Autour de l'Ozone

4. Mécanisme de formation du trou dans la couche d’ozone

Si la Terre est vieille d’environ 4,5 milliards d’années, la couche d’ozone, elle, est apparue bien plus tard. En effet, l’ozone (O3) est produit par un ensemble de réactions chimiques à partir de l’oxygène (O2), qui n’est apparu dans l’atmosphère qu’il y a 2,4 milliards d’années.

Depuis, l’ozone formé se retrouve à la base de stratosphère, à 35 kilomètres d’altitude, juste au-dessus de la troposphère. Là, il peut être détruit soit par d’autres gaz, comme les ChloroFluoroCarbones de formule chimique générale CxFyClz, soit par les particules du rayonnement cosmique non déviées par le champ magnétique terrestre

CxFyClz + h\(v\) → CxFyCl.z-1 + Cl. (6)
Cl. + O3 → ClO. + O2 (7)
ClO. + .O. → Cl. + O2 (8)
Cl. + Cl. → Cl2 (9)

14.Montrer que ce mécanisme est celui d’une réaction en chaîne dont on précisera les étapes et que le bilan global en est la destruction de l’ozone.

15.Quelle est alors l’expression de la vitesse de disparition de O3 exprimée en fonction de [O3] et des constantes de vitesse du schéma cinétique précédent ? On supposera que la vitesse de la réaction (6) est constante et égale à k6.

Variante si la cinétique n’est pas au programme :

Depuis environ 50 ans, l’homme a fabriqué industriellement des composés organiques halogénés, dont les chlorofluorocarbures (CFC) qui sont des molécules synthétiques très stables chimiquement et donc sans danger direct pour les êtres vivants. Pour cette raison, celles-ci ont été utilisées dans de nombreuses applications : réfrigérants (frigorifiques, climatiseurs), gaz propulseur dans les bombes aérosols, mousses synthétiques, solvants... et ont ainsi joué un rôle très bénéfique pour l’amélioration de notre mode de vie. Mais, du fait de leur très grande stabilité, ces gaz restent dans l’atmosphère pendant des décennies (50 à 100 ans), et ils sont progressivement transportés dans la stratosphère, où, soumis à l’influence du rayonnement ultraviolet solaire, ils sont dissociés et libèrent du chlore suivant la réaction :

CCl2F2 + h\(v\) ⇌ CClF2. + Cl.

figure

Figure 3 : Ozone destruction cycle of chlorine.

Source : Wikimedia Commons [public domain]

16.Étudier la figure ci-dessus et rédiger un texte de 5 lignes maximum pour expliciter le mécanisme de destruction de l’ozone dans la haute atmosphère.