Kelompok 3Chapter 1

Stratosfer : Lapisan OzonWidya Astuti 140210140015Bella Riyana 140210140019Hilman Aidy 140210140021

Ilham Septian P. 140210140023Ronatio Lathifah 140210140025

Christina Marpaung 140210140027Chyntia Monica 140210140029Sinta Agustina 140210140031Rima Melati 140210140033

PENGERTIAN ATMOSFERAtmosfer adalah lapisan udara yang menyelubungi bumi dengan ketebalan ±1000 Km dari permukaan bumi.

LAPISAN ATMOSFER•Troposfer : terjadi peristiwa cuaca dan iklim seperti awan, angin, petir dan hujan.•Stratosfer : terdapat lapisan ozon yang berfungsi sebagai lapisan pelindung bumi dari pancaran sinar uv.•Mesosfer : makin naik udara, suhu udara semakin turun•Termosfer : terdapat lapisan yang memantulkan gelombang radio•Eksosfer : lapisan terpanas dan sering disebut ruang antar planet.

• Stratosfer adalah wilayah yang terletak di antara ketinggian di mana kecenderungan suhu menampilkan kebalikan. Pada bagian bawah stratosfer terjadi perubahan suhu yang pertama berhenti menurun secara drastis kemudian mulai meningkat dan sebaliknya.

• Di dalam stratosfer terdapat lapisan ozon.

• Untuk memahami pentingnya ozon di atmosfer, kita harus mempertimbangkan berbagai jenis energi cahaya yang berasal dari Matahari dan mempertimbangkan bagaimana sinar UV

• khususnya secara selektif disaring dari sinar matahari oleh gas di udara.

Penyerapan Cahaya oleh Molekul

Penyaringan Sinar UV oleh O2 dan O3

• O2 terletak diatas filter stratosfer dari sinar matahari menyerap sebagian besar dari sinar UV 120-220 nm.

• Sinar UV lebih pendek 120 nm disaring dalam dan di atas stratosfer oleh O2 dan N2

• O3 menyaring sinar UV-B 280-320 nm.

• O2 menyaring sinar UV 220-290 yang tumpang tindih dengan UV-C 200-280 nm

• Grafik b menunjukkan adanya peningkatan panjang gelombang yang disebut sinar UV-A 320-400 nm. UV-A ini diserap oleh molekul Oksigen.

Dampak negatif dari sinar UV pada kulit manusia

Penipisan lapisan ozon dapat menyebabkan kenaikan kadar uv-B. Dimana 1% penipisan ozon berakibat 2 kali kenaikan kadar UV-B. Ozon (O3) dihasilkan apabila O2 menyerap sinar UV–C pada panjang gelombang 242nm .

Ozon befungsi untuk menyerap sinar UV pada panjang gelombang 200-330 nm (UV-B).

Kenaikan UV-B dapat menyebabkan kulit terbakar atau coklat, juga menyebabkan kanker kulit pada manusia.

Efek paling merugikan dari penyerapan cahaya( hasil dari dua kurva) terjadi pada panjang gelombang 300nm. Dimana pada 300 nm merupakan saat maksimum penyerapan UV oleh kulit manusia.

Perbandingan panjang gelombang dalam intensitas yang berbeda pada permukaan bumi dengan penyerapan cahaya oleh DNA.

PROSES TERJADINYA KANKER KULIT

• Hasil studi laboratorium dan epidemiologis menunjukkan bahwa UV-B menyebabkan kanker kulit nonmelanoma dan merupakan peran utama dalam perkembangan malignant melanoma.

• Radiasi ultraviolet atau UV dapat menyebabkan kerusakan kulit secara permanen termasuk kanker kulit bahkan dapat menyebabkan kematian (tingkat kematian 25%. )

• Radiasi ultraviolet (UV) dapat merusak sel-sel yang hidup khususnya sel kulit sehingga kulit terbakar, timbul noda-noda cokelat dan penebalan serta keringnya kulit.

• Radiasi UV dapat merusak DNA, menekan kekebalan tubuh, dan mengaktifkan bahan kimia dalam tubuh yang bisa menimbulkan kanker.

