Стартер фотохимического смога

В настоящее время уже до 0,7 " 108 т азота в год связывается при взаимодействии азота с кислородом воздуха в результате высокотемпературных процессов, вызванных хозяйственной деятельностью. Половина производимой человеком окиси азота образуется в результате сжигания топлива в промышленных установках и другая половина - за счет работы транспорта. Таким образом, действующий двигатель внутреннего сгорания служит основным антропогенным источником NO в атмосфере.

Фронт огня, распространяющийся от искры, достигает температуры около 2800?С. При такой температуре концентрация NO составила бы не менее 2%. При низких температурах окружающей среды оксиды азота термодинамически неустойчивы и распадаются на кислород и азот, но скорость этого процесса очень низка. Таким образом, оксид азота достаточно стабилен и выделяется вместе с выхлопными газами. В целом условия в двигателе поразительно близки параметрам технологического процесса сжигания воздуха.

Попадая в атмосферу, оксид азота постепенно превращается в диоксид путем взаимодействия с озоном и гидроперекисными радикалами. Таким образом, окислы азота накапливаются в нижних слоях атмосферы. Их присутствие вызывает такое хорошо известное явление, как кислотные дожди, и сказывается на последующих превращениях химически активного компонента атмосферы - кислорода.

Молекула кислорода представляет собой бирадикал с неспаренными электронами и носит название триплетного кислорода (3О2). Триплетный кислород имеет энергию диссоциации на атомы 496 кДж/моль. Эта высокая величина служит кинетическим фактором относительной химической инертности кислорода, что является одной из причин нахождения кислорода в свободном состоянии в атмосфере. При возбуждении триплетного кислорода под действием света происходит электронная перестройка, в результате чего возникает молекула синглетного кислорода с парой электронов, принадлежащей одному из атомов кислорода, - так называемый синглет I. На это требуется энергия 92 кДж/моль. Такой кислород нестабилен и быстро распадается. Его среднее время жизни в атмосфере составляет 65 мин.

При дальнейшем возбуждении происходит еще одна трансформация молекулы кислорода и возникает молекула кислорода синглет II. Это возбужденное состояние еще менее стабильно: среднее время существования - 110 с. На его образование из синглета I требуется 63 кДж/моль. Синглетные формы кислорода химически активны:

С их образованием связано важное явление - фотодинамическое действие. Суть его состоит в следующем. Существует группа веществ, которые высокочувствительны к действию света и, поглощая квант, переходят в возбужденное состояние. Эти вещества обладают и другой особенностью - способностью передавать энергию возбуждения молекулам кислорода, переводя их тем самым в синглетное состояние. Такие вещества называют сенсибилизаторами (S).

Оксиды азота и являются активными сенсибилизаторами, вызывающими образование синглетного кислорода:

S + hn S* S* + 3O2 S + 1O2

а далее озона и атомарного кислорода:

O2 + 1O2 O3 + O

Таким образом, в атмосфере накапливаются активные окислители, опасные для живых организмов. Чем выше их концентрация (и, в частности, озона), тем опаснее воздух для здоровья, причем их содержание тем выше, чем больше концентрация оксидов азота (табл. 1).

При недостатке кислорода в двигателе внутреннего сгорания происходит не только полное сгорание бензина до углекислого газа, но и неполное окисление до альдегидов:

R-CH3 + O2 R-CH=O + H2O

Альдегид

Присутствующие в выхлопных газах альдегиды реагируют с активными формами кислорода и диоксидом азота:

В результате в атмосфере накапливаются пероксиацилнитраты (ПАН). Эти вещества нестойки и легко разрушаются. Вещества группы ПАН очень токсичны. Уже при концентрации 0,2 мг/м3 они обладают резким слезоточивым действием, повреждают растения и разрушают резину. В совокупности образование смеси высокотоксичных веществ носит название фотохимического смога и требует для возникновения интенсивного солнечного освещения, активного движения транспорта и условий для появления застойной зоны воздуха в приземном слое атмосферы данной территории. Фотохимический смог характерен для больших тропических и субтропических городов и впервые отмечен в Лос-Анджелесе в 1944 году.

Итак, окислы азота - пусковые вещества фотохимического смога, а образующиеся вещества химически активны и разрушают живые ткани, вызывая удушье, а в экстремальных случаях и гибель людей. Агрессивные химические компоненты вызывают увядание растений, а также коррозию металлических конструкций, разрушение резины, красителей и других материалов.

Другое по теме

Структурные уровни организации материи
Развитие - это необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры. Развитие - всеобщий принцип объяснения природы, общества и познания, как исторически протекающих событий. Р ...

Метод добавок в условиях нелинейной калибровки.
Изложенные выше различные варианты метода добавок имеют одно общее свойство, заключающееся в том, что в основе их лежит закон Нернста. Закон предполагает линейность электродной функции в неограниченном диапазоне концентраций анализируемого иона. Если электродная функция нелинейна, то применение известных методов добавок станов ...