Fragen und Antworten - Umweltchemie - muenster.dec-s/chemie/skripte/Umweltchemie-Kapitel_8-15.pdf · Molekül hat die gleiche Treibhauswirkung wie 10000 CO2 – Moleküle. 8.26 Welche

Fragen und Antworten - Umweltchemie

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Wasserdampf und CO2 (Sie verursachen die Abmilderung der nächtlichen Abkühlung und machen dadurch Leben auf der Erde möglich) 8.19 Was ist ein Treibhausgas? Spurengase in der Atmosphäre, die langfristig die globalen Erwärmung in den erdnahen Luftschichten verursachen. 8.20 Nennen Sie einige Spurengase, die zum Treibhauseffekt beitragen! Wasserdampf, CO2, CH4, N2O, FCKW, O3 8.21 Nennen Sie einige Gesichtpunkte, nach denen sich die Spurengase der Atmosphäre unterscheiden (einteilen) lassen.

- klimawirksame Spurengase - natürliche Spurengase (CO2, Wasserdampf) - anthropogene Spurengase (FCKW, SF6)

8.22 Was verstehen Sie unter „Absorption" von Strahlen? Absorption von Strahlung ist die Abschwächung der Intensität einer Teilchen- oder Wellenstrahlung beim Durchgang durch Materie, wobei ein Teil der Strahlungsenergie in andere Energieformen wie z.B. Wärme umgewandelt wird. 8.23 Ordnen Sie die folgenden troposphärischen Gase nach der Bedeutung ihres Beitrages zum Treibhauseffekt: N2O, CH4, CO2, H2O, O3. CO2 > CH4 > O3 > N2O > H2O 8.24 Was bedeutet: Ein Stoff hat ein relatives Treibhauspotential von 100? Damit ist der GWP – Wert gemeint. (Greenhouse Warming Potential oder Global Warming Potential) Dieses ist ein Maß für die Treibhauswirkung von Spurengasen. Die relative Größe beschreibt die jeweilige Absorptionswirkung der einzelnen Treibhausgase im Vergleich zur Referenzsubstanz CO2, für die der Wert mit 1 festgelegt wurde. Das heißt ein Stoff mit dem Potential 100 ist somit 100mal größer als die Wirkung von CO2. 8.25 Welchen Anteil am Treibhauseffekt wird den FCKW zugeschrieben? Ein Molekül FCKW hat ein 10000fach größeres Treibhauspotential wie CO2. das heißt, ein Molekül hat die gleiche Treibhauswirkung wie 10000 CO2 – Moleküle. 8.26 Welche Temperatur - Veränderungen wird voraus gesagt für den Fall, das sich die Konzentrationen der Treibhausgase verdoppeln? Wenn die Emission von Treibhausgasen weiter (wie jetzt bis 2100) ansteigen, wird sich die globale mittlere Temperatur um 3,9 K gegenüber dem vorindustriellen Wert erhöhen. Diese Erwärmung in gut 100 Jahren wäre genauso groß, wie seit der letzten Eiszeit vor 18000 Jahren..


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Kapitel 9. 9.1 Nennen Sie einige wichtige physikalische und chemische Eigenschaften von Kohlen-monoxid! CO ist farblos, geruch- und geschmacklos, Dichte: 96,5 % gegenüber Luft, schlecht wasserlöslich 9.2 Vergleichen Sie CO und CO2 in Bezug auf - Löslichkeit in Wasser, - Reaktivität, - Toxizität und - mittlere Lebensdauer in der Atmosphäre. CO CO2 Löslichkeit 0,23 ml/L Wasser (20°C) 800 ml/L Wasser (20°C) Reaktivität Höher als die von CO2 Energetisch sehr stabil Toxizität LCLo (Inhalativ, human)

5000 ppm (V)/ 5 min Keine genauen Angaben verfügbar ( geringer wie CO)

Mittlere Lebensdauer 40 Tage reaktionsträger 9.3 Was sind Generator- und Wassergas? Generatorgas: 25 % CO, 4 % CO2, 70 % N2, Spuren von H2, CH4, O2 Wassergas: 50 % H2, 40 % CO, 5 % CO2, 5 % N2 + CH4 9.4 Über welche Gleichgewichtsreaktionen sind CO und CO2 miteinander verbunden? Boudouard – Gleichgewicht: CO2 * C ↔ 2 CO (bei hoher Temperatur liegt das Gleichgewicht auf der rechten Seite) 9.5 Nennen Sie die wichtigsten Quellen für CO! Feuerung in der Industrie, Hausbrand, Reaktion flüchtiger organischer Verbindungen mit OH*, Methanoxidation in und über den Ozeanen. 9.6 Welche ist die bedeutendste Senke für Kohlenmonoxid? Die bedeutendste Senke ist die Reaktion mit OH*. 9.7 Was bezeichnet man mit der Abkürzung VOC? Volatile organic compounds ( flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen) 9.8 Inwiefern ist der Straßenverkehr die wichtigste CO-Quelle in den Städten? Hier ist die direkte Korrelation zwischen Autoverkehr und der CO-Emission zu nennen. 9.9 Beschreiben Sie die Oxidation von Methan mit Hydroxyl-Radikalen!


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CH4 + OH* →(- H2O)→ CH3 + O2 → CH3O2 + NO →(-NO2) → CH3O + O2 →(-OH2) → HCHO [Formaldehyd] + OH* →(- H2O)→ CHO + O2 →(-OH2) → CO + OH* →(H*) → CO2 9.10 Atmosphärisches Kohlenmonoxid kann zum Abbau oder zur Bildung von Ozon führen - unter welchen Bedingungen? Die Ozonbildung und Abbau durch CO hängt vom Verhältnis NO zu O3 ab. Bei Werten

> 5000

1 wird beim Abbau von Co Ozon gebildet, bei < 5000

1 O2 wird Ozon verbraucht.

9.l l Die CO-Konzentration in der Atmosphäre ist auf der Nordhalbkugel mehr als doppelt so hoch wie auf der Südhalbkugel. Geben Sie dazu eine Erklärung! Auf der Nordhalbkugel gibt es mehr Industrie und dadurch bedingt mehr Verbrennungsprozesse. 9.12 Welche Funktion hat das Hämoglobin im menschlichen Blut? Hämoglobin ist für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich. Hämoglobin ist der rote Blutfarbstoff in den roten Blutkörperchen. 9.13 Worin unterscheiden sich die beiden im Blut vorkommenden Stoffe HbO2 und COHb? HbO2: sauerstoffreiches Blut (Oxyhämoglobin) COHb : CO angereichertes Hämoglobin, behindert die den Sauerstofftransport im Blut. (Carboxyhämoglobin) 9.14 Worauf beruht die Toxizität von Kohlenmonoxid? CO kann im Blut O2 ersetzen und so den Sauerstofftransport im Körper behindern, da es eine höhere Affinität zum Hämoglobin besitzt, als O2. 9.15 Welche CO-Konzentration ist mindestens erforderlich, damit sich ein Carboxyhämoglobin-Gehalt von 20 % einstellen kann? Über 60 ppm da diese Menge ausreicht, um ca. 10 % des Blutes zu binden, ab 100 ppm wird die Leistungsfähigkeit des Menschen beeinträchtigt. Ein Gehalt von 20 % wird ca. bei einer Konzentration von 120 ppm eintreten.

φ (CO) = 9370220**, =0,000120 = 120 ppm

9.16 Welcher Caboxyhämoglobin-Anteil ist „Normallevel"? Welchen Anteil weist das Blut von Rauchern auf? Der Normallevel des Caboxyhämoglobin-Anteils: 3 %, bei Rauchern steigt er bis zu 15 %, bei manchen Verkehrspolizisten in Ballungsgebieten ist er auf maximal 10 %. 9.l 7 Der MAK-Wert für CO beträgt 33 mg/m3. Welcher Carboxyhämoglobin-Gehalt kann sich bei dieser Konzentration maximal einstellen?


