11. Атмосфера, основные процессы, фотохимический смог.

Атмосфера – газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы – воздух, представляющий собой смесь газов, в первую очередь азота, кислорода, аргона и углекислого газа.

Особенности химических процессов в атмосфере

1. Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света, полученных в результате излучения Солнца.

2. Атмосфера Земли – окислительная за счет содержащегося в воздухе кислорода, и в ней преобладают Окислительно-восстановительные реакции с участием частиц в основном с ковалентным типом химической связи.

3. Для атмосферных процессов характерны цепные реакции, т.е. реакции, протекающие в несколько стадий с участием промежуточных продуктов – реакционно-способных радикалов (CH₃^•, O^•, HO^•, HO₂^•, H^• и др.).

4. В химических и фотохимических превращениях образуются разнообразные неорганические и органические соединения, в ряде случаев токсичные.

5. Продукты реакций могут переноситься на дальние расстояния и длительное время сохраняться в атмосфере (например, в виде аэрозолей).

Область атмосферы, в которой происходят химические реакции, часто называется хемосферой. К ней относится тропосфера и нижняя часть стратосферы.

Атмосфера

Зависимость содержания O₃ , O₂ , O и N₂ в атмосфере от высоты:

П римеры фотохимических и химических процессов в атмосфере

Воздух, которым мы дышим

Каждый человек делает примерно 14 вдохов за минуту. За сутки человек пропускает через свои легкие как минимум около 14-15 кг воздуха или около n*104 л (n=1,2,3…) по объему. Поэтому качество воздуха, которым мы дышим имеет первостепенное значение для нас.

Мы вдыхаем:

азот – 78,09 об.%

кислород – 20,94 об.%

углекислый газ – 0,033 об.% и т.д.

Мы выдыхаем:

азот – 78,09 об.%

кислород – 15,8 об.%

углекислый газ – 4 об.%

Фотохимический смог.

В наиболее общем виде смог – смесь газообразующих загрязнителей, частиц пыли и капель тумана, содержащих некоторые загрязнители в растворенном виде.

Фотохимический смог – комплекс химических процессов, происходящих в атмосфере больших городов под действием солнечного излучения. Исходным веществом, как правило, являются оксиды азота (автотранспорт).

Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы SO2).

Как правило, различают два типа смога: 1) густой туман с примесью дыма или газовых отходов производства (как, например, в регионах с повышенной влажностью), б) пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетового излучения Солнца в воздухе в результате фотохимических реакций в газовых выбросах автомобилей и предприятий химической промышленности. Смог обычно наблюдается при слабой турбулентности воздуха, обусловленной слабым ветром или штилем.

Особо отметим, что важное значение для формирования любого типа смога или тумана имеет стратификация атмосферы. Если мы имеем неустойчивую стратификацию и температура понижается с высотой, то загрязняющие вещества поднимаются вверх и рассеиваются в атмосфере. Естественно, что все те химические реакции, которые были названы, остаются, но концентрации вредных веществ будут меньше, как если бы стратификация атмосферы была устойчивой и благоприятной для образования смога. При устойчивой стратификации атмосферы в слое воздуха на некоторой высоте (обычно нижняя граница её не превышает 1,5 км) возникают задерживающие слои, в которых температура постоянна или даже растет с высотой (изотермия и инверсия). Такие слои гасят восходящие движения, и все примеси скапливаются в тонком слое под ними, в результате чего сильно возрастает концентрация вредных веществ, что и приводит к наиболее опасным смогам.