Страница 34 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Дайте определение понятия «химический элемент». Сколько химических элементов и сколько атомов содержится в молекулах кислорода ($O_2$), озона ($O_3$), воды ($H_2O$)?

Дайте определение понятия «химический элемент».

Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомного ядра. Заряд ядра определяется количеством протонов в нём и является основной характеристикой элемента, которая называется атомным номером (обозначается как Z). Все атомы одного химического элемента имеют одинаковое число протонов. Например, все атомы с 6 протонами в ядре являются атомами элемента углерода (C), а все атомы с 8 протонами — атомами элемента кислорода (O). Атомы одного и того же элемента могут различаться по числу нейтронов — такие разновидности атомов называются изотопами. Однако химические свойства изотопов одного элемента практически идентичны, так как они определяются строением электронной оболочки, которое, в свою очередь, зависит от заряда ядра.

Сколько химических элементов и сколько атомов содержится в молекулах кислорода, озона, воды?

Для определения качественного и количественного состава молекул необходимо рассмотреть их химические формулы:
• Кислород. Химическая формула молекулы — $O_2$. Молекула образована атомами одного химического элемента — кислорода (O). Она состоит из 2 атомов этого элемента.
• Озон. Химическая формула молекулы — $O_3$. Молекула, как и кислород, образована атомами одного химического элемента — кислорода (O). Она состоит из 3 атомов этого элемента.
• Вода. Химическая формула молекулы — $H_2O$. Молекула образована атомами двух химических элементов — водорода (H) и кислорода (O). Она состоит из 3 атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Ответ:

1. Химический элемент — это вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом атомного ядра (то есть одинаковым количеством протонов).
2. В молекуле кислорода ($O_2$) содержится 1 химический элемент и 2 атома. В молекуле озона ($O_3$) содержится 1 химический элемент и 3 атома. В молекуле воды ($H_2O$) содержится 2 химических элемента и 3 атома.

2. На какие типы делят вещества по элементном составу? Приведите по 3—4 примера каждого типа.

По элементному составу все вещества делятся на две большие группы: простые и сложные.

Простые вещества

Это вещества, которые состоят из атомов только одного химического элемента. Атомы одного элемента могут существовать как поодиночке (например, в инертных газах, таких как неон $Ne$), так и объединяться в молекулы, состоящие из нескольких атомов (например, кислород $O_2$ или озон $O_3$). Явление, при котором один химический элемент образует несколько простых веществ, называется аллотропией.

Примеры простых веществ:

1. Кислород ($O_2$)
2. Железо ($Fe$)
3. Алмаз (аллотропная модификация углерода, C)
4. Азот ($N_2$)

Ответ: простые вещества состоят из атомов одного химического элемента; примеры: кислород ($O_2$), железо ($Fe$), алмаз (C), азот ($N_2$).

Сложные вещества

Это вещества (также называемые химическими соединениями), которые состоят из химически связанных атомов двух или более различных химических элементов. Состав сложных веществ всегда постоянен и выражается химической формулой, которая показывает, атомы каких элементов и в каком соотношении входят в состав вещества. Например, молекула воды ($H_2O$) всегда состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O).

Примеры сложных веществ:

1. Вода ($H_2O$)
2. Углекислый газ ($CO_2$)
3. Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$)
4. Серная кислота ($H_2SO_4$)

Ответ: сложные вещества состоят из атомов двух или более разных химических элементов; примеры: вода ($H_2O$), углекислый газ ($CO_2$), хлорид натрия ($NaCl$), серная кислота ($H_2SO_4$).

3. Дайте определение понятия «аллотропия». Как это явление объясняет многообразие простых веществ?

Аллотропия — это явление существования одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, которые отличаются по строению и, следовательно, по свойствам. Эти различные простые вещества, образованные одним элементом, называются аллотропными модификациями или аллотропами.

