- vlastnosti
- Niektoré reakcie, ktoré sa vyskytujú v troposfére
- Znečisťujúce látky primárneho a sekundárneho vzduchu
- Tvorba ozónu v troposfére
- Príčiny fotochemického smogu
- Účinky smogu
- Referencie
Fotochemický smog je hmla vznikajú v dôsledku chemických reakcií plynov zo spaľovacích motorov automobilov. Tieto reakcie sú sprostredkované slnečným žiarením a vyskytujú sa v troposfére, vrstve atmosféry, ktorá siaha od 0 do 10 km nad zemou.
Slovo smog pochádza zo sťahovania dvoch slov v anglickom jazyku: „hmla“, čo znamená hmlu alebo hmlu, a „dym“, čo znamená dym. Jeho používanie sa začalo v 50-tych rokoch 20. storočia na označenie zákalu, ktorý pokrýval mesto Londýn.
Obrázok 1. Fotochemický smog v Salt Lake City, USA. Zdroj: Eltiempo10, z Wikimedia Commons
Smog sa prejavuje ako žltkastohnedo-sivastý zákal, ktorý vznikol malými kvapkami vody rozptýlenými v atmosfére, ktoré obsahujú chemické produkty reakcií, ktoré sa vyskytujú medzi látkami znečisťujúcimi vzduch.
Tento zákal je veľmi častý vo veľkých mestách kvôli vysokej koncentrácii automobilov a intenzívnejšej automobilovej premávke, ale rozšíril sa aj do nedotknutých oblastí, ako je napríklad Grand Canyon v štáte Arizona v USA.
Smog má veľmi často charakteristický nepríjemný zápach v dôsledku prítomnosti niektorých typických plynných chemických zložiek. Medziprodukty a konečné zlúčeniny reakcií, ktoré spôsobujú smog, vážne ovplyvňujú zdravie ľudí, zvieratá, rastliny a niektoré materiály.
vlastnosti
Niektoré reakcie, ktoré sa vyskytujú v troposfére
Jednou z charakteristických čŕt atmosféry planéty Zem je jej oxidačná kapacita kvôli veľkému relatívnemu množstvu diatomického molekulárneho kyslíka (O 2 ), ktorý obsahuje (približne 21% svojho zloženia).
Nakoniec, prakticky všetky plyny emitované do atmosféry sú úplne oxidované vo vzduchu a konečné produkty týchto oxidácií sú ukladané na zemský povrch. Tieto oxidačné procesy majú zásadný význam pre čistenie a dekontamináciu vzduchu.
Mechanizmy chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú medzi látkami znečisťujúcimi ovzdušie, sú veľmi zložité. Nasleduje ich zjednodušená expozícia:
Znečisťujúce látky primárneho a sekundárneho vzduchu
Plyny emitované spaľovaním fosílnych palív v motoroch automobilov obsahujú najmä oxid dusnatý (NO), oxid uhoľnatý (CO), oxid uhličitý (CO 2 ) a prchavé organické zlúčeniny (VOC).
Tieto zlúčeniny sa nazývajú primárne znečisťujúce látky, pretože chemickými reakciami sprostredkovanými svetlom (fotochemické reakcie) vytvárajú sériu produktov nazývaných sekundárne znečisťujúce látky.
Najdôležitejšie sekundárne znečisťujúce látky sú v zásade oxid dusičitý (NO 2 ) a ozón (O 3 ), čo sú plyny, ktoré najviac ovplyvňujú tvorbu smogu.
Tvorba ozónu v troposfére
Oxid dusnatý (NO) sa vyrába v motoroch automobilov reakciou kyslíka a dusíka vo vzduchu pri vysokých teplotách:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), kde (g) prostriedky v plynnom stave.
Oxid dusnatý sa po uvoľnení do atmosféry oxiduje na oxid dusičitý (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 prechádza fotochemickým rozkladom sprostredkovaným slnečným žiarením:
NO 2 (g) + hγ (svetlo) → NO (g) + O (g)
Kyslík O v atómovej forme je mimoriadne reaktívny druh, ktorý môže iniciovať mnoho reakcií, ako je napríklad tvorba ozónu (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozón v stratosfére (vrstva atmosféry medzi 10 km a 50 km nad zemským povrchom) funguje ako ochranná zložka života na Zemi, pretože absorbuje vysoko energetické ultrafialové žiarenie, ktoré vychádza zo slnka; ale na pozemskej troposfére má ozón veľmi škodlivé účinky.
Obrázok 2. Smog v New Yorku. Zdroj: Wikipedia Commons
Príčiny fotochemického smogu
Ďalšími cestami na tvorbu ozónu v troposfére sú zložité reakcie zahŕňajúce oxidy dusíka, uhľovodíky a kyslík.
