Химия окружающей среды

1. Химия окружающей среды Вторушина Анна Николаевна ТПУ - 2013 для студентов, обучающихся по направлению: 280700 «Техносферная безопасность»

2. Атмосфера

3. Гипотезы происхождения атмосферы: • Непрерывное образование атмосферы (за счет выделения газов из мантии); • Взрывообразное образование атмосферы (например, за счет расслоения Земли на ядро и мантию)

4. Строение атмосферы

5. Закон парциального давления Дальтона P = P0 exp(–h/H0) P0 –давление на поверхности земли h – отсчет высот от уровня океана H0 – высота/ мера скорости с которой давление падает с высотой

6. Состав незагрязненного воздуха

7. Состав атмосферы Газы в атмосфере не всегда находятся в равновесии. Сбалансированное состояние атмосферы: Где , ‑ потоки в атмосферу и из нее, А – общее количество газа в атмосфере, ‑ время пребывания газа в атмосфере.

8. Время пребывания – величина, описывающая системы в устойчивом состоянии. Источники компонентов в атмосфере: • Геохимические • Биологические • Антропогенные

9. Геохимические источники компонентов: • Пыль от выветривания почвы (химическое влияние не велико из-за слабой хим.активности) • Морские брызги (более реакционноспособны) • Частицы привнесенные метеорами (металлы в верхних слоях атмосферы) • Выбросы вулканического происхождения (изменение температуры, нарушение химических процессов на больших высотах) • Радиоактивные элементы пород

10. Биологические источники компонентов 1. Лес: • Лесные пожары (значительный источник углерода); • Процессы дыхания и фотосинтеза (О2, СО2); • Источник следовых количеств органических кислот, альдегидов и др. соединений. 2. Микроорганизмы почв

11. Биологические источники компонентов Растения поглощают почвенные 3. Микроорганизмы океанов 4. Малоизученные процессы(CH3Cl,бром, йодсодержащие органические соединения)

12. Источники загрязняющего материала в виде твердых частиц в атмосфере (Бримблекомб, 1986)

13. Состав атмосферы: • Постоянные составляющие • Переменные составляющие (СО2, водяной пар) • Случайные составные части (радиоактивные примеси, аммиак, сернистый газ и др.)

14. Состав атмосферы: Диссипация – это процесс преодоления атомами и ионами поля притяжения Земли. Кинетическая теория газов: T – абсолютная температура, m – средняя масса частицы, V – средняя скорость частицы, kB – константа Больцмана

15. Химические реакции в атмосфере можно разделить на: • Реакции фотодиссоциации • Реакции фотоионизации • Реакции диссоциативной рекомбинации • Реакции с переносом заряда • Реакции обмена

16. Химические реакции в атмосфере • Реакции фотодиссоциации Фотодиссоциация – это распад молекул с образованием свободных радикалов в результате поглощения фотона.

17. Химические реакции в атмосфере 2. Реакции фотоионизации Фотоионизация – это образование ионов из молекул и атомов под действием квантов света.

18. Химические реакции в атмосфере 3. Реакции диссоциативной рекомбинации – это реакции иона с электронами с образованием нейтральных молекул, которые в разряженных условиях верхней атмосферы будут быстро диссоциировать.

19. Химические реакции в атмосфере 4. Перенос заряда – реакция молекулярного иона с нейтральной частицей, сопровождающаяся переносом электрона.

20. Химические реакции в атмосфере 5. Реакции обмена – реакции сопровождающиеся разрывом связей.

21. Реакции следовых веществ в атмосфере Причина короткого пребывания газа в атмосфере – протекание хим.реакций.

22. Реакции следовых веществ в атмосфере Наиболее реакционноспособная единица в атмосфере – гидроксильный радикал. а) фоторазложение озона: б) Фотодиссоциация воды:

23. Реакции следовых веществ в атмосфере Гидроксильный радикал реагирует со многими соединениями, поэтому у него короткое время пребывания, и скорости реакций больше нежели у О2. В стратосфере преобладает атомарный кислород. Газы просачиваясь в стратосферу мешают образованию озона.

24. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Источники антропогенного загрязнения: • транспорт - 60% общего количества загрязнений, • промышленность – 17%, • энергетика – 14%, • отопление и уничтожение отходов – 9%.

25. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Классификация атмосферных загрязнений (по пути поступления в атмосферу): • первичные (поступающие непосредственно в атмосферу) • вторичные (являющиеся результатом превращения первичных).

26. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Около 85% общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют: • сернистый газ, • оксиды азота, • оксиды углерода, • аэрозольная пыль.

27. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Аэрозоли – дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсными фазами являются твердые или жидкие частицы. Аэрозоли: • пыли – дисперсные системы, состоящие из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде. • дымы – аэрозоли, которые получаются при конденсации газа. • туман – дисперсная система, состоящая из жидких частиц в газообразной среде.

28. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Источники аэрозолей: • Естественные (вулканы, гейзеры, разрушающиеся горные породы, пылевые бури, почвенная эрозия, лесные пожары), • Антропогенные (выбросы промышленных предприятий и др.)

29. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Основной параметр, характеризующий взвешенные частицы, – это их размер. Закон Стокса: где F – сила трения, r – радиус частицы, V – ее скорость и – вязкость среды.

30. Загрязнение атмосферы автотранспортом Количество загрязнения определяется: • составом топлива • объемом сжигаемого топлива • организация процесса сгорания

31. Рациональный выбор топлива

32. Загрязнение атмосферы автотранспортом Выбросы в атмосферу при сжигании различных видов топлива: • нетоксичные: углекислый газ, водяной пар (парниковые газы). • вредные вещества: оксид углерода (II), оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, бенз(а)пирен (С20Н12), несгоревшие частицы топлива и т. п.

33. Нормы токсичности и выбросов с ОГ двигателей серийных авто полной массой до 3.5 т

34. Загрязнение атмосферы автотранспортом Горение топлива Идеальная ситуация: Реальная ситуация:

35. Горение топлива • СО связывает гемоглобин в 210 раз эффективнее О2

36. Горение топлива • Промышленные выбросы SO2 – 200 Мт/год • Природные источники – 300 Мт/год(Эткинс, 1991)

37. Продукты горения топлива вызывают появление вторичного загрязнения: Смог – это туман с влажностью около 70%. Общая схема образования фотохимического смога в упрощенном виде:

38. Некоторые составляющие фотохимического смога

39. Фотохимический смогХарактерное распределение смога по времени суток:

40. Фотохимический смог – вторичное загрязнение

41. Первичное и вторичное загрязнение атмосферы

42. Загрязнение воздуха и здоровье • Свинец – снижение умственных способностей у детей • Бензол – увеличение фотохимического смога, онкологические заболевания. • Толуол - онкологические заболевания; образует пероксибензилнитрат – раздражитель глаз.

43. Последствия загрязнения атмосферы • Диоксид серы, серная кислота – разрушает известняк до гипса; • Озон – разрушение двойных связей органических молекул (разрушение резин, красителей, нарушение жизнедеятельности растений); • Окиси азота – затруднение дыхания, инициирование фотохимических процессов с образованием альдегидов и др.

44. Озоновый слой Механизм образования озона: Факторы влияющие на концентрацию озона:

45. Разложение озона в азотном цикле

46. Разложение озона под действием водяного пара Таблица 2 Число частиц в 1 см3 атмосферы по расчетным данным

47. Влияние антропогенных факторов на слой озона Фреоны:

48. 1 – галоидный цикл; 2 – водородный цикл; 3 – кислородный цикл; 4 – азотный цикл Вклад различных циклов в скорость разложения озона

49. Изменения глобального климата

50. Естественная эволюция климата Причины изменения климата: 1. Астрономические факторы (колебания климата с периодичностью в десятки тысяч лет). 2. Состав атмосферы (влияние естественных изменений содержания СО2 существенно для интервалов времени более 100 тыс.лет).