Это явление объясняет многообразие простых веществ тем, что атомы одного и того же химического элемента могут соединяться друг с другом по-разному, образуя структуры с различными свойствами. Существует две основные причины возникновения аллотропии:

1. Различное число атомов в молекуле. Классическим примером является кислород. Он образует две аллотропные модификации: обычный кислород, молекула которого состоит из двух атомов ($O_2$), и озон, молекула которого состоит из трех атомов ($O_3$). Кислород — бесцветный газ без запаха, необходимый для дыхания, в то время как озон — газ голубого цвета с резким запахом, ядовитый.
2. Различное строение кристаллической решетки. Атомы в твердом веществе могут по-разному располагаться друг относительно друга, образуя разные кристаллические структуры. Ярчайший пример — углерод. Его аллотропные модификации — алмаз, графит, карбин, фуллерены (например, $C_{60}$), графен, нанотрубки.
   • В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими, образуя прочную тетраэдрическую структуру. Это делает алмаз самым твердым природным веществом.
   • В графите атомы углерода образуют плоские слои, слабо связанные между собой. Поэтому графит мягкий, оставляет след на бумаге и проводит электрический ток.
   Другие примеры: фосфор (белый, красный, черный), сера (ромбическая, моноклинная, пластическая).

Таким образом, благодаря способности атомов одного элемента образовывать молекулы с разным числом атомов или кристаллические решетки с разной структурой, возникает разнообразие простых веществ. Каждая аллотропная модификация является самостоятельным веществом со своим уникальным набором физических и химических свойств.

Ответ: Аллотропия — это способность химического элемента образовывать несколько простых веществ (аллотропных модификаций), отличающихся строением (числом атомов в молекуле или типом кристаллической решетки) и свойствами, что и является причиной многообразия простых веществ.

4. Что такое ион? Сформулируйте первое положение атомно-молекулярного учения с учётом этого понятия.

Что такое ион?

Ион — это электрически заряженная частица, которая образуется из атома или молекулы в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.

Различают два типа ионов:

• Катионы — это положительно заряженные ионы. Они образуются, когда нейтральный атом или молекула теряет электроны. Например, атом натрия ($Na$) может потерять один электрон и превратиться в катион натрия ($Na^+$).
• Анионы — это отрицательно заряженные ионы. Они образуются, когда нейтральный атом или молекула присоединяет электроны. Например, атом хлора ($Cl$) может присоединить один электрон и превратиться в хлорид-анион ($Cl^-$).

Вещества, состоящие из ионов, например, поваренная соль $NaCl$, имеют ионное строение и образованы катионами ($Na^+$) и анионами ($Cl^-$).

Ответ: Ион — это атом или молекула, которая приобрела электрический заряд в результате потери (катион, положительный заряд) или присоединения (анион, отрицательный заряд) электронов.

Сформулируйте первое положение атомно-молекулярного учения с учётом этого понятия.

Классическое первое положение атомно-молекулярного учения гласило, что все вещества состоят из молекул. Однако дальнейшее развитие науки, в частности открытие ионных соединений, показало, что это утверждение не является всеобъемлющим.

С учётом существования ионов и веществ с немолекулярным строением (например, металлов, ионных кристаллов), первое положение атомно-молекулярной теории было уточнено. Современная формулировка звучит так:

Все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов, молекул или ионов.

Эта формулировка является более универсальной, поскольку она охватывает все типы веществ:

• вещества молекулярного строения, состоящие из молекул (например, вода $H_2O$, сахар $C_{12}H_{22}O_{11}$);
• вещества ионного строения, состоящие из ионов (например, хлорид натрия $NaCl$);
• вещества атомного строения, состоящие из атомов (например, алмаз $C$, кремний $Si$, металлы).

Таким образом, современная трактовка признает, что структурными единицами вещества могут быть не только нейтральные атомы и молекулы, но и заряженные ионы.

Ответ: Все вещества состоят из частиц, которыми могут быть атомы, молекулы или ионы.

