Главная страница

ПосФХпроцЧ1.АтмосфХОС05. Физикохимические процессы в атмосфере


Скачать 1.58 Mb.
НазваниеФизикохимические процессы в атмосфере
АнкорПосФХпроцЧ1.АтмосфХОС05.doc
Дата04.05.2017
Размер1.58 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаПосФХпроцЧ1.АтмосфХОС05.doc
ТипУчебное пособие
#6905
страница10 из 14
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

6.5. Фотохимический смог в городской атмосфере



Понятие «смог» впервые было употреблено более 100 лет назад при­менительно к смеси дыма и тумана, обычно имевшей желтый цвет и образовывавшейся над Лондоном в периоды температурных ин­версий. Позже его стали применять для характеристики условий задымления или тумана, наблюдаемых в атмосфере и других ре­гионов. В настоящее время различают два основных вида смога: смог, связанный с загрязнением атмосферы копотью или дымом, содержащим диоксид серы (лондонский смог), и смог, вызванный загрязнением воздуха выхлопными газами транспорта, содержащи­ми оксиды азота (смог Лос-Анджелеса). Для второго типа смога необходимой составной частью процесса его образования является протекание фотохимических реакций, поэтому его часто называют фотохимическим смогом.

Среди особенностей фотохимического смога следует выделить следующие:

  1. фотохимический смог образуется в ясную солнечную погоду при низкой влажности воздуха, причем максимальная концентрация вызывающих раздражение органов чувств веществ наблюдается вскоре после полудня;

  2. химически он действует как окислитель (усиливает коррозию металлов, приводит к растрескиванию резины и т. д.);

  3. фотохимический смог вызывает у людей сильное раздражение слизистой оболочки дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях;

  4. в атмосфере наблюдается появление голубоватой дымки или бе­ловатого тумана и связанное с этим ухудшение видимости.

Одними из основных химических соединений, ответственных за ряд вышеперечисленных свойств смога, являются озон и пероксиацетилнитрат (ПАН).

0 1 2 3 4 Продолжительность облучения, ч

Рис. 7. Изменение концентрации примесей в атмосфере

при облучении выхлоп­ных газов автомобилей
Как показывают экспериментальные данные, увеличение концентрации озона в пробах воздуха, содержащих разбавленные выхлопные газы автомобилей, связано с характерным изменением относительного содержания оксидов азота (рисунок 7). Рост концен­трации О3 в пробах воздуха начинается после того, как отношение концентраций NО2 и NО достигает максимума. Изменение концен­трации озона в загрязненной городской атмосфере связано с процес­сами превращения оксидов азота. Образование и разрушение озона в тропосфере происходит, в частности, при протекании рассмотрен­ных ранее реакций:

NO2 + hv  NO + О(3Р) (123)

O(3P) + O2 + M  M* + O3 (36)

O3 + NO  NO2 + O2 (45)

В стационарных условиях скорости реакций разрушения и обра­зования озона равны, поэтому можно записать:

[O3] = k[NO2]/[NO], (128)

где k – отношение константы скорости реакции фотодиссоциации NO2 к константе скорости реакции взаимодействия О3 и NO.

Таким образом, концентрация озона в тропосфере будет возра­стать при увеличении скорости конверсии NO в NO2. В атмосфере городов такое ускорение связано с наличием в воздухе органиче­ских соединений.

Так, в случае окисления метана в присутствии оксидов азота цепочку превращений можно представить следующими реакциями:

CH4 + OH  CH3 + H2O

СН3 + О2  СН3ОО

СН3ОО + NO  СН3О + NO2

СН3О + О2  СН2О + НO2

НO2 + NO  NO2 + ОН

СН2О + OH  Н2О + HCO

HCO+O2  HO2 + CO

HO2 + NO  NO2 + OH

CO + OH  CO2 + H

H + O2  HO2

HO2 + NO  NO2 + OH

NO2 + hv  NO + O

O + O2 + M  O3 + M*

Суммарная реакция:

CH4 + 8O2 + 4M = CO2 + 2H2O + 4M*+ 4O3 (129)

Таким образом, при полном окислении метана в присутствии оксидов азота на каждую молекулу метана в воздухе может обра­зоваться до четырех молекул озона.

С присутствием органических соединений в воздухе городов свя­заны и процессы образования высокотоксичных пероксидных со­единений:

R–C(O)–O–O–NO2

Наиболее распространенным пероксидным соединением, синтезирующимся в атмосфере, является пероксиацетилнитрат – первый член гомологического ряда, часто сокращенно называемый ПАН: СН3–С(O)–O–О–NO2.

В случае присутствия в воздухе ароматических углеводородов возможно образование ароматических производных. Так, напри­мер, пероксибензоилнитрат, являющийся сильным слезоточивым газом, был идентифицирован в атмосфере Лос-Анджелеса наряду с пероксиацетилнитратом и его гомологами.

1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14


написать администратору сайта