Jednou z chemických zlúčenín generovaných pri týchto reakciách je peroxyacetylnitrát (PAN), čo je silné slzotvorné činidlo, ktoré tiež spôsobuje ťažkosti s dýchaním.
Prchavé organické zlúčeniny pochádzajú nielen z uhľovodíkov, ktoré sa nespaľujú v spaľovacích motoroch, ale okrem iného z rôznych zdrojov, napríklad z odparovania rozpúšťadiel a palív.
Tieto VOC tiež podliehajú komplexným fotochemickým reakciám, ktoré sú zdrojom ozónu, kyseliny dusičnej (HNO 3 ) a čiastočne oxidovaných organických zlúčenín.
VOC + NO + O 2 + Slnečné svetlo → Komplexná zmes: HNO 3, O 3 a rôzne organické zlúčeniny
Všetky tieto organické zlúčeniny, oxidačné produkty (alkoholy a karboxylové kyseliny), sú tiež prchavé a ich výpary sa môžu kondenzovať na malé kvapôčky tekutiny, ktoré sú distribuované vo vzduchu vo forme aerosólov, ktoré rozptyľujú slnečné svetlo a znižujú viditeľnosť. Týmto spôsobom sa v troposfére vytvára druh závoje alebo hmly.
Účinky smogu
Sadzí alebo uhlíkové častice vyrobenej spaľovaním, anhydrid kyseliny sírovej (SO 2 ) a sekundárne znečisťujúce kyselina -sulfuric (H 2 SO 4 ), - sa tiež podieľajú na produkcii smogu.
Ozón v troposfére reaguje s dvojitými väzbami C = C v pľúcnych tkanivách, rastlinných a živočíšnych tkanivách a spôsobuje vážne poškodenie. Okrem toho môže ozón poškodiť materiály, ako sú automobilové pneumatiky, čo môže spôsobiť praskanie z rovnakých dôvodov.
Fotochemický smog je príčinou závažných respiračných problémov, kašeľových kúziel, podráždenia nosa a krku, kratšieho dýchania, bolesti na hrudníku, nádchy, podráždenia očí, dysfunkcie pľúc, zníženej odolnosti proti infekčným chorobám dýchacích ciest, predčasného starnutia pľúcne tkanivá, ťažká bronchitída, zlyhanie srdca a smrť.
V mestách ako New York, Londýn, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varšava, Praha, Stuttgart, Peking, Šanghaj, Soul, Bangkok, Bombaj, Kalkata, Dillí, Jakarta, Káhira, Manila, Karáči. Vo veľkých množstvách boli najvyššie kritické epizódy fotochemického smogu príčinou poplachu a osobitných opatrení na obmedzenie obehu.
Niektorí vedci uviedli, že kontaminácia spôsobená oxidom siričitým (SO 2 ) a sulfátmi spôsobuje populáciu severných zemepisných šírok rezistenciu voči rakovine prsníka a hrubého čreva.
Navrhovaný mechanizmus na vysvetlenie týchto skutočností je, že smog rozptylom dopadajúceho slnečného žiarenia na troposféru spôsobuje zníženie dostupného ultrafialového žiarenia typu B (UV-B), čo je nevyhnutné pre biochemickú syntézu vitamínu D Vitamín D pôsobí ako ochranné činidlo proti obom typom rakoviny.
Týmto spôsobom môžeme vidieť, že nadbytok vysokoenergetického ultrafialového žiarenia je veľmi zdraviu škodlivý, ale aj nedostatok UV-B žiarenia má škodlivé účinky.
Referencie
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU a Ahmad, SR (2018). Analýza smogu a jeho vplyv na hlásené očné povrchové choroby: prípadová štúdia smogovej udalosti Lahora z roku 2016. Atmosférické prostredie. doi: 10,016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. a kol. (2018). Fotochemické modelovanie smogu pomocou modelu chemickej dopravy znečistenia ovzdušia (TAPM-CTM) v Hočiminovom meste, Vietnam, environmentálne modelovanie a hodnotenie. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G. a Holben, BN (1997). Vplyv aerosólov na slnečné ultrafialové žiarenie a fotochemický smog. Science. 278 (5339): 827 - 830. doi: 10,126 / veda.278,5339,827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., a kol. (2016) Fotochemický smog v Číne: vedecké výzvy a implikácie pre politiky kvality ovzdušia. National Science Review. 3 (4): 401 - 403. Doi: 10,1093 / nsr / nww080
- 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. a Wang, W.: Oxidačná kapacita a radikálna chémia v znečistenej atmosfére oblasti Hongkong a delta rieky Pearl: analýza závažnej fotochemickej epizódy smogu, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.