Атмосферадағы физико- химиялық процесстер

Тропосферадағы гетерофаздық реакциялар. Атмосферада реакцияға ерекше қабілетті бөлшекте: гидроксил радикалы, азот және күкірт оксидтері және олардың қосылыстары. Түтіннің қатты бөлшектеріне адсорбцияланған күкірт диоксидінің тотығуынан классикалық түтін тұман (классический смог) дейтін ұғым туады. Азот және күкірт су тамшыларына абсорбцияланған төмен оксидтері «Қышқыл жаңбырларды» береді. Атмосферадағы өте аз мөлшердегі заттар (следовые вещества) реакцияға қабілетті олардың атмосферада болған уақытына тәуелді. Атмосферада болу уақыты аз газдар атмосферадан оңай бөлінеді.

Олардың кейбіреуі өсімдіктермен немесе қатты заттармен немесе сумен сіңірілуі нәтижесінде атмосферадан келеді. Сөйтседе газдардың атмосферада аз уақыт болуының ең жиі себебі химиялық реакциялардың жүруі. Кейбір газдардың табиғи атмосферада болу уақыттары 4-кестеде берілген.

Болу уақыты тұрақты күйдегі жүйені сипаттайтын шама. Бұл қоршаған орта химиясында орталық рөл атқаратын маңызды ұғым.

Болу уақыты үлкен заттар болу уақыты аз заттарға қарағанда көп мөлшерде (көп концентрацияда) жиналады. Жоғарыда айтылғандай атмосферадағы газдардың жалпы мөлшері азды-көпті тұрақты. Бұл тұрақтылық көздер мен стоктарға байланысты әр газдың атмосфераға келген мөлшері одан кеткен мөлшеріне тең (яғни атмосфера стационарлы күйде болуы қажет, бірақ шынында мұндай күй өнеркәсіптік революцияға дейін болған).

4-кестеде берілген микрокомпонентті газдардың көбі ауаның негізгі компоненттерімен онша белсенді реакцияласпайды. Реакцияға қабілетінің ең көбі су молекуласының фрагменті (үзіндісі) гидроксил радикалы. Бұл радикал (реакцияға қабілетті молекулалық фрагмент) фотохимиялық және жарық энергиясы (жарық фотонымен, hv) жүретін реакциялар сатылап жүреді.

O₃ + hv→O₂ + O

O + H₂O → 2OH^.

Кесте-4 Газдардың аз мөлшерінің табиғи атмосферада болу уақыты

Газдар	Болу уақыты
Көміртек диоксиді	4 жыл
Көміртек оксиді	0,1 жыл
Метан	3,6 жыл
Құмырсқа қышқылы	10 күн
Азот ангидриді	20-30 жыл
Азот оксиді	4 күн
Азот диоксиді	4 күн
Аммиак	2 күн
Күкірт диоксиді	3 -7 күн
Күкіртсутек	1 күн
Күкірткөміртек	40 күн
Серооксид углерода	1 жыл
Диметилсульфид	1 күн
Метилхлорид	30 күн
Метилиодид	5 күн
Хлоркөмірсутек	4 күн

OH–радикал атмосферадағы көптеген қосылыстармен әрекеттеседі, сондықтан оның атмосферада болу уақыты аз және оның реакцияларының жылдамдығы O₂-нің реакцияларының жылдамдығынан жоғары. ОН-радикалының азот диоксидімен (NO₂) әрекеттесуінен қышқылдық жаңбарлардың негізгі компоненті НNO₃ түзіледі.

NO₂+ОН→ НNO₃

Зертханалық зерттеулердің көрсеткеніндей, гидроксидпен рекциясының жылдамдығы аз газдардың атмосферада болу уақыты көп болады.

4-кестеден СОS, NO₂ және тіпті, СН₄ газдарынң болу уақыттары жоғары екенін көреміз.

ХФУ (хлорфтор көмірсутектері) салқындататын және аэрозольдің шашыратып-себетін заттары, олардың ОН –радикалдарымен әрекеттесулері шектеулі. Мұндай газдар атмосферада жиналып, бір уақытта стратосфераға өте бастайды. Стротосферада мүлдем басқа рекциялар болады, оларда Он· емес, атомарлы оттек (О) басым болады.

Стратосферада оттекпен әрекеттесетін газдар озон (О₃) түзілуіне:

О + O₂→O₃

кедергі жасап, стратосферадағы озон қабатының бұзылуына себеп болады.

Атмосферада SO₂ газынан күкірт қыщқылының түзілуінде де ОН- радикалы қатысады:

OH^- + SO₂ → HSO₃^-

HSO₃^- + O₂ → SO₃ + H₂O

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Түзілген күкірт қышқылы жер бетіне түседі немесе, ең бастысы, аммиакпен әрекеттесіп тұздар түзеді. Түзілетін тұздар атмосферадан әдетте жауын-шашын әсерінен немесе тартылыс күштің әсерімен жерге ауысады. Осы механизмнің нәтижесінде күкірт диоксиді атмосферадан 12 күн дегенде бөлінеді. Күкірт қышқылының табиғатта түзілуінің келесі механизмі- күкірт диоксидінің бұлт тамшыларында тотығуы. Бұл жағдайда тотығуға не SO₃ не HSO₃^- бөлшектері ұшырайды. Тотықтырғыштар рөлін сутек асқын тотығы және озон атқарады:

HSO₃^- + H₂O₂ + H₃O⁺ + 2H₂O (I)

HSO₃^- + O₃ + H₃O⁺ = H₂SO₄ + H₂O + O₂ (II)

Күкірт диоксидінің тотығуының тағы бір механизмі- белсенді бөлшек SO₃- тің оттекпен каталитикалық тотығуы, каталитикалық тездету темір иондарымен іске асады. Жоғарыда айтылған механизмдердің нәтижесінде күкірт диоксиді атмосферадан 2-4 күнде бөлініп келеді.

Күкірт қышқылының газ фазасында (І)- реакция бойынша түзілуі оның сұйық тамшыларда (ІІ)- реакция бойынша түзілуінің үлестері бірдей деп есептелінеді.

Азот қышқылы атмосферада негізгі екі жолмен түзіледі. Бірінші жолы – ОН^- радикалының NO₂- мен әрекеттесуі:

OH^- + NO₂→ HNO₃ (III)

Бұл реакция күндіз жүреді, өйткені ОН радикалы атмосферада тек күндізгі уақытта ғана өмір сүреді.

17-сурет Қышқыл жаңбырдың әлемдік нысандарға әсері

Қазіргі кезде бағалы химиялық өнімдерді алуға мүмкіндік беретін жаңа технологияларға регенерациялық типтегі десульфуризациялауға біртіндеп ауысу жүзеге асырылуда.

Өзендер мен топырақтағы шығындалған экологиялық жағдайларды қалпына келтіру үшін сілтілендіру қолданылуда. Антропогенді ластаушыларды нейтралдау әдістері жеткілікті көп. Олардың қолданылуы өндірістің қымбаттауына әкеледі, алайда қоршаған ортаны қорғаудың басқа жолы жоқ.

Дәріс 15.

Атмосфераның ластануымен байланысты жаһандық экологиялық проблемалар,антропогенді (химиялық) және метеорологиялық гипотезалар.

Атмосфераның ластануына байланысты ғаламдық экологиялық мәселелер.