1: 100 orang amerika beresiko terkena Malignant melanoma Wanita Australia duakali lebih beresiko dibanding wanita Inggris.Hal ini dikarenakan perbedaan periode paparan UV-B di tempat

bagian utara dan selatan bumi.

PERLINDUNGAN DARI SINAR MATAHARI• Perlindungan dari matahari (sunscreen) digunakan untuk

melindungi kulit dari UV-B yang menjadi pemicu kanker kulit.

• SPF (sun protection factor) istilah yang sering digunakan pada sunscreen. SPF 15 berarti kulit dapat bertahan 15 kali lebih lama di bawah matahari dibanding tanpa sunscreen.

• Sunscreen menggunakan partikel yang menghamburkan atau mementulan cahaya matahari seperti ZnO,titanium dioksida dan senyawa organik lain yang menyerap cahaya sebelum menembus kulit.

• Senyawa yg biasa digunakan yaitu senyawa turunan alkil silamat.

• Sunscreen dapat memproduksi OH yang reaktif (menyerap cahaya bukan memantulkan) sehingga titanium dioksida dilapisi bahan yang dapat menghalagi reaksi penyerapan oleh OH.

Pengaruh Sinar UV Lainnya terhadap Lingkungan

Sinar UV telah menembus tubuh manusia bagian depan mata yang merupakan anatomi untuk manusia. Kornea & lensa telah menyaring 99% sinar UV sebelum sampai ke retina.

UV-B diserap oleh kornea dan lensa menghasilkan radikal bebas. Radikal bebas ini menyerang molekul struktural yang mengakibatkan katarak.

Pajaran sinar UV pada mata akan diserap oleh fotoreseptor yang merupakan permulaan reaksi foto kimiawi. Reaksi fotokimiawi ini dapat menyebabkan perubahan pada DNA yang meliputi oksidasi asam nukleat. Reaksi juga dapat mengubah protein dan lipid yang mengakibatkan fungsi sel terganggu. Akibatnya dapat terjadi kerusakan jaringan

Efek Positif Sinar Matahari pada Kesehatan

• Vitamin DVitamin D disintesis dari bahan kimia hasil penyerapan sinar UV oleh

kulit. Kekurangan vitamin D dapat mengurangi laju pertumbuhan tulang dan

regenerasi karena vitamin D diperlukan untuk pemanfaatan kalsium oleh tubuh. Rendahnya vitamin D dapat mengakibatnya peningkatan kanker pankreas.

Pada daerah yang mempunyai intensitas cahaya matahari yang sangat lemah misalnya pada daerah yang mengalami periode musim dingin dan pada daerah yang tinngi seperti canada, amerika serikat, dan eropa utara dapat mengakitkan kekurang vit D yang dapat disinesis oleh tubuh.

Variasi Energi Cahaya dengan Panjang Gelombang

Dimana:h = konstanta Planck (6,626218 x 10-34 J s)c = kecepatan cahaya (2.997925 x 108 m/s)v = frekuensi

Jika panjang gelombang dinyatakan dalam nanometer maka nilai hc adalah 119,627 kJ/mol nm, sehingga persamaannya menjadi:

Dimana E adalah kJ/mol jika dinyatakan dalam nm

Energi foton untuk cahaya UV dan cahaya tampak dinyatakan sebagai entalpi. Sebagai contoh :

Rumusnya adalah

Diketahui bahwa ∆Hf0 O = +249,2 kJ/mol dan ∆Hf

0 O2 = 0 karena O2 merupakan senyawa yang stabil.

Reaksi disosiasi sama dengan energi yang dibutuhkan untuk mendorong suatu reaksi . Karena semua energi harus disediakan oleh 1 foton per molekul. Maka panjang gelombang untuk reaksi diatas adalah:

Jadi setiap molekul O2 yang menyerap foton dari cahaya dengan panjang gelombang 240 nm atau lebih pendek memiliki kelebihan energi untuk memisahkan.