5. Как можно объяснить тот факт, что известно 118 химических элементов, а природные вещества образованы только 90 элементами?

Этот факт объясняется тем, что химические элементы делятся на две основные группы: те, что существуют в природе, и те, что были созданы искусственно человеком.

Природные элементы. Примерно 90 химических элементов (от водорода до урана, с некоторыми исключениями) встречаются в природе. Они образуют все вещества вокруг нас. Эти элементы существуют потому, что они либо полностью стабильны (их атомные ядра не распадаются со временем), либо имеют очень длинный период полураспада. Период полураспада — это время, за которое распадается половина атомов радиоактивного элемента. У долгоживущих природных элементов, таких как уран-238, период полураспада составляет миллиарды лет, что сопоставимо с возрастом Земли. Поэтому они до сих пор существуют на нашей планете.

Искусственные (синтезированные) элементы. Остальные элементы, доводящие общее число до 118, не встречаются в природе. Они были получены искусственно в лабораториях путем сложных ядерных реакций. Как правило, это элементы с атомными номерами больше 92 (трансурановые элементы). Ученые создают их в ускорителях частиц или ядерных реакторах, "обстреливая" ядра тяжелых элементов (например, плутония) ионами более легких элементов.

Главная причина, по которой эти искусственные элементы отсутствуют в природе, — их крайняя нестабильность. Их ядра очень быстро подвергаются радиоактивному распаду, превращаясь в ядра других, более стабильных элементов. Периоды полураспада у многих из них составляют доли секунды. Это означает, что даже если бы такие элементы когда-то образовались в ходе естественных космических процессов (например, при взрывах сверхновых звезд), они бы распались практически мгновенно и не дожили до наших дней.

Таким образом, общее число известных элементов (118) включает как стабильные и долгоживущие природные элементы, так и крайне нестабильные, короткоживущие элементы, созданные человеком в лабораторных условиях.

Ответ: Разница между общим числом известных элементов (118) и числом элементов, образующих природные вещества (около 90), заключается в том, что элементы с большими атомными номерами являются искусственно синтезированными в лабораториях. Они не встречаются в природе, так как их атомные ядра крайне нестабильны, и они очень быстро распадаются, превращаясь в более легкие, стабильные элементы.

6. Вспомните из курса физики, что такое броуновское движение и диффузия. Объясните, как эти явления доказывают реальность существования молекул и иллюстрируют положения атомно-молекулярного учения.

Броуновское движение

Броуновское движение — это беспорядочное (хаотическое) движение микроскопических, видимых в микроскоп, взвешенных в жидкости или газе частиц твёрдого вещества. Например, движение частиц пыльцы в капле воды или частиц дыма в воздухе. Это явление было открыто ботаником Робертом Броуном в 1827 году, а его теоретическое объяснение было дано Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

Причиной броуновского движения является то, что молекулы жидкости или газа, в которых находится частица, находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении и постоянно сталкиваются с этой частицей с разных сторон. Поскольку молекулы очень малы и многочисленны, а их движение хаотично, их удары по частице не уравновешивают (не компенсируют) друг друга в каждый конкретный момент времени. Если с одной стороны на частицу налетает случайным образом больше молекул, чем с другой, то частица получает импульс и сдвигается. В следующий момент времени нескомпенсированный толчок может прийти с другой стороны, и частица снова изменит направление своего движения. В результате траектория частицы представляет собой сложную зигзагообразную линию.

Диффузия

Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Это явление наблюдается во всех агрегатных состояниях: в газах, жидкостях и твёрдых телах, хотя и с очень разной скоростью (быстрее всего в газах, медленнее всего в твёрдых телах).

Примером диффузии является распространение запаха духов в комнате, растворение сахара в чае без перемешивания или окрашивание воды каплей чернил. Скорость диффузии напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы и тем быстрее происходит процесс диффузии.

