DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

オゾン層とフロンガス 実はフロンガスはオゾンを酸素に変えてしまう

今回はフロンガスについて書いていきたいと思います。

ご存知の通り、フロンガスはかつて使われていたが現在はオゾン層の破壊を伴うので使われなくなりました。

では、オゾンから書いていきたいと思います。

 

1. オゾンとは

オゾン(Ozone)とは酸素原子が3つによって構成される物質であり、酸素が特殊な結合をしています。

通常分子は全体的に中性を取っているがオゾンは分子全体が中性ではなく、中心の酸素と端の酸素原子が単結合と二重結合の間の結合、強いて言うならば1.5重結合を取っており、中心の酸素原子は正電荷であるが端の酸素原子は負電荷を帯びている状態となっております。

f:id:DS930810:20171125210942j:plain

このように1.5重結合を書かない場合は共鳴構造を取っているように書かれますが実際には上のように1.5重結合を取っております。

 

オゾン分子はラジカル形態を取っているため、あまり安定性のある物質ではなく、普通の状態で放置すると分解してオゾン分子1つ当たり、酸素原子が1.5個になります。

そして、オゾンの特徴は常温常圧で薄青色をしており、刺激臭を伴います。

また、不安定ということは生物に取っては有毒であり、更に酸化力はフッ素に次ぐ高さを持っているため、吸引すると体内が酸化されて極めて危険な状態になります。

このようにオゾン層にあるため一見安全そうに見えるオゾンも生物に取っては有害であり、その理由は分子の不安定さと酸化力にあります。

 

しかし、この不安定な分子が何故オゾン層に多量にあるかと言うとオゾンは酸素に紫外線を当てることによって生成し、紫外線が良く当たる環境であるオゾン層では逆にオゾンのほうが安定になるからです。

このことよりオゾン層は紫外線を吸収する効果があり、そのためオゾン層があると地上に紫外線が届かなくなります。

生物に取っては有毒な物質も時と場合によっては生物を守ることになるので一見危険そうな物質もある所では必要不可欠となります。

 

 

 

2. フロンガス

フロンガスは炭素と水素、そしてハロゲン(17族原子、一般的にフッ素, 塩素, 臭素, ヨウ素の4種)によって構成されている分子であり、フロンと言う1種類の物質があるわけではありません。

例えばメタン(CH4)の水素分子が塩素3つとフッ素1つに置き換わったCFC-11(CCl3F)と塩素, フッ素2つに置き換わったCFC-12(CCl2F2)が初めに使われたフロンガスであり、

これらのガスはオゾンとは裏腹に安定な物質であります。

どれほど安定化と言うと空気中に拡散しても反応を起こさない上に水にも溶けないぐらいであり、安定ということは生物に取っても無害であるので毒性もありません。

確かにこれだけ見るとオゾンのほうが危険であり、フロンのほうが良いガスのように見え、実際「夢のガス」とまで言われたほどです。

 

では、何故このガスが使われたかと言うと冷蔵庫の冷媒に用いるためであります。

冷媒とは「冷凍サイクルにおいて熱を移動させるために用いられる熱媒体」、簡単に書くと冷蔵庫を冷やすための媒体であり、フロンが開発されるまでは危険なアンモニアが使われていたがフロンはアンモニアと違い、危険性はない上に冷却効率までよいのでフロンが開発されてからはアンモニアと置き換わったことは想像するまでもありません。

こうして世の中にフロンガスが広まっていったが...

 

ここまで書くとフロンガスが特にオゾン層や生物に悪影響を及ぼしそうには見えないが実際にはとんでもないことになりました。

確かにフロンガスは安定ではあるがそれは紫外線の当たらない地上ではの話であり、

紫外線の当たる領域、つまりオゾン層に到達するとフロンガスに紫外線が当たり、その影響でフロンガスが分解します。

紫外線は高エネルギーの電磁波であり、エネルギー的には可視光よりも強烈でX線よりかは弱い位置づけにいます。

この高エネルギーの電磁波がオゾンに当たると塩素を含むものは塩素分子(Cl)を生じ、この塩素分子こそがオゾン層を破壊する原因となります。

塩素分子は単体では不安定であるため同じく不安定なオゾンと反応して、一酸化塩素(ClO)と酸素分子(O2)になり、更に一酸化塩素がオゾンと反応して酸素原子2つと塩素原子となります。

ここで分かったかと思いますが塩素原子が反応して一酸化塩素に、一酸化塩素が反応して塩素原子となるため反応は延々と続き、理論上は塩素原子が1つあるだけでオゾン分子を酸素分子に変えてしまいます。

このようになると塩素原子がある限り、オゾンは酸素化するため、オゾンの量はどんどん減っていくため最終的にはオゾンホールが形成するようになってしましました。

f:id:DS930810:20171126124608j:plain

このようにサイクルするため、オゾンがどんどん酸素分子化していきます。

 

当然このようになると最終的にはオゾン層が無くなり、先ほども書いたように紫外線は可視光よりも高エネルギーなので生物が浴びると非常に危険であります。

一見安定そうなフロンガスも紫外線の高エネルギーには耐えられず、塩素原子を生じてしまい、結果としてオゾンを酸素に変えてしまいます。

つまり、オゾン層は紫外線と塩素原子が全てと言っても過言ではありません。

勿論現在では塩素を生じるタイプのフロンガスの使用は禁止されており、現在は別種類の冷媒が使われております。

 

なお、フロンガスには温室効果をもたらすものもあり、中には二酸化炭素の1万倍程度のものもあるため、こちらの面でも悪影響を及ぼしております。

また、よく勘違いされがちなことですがオゾンホール自体は地球温暖化には影響が無く、オゾンホールが無くなると紫外線が直に降り注ぐだけであり、地球の気温にはほぼ影響しません。

 

このように一見安定そうな物質も高エネルギーの電磁波を浴びると分解し、その結果必要な層が無くなり、その項エネルギーの電磁波が地上に降り注ぐことになります。

 

 

 

参照記事(環境問題)www.rigelultragiant.com

www.rigelultragiant.com

 

参照記事(電磁波)www.rigelultragiant.com