Фотохимични характеристики, причини и ефекти на смог

на фотохимичен смог Това е гъста мъгла, която се образува поради химическите реакции на газовете, изпускани от двигателите с вътрешно горене на автомобилите. Тези реакции се медиират от слънчева светлина и се появяват в тропосферата, слой от атмосферата, който се простира от 0 до 10 км над земята.. 

Думата smog идва от свиването на две думи на английски език: "мъгла ", което означава мъгла или мъгла, идим ", което означава дим. Използването му започва през 50-те години на миналия век, за да се определи мъгла, която покрива град Лондон.

Смогът се проявява като жълтеникаво-сиво-кафява мъгла, причинена от малки водни капчици, разпръснати в атмосферата, които съдържат химичните реакции, които възникват между замърсителите на въздуха.

Тази мъгла е много често срещана в големите градове поради високата концентрация на автомобили и по-интензивния трафик на автомобили, но също така се е разпространил в райони, които са девствени, като Големия каньон в щата Аризона, САЩ..

Много често смогът има характерна, неприятна миризма, поради наличието на някои типични газообразни химически компоненти. Междинните продукти и крайните съединения на реакциите, които причиняват смог, сериозно засягат човешкото здраве, животни, растения и някои материали.

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Някои реакции, които се случват в тропосферата
  • 1.2 Първични и вторични атмосферни замърсители
  • 1.3 Образуване на озон в тропосферата
• 2 Причини за възникване на фотохимичен смог
• 3 Ефекти от смог
• 4 Препратки

функции

Някои реакции, които се случват в тропосферата

Една от отличителните черти на атмосферата на планетата Земя е нейният окислителен капацитет, дължащ се на голямото относително количество на двуатомния молекулярен кислород (OR).₂) съдържащ (приблизително 21% от състава му).

В крайна сметка, почти всички газове, изпускани в атмосферата, са напълно окислени във въздуха и крайните продукти на тези окисления се отлагат на повърхността на Земята. Тези окислителни процеси са от жизненоважно значение за почистване и обеззаразяване на въздуха.

Механизмите на химичните реакции, които възникват между замърсителите на въздуха, са много сложни. По-долу е представено опростено им представяне:

Първични и вторични атмосферни замърсители

Газовете, изпускани при изгарянето на изкопаеми горива в автомобилните двигатели, съдържат основно азотен оксид (NO), въглероден оксид (CO), въглероден диоксид (CO)₂) и летливи органични съединения (ЛОС).

Тези съединения се наричат ​​първични замърсители, тъй като чрез химични реакции, медиирани от светлина (фотохимични реакции), се получават серии от продукти, наречени вторични замърсители.

Най-важните вторични замърсители са азотен диоксид (NO₂)  и озон (O₃), които са газовете, които най-много влияят върху образуването на смог.

Образуване на озон в тропосферата

Азотният оксид (NO) се произвежда в автомобилни двигатели чрез реакция между кислород и азот във въздуха при високи температури:

N₂ (g) + 0₂ (g) →  2NO (g), където (g) означава в газообразно състояние.

Веднъж отделен в атмосферата азотен оксид се окислява до азотен диоксид (NO₂):

2NO (g) + 0₂ (g) → 2NO₂ (G)

NO₂ изпитайте фотохимична повреда, предизвикана от слънчева светлина:

NO₂ (g) + hγ (светлина) → NO (g) + O (g)

Кислородът в атомна форма е изключително реактивен вид, който може да инициира много реакции, като образуването на озон (О₃):

О (g) + О₂ (g) → О₃ (G)

Озонът в стратосферата (слой на атмосферата между 10 km и 50 km над земната повърхност) работи като защитен компонент на живота на Земята, поглъщащ високоенергийната ултравиолетова радиация от слънцето; но в земната тропосфера озонът има много вредни ефекти.

Причини за възникване на фотохимичен смог

Други пътища за образуване на озон в тропосферата са сложни реакции, включващи азотни оксиди, въглеводороди и кислород.

Пероксиацетил нитрат (PAN), който е мощен агент, причиняващ разкъсване, който също предизвиква затруднения в дишането, е едно от химичните съединения, генерирани в тези реакции..

Летливите органични съединения идват не само от въглеводороди, които не се изгарят в двигатели с вътрешно горене, но и от няколко източника, като например изпаряване на разтворители и горива..

Тези летливи органични съединения също изпитват сложни фотохимични реакции, които са източник на озон, азотна киселина (HNO)₃) и частично окислени органични съединения.

COV + NO + O₂ + Слънчева светлина → Сложна смес: HNO_3, О₃   и няколко органични съединения

Всички тези продукти на окисляването на органични съединения (алкохоли и карбоксилни киселини) също са летливи и техните пари могат да се кондензират в минимални течни капчици, които се разпределят във въздуха под формата на аерозоли, които разпръскват слънчевата светлина, намалявайки видимостта. По този начин в тропосферата се появява някакъв воал или мъгла.

Ефекти от смог

Частици от сажди или въглероден продукт на горене, сярен анхидрид (SO₂) и вторичния замърсител - сярна киселина (Н₂SW₄) - също се намесват в производството на смог.

Озонът в тропосферата реагира с двойни връзки C = C в тъканите на белия дроб, растителните и животински тъкани, причинявайки сериозни увреждания. Освен това, озонът може да причини увреждане на материали като автомобилни гуми, което води до напукване по същите причини.

Фотохимичният смог причинява тежки респираторни проблеми, пристъпи на кашлица, дразнене на носа и гърлото, по-кратко дишане, болка в гърдите, ринит, дразнене на очите, дисфункция на белите дробове, намалена резистентност към респираторни инфекции, преждевременно стареене на белодробна тъкан, тежък бронхит, сърдечна недостатъчност и смърт.

В градове като Ню Йорк, Лондон, Мексико Сити, Атланта, Детройт, Солт Лейк Сити, Варшава, Прага, Щутгарт, Пекин, Шанхай, Сеул, Банкок, Бомбай, Калкута, Делхи, Джакарта, Кайро, Манила, Карачи, мегаполиси, Кризата на критичните епизоди на фотохимичния смог е причина за аларма и специални мерки за ограничаване на циркулацията.

Някои изследователи съобщават, че замърсяването, причинено от серен диоксид (SO)₂) и сулфатите причиняват намаляване на резистентността към рак на гърдата и рак на дебелото черво при популации, които обитават северните ширини.

Предложеният механизъм за обяснение на тези факти е, че смогът, чрез разпръскване на слънчевата светлина върху тропосферата, причинява намаляване на наличната ултравиолетова радиация тип В (UV-B), която е необходима за биохимичния синтез на витамин D Витамин D действа като защитно средство за двата вида рак.

По този начин можем да видим, че излишъкът от ултравиолетово лъчение с висока енергия е много вреден за здравето, но и дефицитът на радиация тип UV-B има вредни ефекти..

препратки

1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, R. U., и Ahmad, S.R. (2018). Анализ на смога и неговия ефект върху докладваните повърхностни заболявания на очите: изследване на случай на смога за 2016 г. в Лахор. Атмосферна среда. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
2. Bang, H.Q., Nguyen, H.D., Vu, K. et al. (2018). Фотохимично моделиране на смог с използване на химически транспортен модел на замърсяване на въздуха (TAPM-CTM) в Хо Ши Мин, Виетнам Моделиране и оценка на околната среда 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 и Holben, B.N. (1997). Влиянието на аерозолите върху слънчевото ултравиолетово лъчение и фотохимичния смог. Science. 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) Фотохимичен смог в Китай: научни предизвикателства и последици за политиките за качеството на въздуха. Национален научен преглед. 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., и Wang, W.: Окислителен капацитет и радикална химия в замърсената атмосфера на Хонконг и делтата на Перлената река: анализ на тежък фотохимичен епизод на смог, Atmos. Chem., Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.