Smogové fotochemické charakteristiky, príčiny a účinky



fotochemický smog Je to hustá hmla, ktorá vzniká v dôsledku chemických reakcií plynov emitovaných spaľovacími motormi automobilov. Tieto reakcie sú sprostredkované slnečným svetlom a vyskytujú sa v troposfére, vrstva atmosféry, ktorá siaha od 0 do 10 km nad zemou. 

Slovo smog pochádza z kontrakcie dvoch slov z anglického jazyka: "hmla “, čo znamená hmlu alebo hmlu, a “dym ", čo znamená dym. Jeho použitie sa začalo v päťdesiatych rokoch minulého storočia na označenie oparu, ktorý sa týkal mesta Londýn.

Smog sa prejavuje ako žltkasto-sivohnedý opar spôsobený malými kvapôčkami vody rozptýlenými v atmosfére, ktoré obsahujú chemické reakcie, ktoré sa vyskytujú medzi látkami znečisťujúcimi ovzdušie.

Tento opar je veľmi bežný vo veľkých mestách kvôli vysokej koncentrácii automobilov a intenzívnejšej automobilovej premávke, ale tiež sa rozšíril do oblastí, ktoré boli nedotknuté, ako napríklad Grand Canyon v štáte Arizona, USA..

Veľmi často, smog má charakteristický, nepríjemný zápach, kvôli prítomnosti niektorých typických plynných chemických zložiek. Medziprodukty a konečné zlúčeniny reakcií, ktoré spôsobujú smog, vážne ovplyvňujú ľudské zdravie, zvieratá, rastliny a niektoré materiály.

index

  • 1 Charakteristiky
    • 1.1 Niektoré reakcie, ktoré sa vyskytujú v troposfére
    • 1.2 Primárne a sekundárne znečisťujúce látky v ovzduší
    • 1.3 Tvorba ozónu v troposfére
  • 2 Príčiny fotochemického smogu
  • 3 Účinky smogu
  • 4 Odkazy

rysy

Niektoré reakcie, ktoré sa vyskytujú v troposfére

Jedným z charakteristických znakov atmosféry planéty Zem je jej oxidačná schopnosť, vďaka veľkému relatívnemu množstvu diatomického molekulárneho kyslíka (OR2) obsahujúce (približne 21% svojho zloženia).

Nakoniec, prakticky všetky plyny emitované do atmosféry sú úplne oxidované vo vzduchu a konečné produkty týchto oxidácií sa ukladajú na povrch Zeme. Tieto oxidačné procesy majú zásadný význam pre čistenie a dekontamináciu vzduchu.

Mechanizmy chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú medzi látkami znečisťujúcimi ovzdušie, sú veľmi zložité. Nižšie je zjednodušená prezentácia:

Primárne a sekundárne znečisťujúce látky v ovzduší

Plyny emitované spaľovaním fosílnych palív v automobilových motoroch obsahujú najmä oxid dusnatý (NO), oxid uhoľnatý (CO), oxid uhličitý (CO).2) a prchavých organických zlúčenín (VOC) \ t.

Tieto zlúčeniny sa nazývajú primárne znečisťujúce látky, pretože prostredníctvom chemických reakcií sprostredkovaných svetlom (fotochemické reakcie) produkujú sériu produktov nazývaných sekundárne znečisťujúce látky..

Najdôležitejšími druhotnými znečisťujúcimi látkami sú oxid dusičitý (NO2)  a ozón (O3), čo sú plyny, ktoré najviac ovplyvňujú tvorbu smogu.

Tvorba ozónu v troposfére

Oxid dusnatý (NO) sa vyrába v automobilových motoroch reakciou kyslíka a dusíka vo vzduchu pri vysokých teplotách:

N2 (g) + O2 (g) →  2NO (g), kde (g) znamená v plynnom stave.

Oxid dusnatý po uvoľnení do atmosféry sa oxiduje na oxid dusičitý (NO2):

2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (G)

NO2 skúsenosti s fotochemickým rozpadom sprostredkovaným slnečným svetlom:

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

Kyslík v atómovej forme je extrémne reaktívny druh, ktorý môže iniciovať mnoho reakcií, ako je tvorba ozónu (O3):

O (g) + O2 (g) → O3 (G)

Ozón v stratosfére (vrstva atmosféry medzi 10 km a 50 km nad zemským povrchom) funguje ako ochranný prvok života na Zemi, absorbujúci vysokoenergetické ultrafialové žiarenie zo slnka; ale v pozemnom troposfére má ozón veľmi škodlivé účinky.

