гидропероксид HO₂, ион-радикал надпероксид O₂^-.

Все эти частицы образуются в результате тех или иных фотохимических реакций. Например, диоксид азота NO₂, входящий в состав выхлопных газов автотранспорта и газовых выбросов заводов, разлагается под действием света (hν) на монооксид азота NO и атомарный кислород О, а последний с кислородом образует озон:

NO₂ =^hν= NO + О; О + O₂ = O₃.

Диоксид азота, взаимодействуя с влагой воздуха, превращается в смесь двух кислот: азотной HNO₃ и азотистой HNO₂:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.

Азотистая кислота под действием света выделяет гидроксил:

HNO₂ =^hν= NO + O*.

Активные формы кислорода действуют на живые организмы и их биологические формы разрушительно. Кстати, теперь объясняют возникновение лучевой болезни образованием активных форм кислорода при разложении воды организма под действием ионизирующих излучений:

H₂O =^hν= O*H + H⁺ + e^-; H₂O + О*Н = H₂O₂ + H⁺ + e^-,

H₂O₂ =^hν= HO*₂ + H⁺ + е^-.

Очевидно, что встреча живого организма с активными формами кислорода, входящими, между прочим, в состав смога (см. 7.3), не сулит ему ничего хорошего.

7.8. ХУДОЙ ЗОНТИК

«Вся твоя маскировка —
30 метров озона!
Твои миги сосчитаны
Наведенным патроном.
30 метров озона —
Вся броня и защита…»

(А. Вознесенский, поэма «Оза», гл. III)

Надежно ли защищает озоновая оболочка Земли от смертоносного ультрафиолетового излучения все живое?

Толщина слоя озона O₃ в стратосфере в 30 м — гипербола. Его распределение по высоте неравномерно. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 15–25 км. На этой высоте солнечная радиация (hν) «дробит» молекулы кислорода O₂ на атомы, которые и образуют озон:

O₂ =^hν= 2O; O₂ + O = O₃.

Если собрать весь озон, находящийся в атмосфере, и опустить его до поверхности Земли, то при давлении в 0,1 МПа и температуре 25°C получится слой озона всего в 3 мм.

Озоновая оболочка Земли химически неустойчива и может местами утончаться от воздействия ряда веществ. Первая гипотеза появления озоновых «дыр» предполагала возможность разрушения озона под действием фреонов — фторуглеродных соединений, например дифтордихлорметана CCl₂F₂, которые широко применяются в качестве теплоносителя в холодильных агрегатах и газа-разбрызгивателя в аэрозольных баллончиках. Фреоны, а также другие многотоннажные вещества, содержащие хлор (CCl₄, C₂H₄Cl₂ и др.), подвергаются фотодиссоциации под действием солнечного излучения (hν):

CCl₂F2 =^hν= CClF₂ + Cl*.

Затем атомы хлора, взаимодействуют с озоном, а образовавшаяся молекула-радикал ClO еще и препятствует появлению озона:

Сl*O + O = Сl* + O₂.

Вторая гипотеза предполагает участие в разрушении озона клатратов — твердых соединений газов с водой (см. 5.11, 5.12). В стратосфере при минус 60–90°C озон может превращаться в клатрат, например O₃∙5,75Н₂O, который механически выносит озон из стратосферы. В слоях более близких к поверхности Земли, где температура выше, такой клатрат распадается на кислород и воду.

Эти причины привели, видимо, к существенному уменьшению концентрации озона над Антарктидой, где динамический режим атмосферы собрал большую массу разрушителей озона. В заключение заметим, что озон не только поглощает биологически активную часть ультрафиолетового излучения Солнца, но и принимает участие в формировании теплового режима поверхности нашей планеты. Он задерживает уходящее от Земли тепло в тех спектральных интервалах («окна прозрачности»), где CO₂ и H₂O поглощают это тепло плохо.

7.9. ВЕСЕЛЯЩИЙ ГАЗ

Монооксид диазота N₂O употребляют в больницах как наркотический газ. Каковы последствия вдыхания этого газа?

Монооксид диазота N₂O, известный в прошлом столетии больше под названием «веселящий газ», обладает слабым приятным запахом и сладковатым вкусом. В смеси с воздухом он действует на человека по-разному. Все зависит от возраста, концентрации N₂O и принятой дозы. Вот как описывает действие газа американский химик Вудхауз (см. 2.46): «Я дал вдохнуть… Генри Латробу, 14 лет от роду. Через минуту я мог наблюдать его действие. Генри двигался по лаборатории прыжками, высоко поднимая ноги… Господин Томас Люис впал в ужасный гнев. Он схватил меня за шиворот, дергал за галстук, оторвал воротник, бегал по комнате и лез со всеми в драку… У. Тейлор упал в обморок, длившийся несколько минут».

7.10. РИСКОВАННЫЙ ОПЫТ РОЗЬЕ