Le trou d’ozone

Préparation de O 3 au laboratoire Passage d’effluves électriques à travers le dioxygène Mise en évidence de l’ozone: On fait barboter le gaz à travers une solution d’iodure de potassium (KI) acidulée et additionnée d’empois d’amidon: la solution se colore en bleu par oxydation de l’anion iodure en diiode. ( + ) réduction: O e + 2 H + O 2 + H 2 O oxydation: 2 I - I e oxydo-réduction: O I H + O 2 + I 2 + H 2 O

La molécule O 3 1) Formation à partir de O 2 O O OO+ 2 diradicaux oxygène photon UV OO réarrangement avec formation de nuages vides O O O O fixation par liaison dative sur les doublets libres de molélules de dioxygène 2) Structure de la molécule d’ozone O O O + - l’atome d’oxygène, engagé dans une liaison double, est hybridé sp 2 l’angle formé par les 3 atomes O vaut 120° 3) Bilan: 3 O 2 photon UV 2 O 3 + Q

Stabilité de la molécule O 3 O O O + - à cause de sa forte électronégativité, O est un très mauvais donneur de doublet. La tendance de O + à récupérer le doublet engagé dans la liaison dative est si forte que l’ozone devrait se décomposer en des fractions de seconde. Mais: une mésomérie est possible ! O O O + - O O O + - La mésomérie stabilise O 3 suffisamment pour que l’on puisse envisager l’équilibre: 3 O23 O2 2 O32 O3 Le temps de demi-réaction de la décomposition de l’ozone est de l’ordre de la dizaine de minutes à température ambiante. La décomposition de l’ozone devient beaucoup plus lente à basse température.

L’équilibre dynamique O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O l’oxygène fixé par liaison dative change continuellement de place ! équilibre trivial: O 3 + O 2 O 2 + O 3 Décomposition de O 3 : O O O + - O O O + - O O O O O O O O O O O O O O O O O O 2 O 3 3 O 2

Les CFC (chloro-fluorocarbures) Les CFC sont des dérives des hydrocarbures obtenus par substitution des atomes d’hydrogène par le fluor et le chlore. Ce sont des composés très intéressants à cause de leur parfaite inertie chimique: * gaz propulseurs dans les bombes à aérosol * agents réfrigérants * liquides de nettoyage * préparation des mousses plastiques Ils résistent à tous les agents atmosphériques, sauf aux radiations UV de la stratosphère CCl F F F photon UV C F F F Cl+ Le radical chlorurejoue un rôle important dans la destruction de O 3

O O O + - Décomposition de O 3 : effet catalytique de. Cl Cl O 3 +. Cl étape 1: O 2 +. O Cl rupture de la liaison dative O O O O O O réarrangement Cl O O O formation d’une liaison covalente Cl O O O O + - O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 3 +. O Cl2 O 2 +. Cl rupture de la liaison dativeréarrangement fixation sur le radical. OCl la liaison O-O est très instable détachement du radical. Cl formation d’une molécule O 2 le radical. Cl qui entre dans l’étape 1 se refome à la fin de l’étape 2 cycle catalytique O3O3 2 O 2. Cl. OCl O3O3 O2O2 Un seul radical. Cl peut détruire des milliers de molécules O 3 ! étape 2: h h exige un photon

O 3O 3 2 O 2. Cl. OCl O3O3 O2O2 h Compensation par les oxydes d’azote. Cl. OCl O3O3 O2O2 NO NO 2 O2O2 O3O3 h. Cl. OCl O3O3 O2O2 NO NO 2 O2O2 O3O3 h h. Cl. OCl NO NO 2 O2O2 O3O3 destruction O2O2 O3O3 formation h En présence de lumière, la destruction de l’ozone est compensée en partie par sa formation au cours d’un cycle catalytique qui fait intervenir les oxydes d’azote NO et NO 2 La teneur en ozone de la stratosphère finit par se stabiliser

Formation du trou d’ozone Le trou d’ozone apparaît au-dessus des pôles à la fin de la nuit polaire h. Cl. OCl NO NO 2 O2O2 O3O3 destruction O2O2 O3O3 formation h Pendant la nuit polaire, la température chute fortement et les oxydes d’azote disparaissent de l’atmosphère par condensation. Cl. OClO2O2 O3O3 2 O 2 O3O3. Cl. OClO2O2 O3O3 2 O 2 O3O3 h L’absence de lumière bloque la destruction catalytique de l’ozone. Cl. OClO2O2 O3O3 2 O 2 O3O3 h destruction Avec la réapparition de la lumière, la destruction catalytique démarre * les oxydes d’azote sont encore condensés, donc la destruction reste non compensée * les régions polaires sont isolés par les vortex circumpolaires formation du trou d’ozone au-dessus des pôles

½ O 2. NO 2. NO O2O2 O3O3 h cycle catalytique responsable de la formation du smog photochimique Tout ce qui précède s’applique à la stratosphère (haute couche de l’atmosphère). Dans la troposphère (basse couche de l’atmosphère), les oxydes d’azote sont responsables de la formation d’un excès d’azote.