Penciptaan ozon di stratosfer• Di atas stratosfer, udara sangat tipis dan konsentrasi molekul oksigen sangat rendah

sebagian oksigen ada dalam bentuk atom yang telah terdisosiasi dari molekul O2 oleh UV-C foton dari sinar matahari.

• Atom O bertabrakan sehingga membentuk ulang O2.

• Reaksi:

• O2 + UV-C 2O• O + O O2

• Di stratosfer, udara lebih padat, konsentrasi molekul oksigen lebih tinggi, intensitas sinar UV-C jauh lebih sedikit karena banyak yang disaring oleh oksigen diatomik yang terletak di atas stratosfer.

• Di bawah stratosfer, kelimpahan oksigen lebih besar karena kerapatan udara meningkat secara progresif, sinar UV telah disaring sebelum turun ke ketinggian ini.

• Reaksi pembentukan ozonKarena konsentrasi molekul O2 lebih besar dari

atom oksigen maka atom oksigen tidak tabrakan dengan atom oksigen, melainkan dengan molekul O2. Peristiwa ini mengakibatkan terbentuknya ozon. Reaksinya adalah:O + O2 O3 + panas

Selama siang hari, ozon terus menerus dibentuk oleh reaksi ini, tergantung pada jumlah sinar UV konsentrasi atom dan molekul O2 bergantung pada ketinggian tertentu.

• Sehingga ozon yang terbentuk di atas dan bawah stratosfer terbentuk lebih sedikit. Mengapa?

• Di bawah stratosfer, relatif sedikit oksigen yang dipisahkan karena hampir semua sinar UV telah disaring sebelum turun ke ketinggian ini. Di atas stratosfer, intensitas UV-C lebih besar tapi udara tipis, akibatnya atom oksigen bertabrakan dan bereaksi satu sama lain daripada dengan molekul O2.

• Kepadatan maksimum ozon terjadi lebih rendah (sekitar 25 km di daerah tropis, 21 km di pertengahan garis lintang, dan 18 km di wilayah subarctic) karena banyak yang diangkut ke bawah setelah produksinya.

• Secara kolektif, sebagian besar ozon terletak di daerah antara 15 dan 35 km, yaitu, semakin rendah dan menengah stratosfer, dikenal secara informal sebagai lapisan ozon (lihat Gambar a).

• Sebuah molekul ketiga, yang akan kita sebut sebagai M, seperti N2 atau H2O atau bahkan molekul O2 lain, diperlukan untuk membawa pergi energi panas yang dihasilkan dalam tabrakan antara atom oksigen dan molekul O2 yang menghasilkan ozon. Sehingga reaksi ditulis sebagai berikut:

O + O2 + M O3+ M + panas

• Pelepasan panas oleh reaksi ini secara keseluruhan suhunya menjadi lebih tinggi dari udara yang terletak di atas atau di bawah stratosfer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar b.

•Dalam stratosfer udara pada ketinggian tertentu lebih dingin daripada yang terletak di atasnya.

• Fenomena ini disebut inversi suhu. Karena udara dingin lebih padat daripada udara panas (hukum gas ideal), udara itu tidak naik secara spontan karena gaya gravitasi; akibatnya, pencampuran vertikal udara di stratosfer adalah proses yang sangat lambat dibandingkan dengan pencampuran di troposfer.

• Berbeda dengan stratosfer, ada pencampuran vertikal yang luas dari udara di dalam troposfer. Suhu udara menurun dengan meningkatnya ketinggian di troposfer; tingkat penurunan suhu dengan ketinggian disebut lapse rate.

Penghancuran ozon di stratosfer• Ozon tidak efisien menyerap sinar UV dengan panjang

gelombang lebih pendek dari 320 nm dan keadaan tereksitasi tidak mengalami reaksi disosiasi.

• Penyerapan UV-C dan UV-B foton oleh molekul ozon di stratosfer hasilnya adalah dalam dekomposisi molekul. Reaksi fotokimia tersebut dapat merusak ozon di stratosfer menengah dan atas:

• O3 + UV foton ( panjang gelombang < 320 nm ) O2* + O*

• Atom oksigen yang dihasilkan dalam reaksi ozon dengan sinar UV memiliki konfigurasi elektron yang berbeda dari konfigurasi energi terendah, dan karena itu ada dalam keadaan tereksitasi; molekul oksigen dari reaksi juga diproduksi dalam keadaan tereksitasi.

