【元素家族——連載59】清新or惡臭：臭氧

古諺：「以鳥鳴春，以雷鳴夏，以蟲鳴秋，以風鳴冬。」雷聲，是大自然的夏之歌！

夏日的雨後，清涼舒爽，大雨將空氣中的灰塵洗凈，這是物理變化；閃電將空氣中的氧氣變成了臭氧，這是化學變化。

臭氧是氧氣的親姐妹。一個氧氣分子含有兩個氧原子，而一個臭氧分子則含有三個氧原子。

【臭氧分子，呈三角形結構。】

在大氣層里，臭氧是這樣形成的：氧氣受到紫外線的輻射，分裂成兩個氧原子，如果這時附近發生了一些化學變化，產生了一個帶有過多能量的原子團，而一個氧原子又恰好遇到了另一個氧分子，就會結合成臭氧分子。

【臭氧的形成機理。】

這種反應還可見於我們身邊的工廠里：在一些大力鼓噪的電動機附近，我們會經常聞到一股惡臭。這是由於電動機里的高電壓激發周圍的氧氣變成了臭氧。

這樣就不難理解雷雨過後空氣為何如此清新。本來，雷電就是一塊正電雲和一塊負電雲遇到一起而放電的現象啊!

【雷電不光給我們帶來氮肥，還給我們帶來臭氧。】

德國人先因貝發現在實驗室中的閃電會導致一種惡臭的氣體，1839年，他成功的將這種氣體分離出來，並將其命名為：Ozone，來源於希臘文「ozein」，意思是「聞」。

【臭氧的發現者：德國人先因貝。】

一開始，大家都認為臭氧是一種健康的氣體，確實，稀薄的臭氧一點也不臭，反而給人以清新的感覺，雷雨過後就是明證。另外在松樹林里，由於松樹脂會釋放臭氧，令人感覺格外放鬆，所以療養院會經常設在松林里。

【松樹林之所以讓人那麼舒適愜意，臭氧功不可沒啊！】

現在我們知道過多的臭氧對人體是有害的。前面我們說過的氧中毒就是因為氧氣是一種強氧化劑，而多了一個氧原子的臭氧則更是氧化劑中的極品，可以說是「遇神殺神，遇佛殺佛」。

金屬？除了金、鉑、銥以外，幾乎所有的金屬都可以被臭氧氧化。銅在室溫的空氣中只要保持乾燥，被氧化的很慢，但是遇到了臭氧會被迅速氧化。銀一般不會被氧化，但是也擋不住臭氧的攻擊。

氨？會直接被氧化成硝酸銨，硝酸銨可是炸藥啊！

在以前的文章中我們提到過一氧化氮，二氧化氮，五氧化二氮，但是你們聽過三氧化氮嗎？那是臭氧給我們造出來的。

在水裡，臭氧就更牛了，他的氧化電位僅次於氟，比氯和過氧化氫還要高。可以直接把硫化氫氧化成硫酸。

有機物中的雙鍵？直接切斷，變成倆酮，該幹啥幹啥去。

臭氧的威力也有啞火的時候，它對乙醇這種易於被氧化的物質竟然沒有任何作用。

臭氧之所以這麼無敵，是因為它會自我降解成氧氣，並釋放出原子態氧，這種原子態氧的氧化性非常強。

在大氣中，同時發生這兩種反應：合成臭氧和臭氧分解。這兩個反應在宏觀上處於動態平衡。由於大多數紫外線來自太空，大氣層中的臭氧層大多分布在離地20—50千米的高空，我們把這一層大氣叫做「臭氧層」。

【大氣層中氧氣和臭氧的動態平衡，造就了臭氧層。】

這一層臭氧對人類甚至地球的意義非常重大。

首先，前面我們看到，臭氧的產生是需要吸收紫外線的，而紫外線本身是導致疾病和基因變異的重要原因。也就是說，臭氧層的存在可以過濾掉部分紫外線，在一定程度上保護了生物圈的穩定。