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ρ(CO): 1,25 kg/m3 – MAK (CO) 33 mg/m3 – Gesamtvolumen Blut(Menschen) ca. 5 l 33 mg/m³ * 1,25 = 41,25 ml/m³ → 41,25 ml/1000 L → 0,04125 L/1000 L

LLL,

51000041250

=2,0625 * 10-4 oder 0,0021 %


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Kapitel 10. 10.1 Welche Schwefel Verbindungen spielen eine Rolle in der Chemie der Atmosphäre ? SO2, H2S, COS 10.2 Welche Schwefel Verbindungen gelangen in die Stratosphäre? COS, SF6, SO4

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Sommersmog: Auch Los Angeles-Smog genannt ist durch photochemische Prozesse entstandener Smog, er wirkt oxidierend. 10.11 Nennen Sie die Voraussetzungen für die Bildung von London-Smog! Stadt liegt im Tal, starke Inversionswetterlage hält Abgase wie unter einer Glocke in der Stadt fest, somit ist kein Luftwechsel und somit Schadstoffaustausch möglich. Die vorhandene hohe Luftfeuchtigkeit bildet zusammen mit Ruß und SO2 Schwefelige Säure 10.12 Was ist eine Inversionswetterlage? (Anderer Name) Eine Inversionswetterlage ist eine austauscharme Wetterlage. Schadstoffe können nicht durch Wind oder Regen wegtransportiert werden. Bei der Inversionswetterlage werden bodennahe (kalte) Luftschichten durch wärmere Luftschichten überlagert. 10.13 Worin besteht die toxische Wirkung von SO2? Aufgrund der sauren Wirkung von SO2 und der daraus in der Atmosphäre gebildeten schwefeligen Säure werden die Schleimhäute gereizt und geschädigt, es kommt zu Krämpfen der Bronchialmuskeln und zu Reizhusten. 10.14 SO2 greift Baumaterialien an. Geben Sie eine Begründung! (Reaktionsgleichung) SO2 bildet in Anwesenheit von Wasser schwefelige Säure (Protonendonator). Diese greift z.B. Sand- und Kalkstein an und lässt ihn abreagieren. SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + H2O → H3O+ + HSO3

- HSO3

- + H2O → H3O+ + SO3

- 10.15 Welche gasförmigen Schadstoffe sind die Hauptverursacher des sauren Regens? SO2 (→ H2SO4), NO, NO3 (→ HNO3), HCl 10.16 Welche Arten der Deposition kennen Sie? Nasse / feuchte Deposition: Ausregnen, Auswaschen Trockene Deposition: ohne Mitwirkung von Regen und Schnee etc. 10.17 Beschreiben Sie die atmosphärischen Prozesse „Auswaschen" und „Ausregnen"! Auswaschen: Stoffe werden durch fallende Regentropfen mitgerissen Ausregnen: Schadstoffe werden über Partikel, die als Kondensationskeime für Wolkenwassertropfen gewirkt haben, ausgetragen. 10.18 Was sind Senkengase? Das sind gasförmige Verbindungen, die durch natürliche Prozesse aus der Atmosphäre entfernt werden können, meist sind diese wasserlöslich; z.B. SO2, NO, NO3, HCl, H2O2


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10.19 Schwefeldioxid wird in der Atmosphäre vorwiegend in der wässriger Phase zu Schwefelsäure oder Sulfat oxidiert. Welche Oxidationsmittel kommen in Frage? H2O2, O3 10.20 Was versteht man unter „neuartige Waldschäden"? Neuartige Waldschäden gehen auf einen Ursachenkomplex aus abiotischen und biotischen Faktoren zurück. Anthropogen Luftverunreinigungen aus Industrieanlagen, Kraftwerken, Verkehr, Haushalt und Landwirtschaft spielen dabei eine Schlüsselrolle. Anthropogene Luftverunreinigungen sind SO2, NH3, NOX, HCl, O3. Der Stickstoffeintrag in die Natur animiert die Pflanzen zum Wachstum. Hierzu bedarf es der Mineralstoffe, die allerdings durch den sauren Regen bereits ausgewaschen wurden. 10.21 Worin unterscheiden sich „Rauchschäden" von den „neuartigen Waldschäden"? Der Begriff des Rauchschaden macht direkt die Schwefeldioxidausstöße für für die direkten Schäden verantwortlich. Der Begriff der neuartigen Waldschäden lässt die Interpretation zu, das ein Ursachenkomplex aus abiotischen und biotischen Faktoren daran Schuld sein könnte. 10.22 Nennen Sie einige Ursachen für die neuartigen Waldschäden!

- Klima ( Trockenheit, Wind, Schneelast) - Immission (saure und basische – wie Schwefeloxide, Chlorwasserstoffe, anorganische

Stoffe wie Schwermetalle, Streumittel, organische Stoffe, wie Herbizide, Fungizide etc, Strahlung wie UV-Strahlung und Radioaktivität)

- Schadorganismen (Viren, Bakterien, Pilze, Insekten,....) - Bewirtschaftung (Böden wie Bodenfestigung, fehlende oder einseitige Düngung) - Biozönose (Monokulturen, Wildbestände, etc....)


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Kapitel 11. 11.1 Welche Stickstoffoxide sind von Bedeutung in der Atmosphärenchemie? N2O: Distickstoffmonoxid, nicht toxisch, Verweilzeit 150 a NO: Stickstoffmonoxid NO2: Stickoxide, landläufig NOX, toxisch, haben eine sehr kurze Verweilzeit in der Atmosphäre, bedeutende anthropogene Schadstoffe, tragen mit mehr als 10 % zum sauren Regen bei. 11.2 Geben Sie einige charakteristische Eigenschaften von Distickstoffoxid an! Farbloses, leicht süßlich riechendes Gas, nicht giftig, unterhält die Verbrennung, nur wenig in Wasser löslich, Wurde und wird als Narkosegas verwandt. 11.3 Beschreiben Sie die Eigenschaften von NO und NO2! (Farbe, Entstehung, Löslichkeit in Wasser, usw.) NO: farbloses giftiges Gas, in Wasser nur wenig löslich und nichtbrennbar. NO2: braunrotes giftiges Gas, beginnt oberhalb von 150 °C zu zerfallen. NO2 → NO + ½ O2

Beide Gase sind äußerst aggressiv und starke Oxidationsmittel. Zusammen mit Wasser bilden Sie Salpetersäure: 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

NO2 + ½ O2 + H2O → 2 HNO3 11.4 Im Zigarettenrauch befinden sich ca. 200 ppm NO und NO2. Welche Mengen an Stickoxiden (angegeben als NO2) „schafft" ein Raucher während eines Lebens? (50 Jahre lang 20 Zigaretten am Tag; 3 L Rauch pro Zigarette) 21,36 L NOX Gase 11.5 Geben Sie eine Erklärung, warum N2O in der Atmosphäre der Nord- und Südhalbkugel in annähernd gleicher Konzentration vorkommt! N2O ist in der erdnahen Lufthülle chemisch inert. In der Tropospäre gibt es praktisch keine chemischen Reaktionen, die dies abbauen, somit verteilt es sich gleichmäßig. 11.6 Woher weiß man, dass die N2O-Konzentration im 19. Jahrhundert. ca. 285 ppb betrug? (Heute: 310 ppb) Diese Erkenntnisse stammen aus chemischen Analysen der Luft, die im Gletschereis der polaren Eiskappen eingeschlossen war. 11.7 Welche (wichtigste) Bedeutung hat N2O für die Chemie der Atmosphäre? Die wichtigste Bedeutung des N2O ist der Abbau zu NO in der Stratosphäre. 11.8 Nennen Sie Abbaureaktionen von N2O in der Stratosphäre! N2O + O* → 2 NO N2O + O* → N2 + O2


