قصة مادتين

يقوم الدرس على ربط دراسة المادة وتغيراتها بظاهرتين بيئيتين هما غاز الأوزون ومركبات الكلوروفلوروكربون. يوضح الدرس أن المادة هي كل ما له كتلة ويشغل حيزاً، وكيف تتكون طبقة الأوزون في طبقة الستراتوسفير لتمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة وتحمي المخلوقات الحية. ثم ينتقل لقصة ابتكار مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) بوصفها مبردات آمنة ومستقرة في البداية، قبل أن يكتشف العلماء لاحقاً تجمعها في الغلاف الجوي وتسببها في تناقص سمك طبقة الأوزون. كمثال سريع: عندما تتعرض أجهزة التكييف والرش للاستخدام، فإنها تطلق مركبات صناعية ترتفع تدريجياً وتتفاعل مع جزيئات الأوزون مديّة إلى ترقق الطبقة.

الفكرة الأساسية

تدور الفكرة الأساسية حول دراسة المادة والتغيرات التي تطرأ عليها، وكيف ترتبط المواد التي يصنعها الإنسان بالتغيرات البيئية مثل طبقة الأوزون وتناقص سمكها بفعل مركبات الكلوروفلوروكربون.

الشرح

الكيمياء هي دراسة المادة وتغيراتها. والمادة هي كل شيء له كتلة ويشغل حيزا، مثل كل ما يحيط بنا في الكون. يوجد في طبقة الستراتوسفير من الغلاف الجوي غاز الأوزون ($O_3$)، وهو يتكون عندما يتعرض غاز الأكسجين ($O_2$) للأشعة فوق البنفسجية في الأجزاء العليا من الستراتوسفير فتتحلل جزيئاته إلى ذرات مفردة ($O$) تتفاعل بدورها مع جزيئات الأكسجين الأخرى لتكون الأوزون. يعمل الأوزون على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة (النوع UVB) وحماية المخلوقات الحية على الأرض. تقاس كمية الأوزون بوحدة دوبسون (DU)، حيث يبلغ المستوى الطبيعي حوالي $300$ دوبسون. في عام $1928$ م، حضر العالم توماس ميجلي أول مركب من مركبات الكلوروفلوروكربون التي يرمز إليها بـ (CFCs)، وهي مواد مكونة من الكلور والفلور والكربون، لا تتفاعل مباشرة مع المواد الأخرى وتتميز بأنها غير سامة ومستقرة، مما جعلها مبردات مثالية استعملت في الثلاجات وأجهزة التكييف والبوليمرات وعلب الرش. لكن العلماء لاحظوا لاحقاً تزايد تراكيز مركبات (CFCs) في الغلاف الجوي وتناقص سمك طبقة الأوزون.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت قراءة جهاز القياس لطبقة الأوزون في منطقة ما تساوي $200$ دوبسون (DU)، وكان المستوى الطبيعي لطبقة الأوزون هو $300$ دوبسون (DU)، فما مقدار النقص في سمك طبقة الأوزون مقارنة بالمستوى الطبيعي؟ الخطوة الأولى: حدد القيمة المقاسة بواسطة الأجهزة، وهي $200$ دوبسون. الخطوة الثانية: حدد القيمة الطبيعية لطبقة الأوزون، وهي $300$ دوبسون. الخطوة الثالثة: احسب الفرق بين القيمة الطبيعية والقيمة المقاسة: $300 - 200 = 100$ دوبسون (DU). النتيجة: مقدار النقص في سمك طبقة الأوزون هو $100$ دوبسون، وهو ما يمثل انخفاضاً عن المستوى الطبيعي.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن ثقب الأوزون هو ثقب حقيقي فارغ في السماء، والصحيح أنه ليس ثقباً بالمعنى الحرفي بل هو ترقق ونقص حاد في سمك طبقة الأوزون في مناطق محددة مثل القارة المتجمدة الجنوبية. الاعتقاد بأن مركبات (CFCs) سامة وخطيرة على البيئة منذ لحظة إطلاقها، والصحيح أنها كانت تعتبر آمنة ومستقرة تماماً ولا تتفاعل في الطبقات السفلى، وهذا استقرارها هو ما مكنها من الوصول إلى طبقات الجو العليا.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الغاز الذي يمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة في طبقة الستراتوسفير؟ الإجابة: غاز الأوزون ($O_3$). السؤال الثاني: ما العناصر الأساسية التي تدخل في تركيب مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)؟ الإجابة: الكلور، والفلور، والكربون.