загрузка...
загрузка...
На головну

Трансформація забруднюючих речовин в атмосфері

  1. Аварії з викидом аварійно хімічно небезпечних речовин і їх наслідки
  2. Аварії з викидом радіоактивних речовин в навколишнє середовище
  3. Аварії з викидом радіоактивних речовин та їх наслідки
  4. Аварії з витоком сильнодіючих отруйних речовин
  5. Аварійно хімічно небезпечних речовин
  6. АГРЕГАТНЕ СТАН РЕЧОВИНИ
  7. Активність особистості в процесі засвоєння і перетворення речових вимог

У хімії атмосфери забруднюючі атмосферне повітря речовини поділяються на первинні та вторинні. первинними називають речовини, безпосередньо надходять в атмосферу від усіх джерел викидів. вторинні являють собою продукти трансформації атмосфері первинних речовин. У багатьох випадках вторинні домішки виявляються більш токсичними, ніж вихідні речовини.

Вступники в атмосферне повітря забруднюючі речовини піддаються різним перетворенням в результаті реакцій між собою, атмосферною вологою, з озоном та іншими вже містяться в повітрі речовинами, а також під впливом ультрафіолетового випромінювання сонця. Ступінь перетворення речовин залежать від багатьох факторів: часу перебування, їх активності, концентрації, температури і вологості повітря, інтенсивності сонячної радіації та ін.

Дуже важливими є реакції ненасичених вуглеводнів з озоном. При фотохімічних реакціях альдегідів і кетонів можуть утворюватися вільні радикали. Наприклад, радикал форміл (НСО*) Утворюється з формальдегіду, а радикали метил (CH3*) І ацетил (СН3СО*) - З ацетону по реакції:

СН3СО-СН3 = СН3*+ СН3СО*.

За цими реакціями слідують інші з утворенням пероксидів і органічних кислот. Таким чином в атмосфері синтезуються складні органічні речовини й напівпродукти. Наприклад, з ацетальдегіду утворюється діацетілпероксід, який в ході подальших перетворень призводить до отримання речовин класу морфіну (героїну). З ацетону утворюється діметілпероксід і оцтова кислота. В ході подальших перетворенні може вийти діметілпірон, пари якого надзвичайно їдкі і токсичні.

Олефіни з великою кількістю подвійних зв'язків також вступають в фотохімічні реакції з утворенням вільних радикалів. При взаємодії з киснем деякі вільні радикали можуть утворювати пероксісоедіненія, з яких виділяються нові пероксиди або вільні радикали, здатні викликати полімеризацію олефінів або стати джерелом озону.

Можливість протікання зазначених раніше реакцій багато в чому залежить від присутності в атмосфері твердих частинок. Ці частинки виконують роль каталізаторів або створюють поверхні, на яких адсорбуються газові або рідкі забруднюючі речовини.

Час перебування твердих частинок в атмосфері залежить від їх розміру. Тонкодисперсні частинки можуть перебувати в атмосфері довгий час (роки) і переноситися на великі відстані. Середній час знаходження тонкодисперсних частинок в безпосередній близькості від поверхні землі становить I-5 діб, в тропосфері - 5-10 діб, а в стратосфері - близько одного року. За спостереженнями радянських космонавтів глибокі шари пилоподібних частинок знаходяться на висоті 10-20 км від поверхні Землі. Над північчю Атлантичного океану розташовані потужні хмари частинок, викинутих індустріальними країнами Європи.

Як вже зазначалося, при викиді потоку газу на велику висоту він перемішується з навколишнім повітрям і в залежності від метеорологічних умов переноситься на великі відстані. Тому випадання з атмосферного повітря токсичних домішок на поверхню землі може відбуватися в районах, значно віддалених від джерела забруднення.

Найбільш поширеними перетвореннями, що відбуваються в атмосфері за участю компонентів газових викидів, є процеси конденсації, окислення і фотохімічні реакції. У деяких випадках головним чином впливають температурні зміни, що призводять до конденсації газів і парів. Ці явища супроводжуються утворенням туманів, крапель і т.д. Після тривалого перебування забруднюючих газоподібних речовин в атмосфері вони перетворюються в тверді, тонкодисперсні частинки. Спрощена схема цього процесу представлена ??на рис. 4.5. Викиди кислотних і лужних газів, що надходять від різних промислових джерел, можуть реагувати між собою в атмосфері, що призводить до утворення кристалів солей.