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N2O → h*v → N2 + O 11.9 Inwiefern liefert N2O einen Beitrag (ca. 10%) zum Abbau der stratosphärischen Ozon schicht? N2O wird umgewandelt zu katalytisch wirksamem NOX in der Atmosphäre, welches Ozon abbaut. 11.10 Unter Verbrennungsbedingungen wird Stickstoff, N2, oxidiert. Welche der folgenden Reaktionen laufen unter diesen Bedingungen ab, welche nicht? a.) N2 + O2 → 2 NO (läuft ab) b) N2 + 2 O2 → 2 NO2 (läuft nicht ab) c.) NO+ 1/2O2 → NO2 (läuft ab) 11.11 Worin unterscheiden sich die folgenden Reaktionen? a.) N + 1/2 O2 → NO; C + 1/2 O2 → CO b.) NO + 1/2 O2 → NO2; CO + 1/2 O2 → CO2

Die Reaktion a.) läuft bei Temperaturen unterhalb 500 °C und sehr langsam ab; bei der Reaktion b.) findet die Reaktion bei Temperaturen oberhalb von 150 °C statt, bei 620 °C findet eine vollständige Zersetzung zu NO2 statt. 11.12 Was verstehen Sie unter „Brennstoff-NO" und „thermischem NO"? Brennstoff-NO: Entsteht bei der Oxidation org. Stickstoffverbindungen, die im Brennstoff eingebunden sind, durch Luftsauerstoff. Thermisches NO: entsteht – Sauerstoff in ausreichender Menge vorausgesetzt – bei Temperaturen oberhalb 1000 °C aus Luftstickstoff bei hinreichend langen Verweilzeiten der Brenngase im Brennraum, z.B. während des Verbrennens von Heizöl. 11.13 Beschreiben Sie mit Hilfe eines Schemas das dynamische photochemische Gleichgewicht NO2 + O2 → NO + O3

11.14 Was bedeutet NOX? NO und NO2 werden wegen dem photochemischen Gleichgewicht zu NOX zusammengefasst. 11.15 Wenn es neben O2 nur NO und NO2 in der Atmosphäre gäbe, welche Konzentrationen an NO und NO2 würden sich tagsüber und nachts einstellen?


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Tagsüber würde wegen der Sonneneinstrahlung vorwiegend NO gebildet werden; nachts hingegen würde sich eine maximale NO2-Konzentration aufbauen. 11.16 Skizzieren Sie mit Hilfe eines Schemas das photochemische NOX-Gleichgewicht und formulieren Sie dazu die Reaktionsgleichungen. NO2 → h*v → NO + O (λ < 420 nm) O + O2 → O3 NO + O3 → NO2 + O2 11.17 Welche natürlichen und anthropogenen Quellen für N2O kennen Sie? N2O entsteht überall dort, wo in einem feuchtem Milieu Bakterien Biomasse zersetzen Natürliche Quellen: Ozeane, Seen, natürliche Böden Anthropogene Quellen: Verbrennung fossiler Brennstoffe, Verbrennung von Biomasse, Einsatz von künstlichen Düngern (Böden und Gewässer) 11.18 Was verstehen Sie unter Nitrifikation, was unter Denitrifikation? Nitrifikation: Umwandlung von NH4

+ zu NO3- und NO2

- (Oxidation) Denitrifikation: Umwandlung von Nitraten in Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid oder freiem Stickstoff durch Bakterien. (Reduktion) 11.19 Welche Stickstoff- Verbindungen haben signifikante natürliche, welche anthropogenen Quellen für N2O kennen Sie? Natürliche: N2O Anthropogene: NO, NO2 11.20 Nennen Sie die wichtigste NOX-Quelle in Europa! Verbrennung fossiler Brennstoffe 11.21 Welches sind die troposphärischen Verweilzeiten von NOx und N2O? NOX hat eine kurze Verweilzeit von ca. einem Tag und N2O eine lange von 150 Jahren. 11.22 Formulieren Sie eine Abbaureaktion in der Troposphäre für NO2! NO2 + OH + M → HNO3 + M 11.23 Was sind PAN und PBzN? (Namen und Strukturformeln) PAN: Peroxyacetylnitrat CH3C(O)O2NO2 PBzN: Peroxybenzoylnitrat (C6H5C(O)O2NO2 → Beide sind Photooxydantien 11.24 Worin besteht der Hauptunterschied der Chemie von NO und N2O in der Troposphäre? Der Hauptunterschied ist höchstwahrscheinlich die unterschiedliche Reaktivität der beiden Gase. N2O ist fast völlig inert, reagiert nur unter zur Hilfenahme von UV-Licht oder starke


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Reagenzien. NO ist hingegen sehr reaktiv und ein starkes Oxidationsmittel. In der Troposphäre gleicht sich die Reaktivität allerdings an, da dort UV-Strahlung vorhanden ist, die die Reaktivität des N2O erhöht. 11.25 Welche Stickstoffverbindungen kommen in der Atmosphäre vor? NO, NO2, N2, N2O 11.26 Welche Bedeutung hat das NO3-Radikal für die Chemie der Stickstoffoxide? Das NO3-Radikal ist ein notwendiges Bindeglied der Abbaureaktion von NO und NO2 zur NOX-Senke HNO3 über den Verbrauch von Ozon, das bedeutet also, das das NO3-Radikal die Schlüsselposition im NOX-Abbau in der Atmosphäre inne hat, der bewirkt, das das Ozon abgebaut wird. 11.27 Worin besteht die toxische Wirkung von NO2 für den Menschen? Beim Einatmen wird es zu 80 – 90% im Atemtrakt absorbiert (zum Teil unter Bildung von HNO3), primär werden die Schleimhäute angegriffen. Dies führt zu Husten, akuten Atembeschwerden, Lungenödem und schließlich zum Tod.


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Kapitel 12. 12.1 Was bedeuten VOC und NMHC? VOC: Volatile Organic Compound (engl.) = flüchtige organische Kohlenwasserstoffverbindungen NMHC: Nonmethane Hydrocarbons (engl.) = Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe 12.2 Nennen Sie die VOC mit den höchsten Konzentrationen in der Troposphäre! Methan: 1600-1700 ppb Volumenanteil (Verweilzeit von 4 Jahren) 12.3 Stammt der Hauptanteil von VOC aus natürlichen oder aus anthropogenen Quellen? (Beispiele) Stammt aus anthropogenen Quellen: Reisfelder, Fermentation durch Wiederkäuer (Viehhaltung) 12.4 Nennen Sie natürliche und anthropogene Quellen für Methan! Natürliche Quellen: Ozeane (Gashydrate am Ozeanboden), Feuchtgebiete Anthropogene Quellen: Reisfelder, Verbrennung von Biomasse. Kohlebergbau, Mülldeponien 12.5 Nennen Sie die Hauptsenke für Methan! (Reaktionsablauf) CH4 + OH* →(-H2O) → CH3* + O2 → CH3O2 + NO →(-NO2) → CH3O* + O2 →(-H2O)→ CH2O (Formaldehyd) Chemische Reaktion mit OH* in der Troposphäre. 12.6 Unter welchen Bedingungen bildet sich Methan in der Natur? Unter Anwesenheit von anaeroben Bakterien und abbaubaren Stoffen. Erwärmung begünstigt die biologische Aktivität. 12.7 Nennen Sie einige andere Namen für Methan! Biogas, Sumpfgas, Klärgas 12.8 Was wissen Sie über die Änderung des Methangehalts seit der vorindustriellen Zeit? In der vorindustriellen Zeit war ein linearer Anstieg zu verzeichnen, der um 1750 bei ca. 0,65 ppm lag. 1992 lag er bereits bei 1,7 ppm. 12.9 Welche ist die Hauptquelle für NMHC? Bäume (Isopren, Terpene), KFZ, Lösungsmittel 12.10 Was ist Isopren (Formel), was sind Terpene? Wo werden diese Stoffe in der Natur gebildet? Isopren: C5H8, 2-Methyl-penta-1,3-dien