• Kebanyakan atom oksigen yang diproduksi di stratosfer oleh dekomposisi fotokimia ozon atau O2 kemudian bereaksi dengan molekul O2 utuh untuk kembali ke bentuk ozon. Namun, beberapa atom oksigen bereaksi dengan molekul ozon utuh dan dalam proses menghancurkan mereka, karena mereka akan dikonversi ke O2 :

• O3 + O 2 O2

• Akibatnya atom O2 tak terikat ekstrak satu atom O2 dari molekul O3.

• Produksi dan kehancuran O3 disebut mekanisme/siklus Chapman.

• Untuk meringkas proses, ozon di stratosfer terus menerus terbentuk, membusuk, dan kembali terbentuk pada siang hari oleh serangkaian reaksi yang dilanjutkan secara bersamaan tergantung pada ketinggian.

Penghancuran Ozon Mekanisme 1• Mekanisme kerusakan ozon yang memakai katalis. Katalis yang

bereaksi dengan ozon akan menghasilkan atalis oksigen yang disebut dengan XO dan O2

• Reaksi: X + O3 -> XO + O2

• X merupakan simbol dari katalis, karena banyak sekali katalis yang berada di udara *katalis sintetis/buatan.

• XO akan bereaksi lagi dengan oksigen yang ada di stratosfer, maka katalis itu akan terbentuk lagi katalis dan gas oksigen.

• Reaksi yang terjadi: XO + O -> X + O2

• Bila dijumlahkan akan di dapat reaksi secara keseluruhan, yaitu: X+O3+XO+O -> XO+O2+X+O2

• Reaksi ini menjadi O3+O -> 2O2• X merupakan katalis yang dapat merusak ozon di stratosfer• X ini juga disebut juga dengan radikal bebas yang dapat merusak

ozon

• X merupakan radikal bebas yang mana dia itu merupakan atom atau molekul yang mengandung elektron yang tidak berpasangan

• Radikal bebas ini biasanya sangat reaktif.• Katalis ini merupakan zat yang kita buat misalnya seperti Cl

yang berasal dari CFC. Disebut dengan katalis karena dia mampu terbentuk kembali di akhir reaksi.

• Katalis ini berbahaya karena dapat merusak mekanisme chapman, karena akan ada titik yang hilang pada proses mekanismenya

• Ozon bisa terpecah karena sinar UV, ketika ada katalis, ozon bukan bereaksi dengan sinar UV, melainkan dengan katalis, Jadi sinar UV yang tertangkap malah jatuh ke bumi yang dapat membahayakan.

• Setelah bereaksi dengan ozon akan terbentuk XO(katalis oksigen) sehingga mengganggu pembentukan ozon kembali karena bereaksi dengan pembentukan oksigen yang ada di stratosfer

Penghancuran Ozon dengan Oksida Nitrogen dan Hidroksil

• Salah satu yang ikut dalam kerusakan ozon oleh katalis di stratosfer adalah molekul radikal bebas nitrit oksida, NO

• Hal ini diproduksi ketika molekul nitrous oxide, N2O, naik dari troposfer ke stratosfer, di mana mereka akhirnya dapat berbenturan dengan atom oksigen yang diproduksi oleh dekomposisi fotokimia ozon.

• Sebagian besar tabrakan ini akan menghasilkan N2O2 sebagai produk, tapi beberapa akan ada yang menghasilkan produksi oksida nitrat:

• N2O+O* -> 2NO• Kita bisa mengabaikan kemungkinan bahwa NO diproduksi

di troposfer akanbermigrasi ke stratosfer; seperti dijelaskan pada Bab 3, gas yang efisien teroksidasi menjadi asam nitrat, yang kemudian mudah dicuci dari troposfer yang udara, sebelum proses ini bisa terjadi.