Сонячне випромінювання викликає в атмосфері хімічні реакції між різними забруднюючими речовинами і компонентами навколишнього середовища (рис. 4.6). Найбільш часто відбувається в атмосфері хімічний процес - окислення речовин киснем повітря. Так, в атмосфері відбувається окислення діоксиду сірки в триоксид сірки та оксиду азоту в діоксид азоту, альдегідів до органічних кислот.

Швидкість окислення для різних речовин неоднакова і залежить від ряду додаткових чинників. Наприклад, окислення оксиду азоту (NО) киснем повітря до діоксиду азоту (NО2) Відбувається дуже швидко.

У сухому чистому повітрі діоксид сірки може зберігатися протягом двох-чотирьох або більше днів, перш ніж повністю перетвориться в триоксид сірки (SO3).

При високій вологості і в присутності твердих речовин, які каталізують окислення, напівперіод реакції окислення SО2 становить 10-20 хв. За цей час половина діоксиду сірки перетворюється в триоксид сірки. Однак повне окислення другої половини SO2 займає від кількох годин до кількох діб. Прискорити реакції окислення може наявність твердих частинок, ультрафіолетове випромінювання або присутність сильних окислювачів. До останніх речовин відносяться озон, пероксид водню і атомарний кисень, які утворюються в атмосфері в процесі фотохімічних реакцій.

Мал. 4.5 Принципова схема перетворення газоподібних викидів в атмосфері

Рис.4.6 Процеси окислення викидів забруднюючих речовин в атмосфері

Сонячне світло з довжиною хвилі 290-700 нм є фотохімічно активним. Речовини, що поглинають таке випромінювання, можуть виступати як основні фотохімічні реагенти, які переносять поглинену енергію до молекул речовин.

У число первинних речовин, поглинаючих ультрафіолетове вивчення, входять сполуки сірки, діоксид азоту і альдегіди. Випромінювання збуджує молекули зазначених речовин, які потім реагують з молекулярним киснем атмосфери з утворенням атомарного кисню. Схема таких перетворень наведена на рис. 4.7.

4.7. Ланцюгові фотохімічні реакції забруднюючих речовин в атмосфері

Найбільш важливими в практичному відношенні є фотохімічні реакції за участю сонячного випромінювання. У загальному випадку при поглинанні енергії кванта світла (hn) з частотою можуть протікати наступні процеси:

- Освіту електронно-збуджених молекул

А + hn ® А *;

- Дезактивація за рахунок флуоресценції

А * ® А + hn;

- Дезактивація (гасіння) шляхом зіткнення з іншими молекулами

А * + Q ® А + Q *;

- дисоціація

А * ® В + С.

У фотохімічних атмосферних процесах найбільш важливим є поява електронно-збуджених молекул А *, які внаслідок своєї нестабільності призводять до утворення нових речовин В і С. Останні можуть бути вельми активними, що сприяє початку ланцюга реакцій, в результаті яких виникають небажані з'єднання характерні для фотохімічного смогу .

У тропосфері і стратосфері хімічні перетворення ініціюються продуктами фотолізу молекул Про2, Про3, Н2О і N2О, найважливішим з яких є озон. Утворення озону в стратосфері (понад 25 км) відбувається за такою реакції:

О2 + Hn ® 2О.

Отриманий атомарний кисень бере участь в реакціях утворення озону з рівняння:

Про + Про2 + М ® Про3 + М *,

де М - третя речовина, яка приймає надлишок енергії (молекули N2 або Про2).

У свою чергу озон піддається хімічній дисоціації:

О3 + Hn> Про2 + О.

Атомарний кисень і озон можуть вступати в реакції з різними органічними сполуками, в результаті яких утворюються вільні органічні і неорганічні радикали. Наприклад, для олефінових вуглеводнів можливі наступні послідовні реакції:

О3 + R*СН = СНR ® R*СН = О + RСНОО,

де RСНОО - бірадікал, здатний перегруповуватися в карбонову кислоту, або при зіткненні з молекулою NО, перетворюватися в карбонільні з'єднання R*СН = О і RСН = О. Остання в свою чергу фотодіссоціірует в атмосферному повітрі з утворенням радикалів.