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Terpene: C10H8, Absonderungen von Nadelbäumen, wie z.B. Pinien. Diese Kohlenwasserstoffe sind reaktiver als Gesättigte, deswegen sind sie auch stärker an atmosphärischen Reaktionen beteiligt wie Methan. 12.11 Wie erklärt man die Bildung von Aldehyden/Ketonen aus NMKW? Diese bilden sich unter Einfluss von Sonnenlicht in Anwesenheit von Stickoxiden (NOX) vor allem aus flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC) 12.12 Beschreiben Sie mit Hilfe von Reaktionsgleichungen die Bildung von PAN aus Acetaldehyd! CH3CHO + OH* → CH3CO + H2O CH3CO + O2 → CH3C(O)O2 CH3C(O)O2 + NO2 → CH3C(O)O2NO2 12.13 Nennen Sie die wichtigsten Photooxidanten! O3, PAN, PPN, PBzN (im weiteren Sinne alles Reaktanden und Reaktionsprodukte von organischen Verbindungen mit NOX, OH; HO2, R-O2, H2O2) 12.14 Was sind primäre, was sekundäre Luftschadstoffe? (Beispiele) Primäre Luftschadstoffe: SO2, NOX, CO, aktive KW Sekundäre Luftschadstoffe: O3, PAN, PPN, PBzN (Alle Stoffe, die in der Atmosphäre durch photochemische Prozesse erzeugt werden können, das heißt durch primäre Luftschadstoffe und starkem Licht gebildet werden können.) 12.15 Geben Sie andere Bezeichnungen für den Los-Angeles-Smog an! Sommer-Smog ( photochemischer Smog, wirkt oxidierend, Automobil-Smog) 12.16 Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit sich photochemischer Smog bilden kann? VOC´s und NOX / CO und NOX müssen in der Luft vorhanden sein, außerdem muß eine Inversionswetterlage (austauscharm) und massive Sonneneinstrahlung bestehen. (Zwei meteorologische Bedingungen) 12.17 Nennen Sie die wichtigsten Vorläuferstoffe des photochemischen Smogs! Aldehyde und Ketone 12.18 Nennen Sie einige Eigenschaften von Ozon! Ozon verursacht die Versprödung von Gummi, da die C-C – Bindungen gebrochen werden. 12.19 Nennen Sie die zwei stärksten Oxidationsmittel! Ozon (O3) und Fluor (F2)


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12.20 Woher stammt der Name „Ozon"? Ozon wurde 1840 entdeckt und sein Name stammt von seinem Geruch (griech. Ozein = nach etwas riechen) 12.21 Wie verteilt sich die gesamte Ozonmenge auf Troposphäre und Stratosphäre? Der Hauptbestandteil des Ozons befindet sich in der Stratosphäre (90%), die max. Volumenanteil findet man in etwa 30 km Höhe; in der Troposphäre befinden sich nur etwa 10% der Gesamtmenge. 12.22 Warum ist der Ozongehalt der Troposphäre abhängig von der Jahreszeit? Weil es abhängig vom Lichtgehalt zersetzt wird. Im Sommer ist die Lichteinstrahlung auf der nördlichen Halbkugel stärker, somit findet ein eine stärkere Zersetzung statt. 12.23 Erläutern Sie die Bedeutung des Wortes „Smog“! SMOke und fOG = SMOG 12.24 Was ist Automobil-Smog? Los-Angeles-Smog (Sommersmog): Mischung aus NOX und Russpartikeln. Hauptverursacher dieser Art des Smogs sind die Automobile. 12.25 Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit Ozon in der Troposphäre gebildet wird? Sonneneinstrahlung mit der Wellenlänge 200 – 310 nm, Sauerstoff, (Photooxidantien) 12.26 Kohlenmonoxid kann eine Quelle und eine Senke für Ozon sein. Erläutern Sie diese Aussage! Senke: CO + O3 → CO2 + O2 Quelle: CO2 + O3 → CO + O3 12.27 Skizzieren Sie den Tageslauf der Konzentrationen an KW, und Oxidantien beim photochemischen Smog!


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12.28 Was versteht man unter der ,,NO2-Pumpe"? Die NO2 – Pumpe stellt die Oxidation von NO zu NO2 durch HO2 und RO2 dar 12.29 Nennen Sie Oxidationsmittel, die in der Troposphäre NO zu NO2 oxidieren! O3, HO2, RO2 12.30 Nennen Sie einige wichtige Reaktionen von NO2 in der Nacht! Durch die fehlende Sonneneinstrahlung kann NO2 in der Nacht über längere Wegstrecken transportiert werden. 12.31 Erklären Sie, warum der Ozongehalt in Reinluftgebieten erheblich höher liegt als an den Entstehungsorten in Städten? In Reinluftgebieten besteht kein Angebot non NO2 zum Abbau von O3. Somit ist der Ozongehalt dort höher. (NO + O3 → NO + 2 O2) 12.32 Warum ist der mittlere jährliche Ozongehalt auf der Zugspitze höher (ungefähr 3mal) als in Mannheim? (siehe auch 12.31) Das Ozon hat auf der Zugspitze eine deutlich höhere Lebensdauer als im Tal, das auf der Zugspitze keine reduzierenden Gase wie NO2 existieren, bzw. nur in Spuren vorhanden sind. 12.33 Was versteht man unter dem „Titrationseffekt" im Zusammenhang mit Ozon und Stickoxiden? Jedes NO-Molekül, das z.B. primär beim Verbrennungsprozess im Automobil gebildet wird, „verbraucht“ ein O3-Molekül unter Bildung von NO2. (NO + O3 → NO + 2 O2) 12.34 Was sind Isoplethen, was Isoplethen-Modelle? Isoplethen sind die Linien gleichen Zahlenwertes einer Größe, die von zwei weiteren Parametern abhängt. Es gibt z.B. Thermo-Isoplethn, also Linien gleicher Temperatur in einem Diagramm, deren Ordinate die geographische Breite und die Abszisse Zeit (z.B. Monate) sind. 12.35 Nennen Sie einige Wirkungen des photochemischen Smogs! Reizung der Schleimhäute, der Augen; Beeinträchtigung des Wohlbefindens, der Vitalität; Bronchitis, Husten, Allergien; Waldschäden, Schäden an Nutzpflanzen; Treibhauseffekt. 12.36 Welche Schäden an Schachgütern können Photooxidantien hervorrufen? Schädigungen an Gummi, Textilien, Anstrichen etc. 12.37 Nennen Sie die wichtigsten „schädlichen" und „unschädlichen" Bestandteile von Auto-mobilabgasen!


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Schädlich: CO, KW, NOX → 2% Unschädlich: CO2, Wasserdampf (H2O), N2, O2 → 98% 12.38 Worauf ist die Emission von Benzol bei Automobilabgasen zurückzuführen? Die Emission von Benzol ist auf unverbrannte Bestandteil im Benzin zurück zu führen. 12.39 Welche Möglichkeiten kennen Sie, um den Anteil an Schadstoffen in Abgasen zu vermindern?

• Änderung der Verbrennungsbedingungen (katalytische Nachverbrennung der Abgase) • Wahl anderer Brennstoffe ( Methan, Wasserstoff)

12.40 Beschreiben Sie die Wirkungsweise eines Zweibett-Katalysators! (Gleichung und Skizze)

Reduktion von NOX 2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2 2 NO2 + 4 CO → N2 + 4 CO2 Oxidation von CO und KW 2 CO + O2 → 2 CO2 CmHn + (m + n/4) O2 → m CO2 + n/2 H2O

12.41 Was ist ein Oxidationskatalysator? (Skizze)

12.42 Welche Bedeutung kommt der Luftzahl beim gereglten Dreiwegekatalysator zu? Die Luftzahl ( auch Luftverhältnis, Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder Lambda – Wert genannt) ist definiert als das Verhältnis von zugeführter Luftmenge zum theoretischen Luftbedarf. Aus dem Lamda-Wert ist ebenfalls ablesbar, in wieweit die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoffgemisches von der Zusammensetzung desjenigen Gemisches abweicht, das zur vollständigen Verbrennung unter Normalbedingungen theoretisch notwendig ist. 12.43 Was verstehen Sie unter der Luftzahl? Was bedeuten λ=1,λ<1,λ>1? λ=1: bedeutet, das ein chemisch ausgewogenes Kraftstoff-Luftgemisch vorliegt. λ<1: bedeutet, das ein fettes Gemisch vorliegt, so dass bei der Verbrennung im Motor mehr Kraftstoff als Sauerstoff vorliegt. λ>1: bedeutet, das ein sehr mageres Gemisch vorliegt, hier wird mit Luftüberschuss gefahren.


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12.44 Wie funktioniert ein geregelter Dreiwegekatalysator, und welche Wirkungen hat er auf die Zusammensetzung der Abgase?

Drei Schadstoffkomponenten lassen sich gleichzeitig aus dem Abgas entfernen, dabei wacht die Lamda-Sonde ebenfalls noch über Zusammensetzung de Abgases, bzw. der idealen Brennstoff-Luftzusammensetzung um Schadstoffeintrag zu minimieren

12.45 Welche drei Ersatzstoffe für Benzin werden am meisten genannt? (Vorteile, Nachteile?)

• Wasserstoff: Vorteile: die Abgase enthalten keine Kohlenstoffverbindungen, Wasser ist praktisch unerschöpflich vorhanden und kann als H2-Quelle dienen. Nachteile: H2-Luftgemische sind sehr leicht entzündbar, das Speichern von H2 ist noch problematisch und es entstehen sehr hohe Kosten für die Produktion von Wasserstoff.

• Flüssiggase: Sind Gase, die bereits bei Raumtemperatur und geringen Drücken verflüssigt werden können. Werden bereits in der Automobilindustrie eingesetzt.

• Erdgas: Hat gegenüber Diesel- und Benzinfahrzeugen mehrere Umweltvorteile, wie bspw. sehr geringe NOX-, KW- und CO- Emissionen und praktisch keine Emission von Russpartikeln.


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Kapitel 13. 13.1 Aus welchen Gründen unterscheidet man zwischen Ozon in der Troposphäre und Ozon in der Stratosphäre ? Wegen der Beteiligung von Ozon an unterschiedlichen Reaktionen in der Troposphäre un in der Stratosphäre. Schadstoffe, die mit Ozon reagieren, wandern nur sehr langsam aus erdnahen Bereichen in die Stratosphäre. 13.2 Was wissen Sie über die Verteilung von Ozon auf Troposphäre und Stratosphäre? Der Hauptteil des Ozons der Atmosphäre (etwa 90 %) befindet sich in der Stratosphäre. Die maximalen Volumenanteile findet man in etwa 30 km Höhe. In der Troposophäre befindet sich nur etwa 10 % der Gesamtmenge (weil es schwer ist, die Troposphäre zu durchdringen) 13.3 Nennen Sie die wichtigste Quelle für die Bildung von Ozon in der Stratosphäre! Im Bereich der Stratosphäre unterhalb 30 km Höhe bis zur Troposphäre ist der O2 – Gehalt hoch und der von atomarem Sauerstoff niedrig, damit ist die Wahrscheinlichkeit das atomarer Sauerstoff und O2 zusammenstoßen sehr groß. O2 + O + M → O3 + M (Wahrscheinlichkeit sehr groß) O + O + M → O2 + M (Wahrscheinlichkeit geringer) 13.4 Welche für Lebewesen wichtige Funktion hat stratosphärisches Ozon? Ozon ist die Einzige Substanz, die in der Stratosphäre die Sonneneinstrahlung im Bereich von 200 bis 300 nm absorbiert. Damit schützt Ozon Pflanzen, Tiere und Menschen vor der UV-Strahlung der Sonne. 13.5 Beschreiben Sie den Chapman-Zyklus.

Ozon wird ständig aus O2 – Molekülen aufgebaut und wieder abgebaut; der O3 Gehalt wird so in einem dynamischen Gleichgewicht gehalten. (Die mit M dargestellten Reaktionsteilnehmer oder „Stoßpartner“ sind meist N2 oder O2)

13.6 Welche sind die wichtigsten photochemischen Gleichgewichte in der Atmosphäre? O + O3 ↔ 2 O2 13.7 Aus welchen Gründen ist die tatsächliche Ozonkonzentration in der Atmosphäre geringer, als nach der Chapman-Theorie zu erwarten ist?


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Ein Teil des Ozons wird aus der Stratosphäre in die Troposphäre transportiert. (gering) Für den restlichen Ozonverlust müssen chemische Prozesse verantwortlich sein. Cl, NO, OH*, H und Br sind nachgewiesen und reagieren mit Ozon nach folgender Reaktionsgleichung ab (eigentlich nur als Katalysator): X + O3 → XO + O2 XO + O → X + O2 13.8 Welche Teilchen werden als Katalysatoren beim Ozonabbau angenommen? X (X= Cl, NO, OH*, H und Br) 13.9 Beschreiben Sie (Schema, Gleichungen) den katalytischen Ozonabbau durch Cl, NO oder OH! X + O3 → XO + O2 XO + O → X + O2 (mit X= Cl, NO, OH*, H und Br) 13.10 Inwiefern können H-Atome beim Abbau von Ozon mitwirken? (Gleichungen) O3 → O2 + O (λ < 242 nm) H + O3 → O2 + HO HO + O → H + O2 13.11 Beschreiben Sie einen NOX-Zyklus! Wie gelangen NOX (x= l, 2) in die Stratosphäre?

O3 → O2 + O (λ < 420 nm) NO + O3 → O2 + NO2 NO2 + O → NO + O2 Das NOX stammt aus Flugzeugabgasen (Quelle: N2O)

13.12 Welche sind die wichtigsten katalytischen Reaktionen zum Ozonabbau? Mit NOX: O3 → O2 + O (λ < 420 nm) NO + O3 → O2 + NO2 NO2 + O → NO + O2 Mit H: O3 → O2 + O (λ < 242 nm) H + O3 → O2 + HO HO + O → H + O2 Auch noch mit Cl und OH 13.13 Welche Abbau-Reaktion liefert in Höhen um 30 km den wichtigsten Beitrag?


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Der NOX- Zyklus. (Siehe auch 13.11) 13.14 Welche natürlichen Chlorenthaltenden organischen Verbindungen kennen Sie? CH3Cl, CH3CCl3 13.15 Was sind im Zusammenhang mit dem Ozonabbau „Reservoirgase" und welche Funktion haben sie? (Beispiele) Reservoirgase wirken potentiell katalytisch, werden inaktiv zwischengelagert und durch den Beginn der massiven Sonneneinstrahlung im Sommer beginnen sie den katalytischen Ozonabbau: Zu diesen Reservoirgasen zählen: Cl2, HOCl, HCl, ClONO2 13.16 Welche sind die wichtigsten stratosphärischen Senkengase Die wichtigsten Stratosphärischen Senkgase sind: Cl, NO, OH*, H, Br 13.17 Was versteht man unter dem „Ozonloch ? Das Ozonloch ist der Abfall des Gesamtozongehaltes der Atmosphäre in verhältnismäßig kurzer Zeit auf weniger als die Hälfte. 13.18 Was ist eine Dobson-Einheit? Benannt nach dem englischen Atmosphärenforscher G. B. M. Dobson. (auch DU = Dobson Unit)1 DE = 0,01 atm mm (0,01 * 1,013 bar mm) Das bedeutet, 100 DE entsprechen einer Ozonsäule von 1 mm Dicke. Die Gesamtozonsäule, also die Ozonschicht, die entstünde, wenn das Ozon von ca. 300 DE auf Normalbedingungen (1013 mbar und 0°C) gebracht würde, hat im Jahresmittel eine Dicke von nur ca. 3 mm. 13.19 Welche Dicke hat die Ozonschicht (in DE)? 300 DE (also ca. 3 mm) 13.20 Wie erklärt man die Bildung eines „Ozonlochs" über der Antarktis, und warum wird eine ähnlich starke jahreszeitlich bedingte Ozonabnahme beispielsweise an der Arktis nicht beobachtet?

Im Winter existiert über der Antarktis ein kalte, isolierter Polarwirbel mit Temperaturen von ca. – 80°C bis –90 °C. Die luft zirkuliert in nahezu konzentrischen Kreisen um den Südpol. Dieser Kaltluftkern ist von der restlichen Atmosphäre nahezu isoliert und verhält sich wie ein Reaktionsgefäß, in dem die Stoffe während der langen Polarnacht auf die ersten Lichtstrahlen vorbereitet werden.. Die tiefen Temperaturen ermöglichen die Ausbildung fester Oberflächen auf denen ein teil der Reaktionen heterogen ablaufen. Der massive katalytische Abbau des

Ozons beginnt, wenn die ersten Sonnenstrahlen aus diese aufbereitete Reaktionskammer


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einwirken. In verhältnismäßig kurzer Zeit werden aus den Reservoirsubstanzen große Mengen – beim Abbau von Ozon katalytisch wirkender Teilchen – freigesetzt. Ein ähnliches, von den Jahreszeiten abhängiges Ozonloch ist ebenfalls auf der Nordhalbkugel beobachtbar. 13.21 Was sind UV-A-, UV-B-, und UV-C-Strahlung? UV-A: 320...400 nm (energieärmste UV-Strahlung, Lebewesen sind daran gewöhnt) UV-B: 280...320 nm wird normalerweise in der Atmosphäre absorbiert, ein geringer Teil davon dringt allerdings noch bis an die Eroberfäche. UV-C: 100...280 nm kurzwelligster Bestandteil der UV-Strahlung, am energiereichsten. Dieser teil der Strahlung wird bereits in der Stratosphäre durch das Ozon absorbiert und gelangt deshalb nicht bis an die Erdoberfläche. 13.22 Warum ist die UV-Strahlung mit Wellenlängen von 280 ... 320 nm von größerer Bedeu-tung für das Leben auf der Erde als die „harte" UV-C-Strahlung (mit Wellenlängen < 280 nm)? Weil UV-B Strahlung nicht komplett von der Ozonschicht absorbiert wird, ein teil der Strahlung gelangt noch bis zur Erdoberfläche und ist dort aktiv. 13.23 Welche Wirkungen zeigt UV-B-Strahlung beim Menschen? Zu aller erst verursacht UV-B Strahlung Sonnenbrand, daraus können Veränderungen der Haut resultieren, verursacht Erythem, schwächt das Immunsystem und verursacht zu guter letzt Krebs. 13.24 Das tatsächliche Wirkungsspektrum der UV-Strahlung hat ein Maximum bei ungefähr 310 nm! Warum? Das ist darin begründet, das bei 310 nm die Erythemwirksamkeit, also die Fähigkeit auf der Haut Entzündungen zu bilden, am größten ist. 13.25 Nennen Sie wichtige Wirkungen der UV-Strahlung auf aquatische Ökosysteme! Phytoplankton reagiert empfindlich, aquatische und tierische Lebewesen werden in jungen Lebensstadien irreparabel beeinflusst. Dieses bedeutet eine Veränderung in der Nahrungskette 13.26 Was sind FCKW, H-FCKW und H-FKW? FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe H-FCKW: Teilhalogenierender Fluorchlorkohlenwasserstoffe H-FKW: Teilhalogenierter Fluorkohlenwasserstoffe 13.27 Nennen Sie wichtige Anwendungen der FCKW! Schäummittel in Kunststoffen, Kältemittel in Kühlanlagen, Treibmittel in Sprays, Lösungsmittel 13.28 Nennen Sie einige Eigenschaften aufgrund derer man die FCKW so vielfältig eingesetzt.


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FCKWe sind chemisch und thermisch stabil, nicht entflammbar, nicht toxisch und wenig aggressiv gegenüber anderen Werkstoffen. 13.29 Was sind Halone? Halone sind Halogenkohlen(wasser)stoffe in denen Wasserstoffatome durch Halogene ersetzt sind. 13.30 Welche Formel hat R 1 32?

→ C2H4F2

13.31 Benennen Sie CHF2 und CF2C12 nach der Ziffern-Notation für FCKW! CHF2 : R (0)22 CF2C12 : R (0)12 13.32 Was ist Halon 121 l? Wie heißt CBrF3 in der Halon-Notation?

Halon 1211: CF2ClBr CBrF3 :1301

13.33 Welche Beiträge liefern FCKW und Halone zu Ozonabbau und Treibhauseffekt? FCKW tragen mehr als 15% zum zusätzlichen Treibhauseffekt bei. Sie stellen Chlor zum Ozonabbau bereit und sind sehr langlebig 13.34 Was ist das „Protokoll von Montreal"? Das „Protokoll von Montreal“ (1987) ist ein Vertrag in dem sich die Unterzeichnerstaaten verpflichten, die FCKW-Produktion einzudämmen, den Verbrauch wesentlich zu reduzieren und die Produkte, die mittels FCKW produziert wurden zu kontrollieren. 13.35 Was bedeuten ODP und GWP? ODP: relative Ozonwirksamkeit (Ozonabbaupotential) GWP: relativer Treibhauseffekt 13.36 Nennen Sie zwei FCKW-Ersatzstoffe!


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Für das verwendete FCKW R 11 (CCl3F) kann der Ersatzstoff R 22 (CHClF2) eingesetzt werden und für das verwendete FCKW R 12 (CCl2F2) kann der Ersatzstoff R 134a (C2H2F4) eingesetzt werden. 13.37 Welche Anforderungen muss man an Substitutionsstoffe für FCKW stellen? Der Substitutionsstoff muss ebenfalls chemisch und thermisch Stabil sein, dabei allerdings ein vernachlässigbare oder mindestens deutlich reduzierte Klimawirksamkeit besitzen. Er darf keine toxischen Eigenschaften haben und muss großtechnisch Herstellbar sein. Eine globale Verfügbarkeit sei hier voraus gesetzt. 13.38 Was halten Sie von Propan und Butan als Ersatzstoffe für Treibgase? Propan und Butan sind interesant, scheiden allerdings aufgrund ihrer Reaktivität aus. Propan und Butan sind brennbar und reagieren mit OH* - Radikalen. Eine Alternative wäre vielleicht Cyclopentan.


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Kapitel 14. 14.1 Was sind Aerosole? (Beispiele) Aerosole sind kolloide Systeme (Schwebstoffe), bestehend aus Gasen (Luft) und fein verteilten kleinen festen und flüssigen Teilchen. Beispielsweise Sand, Staub, Nebel, Wolken (letzteres ist eine Suspension) 14.2 Nennen Sie Beispiele für Aerosole mit festen Schwebstoffen! Salzkernen, Mineralteilchen aus Vulkanausbrüchen, Sand der Wüste, Kohlenstaub, flüssigen Wassertröpfchen in Nebel und Wolken 14.3 Nennen Sie natürliche Aerosole! Regen, Nebel, Wolken, Schnee, Tau, Reif, die Lufthülle der Erde ist das „größte Aerosol“ 14.4 Welche Eigenschaften von Aerosolen kennen Sie? Die Teilchen unterliegen der Gravitation, eine Eigenschaft ist demzufolge bereits die Dichte, darüber hinaus sind die Größe und die Konzentration maßgeblich. 14.5 Welches ist das bedeutendste natürliche Aerosol? Die Lufthülle der Erde ist das bedeutendste Aerosol, den sie ist an der Bildung von Wolken, Nebel, Regen und Tau beteiligt. 14.6 Nennen sie einige Gründe für die Bedeutung von Aerosolen! Aerosole verstärken die Trübung der Atmosphäre und reduzieren die Sicht, sie sind Träger für wenig flüchtige, umweltschädliche, giftige Verbindungen. Die Trübung wirkt sich indirekt auf das Klima aus, da wegen einer Trübung nur nicht mehr die volle Sonnenenergie wirksam wird. 14.7 Was ist Schwebstaub? Staub ist die Gesamtheit der Feststoffe in der Atmosphäre, abhängig von dessen Zusammensetzung. 14.8 Welche Stäube nennt man Feinstäube, welche Grobstäube? Grobstaub: Teilchendurchmesser 10...200 Mikrometer Feinstaub: Teilchendurchmesser < 10 Mikrometer Je feiner der Staub, desto tiefer kann er eingeatmet werden, man spricht in diesem Zusammenhang von Lungengängigkeit. Desto größer ist auch seine Oberfläche bei gleicher Masse. 14.9 Welche Quellen für Aerosole in der Stratosphäre kennen Sie? Vulkanausbrüche (vgl. Ausbruch des Pinatubo)


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14.10 Welche Aerosole werden durch Vulkanausbrüche erzeugt/ verursacht? Natürliche Aerosole aufgrund von vulkanischer Aktivität, Russpartikel, Mineralstaub, Bimssteinstäube etc. 14.l l Was sind Blasenhaut-, was Jettröpfchen? Wenn Gasblasen im Wasser bei stärkerem Wind an der Meeresoberfläche in den sich brechenden Wellendämmen zerplatzen. Entstehen aus der Blasenhaut mehrere hundert Tröpfchen mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern oder weniger und ein zentraler Jet, der sich in mehrere Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 1/10 des Blasendurchmessers auflöst. Alle diese Tröpfchen können mehrere Zentimeter hoch geschleudert werden, und da das Meerwasser schnell verdunstet, bleibt Salz fein verteilt in der Luft zurück 14.l 2 Wie entstehen Seesalzkerne? Wenn Gasblasen im Wasser bei stärkerem Wind an der Meeresoberfläche in den sich brechenden Wellendämmen zerplatzen. Entstehen aus der Blasenhaut mehrere hundert Tröpfchen mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern oder weniger und ein zentraler Jet, der sich in mehrere Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 1/10 des Blasendurchmessers auflöst. Alle diese Tröpfchen können mehrere Zentimeter hoch geschleudert werden, und da das Meerwasser schnell verdunstet, bleibt Salz fein verteilt in der Luft zurück 14.l 3 Aerosole aus zu kleinen und zu großen Partikeln sind instabil, warum? Je feiner der Staub ist, desto geringer ist seine Lebensdauer. In der Luft koagulieren die Teilchen zu größeren Teilchen verbänden und werden bedingt durch die Schwerkraft zu Boden sinken. Bei großen Staubteilchen ist der zu letzt beschriebene Prozess sofort für deren Niederfallen verantwortlich. 14.14 Was sind Kondensationskeime? Die Bildung von Wassertropfen beginnt normalerweise durch Kondensation von Wasserdampf an festen Aerosolpartikeln, die sich durch Anlagerung weiterer Partikel vergrößern. 14.15 Was sind Mineralaerosole? Mineralstaub 14.16 Was sind sekundäre, was primäre Aerosole? Primäre Aerosole: Sind Aerosole, die direkt in die Atmosphäre gelangen, gleichgültig ob ihre Quelle natürlicher oder anthropogener Natur ist. (Dispersionsaerosole z.B. Mineralstaub, Salzkerne = größere Partikel) Sekundäre Aerosole; Sind Aerosole, die erst in der Atmosphäre durch Reaktion aus gasförmigen Stoffen entstehen (Nukleationsaerosole meist Aerosole mit kleineren Partikeln) 14.l 7 Nennen Sie Beispiele für sekundäre Aerosole!


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• Schwefelverbindungen führen zu Schwefelsäure und/oder Sulfat • Stickoxide führen zu Salpetersäure und/oder Nitrat • Ammoniak führt zu Ammoniumsalzen

14.l 8. Nennen Sie einige primäre aus Feststoffen (aus Gasen) stammende Bestandteile von Regenwasser! Die Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl- - Ionen stammen primär von Feststoffen 14.19 Nennen Sie einige Metalle, bei denen die anthropogene Emissionen die natürlichen stark überschreiten! Blei, Magnesium, Calcium, Mangan, Cadmium, Quecksilber 14.20 Welche organischen Stoffe hat man in Aerosolen in Stadtgebieten gefunden? Alkane, Alkene, Alkylbenzole, Naphtaline, Phenole, Aromatische Säuren, Aldehyde, cyclische Ketone. 14.21 Nennen Sie die Mechanismen zum Entstehen von Aerosolen!

• Aufwirbeln von Mineralstaub (z.B. Wüste) • Vulkanausbrüche • Waldbrände • Salzkerne aus dem Meer

14.22 Was sind Nucleationsaerosole, was Dispersionsaerosole? Nucleationsaerosole: Diese entstehen bei der homogenen Kondensation übersättigter Dämpfe aus Gasphasen, durch „homogene Nukleation“ (Sekundäre Aerosole) Dispersionsaerosole: Diese entstehen durch das Dispergieren (Verbreiten) und Aufwirbeln von Material, das auf dem Erdboden vorhanden ist (z.B. Mineralstaub.) 14.23 Inwiefern unterscheiden sich Ausregnen und Auswaschen? Auswaschen: Stoffe, die durch fallende Regentropfen mitgerissen werden, werden ausgewaschen, die Stoffe werden dabei vom Regenwasser absorbiert wie bei der Gaswäsche Ausregnen: Wenn Schadstoffe über Partikel, die als Kondensationskeime für Wolkenwassertropfen gewirkt haben, durch Regen ausgetragen werden, nennt man den Vorgang ausregnen. 14.24 Aerosole welcher Größe sind für den Menschen am schädlichsten? Partikel mit einem Durchmesser < 10 Mikrometer sind von besonderer Bedeutung für den Menschen, da sie lungengängig sind. 14.25 Bis zu welchen Höhen kann man Seesalzkerne und kontinentale Aerosole finden?


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Schwebstoffe nehmen mit der Höhe rasch ab. Salzkerne findet man bis in Höhen von 3 km. In 5 km Höhe ist die Anzahl der Teilchen pro Kubikzentimeter (kontinentalen Aerosolen noch) 100 bis 1000. 14.26 Warum sind oberhalb 3 km Höhe Seesalzteilchen nicht mehr zu beobachten? Dies hängt damit zusammen, das die Seesalzteilchen in dieser Höhe gute Kondensationskeime für Wassertröpfchen darstellen, darüber hinaus ist die Luft über den Ozeanen immer wasserhaltiger als über den Kontinenten, was bewirkt, das die wasserlöslichen, hygroskopischen Seesalzteilchen sehr schnell absorbiert werden. 14.27 Was ist Sedimentation? Aerosole enthalten feinverteilte kleine Feststoff- oder Flüssigkeitsteilchen, die für einen längeren Zeitraum in der Luft schweben und sich daher – wie Gase – weiträumig verteilen können. Da diese Teilchen auch der Erdanziehung unterliegen, sinken sie zu Boden un d bilden homogen verteilte Schichten, so genannte Sedimente 14.28 Teilchen welchen Durchmessers haben die größte mittlere Lebensdauer? Teilchen eines mittleren Teilchendurchmessers von 0,1 ... 10 Mikrometer 14.29 Was versteht man unter „troposphärischen Hintergrundaerosolen"? Mineralstaub ist in allen Luftmassen auf der Erde, selbst in Reinluftgebieten anzutreffender Bestandteil des „atmosphärischen Hintergrundaerosols“ 14.30 Was bedeutet „PM 10"? Bezeichnung für Feinstäube deren Partikeldurchmesser < 10 µm ist. 14.3l In welcher Zeit verschwinden die in der Lunge deponierten Feststoff-Teilchen? Kleine Teilchen werden aus der Lunge nur sehr langsam und unvollständig entfernt. Der Abtransport der sich langsam auflösenden Partikeln aus Alveolen kann zwischen Wochen und Jahren dauern. 14.32 Nennen Sie einige wichtige anorganische Stäube und deren Quellen! Quarzsand aus der Wüste Thomasmehl (Calciumphosphat) das bei der Herstellung von Stahl aus phosphatreichen Eisenerzen anfällt 14.33. Inwiefern beeinflussen Aerosole die Korrosion? Bei der Regenbildung werden neben den Staubteilchen auch gasförmige Bestandteile aus der Luft gewaschen, die vorgenannten sekundären Aerosole. Diese sind korrosionsaktiv, bzw. greifen metallische Oberflächen und Steinbauwerke an. Auch die primären Aerosole wirken korrosiv, wenn Seesalzkerne Bestandteile darstellen. Auch diese greifen metallische Oberflächen an (Seeschifffahrt)


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14.34 Welche Schäden verursachen Aerosole an Sachgütern?