Как эти явления доказывают реальность существования молекул и иллюстрируют положения атомно-молекулярного учения

Атомно-молекулярное учение основывается на трёх ключевых положениях:
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул и атомов.
2. Эти частицы находятся в непрерывном и хаотическом (беспорядочном) движении.
3. Между частицами существуют промежутки, а скорость их движения зависит от температуры вещества.

И броуновское движение, и диффузия являются прямыми экспериментальными доказательствами этих положений.

Доказательство дискретного (прерывистого) строения вещества и наличия промежутков между частицами:
• Диффузия была бы невозможна, если бы вещества были сплошными, без промежутков. Сам факт того, что частицы одного вещества могут проникнуть в другое, доказывает, что вещество состоит из отдельных частиц, между которыми есть свободное пространство.
• Броуновское движение также доказывает существование молекул. Мы не видим сами молекулы жидкости или газа, но мы видим результат их совокупного действия — движение видимой частицы. Это движение можно объяснить только постоянными, нескомпенсированными толчками со стороны множества невидимых частиц (молекул).

Доказательство непрерывного и хаотического движения частиц:
• Диффузия происходит самопроизвольно, без какого-либо внешнего воздействия. Это прямое следствие того, что молекулы веществ находятся в постоянном хаотическом движении и, перемещаясь, занимают свободные места в объёме другого вещества.
• Броуновское движение является наглядной моделью хаотического движения молекул. Беспорядочная траектория броуновской частицы — это отражение случайного, неупорядоченного характера движения молекул среды, которые её толкают. Движение не прекращается, что доказывает его непрерывность.

Доказательство зависимости скорости движения частиц от температуры:
• Оба явления становятся более интенсивными при повышении температуры. Диффузия ускоряется (сахар быстрее растворяется в горячем чае), а броуновское движение становится более энергичным (частицы движутся быстрее и на большие расстояния). Это напрямую свидетельствует о том, что с ростом температуры растёт и кинетическая энергия, а следовательно, и скорость движения молекул вещества.

Ответ: Броуновское движение (хаотическое движение микрочастиц в среде) и диффузия (взаимное проникновение веществ) являются экспериментальными доказательствами основных положений атомно-молекулярного учения. Они доказывают, что вещества состоят из отдельных частиц (молекул), которые находятся в непрерывном хаотическом движении и разделены промежутками. Усиление этих явлений с ростом температуры подтверждает, что скорость движения молекул зависит от температуры.

7. Объясните многообразие простых и сложных веществ.

Многообразие веществ в природе объясняется способностью атомов химических элементов соединяться друг с другом различными способами, образуя огромное количество уникальных структур. Это многообразие можно рассмотреть отдельно для простых и сложных веществ.

Простые вещества состоят из атомов только одного химического элемента. Их многообразие обусловлено явлением аллотропии.

Аллотропия – это способность одного химического элемента существовать в виде двух или более простых веществ, называемых аллотропными модификациями. Эти модификации различаются либо числом атомов в молекуле, либо строением кристаллической решетки. Различия в строении приводят к различиям в физических и химических свойствах.

Примеры аллотропии:

• Углерод (C): Образует множество аллотропных модификаций с кардинально разными свойствами.
  • Алмаз: атомы углерода образуют прочную трехмерную тетраэдрическую кристаллическую решетку. Это самое твердое природное вещество.
  • Графит: атомы углерода расположены в виде плоских слоев, которые слабо связаны между собой. Графит мягкий, проводит электрический ток.
  • Фуллерены и графен: другие формы, открытые относительно недавно, с уникальными структурами и свойствами.
• Кислород (O): Существует в виде двух модификаций:
  • Кислород ($O_2$): газ без цвета и запаха, необходимый для дыхания.
  • Озон ($O_3$): газ с резким запахом, сильный окислитель, ядовит.
• Фосфор (P): Известны белый, красный и черный фосфор, которые различаются строением, цветом и химической активностью.

Таким образом, хотя число химических элементов ограничено (на сегодня известно 118), явление аллотропии значительно увеличивает количество существующих простых веществ.