【臭氧層最大的意義在於阻擋一部分紫外線，這是生物圈的屏障。】

另一方面，我們知道從地表往上，高度每上升1公里，氣溫約下降7度，「高處不勝寒」啊！大氣層的最底部是對流層，在這裡，冷熱空氣對流，產生氣流、雲雨等氣候現象，顯然不是飛行的好場所。對流層再往上一層是平流層，在這裡，隨著高度的提升，溫度反而會升高，這是因為臭氧層就在平流層的層頂，臭氧的分解會釋放能量，臭氧層的氣溫平均達到零下三度，和地面溫度很接近。由於平流層溫度上高下低，這裡的空氣平流運動比較顯著，而不是垂直運動，這一點特別適宜于飛行，我們乘飛機的飛行路線就是在這個平流層。

正是因為臭氧的存在，使得我們的大氣層有平流層這一特殊層級，讓我們在地球上可以開通穩定的航線。而其他大部分星球上都沒有足夠的氧氣可以形成臭氧層，也就不存在平流層，因此在其他星球上很難擁有穩定的航線。當然，沒有大氣的星球除外。

【在飛機上俯瞰下方，雲層位於對流層中，飛機一般在雲層上方的平流層飛行。為什麼地球上會有平流層，這個問題你搞懂了嗎？】

臭氧層在地球上也不光只做好人好事，它的存在也會帶來負面效應，如溫室效應，但是這個問題沒有必要小題大做，因為臭氧只是溫室氣體的一小部分，現在人類反而為臭氧的減少而煩惱起來。

1984年，英國科學家首次發現南極上空出現臭氧洞。1985年，美國的「雨雲-7號」氣象衛星測到了這個臭氧洞。之後的觀測發現，臭氧層空洞越來越大。

【2006年9月，拍攝到的史上最大的臭氧層空洞，面積竟然遠超南極洲。】

科學家們探究原因，發現臭氧層空洞主要是由於製冷劑氟氯烴（也稱氟利昂）所致。氟氯烴是在空調、冰箱等製冷設備中常用的製冷劑，泄露到空氣中以後，在紫外線的輻射下，會分解出氯自由基，這種高反應活性的物質會與臭氧反應，生成一氧化氯和氧氣，一氧化氯又迅速分解出氯自由基，繼續去「禍害」其他臭氧分子。

【氟氯烴分解臭氧的原理，現在的製冷劑已經嚴禁使用氟氯烴了。】

我們前面已經提到，臭氧層存在的最大意義是阻擋紫外線，如果臭氧層繼續減少，人類各種疾病和癌症的幾率都會增加。研究顯示：大氣中的臭氧每減少1%，照射到地面的紫外線就增加2%，人的皮膚癌就增加3%，白內障、免疫系統缺陷和發育停滯等疾病的幾率也會提升。

另外，有三分之二的植物都對紫外線很敏感，紫外線輻射增加，會使作物減產，並殺死10米深以內的浮游生物，造成漁業減產，這一切都是生態災難的開始。

聯合國於1987年9月16日邀請所屬26個會員國在加拿大蒙特利爾簽署了環境保護公約，即「蒙特利爾議定書」又稱作蒙特利爾公約，全名為「蒙特利爾破壞臭氧層物質管制議定書（Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer）」，該公約自1989年1月1日起生效。蒙特利爾公約中規定各國有共同努力保護臭氧層的義務，凡是對臭氧層有不良影響的活動，各國均應採取適當防治措施，影響的層面涉及電子光學清洗劑、冷氣機、發泡劑、噴霧劑、滅火器……等等。

1995年1月23日，聯合國大會通過決議，確定從1995年開始，每年的9月16日為「國際保護臭氧層日」。

【「蒙特利爾議定書」之後，生產和消費氯氟烴（CFCs）和其它消耗臭氧層物質（ODS）已經被奇蹟般地減少了將近70%。這是人類有意識的聯合起來關注生態，關注環境，我們為人類點贊！】

小測試：

1， 一個臭氧分子含有幾個氧原子

A）1

B）2

C）3

D）4

2， 臭氧層的好處有哪些？

A） 溫室效應

B） 抵擋紫外線

C） 製造平流層

D）氧化人體器官

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