• Verwitterung von Baudenkmälern (Kirchen) • Korrosion an Schiffen, Anlagen etc.

14.35 Was ist Asbest, und wozu wurde er verwendet? Asbeste sind natürliche Magensiumsilikate mit verfilzter, faserartiger Struktur. Bestandteil ist unter anderem Serpentin [Mg3Si2O5(OH)4]. Asbestos griech. Unzerstörbar. Er ist nichtbrennbar, hitze- und chemisch Beständig. Hieraus ergeben sich auch seine Einsatzgebiete, wurde er doch in den 80iger Jahren des vergangenen Jahrhunderts als Baustoff verwendet 14.36 Warum ist Asbest toxisch? Asbest gehört zu den besonders gefährlichen faserförmigen Stäuben (fibrinogene Stäube) Asbeststaub ist als Feinstaub lungengängig und ist als Stoff ausgewiesen, der beim Menschen Krebs erzeugt. 14.37 Aufgrund welcher gesetzlichen Regelung ist die Verwendung von Asbest in Deutschland verboten?

• § 15 a (1) GefStoffV (nationales Recht) • Richtlinie 83/477/EWG über den Schutz der Arbeitnehmer gegen Gefährdung durch

Asbest am Arbeitsplatz (EU-Recht) • Richtlinie 87/217/EWG zur Verhütung und Verringerung der Umweltverschmutzung

durch Asbest (EU-Recht) • Richtlinie 1999/77/EWG ... Beschränkung des Inverkehrbringens und der

Verwendung gewisser gefährlicher Stoffe und Zubereitungen (Asbest) (EU-Recht)


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Kapitel 15. 15.1 Was ist eine genehmigungsbedürftige Anlage? Nennen Sie fünf Beispiele! Unter wel-chen Bedingungen sind Anlagen nicht genehmigungsbedürftig? Eine genehmigungsbedürftige Anlage ist „...aufgrund ihrer Beschaffenheit oder ihres Betriebes in besonderem Maße geeignet [...] schädliche Umwelteinwirkungen hervorzurufen oder in anderer Weise die Allgemeinheit oder die Nachbarschaft zu gefährden, erheblich zu benachteiligen oder erheblich zu belästigen...“ [§ 4 (1) BimSchG] Nicht genehmigungsbedürftig sind Anlagen, die nicht in der Anlagenverordnung (4. BimSchV) aufgeführt sind. 15.2 Die Emissionen welcher gasförmiger Stoffe sind nach BImSchG zu begrenzen? Für welche Stoffe sind explizit im BImSchG oder einer Verordnung Grenzwerte angegeben? Aller gasförmigen Schadstoffe. Diese betrifft beispielsweise:

• Gasförmige anorganische Chlorverbindungen (Grenzwert: 10 mg/m³) • Quecksilber und seine Verbindungen (Grenzwert 0,03 mg/m³)

15.3 Nennen Sie die wichtigsten Aufgaben des Immissionsschutzbeauftragten! Der Immissionschutzbeauftragte berät den Betreiber einer Anlage in Angelegenheiten des Immissionsschutzes. Er ist berechtigt und verpflichtet, auf umweltfreundliche Verfahren und umweltfreundliche Produkte hinzuwirken und mitzuwirken, den Betriebsablauf auf Angelegenheiten des Immissionsschutzes hin zu überwachen und Betriebsangehörige in dingen des Immissionsschutzes aufzuklären. Hierüber hat der Immissionsschutzbeauftragte jedes Jahr einen Bericht abzufassen. 15.4 Nennen Sie die Ziele der StörfallV! Ziel ist „... die Verhütung schwerer Unfälle, die durch bestimmte Industrietätigkeiten verursacht werden könnten, sowie die Begrenzung der Unfallfolgen für Mensch und Umwelt....“ (Richtlinie 96/82/EWG) 15.5 Was ist ein Störfall im Sinne der StörfallV „...ein Ereignis, wie z.B. eine Emission, ein Brand oder eine Explosion größeren Ausmaßes, das sich aus einer Störung des bestimmungsgemäßen Betriebs in einem unter diese Verordnung fallenden Betriebsbereich oder in einer unter diese Verordnung fallenden Anlage ergibt, das unmittelbar oder später innerhalb oder außerhalb des Betriebsbereichs oder der Anlage zu einer ernsten Gefahr oder zu Sachschäden führt und bei dem ein oder mehrere gefährliche Stoffe beteiligt sind;...“ (12. BimSchG) 15.6 Welche Bedeutung haben die Mengenschwellen A, B und C gemäß l. Allg. VwV zur StörfallV? ? 15.7 Was ist eine Sicherheitsanalyse? (Gesetzliche Grundlage)


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„...Der Betreiber eines Betriebsbereichs nach § 1 Abs. 1 Satz 2 hat einen Sicherheitsbericht nach Absatz 2 zu erstellen, in dem dargelegt wird, dass

1. ein Konzept zur Verhinderung von Störfällen umgesetzt wurde und ein Sicherheitsmanagementsystem zu seiner Anwendung gemäß den Grundsätzen des Anhangs III vorhanden ist,

2. die Gefahren von Störfällen ermittelt sowie alle erforderlichen Maßnahmen zur Verhinderung derartiger Störfalle und zur Begrenzung ihrer Auswirkungen auf Mensch und Umwelt ergriffen wurden,

3. die Auslegung, die Errichtung sowie der Betrieb und die Wartung sämtlicher Teile eines Betriebsbereichs, die im Zusammenhang mit der Gefahr von Störfällen im Betriebsbereich stehen, ausreichend sicher und zuverlässig sind,

4. interne Alarm- und Gefahrenabwehrpläne vorliegen, und die erforderlichen Informationen zur Erstellung externer Alarm- und Gefahrenabwehrpläne erbracht worden sind, damit bei einem Störfall die erforderlichen Maßnahmen ergriffen werden können, und in dem

5. ausreichende Informationen bereitgestellt werden, damit die zuständigen Behörden Entscheidungen über die Ansiedlung neuer Tätigkeiten oder Entwicklungen in der Nachbarschaft bestehender Betriebsbereiche treffen können....“

( § 9 (1) 12. BimSchV) 15.8 Welchem Zweck dient die TA Luft? Ist die technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft. Sie enthält detaillierte Vorschriften zur Reinhaltung der Luft, die bei Genehmigungsverfahren zur Errichtung und zum Betrieb von Anlagen zu beachten sind und die geprüft werden müssen. 15.9 Welche Bedeutung haben IW l und IW 2 nach TA Luft? IW 1: Jahresmittelwert (immissionswert) IW 2: Kurzzeitgrenzwert

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Fragen und Antworten - Umweltchemie - muenster.dec-s/chemie/skripte/Umweltchemie-Kapitel_8-15.pdf · Molekül hat die gleiche Treibhauswirkung wie 10000 CO2 – Moleküle. 8.26 Welche