Ответ: Многообразие простых веществ объясняется явлением аллотропии — существованием одного химического элемента в виде нескольких простых веществ (аллотропных модификаций), различающихся строением и, следовательно, свойствами.

Сложные вещества состоят из атомов двух или более химических элементов. Их многообразие на порядки превосходит многообразие простых веществ и объясняется несколькими ключевыми факторами:

1. Комбинаторные возможности: Около 90 природных химических элементов могут соединяться друг с другом в различных комбинациях и количественных соотношениях. Например, азот и кислород образуют целый ряд оксидов: $N_2O$, $NO$, $N_2O_3$, $NO_2$, $N_2O_5$.
2. Изомерия: Это явление, особенно распространенное в органической химии, является одной из главных причин огромного разнообразия сложных веществ. Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (одну и ту же молекулярную формулу), но разное строение и, как следствие, разные свойства.
   • Пример: молекулярной формуле $C_4H_{10}$ соответствуют два разных вещества — бутан (линейная структура) и изобутан (разветвленная структура).
   • Формуле $C_2H_6O$ соответствуют этанол ($CH_3CH_2OH$, спирт) и диметиловый эфир ($CH_3OCH_3$, простой эфир) — вещества, принадлежащие к разным классам соединений и обладающие совершенно разными свойствами.
3. Полимерия: Способность небольших молекул (мономеров) соединяться в длинные цепи, образуя макромолекулы (полимеры). Даже из одного типа мономеров можно получить полимеры с разными свойствами, меняя длину или разветвленность цепи. Примеры полимеров — полиэтилен, белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), крахмал. Это создает практически бесконечное число возможных веществ.

Особенно ярко эти факторы проявляются в химии углерода. Способность его атомов соединяться друг с другом в длинные цепи и циклы, образовывать одинарные, двойные и тройные связи, а также соединяться с атомами почти всех других элементов, порождает миллионы органических соединений.

Ответ: Многообразие сложных веществ обусловлено: 1) большим числом химических элементов и их способностью соединяться в различных комбинациях и соотношениях; 2) явлением изомерии (одинаковый состав, но разное строение молекул); 3) способностью молекул к полимеризации (образованию длинных цепей-полимеров).

8. Подготовьте сообщение о вкладе М. В. Ломоносова и Дж. Дальтона в становление атомно-молекулярного учения.

Вклад М. В. Ломоносова

Михаил Васильевич Ломоносов, русский учёный-энциклопедист, в середине XVIII века заложил основы атомно-молекулярного учения, значительно опередив многих европейских учёных своего времени. Его вклад, основанный на корпускулярно-кинетической теории, включает в себя несколько ключевых положений.

Разграничение атомов и молекул: Ломоносов ввёл понятие «корпускулы» (аналог современной молекулы) как частицы, состоящей из «элементов» (аналог современных атомов). Он чётко различал корпускулы, состоящие из одинаковых элементов (в простых веществах), и корпускулы, состоящие из разных элементов (в сложных веществах). Это было первое ясное разграничение фундаментальных понятий атома и молекулы.

Закон сохранения массы веществ: В 1748 году, задолго до А. Лавуазье, Ломоносов экспериментально доказал и сформулировал закон сохранения массы. Проводя опыты по прокаливанию металлов в запаянных стеклянных сосудах (ретортах), он с помощью взвешивания показал, что общая масса сосуда с содержимым до и после реакции остаётся неизменной. Этот фундаментальный закон химии является прямым следствием того, что при химических реакциях атомы не исчезают и не возникают из ничего, а лишь перегруппировываются.

Кинетическая теория теплоты: В противовес господствовавшей тогда теории теплорода (невесомой жидкости), Ломоносов утверждал, что теплота является результатом движения — «вращательного» и «колебательного» — корпускул, из которых состоят тела. Он также связывал агрегатные состояния вещества (твёрдое, жидкое, газообразное) с различной интенсивностью движения и силой взаимодействия между частицами.

Идеи Ломоносова были революционными, но из-за научной изолированности России в то время и публикации трудов преимущественно на латинском и русском языках они не получили широкого распространения в мировой науке XVIII века. Тем не менее, его работы заложили прочный теоретический и экспериментальный фундамент для будущих открытий.

Ответ: Вклад М. В. Ломоносова заключается в создании корпускулярно-кинетической теории, в рамках которой он впервые разграничил понятия «элемента» (атома) и «корпускулы» (молекулы), экспериментально открыл и сформулировал закон сохранения массы веществ, а также дал кинетическое объяснение природе теплоты и агрегатных состояний вещества.

Вклад Дж. Дальтона

Джон Дальтон, английский химик и физик, в начале XIX века (1803–1808 гг.) обобщил известные факты и превратил умозрительную идею атомизма в строгую научную теорию, подкреплённую количественными данными. Его атомная теория стала краеугольным камнем современной химии.

Основные постулаты атомной теории: Дальтон сформулировал следующие положения:
1. Все вещества состоят из мельчайших, неделимых и неразрушимых частиц — атомов.
2. Атомы одного и того же элемента абсолютно одинаковы, в частности, имеют одинаковую массу и свойства.
3. Атомы разных элементов имеют разную массу и свойства.
4. Химические реакции — это процесс перегруппировки атомов.
5. Атомы соединяются друг с другом в простых целочисленных отношениях, образуя «сложные атомы» (молекулы).

Закон кратных отношений: Дальтон открыл и теоретически обосновал этот закон, который гласит: если два элемента образуют между собой несколько химических соединений, то массовые доли одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Например, в оксидах углерода на 12 массовых частей углерода приходится 16 (в оксиде углерода(II), $CO$) и 32 (в оксиде углерода(IV), $CO_2$) массовых частей кислорода. Отношение масс кислорода $16:32$ равно $1:2$. Этот закон стал мощным экспериментальным доказательством атомной теории.

Введение понятия атомной массы: Дальтон первым осознал необходимость количественной характеристики атома и ввёл понятие «атомный вес» (относительная атомная масса). Он принял атомную массу водорода за единицу и составил первую в истории таблицу относительных атомных масс для известных элементов. Хотя его данные были неточными из-за ошибочных представлений о составе некоторых соединений (например, он считал формулу воды $HO$, а не $H_2O$), сама идея была революционной и положила начало количественному анализу в химии.

Ответ: Вклад Дж. Дальтона состоит в создании первой научной атомной теории, которая ввела понятие атома как реальной частицы с определённой массой, объяснила известные химические законы (сохранения массы, постоянства состава), привела к открытию закона кратных отношений и ввела в науку фундаментальное понятие относительной атомной массы, придав химии статус точной науки.

9. Подготовьте сообщение о биологической роли озона в сохранении жизни на Земле.

Введение: что такое озон и озоновый слой?

Озон — это аллотропная модификация кислорода, молекула которого состоит из трех атомов ($O_3$), в отличие от обычного двухатомного кислорода ($O_2$), которым мы дышим. В приземных слоях атмосферы озон является опасным загрязнителем, но в верхних слоях он выполняет жизненно важную функцию. Около 90% всего атмосферного озона находится в стратосфере, на высоте примерно 15-35 км, формируя так называемый озоновый слой или "озоновый экран".

Основная биологическая роль: защита от ультрафиолетового излучения

Главная и незаменимая биологическая роль озонового слоя заключается в поглощении большей части губительного для всего живого ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца. УФ-излучение принято делить на три типа в зависимости от длины волны:

• УФ-C (длина волны 100–280 нм): Самое коротковолновое и наиболее опасное излучение. Оно полностью поглощается озоновым слоем и атмосферным кислородом, не достигая поверхности Земли.
• УФ-B (280–315 нм): Обладает высокой энергией и представляет серьезную угрозу для живых организмов. Именно оно вызывает солнечные ожоги, повреждает ДНК, что может приводить к раку кожи (меланоме), вызывает катаракту и ослабляет иммунную систему. Озоновый слой поглощает до 95% этого излучения, пропуская лишь малую, относительно безопасную долю.
• УФ-A (315–400 нм): Наиболее длинноволновое и наименее опасное УФ-излучение. Озоновый слой его практически не задерживает. Оно проникает глубоко в кожу, вызывая ее преждевременное старение.

Процесс поглощения УФ-квантов ($h\nu$) представляет собой непрерывный цикл образования и распада озона (цикл Чепмена):

1. Распад молекулы озона под действием УФ-излучения: $O_3 + h\nu \rightarrow O_2 + O$

2. Рекомбинация с образованием озона: $O_2 + O \rightarrow O_3 + \text{тепло}$

В ходе этих реакций энергия опасного УФ-излучения преобразуется в тепловую энергию, которая нагревает стратосферу и не достигает биосферы.

Последствия ослабления озонового слоя для жизни на Земле

Без защитного озонового экрана жизнь в привычном нам виде была бы невозможна. Увеличение потока УФ-B излучения, достигающего поверхности Земли, привело бы к катастрофическим последствиям:

• Для человека и животных: Резкий рост заболеваемости раком кожи и катарактой, подавление иммунной системы, увеличение числа генетических мутаций.
• Для наземных растений: Повреждение фотосинтезирующего аппарата, замедление роста, снижение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур (пшеница, рис, соя), что грозило бы мировым голодом.
• Для водных экосистем: Массовая гибель фитопланктона и зоопланктона в верхних слоях океана. Поскольку фитопланктон является основой морских пищевых цепей и производит значительную часть кислорода на планете, его исчезновение привело бы к коллапсу морских экосистем и нарушению глобальных биогеохимических циклов.

Проблема "озоновых дыр" и ее решение

В 1970-80-х годах ученые зафиксировали значительное снижение концентрации стратосферного озона, особенно над полярными областями, где образовались "озоновые дыры". Было установлено, что главной причиной этого являются антропогенные выбросы озоноразрушающих веществ, в первую очередь хлорфторуглеродов (ХФУ, или фреонов), которые массово использовались в холодильной технике и аэрозолях. Попадая в стратосферу, эти вещества под действием УФ-лучей высвобождают атомы хлора, которые вступают в каталитический цикл разрушения озона. Один атом хлора способен разрушить десятки тысяч молекул озона.Осознание глобальной угрозы привело к беспрецедентным международным действиям. В 1987 году был подписан Монреальский протокол, который обязал страны-участницы прекратить производство и использование озоноразрушающих веществ. Эта мера оказалась чрезвычайно эффективной: выбросы ХФУ сократились более чем на 99%, и озоновый слой начал медленно восстанавливаться. Полное его затягивание ожидается во второй половине XXI века.

Заключение

Таким образом, биологическая роль озона является абсолютно ключевой для сохранения жизни на Земле. Он служит естественным щитом, защищающим биосферу от губительного ультрафиолетового излучения. История борьбы с разрушением озонового слоя является ярким примером того, как человечество способно успешно решать глобальные экологические проблемы путем совместных усилий, основанных на научных данных и международном сотрудничестве.

Ответ: Биологическая роль озона ($O_3$) заключается в формировании озонового слоя в стратосфере, который поглощает большую часть (около 95%) вредного солнечного ультрафиолетового излучения (преимущественно типа УФ-B). Это излучение опасно для всех живых организмов, так как оно повреждает ДНК, вызывает рак кожи, катаракту, угнетает иммунитет у людей и животных, а также снижает продуктивность растений и фитопланктона. Таким образом, озоновый слой действует как защитный экран, без которого существование сложной жизни на суше и в верхних слоях океана было бы невозможным. Успешные международные действия по защите озонового слоя (Монреальский протокол) подтверждают его критическую важность для биосферы.