Príčiny fotochemického smogu

Ďalšie cesty pre tvorbu ozónu v troposfére sú komplexné reakcie zahŕňajúce oxidy dusíka, uhľovodíky a kyslík.

Peroxyacetylnitrát (PAN), ktorý je silným činidlom vyvolávajúcim trhliny, ktoré tiež spôsobuje ťažkosti s dýchaním, je jednou z chemických zlúčenín vznikajúcich pri týchto reakciách..

Prchavé organické zlúčeniny pochádzajú nielen z uhľovodíkov, ktoré nie sú spaľované v spaľovacích motoroch, ale aj z niekoľkých zdrojov, ako je napríklad odparovanie rozpúšťadiel a palív..

Tieto VOC tiež zažívajú komplexné fotochemické reakcie, ktoré sú zdrojom ozónu, kyseliny dusičnej (HNO).3) a čiastočne oxidovaných organických zlúčenín.

COV + NO + O2 + Slnečné svetlo → Komplexná zmes: HNO3, O3   a niekoľko organických zlúčenín

Všetky tieto produkty oxidácie organických zlúčenín (alkoholy a karboxylové kyseliny) sú tiež prchavé a ich výpary môžu kondenzovať do minimálnych kvapôčok kvapaliny, ktoré sú distribuované vo vzduchu vo forme aerosólov, ktoré rozptyľujú slnečné svetlo a znižujú viditeľnosť. Týmto spôsobom sa v troposfére vyskytuje nejaký závoj alebo hmla.

Účinky smogu

Častice sadzí alebo uhlíkového produktu spaľovania, anhydrid kyseliny sírovej (SO2) a sekundárnej znečisťujúcej látky - kyseliny sírovej (H. \ t2SW4) - zasahujú aj do výroby smogu.

Ozón v troposfére reaguje s dvojitými väzbami C = C v pľúcnych tkanivách, rastlinných a živočíšnych tkanivách, čo spôsobuje vážne poškodenie. Okrem toho môže ozón spôsobiť poškodenie materiálov, ako sú napríklad pneumatiky automobilov, čo spôsobuje praskanie z tých istých dôvodov.

Fotochemický smog spôsobuje vážne problémy s dýchaním, záchvaty kašľa, podráždenie nosa a hrdla, kratšie dýchanie, bolesť na hrudníku, rinitídu, podráždenie očí, dysfunkciu pľúc, zníženú odolnosť voči infekčným ochoreniam dýchacích ciest, predčasné starnutie. pľúcneho tkaniva, ťažkej bronchitídy, zlyhania srdca a smrti.

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, Karáčí, tzv. Megacities, vrchol kritickej epizódy fotochemického smogu bol príčinou alarmu a špeciálnych opatrení na obmedzenie cirkulácie.

Niektorí výskumníci uviedli, že znečistenie spôsobené oxidom siričitým (SO)2) a sulfáty spôsobujú pokles rezistencie na rakovinu prsníka a hrubého čreva v populáciách, ktoré obývajú severné zemepisné šírky.

Mechanizmus navrhnutý na vysvetlenie týchto faktov je ten, že smog tým, že rozptyľuje dopadajúce slnečné svetlo na troposféru, spôsobuje pokles dostupného ultrafialového žiarenia typu B (UV-B), ktorý je nevyhnutný pre biochemickú syntézu vitamínu D Vitamín D pôsobí ako ochranný prostriedok pre oba typy rakoviny.

Týmto spôsobom môžeme vidieť, že prebytok ultrafialového žiarenia s vysokou energiou je veľmi škodlivý pre zdravie, ale aj nedostatok žiarenia typu UV-B má škodlivé účinky.

referencie

  1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, R. U., a Ahmad, S. R. (2018). Smogová analýza a jej vplyv na hlásené očné povrchové ochorenia: Prípadová štúdia smogovej udalosti v roku 2016 v Lahore. Atmosférické prostredie. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
  2. Bang, H.Q., Nguyen, H.D., Vu, K. a kol. (2018). Fotochemické modelovanie smogu pomocou modelu transportu chemických látok znečisťujúcich ovzdušie (TAPM-CTM) v Ho Chi Minh City, Vietnam Environmentálne modelovanie a hodnotenie. 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 a Holben, B. N. (1997). Vplyv aerosólov na slnečné ultrafialové žiarenie a fotochemický smog. 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) Photochemical smog in China: vedecké výzvy a dôsledky pre politiku kvality ovzdušia. Národná vedecká správa. 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. a Wang, W .: Oxidačná kapacita a radikálna chémia v znečistenej atmosfére Hongkongu a oblasti delty Perlovej rieky: analýza ťažkej epizódy fotochemického smogu, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.