9. Условия образования смогов и туманов

1. При адиабатическом расширении.

Адиабатическими процессами называются процессы, при котором не происходит теплообмена с окружающей средой. Если этот процесс происходит быстро, то его можно считать адиабатическим даже при отсутствии изоляции с внешней средой. При адиабатическим расширении газовой смеси с параметрами V₁ T₁ P₁ S₁ b и содержащей пары жидкости одновременно с увеличением объема до V₂ и понижением давления до P₂ в ней происходит понижение температуры до T₂ поскольку работа расширения совершается за счет внутреннего расширения газа V₁<V₂, T₁>T₂, P₁>P₂, S₁<S₂.

При подъеме нижних слоев атмосферы в верхние происходит адиабатическое расширение при этом на каждые 100 м подъема температура снижается приблизительно на 1 градус, тогда как пересыщение пара постепенно повышается, и таким образом образуются облака.

2. При лучеиспускании

Способность испускать и поглощать энергию излучения у различных газов неодинаково, у одно и двух атомных газов эта способность не велика. И поэтому эти газы прозрачны для солнечных лучей. Значительной способностью поглощать и излучать обладают многоатомные газы СО₂, Н₂О, NH₃, SO_x, NO_x. Поэтому если газовая смесь содержит пары, обладающие заметной способностью излучать тепло, и граничит со средой имеющей более низкую температуру , за счет лучеиспускания температура газовой смеси понижается, т.к. давление пара при этом не изменяется то пересыщение S повышается и появляются облака в присутствии которых лучеиспускание атмосферы понижается, т.к. облака способны отражать лучистую энергию.

3. При турбулентном смешении.

При сжигании топлива отходящие газы промышленных предприятий имеют высокую температуру и выделяются парообразном состоянии, в атмосфере происходит их смешение с холодным воздухом, что приводит к образованию пересыщенного пара, т.е. образованию тумана. Такие случаи регистрируются при проведении различных химических процессов и встречаются в природе.

В атмосферном воздухе происходит образование туманов и облаков в результате смешения 2-х потоков.

В результате турбулентного смешения образуется фронт длиной 300-400 км, где идет дождь.

4. Образование радиационных туманов

Обнаруживаются к концу безоблачной ночи, в местах где скорость воздуха равна нулю или очень мала (в оврагах, полянках).

Образование тумана можно представить: в течение дня температура земли повышается и становится выше температуры воздуха. Начинается переход тепла от поверхности к приземному слою. К концу дня когда температура поверхности земли понижается начинается процесс конденсации пара на поверхности земли, т.е. процесс идет между двумя поверхностями имеющими не одинаковую температуру. Давление насыщенного пара у поверхности земли в течение ночи меняется, которое зависит от давления при заходе солнце и от коэффициента диффузии газов.

5. Образование при химических реакциях

Необходимым условием образования тумана при химических реакциях является образование продуктов реакции у которых давление насыщенного пара меньше чем давление насыщенного пара исходных веществ. Химические реакции могут проходить в газовой фазе при столкновении молекул в результате диффузии или турбулентного смешения или действия различных агентов инициирующих реакцию (тепло, свет, рентген. излучение, ультросвет и т.д.).

Если реагирующие между собой вещества встречаются в результате турбулентного смешения, то давление пара образующегося веществ и температура после смешения зависит от ряда факторов

ρ=f(к, n, V, Q,…) где к - константа скорости; n – весовое соотношение смешанных газов; V – объем газовой смеси; Q – тепловой эффект реакции.

10. Пассивные и активные пути поглощения растениями загрязняющих веществ. Пассивные пути:

1. Диффузия неэлектролитов. В любом растворе наблюдается перемещение растворимого вещества из области высокой концентрации в область с низкой концентрацией. Это перемещение происходит до тех пор пока концентрация на двух участках не выровняется. При выравнивании концентрации молекулы продолжают совершенствовать тепловое движение, но при этом потока вещества не наблюдается. Перенос веществ движущей силой которого является градиент концентрации называется диффузионным, а сам процесс диффузией. Состояние при котором не наблюдается перенос вещества называется диффузионным равновесием. Перемещение веществ в процессе диффузии описывается законом Фика: dQ/dt = -D*A*(dC/dτ), где

dQ – количество вещества, диффундированного в единицу времени;

D – коэффициент диффузии;

А – площадь диффузии;

(dC/dτ) – градиент концентрации на единицу площади соприкосновения за некоторое время.

2. Диффузия электролита. Закон Фика сохраняется лишь для нее при отсутствии действия электрического поля, но этого практически не бывает, т.к. в клетках электролиты находятся в форме ионов. Если электролит, то существует электрическое поле. Таким образом электроны которые мигрируют под действием эл. поля являются переносчиками заряда и электрическая проводимость λ^± определяется подвижностью ионов U^± : λ^± * F=U^±, где F-число фракций.

Проводимость в электролитах в плотную связана с коэффициентом диффузии. Коэффициент диффузии электролита состава С⁺А^- по уравнению Нернста равен D = (2*Dc⁺ * D_A^-)/(Dc⁺ *D_A^-).

Подвижность катионов и ионов в реакции сильно отличается, т.е. сделать вывод, что транспорт иона приводит к неодинаковому распределению электрических зарядов, результатом чего является диффузионный потенциал. Диффузионный потенциал в свою очередь создает мембранный потенциал, если существует различие в коэффициентах проницаемости катионов и анионов. Здесь необходимо также учитывать наличие концентрационного градиента.

Активные пути:

1. Электронейтральные насосы, которые переносят всю соль целиком или переносят катионы и анионы в одном направлении и в таком количестве, которое соответствует молекуле. Электронейтральные насосы могут переносить ионы и в противоположном направлении, перенос нейтральными насосами не приводит к изменению электрического градиента через мембрану. Перенос ионов растительной клеткой начинается с взаимодействия с клеточной стенкой, затем он пересекает мембрану тем или иным способом и попадает в вакуоль или хлоропласт. Свободное пространство клеточной стенки на 95% доступно диффузии неэлектролитов и на 45% для диффузии анионов. Движение анионов через клеточную стенку вызывает большие сопротивления через движение катионов. Это объясняется тем, что в клетке находится множество фиксирующих зарядов которые создаются карбоксильной группой фиктина (-СООН) они то и обуславливают отрицательный заряд клетки и само существование ионного обмена между клеточными стенками и поверхностью мембраны. Селективные свойства клеточной стенки, поглощение, выделение ионов тесно связаны с рН самой стенки. Обменные процессы в стенке зависят от содержания ионов Са⁺/Н⁺.

2. Транспорт веществ осуществляется переносчиками, которые осуществляют связь между двумя гидрофильными фазами по обе стороны мембраны и помогают ионам преодолеть гидрофобную внутреннюю часть мембраны. Перенос ионов с помощью переносчика требует взаимодействия с молекулой переносчика. Связь переносчик-ион может образоваться в следствии абсорбции, хемосорбции или обмена в результате химической реакции на одной стороне мембраны. Этот процесс можно рассматривать как облегченный вариант диффузии и не требующий затрат энергии.

3. Ионные насосы которые локализованы в мембранах и переносят химические вещества электрохимического градиента через мембрану с затратой энергии. Энергия необходимая для такого транспорта поставляется непосредственно химической реакцией при участии которой и происходит транспорт ионов, т.е. ионные насосы поддерживают такой электрический потенциал, что транспортировка возможна через преодоление электрохимического потенциала.