• Molekul NO merupakan produk dari reaksi perusakan ozon oleh katalis di atas dengan mengekstraksi sebuah atom oksigen dari ozon dan membentuk nitrogen dioksida, NO2, seperti X dalam Mekanisme I:

NO+O3 -> NO2+O2

NO2+O -> NO+O2

O3+O -> 2O2

Proses Terbentuknya N2 + O2

Hal ini diproduksi ketika molekul nitrous oxide, N2O, bangkit dari troposfer ke stratosfer, di mana mereka dapat akhirnya bertabrakan dengan sebuah atom oksigen bersemangat diproduksi oleh dekomposisi fotokimia ozon. Sebagian besar tabrakan ini akan menghasilkan N2 + O2 sebagai produk, tapi beberapa dari mereka menghasilkan produksi oksida nitrat

Proses Terbentuknya N2 + O2

Troposfer

Stratosfer N2O bertabrakan dengan atom Oksigen

Produk N2 + O2 Produk oksida nitrat

NO molekul yang merupakan produk dari reaksi di atas katalis merusak ozon dengan mengekstraksi sebuah atom oksigen dari ozon dan membentuk nitrogen dioksida, NO2.

Tahapan Reaksi

Perhitungan tingkat tahap reaksi adalah sebagai berikut:

NO + O3 → NO2 + O2

NO2 + O → NO + O2

Overall, O3 + O → 2 O2

dengan menggunakan hukum laju reaksi

v = k [NO] [O3]k adalah tetapan laju konstan pada proses reaksi ini

Pengaruh Radikal Bebas di Atmosfer

• Radikal bebas ?

• Reaksi radikal bebas di stratosfer ?

• Pengaruh radikal bebas?

Penghancuran ozon tanpa melibatkan atom oksigen

• Pada daerah stratosfer rendah, konsentrasi atom oksigen sangat rendah.

• Mekanisme I jarang terjadi.• Mekanisme II terjadi di bawah

stratosfer.

karena ada reaksi re-formasi konstan, ozon atmosfer tidak dapat secara permanen hancur, tidak peduli seberapa besar tingkat katalis. setiap penurunan konsentrasi ozon pada ketinggian yang lebih tinggi memungkinkan penetrasi UV lebih untuk dataran rendah.

Atom klorin dan bromin sebagai katalis x

• Atom klorin adalah radikal bebas yang efisien sebagai katalis.

• Konsentrasi Cl meningkat tajam di stratosfer pada abad 20.

• Diproduksi secara massal oleh manusia karena efisien.

• Penghancuran secara katalitik, mengganggu penyerapan sinar UV.

• Klorin selalu ada di stratosfer, sebagaihasil dari migrasi lambat dari gas metil klorida, CH3Cl (juga disebut klorometana).

• Sebagian metil klorida hancur di troposfer, sebagian yang tidak rusak, secara utuh mencapai stratosfer.

• Metil klorida di stratosfer dapat bereaksi dengan radikal OH, atau mengalami reaksi foto kimia dengan sinar UV-C

• Mayoritas klorin pada stratosfer biasanya bukan sebagai atom Cl bebas atau radikal klorin monoksida (ClO) tapi sebagai bentuk yang tidak radikal bebas dan tidak aktif sebagai katalis untuk merusak ozon.

• Molekul katalis tidak aktif yang mengandung klorin dalam stratosfer adalah gas hidrogen klorida (HCl) dan gas klorin nitrat (ClONO2).

Reaksi:

• Selain klorin, bromin juga terdapat dalam lapisan bagian bawah stratosfer, dalam bentuk aktif sebagai Br dan BrO, sedangkan dalam bentuk tidak aktif sebagai BrONO2 dan HBr.

• molekul HCl dan HBr dari stratosfer kembali ke troposfer atas, kemudian larut dalam tetesan air, danselanjutnya dibawa ke ketinggian yang lebih rendah dan diangkut ke tanah oleh hujan.

• Dengan demikian, meskipun masa klorin dan bromin di stratosfer panjang, tidak terbatas, namun dapat dikurangi. Namun, atom klorin dapat menghancurkan sekitar 10.000 molekul ozon sebelum akhirnya turun kembali ke bumi.