О + О2 - О3. (2)

Подвійна стрілка у схемі цієї реакції означає, що озон не тільки може утворюватись, але й розпадатися на дві частини. Зірочка над його позначенням указує на те, що озон має надлишкову енергію, яка й робить його молекулу нестійкою в порівнянні з молекулою звичайного «парного» кисню — О2. Збуджена молекула озону може позбутися «зайвої» енергії лише при зіткненні з якоюсь іншою молекулою тих газів, що входять у склад повітря: азоту, кисню, аргону тощо. Позначимо цю молекулу X.

Враховуючи участь останньої у процесі утворення озону, реакцію, що відбувається в електричному розряді у кисні, можна записати так:

О + О2 +Х > О3 + Х*. (3)

Реакції (2) і (3) конкурують між собою, але при тих значеннях тиску, що використовуються в електророзрядних пристроях для виробництва озону (озонаторах), зіткнення трьох частинок відбуваються досить часто і певний процент кисню перетворюється в озон.

Хоч у численних грозах екваторіального поясу нашої планети одночасно спалахують сотні блискавок, але не вони утворюють той озон, що образно назвали «щитом Землі». Існує значно потужніший процес його утворення.

Двигун такого процесу — Сонце. Його життєдайне проміння без перерви падає на половину поверхні Землі, підтримуючи там існування всього живого.

Ультрафіолетові фотони з довжиною хвилі 242 нм і менше поглинаються переважно молекулами кисню, що веде до їх розпаду на два окремі атоми за реакцією (1): О2 + фотон > О + О.

До висоти 20 чи ЗО км відбувається майже повне поглинання УФ-С киснем. Отже, утворення озону.при потрійних зіткненнях, що описується рівнянням (3): О2 + О + Х > О3 + Х*, може відбуватися вже на висотах 60—90 кілометрів. Але через те, що густина повітря там дуже мала й потрійні зіткнення не часті, швидкість утворення озону є невеликою. Так само незначна вона і на висотах 10—20 км, куди потрапляє надто мало УФ-С і кількість атомарного кисню виявляється мізерною. Отже, існує висота, де швидкість утворення озону найбільша: майже 50 км над поверхнею Землі.

Але, Сонце світить давно, озон утворюється безперервно. Чому ж тоді весь кисень до цього часу не перетворився в озон? Так би й сталось, якби не існував механізм розпаду озону, механізм його зворотного перетворення в потрібний для дихання кисень.

Саме процес загибелі озону і є найбільш цінним для нас: руйнуючись, він захищає все живе від згубного впливу надто великих доз опромінення ультрафіолетовим промінням діапазону В. Відносна нестійкість молекули озону зумовлює можливість її розпаду при поглинанні ультрафіолетових променів істотно більшої довжини хвилі від тих, що поглинаються киснем. Особливо інтенсивно молекули озону вбирають фотони з довжиною хвилі між 200 і 310 нанометрів. Це дуже важливо, бо такі фотони порівняно слабо поглинаються іншими газами, що входять в атмосферу Землі. Саме шар озону служить щитом, він захищає все живе на нашій планеті від згубного ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Розклад озону під впливом УФ-В — реакція зворотна до реакції його утворення. Формується циклічний безперервний процес утворення-розпаду озону, який описується рівняннями:

О2 + фотон 242 нм > О + О,

О + О2 + Х > О3 + X* (виділення тепла);

О3 + фотон 200—310 нм > О2 + О,

О + О + Х > О2 + Х* (виділення тепла).

Наслідком циклу є повне відновлення початкових молекул, поглинання більшої частини ультрафіолетового випромінювання Сонця й перетворення його в тепло. Саме цим пояснюється підвищення температури повітря над Землею вище 20 кілометрів. Найвища температура виявляється на висоті близько 50 км, тобто там, де швидкість утворення та розпаду озону є найбільшою.

Зазначимо, що поглинання озоном ультрафіолету-В — не єдиний варіант його розпаду. В цикл утворення та знищення озону включені й гази, що наявні у незначних кількостях у атмосфері Землі. Наведемо приклад одного з таких процесів, найістотнішого для незабрудненого повітря. У ньому беруть участь моноксид азоту NО та діоксид азоту NO2, які утворюються в незначних кількостях внаслідок процесів, що відбуваються в зоні іоносфери Землі.

Процес виявляється циклічним: озон реагує з моноксидом азоту і потім утворюються кисень і діоксид азоту. Останній приєднує (тимчасово) атомарний кисень і розпадається на двохатомну молекулу кисню та молекулу моноксиду азоту:

О2 + NО > NО2 + О2,

N О2 + О > NO + О2.

Результат — відновлення молекули моноксиду азоту та розклад молекул озону за такою спрощеною схемою О3 + О > О2 + О2. Отже, молекула моноксиду азоту прискорює швидкість розпаду озону у стратосфері, не змінюючи свого хімічного стану. Сполуку, що значно збільшує швидкість реакції, не змінюючи свого стану, по її закінченню, хіміки називають каталізатором. Тож моноксид азоту є каталізатором реакції розпаду озону в стратосфері Землі.

4. Проблеми, які пов’язані з озоном і ПДК

Спостерігаючи протягом десятиріччя за шаром озону, вчені переконалися, що його середня товщина лишається практично сталою і лише в останні роки помітне повільне зменшення.

Певні втрати озону відбуваються при запусках штучних супутників Землі, бо при кожному з них утворюється дірка на кілька кілометрів, яка затягується не так вже й швидко. Але і тут замість гасу та інших традиційних видів пального, все ширше використовується зріджений водень. Так буде знято проблему утворення небезпечних для озоносфери сполук.

Як відомо, чистий хлор та більшість його сполук хімічно досить активні. Вже на невеликих висотах вони утворюють аерозолі та досить