Fotokemične lastnosti, vzroki in učinki smoga



The fotokemični smog Gre za gosto meglo, ki nastane zaradi kemijskih reakcij plinov, ki jih oddajajo motorji z notranjim izgorevanjem avtomobilov. Te reakcije posreduje sončna svetloba in se pojavijo v troposferi, plasti atmosfere, ki se razteza od 0 do 10 km nad tlemi. 

Beseda smog izhaja iz krčenja dveh besed angleškega jezika: "megla ", kar pomeni meglo ali meglo, indim ", kar pomeni dim. Njegova uporaba se je začela v petdesetih letih 20. stoletja, da bi označila meglico, ki je zajela mesto London.

Smog se kaže kot rumenkasto sivkasto-rjava meglica, ki jo povzročajo majhne vodne kapljice, raztresene v ozračju, ki vsebujejo kemijske reakcije, ki se pojavljajo med onesnaževalci zraka..

Ta meglica je zelo pogosta v velikih mestih zaradi visoke koncentracije avtomobilov in intenzivnejšega prometa vozil, vendar se je razširila tudi na območja, ki so bila nedotaknjena, kot je Grand Canyon v zvezni državi Arizona, ZDA..

Pogosto ima smog značilen neprijeten vonj zaradi prisotnosti nekaterih tipičnih plinastih kemičnih sestavin. Vmesni proizvodi in končne spojine reakcij, ki povzročajo smog, resno vplivajo na zdravje ljudi, živali, rastline in nekatere materiale.

Indeks

  • 1 Značilnosti
    • 1.1 Nekatere reakcije, ki se pojavijo v troposferi
    • 1.2 Primarna in sekundarna onesnaževala zraka
    • 1.3 Nastajanje ozona v troposferi
  • 2 Vzroki fotokemičnega smoga
  • 3 Učinki smoga
  • 4 Reference

Funkcije

Nekaj ​​reakcij, ki se pojavljajo v troposferi

Ena od posebnosti atmosfere planeta Zemlja je njena oksidacijska zmogljivost, zaradi velike relativne količine diatomejskega molekularnega kisika (OR).2), ki vsebuje (približno 21% njegove sestave).

Navsezadnje se skoraj vsi plini, izpuščeni v ozračje, popolnoma oksidirajo v zraku in končni produkti teh oksidacij se odlagajo na površini Zemlje. Ti oksidacijski procesi so bistvenega pomena za čiščenje in dekontaminacijo zraka.

Mehanizmi kemijskih reakcij, ki se pojavljajo med onesnaževalci zraka, so zelo kompleksni. Spodaj je njihova poenostavljena predstavitev:

Primarna in sekundarna onesnaževala zraka

Plini, ki nastajajo pri zgorevanju fosilnih goriv v avtomobilskih motorjih, vsebujejo predvsem dušikov oksid (NO), ogljikov monoksid (CO), ogljikov dioksid (CO).2) in hlapne organske spojine (HOS).

Te spojine se imenujejo primarna onesnaževala, saj s kemičnimi reakcijami, ki jih posreduje svetloba (fotokemične reakcije), nastane vrsta izdelkov, imenovanih sekundarna onesnaževala..

V bistvu so najpomembnejša sekundarna onesnaževala dušikov dioksid (NO2)  in ozona (O3), ki so plini, ki najbolj vplivajo na nastanek smoga.

Nastajanje ozona v troposferi

Dušikov oksid (NO) se proizvaja v avtomobilskih motorjih z reakcijo med kisikom in dušikom v zraku pri visokih temperaturah:

N2 (g) + O2 (g) →  2NO (g), kjer (g) pomeni v plinastem stanju.

Dušikov oksid po izpustu v ozračje oksidira v dušikov dioksid (NO2):

2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)

Št2 doživite fotokemično razgradnjo, ki jo posreduje sončna svetloba:

Št2 (g) + hγ (svetloba) → NO (g) + O (g)

Kisik v atomski obliki je izjemno reaktivna vrsta, ki lahko sproži številne reakcije, kot je tvorba ozona (O3):

O (g) + O2 (g) → O3 (g)

Ozon v stratosferi (plast atmosfere med 10 km in 50 km nad zemeljsko površino) deluje kot zaščitna komponenta življenja na Zemlji, ki absorbira visoko energijsko ultravijolično sevanje sonca; v prizemni troposferi pa ima ozon zelo škodljive učinke.

Vzroki fotokemičnega smoga

Druge poti za tvorbo ozona v troposferi so kompleksne reakcije, ki vključujejo dušikove okside, ogljikovodike in kisik.

Peroksiacetil nitrat (PAN), ki je močno sredstvo, ki povzroča solze in povzroča težave pri dihanju, je ena od kemičnih spojin, ki nastanejo pri teh reakcijah..

Hlapne organske spojine ne prihajajo samo iz ogljikovodikov, ki se ne sežigajo v motorjih z notranjim izgorevanjem, temveč tudi iz več virov, kot je izhlapevanje topil in goriv..

Te HOS se srečujejo tudi s kompleksnimi fotokemičnimi reakcijami, ki so vir ozona, dušikove kisline (HNO).3) in delno oksidirane organske spojine.

COV + NO + O2 + Sončna svetloba → Kompleksna mešanica: HNO3, O3   in nekaj organskih spojin

Vsi ti oksidacijski produkti organskih spojin (alkoholi in karboksilne kisline) so tudi hlapni in njihovi hlapi se lahko kondenzirajo v minimalne kapljice tekočine, ki so v zraku porazdeljene v obliki aerosolov, ki razpršujejo sončno svetlobo in zmanjšujejo vidljivost. Na ta način se v troposferi pojavi nekakšen tančica ali megla.

Učinki smoga

Delci saj ali ogljikovega produkta zgorevanja, žveplov anhidrid (SO2) in sekundarno onesnaževalo - žveplovo kislino (H2SO4) -, tudi posegajo v proizvodnjo smoga.

Ozon v troposferi reagira s C = C dvojnimi vezmi v pljučnih tkivih, rastlinskih in živalskih tkivih, kar povzroča hude poškodbe. Poleg tega lahko ozon povzroči poškodbe materialov, kot so avtomobilske pnevmatike, kar povzroči razpoke zaradi istih razlogov.

Fotokemični smog povzroča hude težave z dihanjem, napade kašlja, draženje nosu in grla, krajše dihanje, bolečine v prsih, rinitis, draženje oči, disfunkcijo pljuč, zmanjšano odpornost na respiratorne infekcijske bolezni, prezgodnje staranje pljučno tkivo, hud bronhitis, srčno popuščanje in smrt.

V mestih, kot so New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varšava, Praga, Stuttgart, Peking, Šanghaj, Seul, Bangkok, Bombay, Kalkuta, Delhi, Džakarta, Kairo, Manila, Karači, mega-mesti, kritični vrhovi fotokemičnega smoga so bili vzrok za alarm in posebni ukrepi omejevanja pretoka.

Nekateri raziskovalci so poročali, da je onesnaženje z žveplovim dioksidom (SO)2) in sulfati povzročajo zmanjšanje odpornosti na rak dojke in debelega črevesa v populacijah, ki živijo v severnih zemljepisnih širinah.

Mehanizem, ki je predlagal razlago teh dejstev, je, da smog z razpršitvijo sončne svetlobe na troposfero povzroči zmanjšanje razpoložljivega ultravijoličnega sevanja tipa B (UV-B), ki je potrebno za biokemično sintezo vitamina D Vitamin D deluje kot zaščitno sredstvo za obe vrsti raka.

Na ta način lahko vidimo, da je presežek ultravijoličnega sevanja visoke energije zelo škodljiv za zdravje, toda tudi primanjkljaj sevanja tipa UV-B ima škodljive učinke..

Reference

  1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, R. U., in Ahmad, S. R. (2018). Analiza smoga in njegov vpliv na prijavljene okularne površinske bolezni: študija primera smoga leta 2016 v Lahoreju. Atmosfersko okolje. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
  2. Bang, H.Q., Nguyen, H.D., Vu, K. et al. (2018). Fotokemično modeliranje smoga z uporabo kemijskega transportnega modela onesnaževanja zraka (TAPM-CTM) v Ho Ši Minu, Vietnamsko okoljsko modeliranje in ocenjevanje. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
  3. Dickerson, R.R., Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, K.L., Doddridge, B.G. in Holben, B.N. (1997). Vpliv aerosolov na sončno ultravijolično sevanje in fotokemični smog. Znanost 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
  4. Hallquist, M., Munthe, J., Tao, M.H., Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Fotokemični smog na Kitajskem: znanstveni izzivi in ​​posledice za politike kakovosti zraka. Nacionalni pregled znanosti. 3 (4): 401-403. Doi: 10.1093 / nsr / nww080
  5. Xue, L., Gu, R., Wang, T., Wang, X., Saunders, S., Blake, D., Louie, PKK, Luk, CWY, Simpson, I., Xu, Z., Wang, Z., Gao, Y., Lee, S., Mellouki, A., in Wang, W .: Oksidacijska sposobnost in radikalna kemija v onesnaženem ozračju regije Hongkong in delte Biserne reke: analiza hude fotokemične epizode smoga, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.