В атмосферному повітрі можуть протікати і інші фотохімічні реакції за участю вільних радикалів і утворенням альдегідів, кетонів, органічних кислот, оксиду вуглецю і оксидантів. До останніх відносяться озон, діоксид азоту, сполуки типу пероксіацілнітратов (ПАН) і ін.

Утворені в результаті фотохімічних реакцій ПАН і пероксібензоілнітрат (ПБН) дуже сильно подразнюють слизові оболонки очей і верхніх дихальних шляхів, а також негативно впливає на асиміляційні апарат рослин.

Крім кисню в атмосфері присутні азот та інші азотовмісні гази (NН3, NО, NО2, N2О). У конденсованої фазі азот знаходиться в формах іона амонію (NН4+) І нітратного іона (NО3-). В атмосферному повітрі населених пунктів спостерігається також значна кількість органічних азотовмісних сполук. Викиди оксидів азоту від техногенних джерел представлені в основному у вигляді NО, який в подальшому взаємодіє з киснем за участю сонячного світла:

2NО + Про2 ® 2NО2; Про + Про2 ® Про3;

2 + Hn ® NО + О; Про3 + NО ® NО2 + Про2.

Отже, навіть малі концентрації діоксиду азоту в атмосфері можуть стати причиною утворення значної кількості атомарного кисню і озону. Саме тому діоксид азоту займає важливе місце у формуванні окисного смогу.

В атмосферному повітрі в залежності від складу і концентрації забруднюючих речовин, а також метеорологічних умов можливі і інші численні реакції за участю зазначених компонентів.

У циклі життя сполук азоту в атмосфері велике значення мають реакції з утворенням азотної кислоти:

4NО2 + 2Н2Про + Про2 ® 4НNО3,

Діоксид азоту може гідратованих і в газовій фазі:

3NО2 + Н2Про «2НNО3 + NО.

Оксид сірки (IV) поглинає випромінювання Сонця при довжинах хвиль від 290 до 400 нм. Тому окислення діоксиду сірки в триоксид сірки в атмосфері відбувається значно швидше під дією сонячного світла. Ця реакція описується рівнянням

2 + Про2 = SO3 + O*.

Аналогічним чином реагують і альдегіди:

НСНО + Про2 = НСООН + Про*.

Що знаходиться в атмосферному повітрі діоксид сірки реагує з атомарним киснем з утворенням сірчаного ангідриду:

2 + Про + М ® SО3+ М *,

який в подальшому переходить в сірчану кислоту і сульфати. Швидкість цієї реакції зростає зі збільшенням співвідношення концентрацій SО2/ NО2 в атмосферному повітрі. Частинки сульфатів і гідросульфат розміром 0,1-1 мкм сильно розсіюють світло, погіршують видимість атмосфери і здатні чинити негативний вплив на живі організми.

Утворені аерозолі азотної та сірчаної кислот, а також сульфати можуть перебувати в атмосферному повітрі значний час (4-7 доби), переноситися з повітряними масами на великі відстані (5-8 тис. Км) і випадати у вигляді кислотних дощів. На території Європи щорічно випадає з атмосфери близько 12х106 т сірковмісних сполук.

Кислотні дощі негативно впливають на хвою і листя дерев, на зелений асиміляційні апарат рослин, подкисляют воду водойм, що призводить до порушення хімічної рівноваги з подстилающими породами (особливо вапняковими) і придушення життєдіяльності популяцій багатьох водних організмів (в більшій мірі безхребетних, фіто- і зоопланктону ). Крім того, кислотні дощі викликають закислення грунтів, що вимагає додаткових витрат на проведення їх вапнування.

 



Попередня   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   Наступна

Ноосфера і ноосферогенезу | Природокористування та його види | Класифікація природних ресурсів | Перспективи використання природних ресурсів | Види забруднення навколишнього середовища | Характеристика, будова і склад атмосфери | Клімат Республіки Білорусь | Від стаціонарних і мобільних джерел на території Білорусі в 2010 р, тис. Т | забруднення атмосфери | В атмосферному повітрі м Мінська |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати