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Halogenalkane
Allgemeines
Ersetzt man in Kohlenwasserstoffverbindungen ein oder mehrere Wasserstoffatom/e durch die Halogenatome Fluor, Chlor, Brom oder Iod, so erhält man die Halogenkohlenwasserstoffe. Diese haben gegenüber den Alkanalen andere Eigenschaften:
- stärkere zwischenmolekulare Kräfte aufgrund von Dipol-Dipol-Wechselwirkungen,
- Lipophilie,
- Verschlechterung der Brennbarkeit, je mehr Wasserstoffatome durch Halogene ersetzt wurden,
- Reaktionsträgheit
Ökologische Bedeutung
Allgemeines
Halogenalkane werden als Pestizide für Pflanzen und Tiere verwendet. Das Insektizid DDT (Dichlor-di-phenyl-trichlorethan) ist sehr beständig und reichert sich wegen seiner Lipophilie in der Nahrungskette an; es darf deshalb in Deutschland seit 1977 weder hergestellt noch verwendet werden. Dennoch findet man heutzutage immer noch selbst bei Säuglingen Belastungen durch DDT.
In der chemischen Reinigung dient Tetrachlorethen als Lösungsmittel für Öle und Fette. Es wird auch „Per“ genannt; dies steht für perchlorierter (durchchlorierter) Kohlenwasserstoff.
Aufgrund ihrer Beständigkeit können Halogenalkane auch für eine lange Zeit in der Atmosphäre, z.B. in der Troposphäre, verweilen und sogar in der Stratosphäre Ozon abbauen.
Ozon (O3)
Ozon ist ein instabiles Molekül, das einen charakteristischen Geruch besitzt und zudem eine toxische Wirkung auf den menschlichen Körper hat. Es reizt die Augen und Schleimhäute, verursacht Husten, Kopfschmerzen und kann die Lunge schädigen. Zudem ist Ozon schlecht wasserlöslich und ist eines der stärksten Oxidationsmittel.
Bildung von Ozon am Boden
Tagsüber wird in Bodennähe durch UV-Strahlung Stickstoffdioxid (NO2) in Stickstoffmonoxid-Radikale und Sauerstoffradikale gespalten. Durch die Reaktion der einzelnen Sauerstoffatome mit Sauerstoffmolekülen entsteht Ozon.
Nachts reagiert das Ozon auch wieder mit dem Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid und Sauerstoff.
Sommersmog
Autoabgase (insbesondere NO2) in den Ballungsräumen reagieren unter Einwirkung von Sonnenstrahlung mit Sauerstoff zu Ozon. Aus Ozon und Wasser entstehen Hydroxid-Radikale; Diese, Ozon und andere sogenannten Fotooxidantien oxidieren organische Verbindungen; deshalb müssen ab 240µg/m2 Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
Auswirkungen des bodennahen Ozons
Durch das bodennahe Ozon gibt es folgende Auswirkungen:
- Asthmaanfälle und Schädigungen der Atmungsorgane
- Schädigung an Nutzpflanzen (eine Ursache für Waldschäden)
Die Ozonschicht in der Stratosphäre
Es gibt drei Arten der UV-Strahlung: UV-C-Strahlung, UV-B-Strahlung und UV-A-Strahlung. Erstere hat die kürzeste Wellenläge und damit die größte Energie. UV-A-Strahlung hat entsprechend die geringste Energie.
UV-B-Strahlung ist so stark, dass Ozon-Moleküle in Sauerstoffmoleküle und -radikale aufgespalten werden können. Das Sauerstoffradikal wiederum kann mit einem anderen Ozonmolekül zu zwei Sauerstoffmolekülen reagieren.
Die UV-C-Strahlung hingegen ist so stark, dass Sauerstoffmoleküle gespalten werden und dass die dabei entstehenden Radikale mit anderen Molekülen zu Ozon reagieren:
Durch diese Reaktionen entsteht ein Gleichgewicht, sodass die Menge an Ozon in der Stratosphäre eigentlich gleich bleibt. Dies ist wichtig, da die UV-Strahlung ansonsten sogar DNA-Moleküle und allgemein viele Verbindungen, die in der Biologie wichtig sind zerstören könnte.
Problematisch ist aber, dass Ozon sehr reaktiv ist, weswegen es gut mit anderen Teilchen, die in der Atmosphäre vorhanden sind, reagiert. Es gelangen aber wenige Moleküle aus der Troposphäre in die Stratosphäre. Nur Stoffe mit langen Verweilzeiten gelangen in diesen Bereich, z.B. die FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe). Diese – vom Menschen ausgestoßenen Teilchen – tragen zur Zerstörung der Ozonschicht bei:
Die freiwerdenden Chlorradikale der letzten Reaktion werden in der zweiten wieder verwendet. Dadurch entsteht ein Kettenprozess der nachhaltig die Ozonschicht zerstört, wodurch das Ozonloch entsteht.