Фотохимические реакции

Вторичные загрязнители, наносящие боль­шой вред здоровью населения промышленных городов, являются продуктом серии сложных химических реакций, возникающих под дейст­вием солнечного света. Сущность этих реак­ций не удалось полностью выяснить до сих пор. В «фотохимическом коктейле» две глав­ные составные части — озон и некоторые уг­леводороды, не принадлежащие к ряду мета­на, известные под названием оксидантов. Ус­ловимся считать оксидантом любое вещество, способное вызвать реакцию окисления. Изве­стно множество различных оксидантов, образу­ющихся из углеводородных соединений, од­нако ввиду того, что они почти всегда образу­ются в сочетании с озоном, удобнее как при проведении измерений, так и при разработке стандартов подразумевать под концентрацией оксиданта только лишь концентрацию озона.

Озон образуется в нижних слоях атмосфе­ры при взаимодействии молекулярного кисло­рода с атомарным кислородом, высвобожда­ющимся в процессе взаимодействия квантов лучистой энергии Солнца с двуокисью азота:

NO₂ +hυ -->NO + O; (13.21)

O₂ + O -->О₃. (13.22)

Однако если в атмосфере нет других при­месей, N0 как продукт этой реакции снова очень быстро окисляется озоном в NO₂ (рис. 13.14, а). Результирующий эффект будет вы­ражен незначтельным нагреванием атмосфер­ного воздуха вследствие поглощения фотонов солнечного света. В присутствии углеводоро­дов (рис. 13.14, б) озон, образовавшийся на первой стадии, может уцелеть и, вступив в реак­цию, образовать органическое азотсодержа­щее соединение. Некоторые органические нитраты, находя­щиеся в загрязненной атмосфере, являются чрезвычайно сильными оксидантами. Они при­надлежат к веществам группы пероксиацетил-нитратов (ПАН). Их структурная формула имеет вид:

где обычно R=CH₃, но это может быть любой другой алкановый радикал. Вещества группы ПАН довольно неустойчивы, и их поведение непредсказуемо, когда они подвергаются ла­бораторному исследованию в большом коли­честве. Это — сильнейшие оксиданты, способ­ные повредить ткани человеческого организма и отрицательно влияющие на развитие расте­ний.

Образование оксидантов тесно связано с образованием окислов азота. Это подтвержда­ется данными измерений; на рис. 13.15 постро­ены кривые образования NO, NO₂, углеводо­родов неметанового ряда и оксидантов в воз­душном бассейне крупного города в зависимо­сти от времени суток. Максимальная концен­трация NO и NO₂ коррелирует с утренними и вечерними часами пик. Образование оксидан­тов возобновляется вскоре после восхода солнца и достигает максимума примерно к по­лудню. Если в данном районе возникнет инвер­сия температуры, оксиданты не исчезнут пол­ностью с наступлением вечера — напротив, их концентрация еще более возрастет в вечерние часы интенсивного движения транспорта, ког­да еще не стемнело.

В урбанизированных ареалах отмечены концентрации оксидантов, превышающие 0,3 млн.^-1 Исследования показывают, что при концентрациях около 0,05 млн^-1 (100 мкг/м³) меняется структура листьев у отдельных ви­дов растений. Концентрация свыше 0,1 млн^-1 вызывают у человека раздражение слизистой оболочки глаз, а при 0,25 млн^-1 и более обо­стряются респираторные заболевания.

Фотохимическое загрязнение воздуха поч­ти на 100 % происходит в результате вредных выбросов автомашин. Существует тесная за­висимость между количеством выбросов ав­тотранспортных средств и возникновением сильного смога — факт, полностью докумен­тированный еще задолго до того, как в 1970 г. были опубликованы федеральные нормативы на допустимое загрязнение воздуха.

Дата добавления: 2014-01-07