Озон и смог.
Озон
Озон сконцентрирован в озонном слое стратосферы на высоте 15 - 35 км. Он образуется из молекул О2 благодаря фотодиссоциации под воздействием коротковолнового УФ-излучения, пронизывающего атмосферу, и при помощи импульсных партнеров (М):
При больших длинах волн озон повторно диссоциирует с появлением реакционно-способных радикалов О-, разлагающих природные газы, например:
Н2О + О´ → 2ОН.
Действуя как катализатор О´ наряду с радикалами NO´, Н´, ОН´ и Сl´, разрушает озоновый слой. В стратосфере преобладает равновесие между процессами синтеза и распада озона. Нарушение равновесия происходит при вступлении в реакцию фторхлорметанов — фреона-11 (CFC13) и фреона-12 (CF2C12) — из аэрозольных баллончиков и холодильников, где они используются в качестве хладагентов. Под действием УФ-лучей они диссоциируют с выходом иона Сl´, катализирующего распад 1000 молекул озона, пока ион хлора не соединится с водородом из органических соединений, с образованием НС1 и выходом из реакции:
О3 + Сl´ → О2 + ОСl´;
О + ОСl´ → О2 + Сl´.
Благодаря фотолизу О, и абсорбции ближнее И дальнее УФ излучение (100 - 315 мм) не достигает Земли. Через дыры (озоновые дыры) вредные УФ-лучи попадают на людей (рак кожи). Разрушению озонового слоя противодействуют газовые микро добавки N2O, СО, СН4 и радикалы распавшихся фреонов. Содержание озона колеблется на протяжении дня, от года к году и зависит от погоды, высоты, извержения вулканов и географической широты. Тропосферный озон считают одной из причин заболевания лесов.
Рисунок. Концентрация озона в воздухе.
Смог
Озон, оксиды азота и углеводороды — это ключевые субстанции (предвестники) фото химического смога (лосанджелесского типа).
Он возникает в больших городах с высокой плотностью транспорта, преимущественно в Калифорнии (Рисунок). Холодный морской воздух с Запада вторгается под застойный слой теплого воздуха и провоцирует инверсионные состояния погоды. В холодном воздухе температуры снижаются снизу вверх, нарастая затем в теплом слое. Газообмен на границах соприкосновения обоих потоков отсутствует.
Рисунок. Изменение концентраций в смого имитационной камере (облучение светом).
При температуре воздуха 25 - 35 "С, низкой влажности и скорости ветра до 2 м/с возникает фото смог: уже в ранние утренние часы в атмосфере накапливаются NO и N02, попадающие туда с дымом электростанций и выхлопными газами автомобилей, а также смесь различных углеводородов (алкены, высшие алканы, ароматические УВ и т. д.). После восхода солнца под действием УФ-лучей.
Рисунок. Фото смог в Лос-Анджелесе.
Загрязнение воздуха III: озон, смог
(λ < 420 им) начинается фото литическое разложение NO2 → NO + О. Атомарный кислород О реагирует преимущественно с молекулярным О2 с образованием озона О3, а также с углеводородами (Рисунок). Свободные радикалы углеводородов (ОН", НО,") окисляют NO до NO, и ускоряют синтез озона Фотолиз О, под действием УФ-излучения (X < 310 нм) высвобождает возбужденные атом О', которые с водой образуют радикалы ОН':
Н2О + О' → 2ОН’.
Радикалы ОН- разлагают углеводороды, причем с участием O2, NO и NO2 появляются промежуточные радикалы и, наконец, пероксяалкёлнитраты. Пероксиацетнлнитрат СН3 — СО — О—О — NO2 (ПАН) образуется из предшественников — этана и этена. После захода солнца O3 разрушается по реакции с NO:
О3 + NO ⇔ NO2 + О2.
Для смога характерно замутнение воздуха аэрозолями, образовавшимися из реакционных продуктов (оксидантов) газов-предшественников под воздействием солнечного света. Фото смог из-за высокого содержания ПАН и альдегидов раздражает слизистые оболочки. О3 вреден для здоровья и, так же как ПАН, разрушает структуру листьев.
Рисунок. Повреждение листьев озоном О3 (а) и ПАНом (б).
Зимний смог
Зимний смог (лондонского типа) возникает в условиях высокого давления при антициклонах, высокой влажности воздуха (> 80%) и температурах от -З° до +5° Св промышленных городских густо населенных районах.
Инверсионный слой изолирует приземный слой воздуха, приводя к скоплению промышленных и отработанных бытовых абгазов, прежде всего пыли и SО2. В отличие от "лосанджелесского смога", действующего как окислитель благодаря наличию пероксида, "лондонский смог" имеет восстановительные свойства: оксид серы (SО2) возбуждаете» солнечным светом с образованием радикала SО2'. Последний реагирует с кислородом до радикала SO4', который мгновенно распадается в присутствии атомарного О. Атомарный кислород может окислять следующую молекулу SО2':
SO2’ + О2 → SO4, → SO3 + О;
О + SO2 → SO3.
Триоксид серы реагирует с водой до образования серной кислоты, разлагающей металлы:
SO3 + Н2О -> H2SO4.
H2SO4 и SO2, нейтрализуются в щелочной среде слизистой оболочки рта. Но поскольку SO, абсорбируется на пылинках, а гигроскопичная серная кислота образует аэрозоли, оба соединения могут попасть в легкие и привести к защелачиванию кровеносных капилляров. Как следствие является псевдо крупозное воспаление легких, астма и смертельный отек легких.
Рисунок. Неотложное посещение клиник астматиками.
