Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
70
2. Изменения в атмосфер*
почвы — от 16 до 31%, болотные почвы — от 19 до 40% связанного азота удобрений в атмосферу вследствие денитрификации. Но главное количество N2O выделяют азотсодержащие соединения почв. При этом исходят из того, что выделяемые почвами соединения азота наполовину или более состоят из N2O. Оксиды азота антропогенного происхождения главным образом состоят из NO, образующегося при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000 0C Считается, что NO может быть окислен до NO2 также с помощью озона или с помощью пероксидных радикалов (HO2). Оксиды азота также образуются в некоторых отраслях химической промышленности, при процессах нитрования, производстве суперфосфата,, очистке металлов азотной кислотой, изготовлении взрывчатых веществ и плавке. Но главным источником выбросов оксидов азота все же остается автомобильный транспорт (табл. 2.4).
Таблица 2.4. Главные источники выбросов N0* в атмосферу на примере территории земель Баден—Вюртемберг
Источник Доля выбросов N0*
в общем балансе, %
Транспорт 64
Электростанции 18
Промышленность 12
Домашнее хозяйство и мелкие производства * 6
Постоянный выброс оксидов азота за последние годы связан главным образом с развитием автотранспорта. Кроме того, тенденция к более полному использованию топлива также приводит к увеличению выбросов NO*, так как повышение эффективности работы мотора связано с ростом температуры. Растет число выбросов и при увеличении скорости движения транспорта, причем нелинейно: количество NO* нарастает быстрее. Таким образом, концентрация NO* на автотрассах растет также с увеличением скорости автомашин. Антропогенное загрязнение атмосферы оксидами азота принимает критический характер в густонаселенных городах, где чаще выпадают осадки. Наивысшие концентрации выбросов в городах достигают значений 800 — 1200 мкг/м3.
2.2. Газы
71
2.2.6.2. Окисление и химические превращения
Для полного выяснения механизма окисления первично образованного NO в NO2 надо установить источники необходимых для этого процесса радикалов пероксида или соответственно тропосферного озона, концентрация которого составляет 10 — 100 млрд"1. Источником тропосферного озона в незначительной степени является И стратосфера, но в основном он зарождается в тропосфере, причем схема процесса образования резко отличается от образования стратосферного озона. На начальных стадиях процесса решающую роль играет СО:
СО + ОН" -+ Н* + CO2 (2.23)
H* +O2+ M-^HOO-H-M (2.24)
где M — частицы, участвующие в столкновениях, но не вступающие в реакции, например N2. Образующийся при этом радикал пероксида водорода окисляет NO до NO2:
HOO' + NO -* ОН' + NO2 (2.25)
Ночью NO2 стабилен. Днем под влиянием солнечного света (область длин волн менее 430 нм), как это происходит и вблизи от поверхности земли, NO2 фотолитически расщепляется на NO и кислород в основном состоянии (3P):
N02X<^»MN0 + 0(3P) (226)
Этот активный кислород может давать озон при взаимодействии с молекулярным кислородом, при этом требуется присутствие инертных частиц М: ,
О(3Р)+О2 + М-^03 + M (2.27)
NO2 может участвовать в ряде других реакций. В присутствии пыли, содержащей щелочные и щелочноземельные металлы, .идет образование солей, при этом образуются менее токсичные продукты; .'• / •
2NO2 + Na2CO3 + H2O NaNO2 + NaNO3 + H2CO3 (2.28)
Как дальнейшее ослабление токсичности следует рассматривать образование азотной кислоты во влажном воздухе, так как при этом ослабляется окислительная активность NO2, хотя азотная кислота и остается в клетках организма. Образующаяся одновре
72
2. Изменения е атмосфере
менно азотистая кислота при больших концентрациях оказывает мутагенное действие (см. разд. 3.3.1).
2NO2+ H2O-* HNO2+ HNO3 (2.29)
В небольших количествах NO2 может реагировать с радикалами ОН', возникающими при фотолизе воды ультрафиолетовым светом, с образованием азотной кислоты:
NO2 + ОН'-* HNO3 (2.30)
Поскольку все продукты приведенных выше реакций хорошо растворимы в воде, они легко вымываются дождевой водой из атмосферы, создавая кислотные осадки.
2.2.6.3. Фотохимическое образование смога с окислительными свойствами
В слоях воздуха, близких к поверхности земли, озон вновь быстро реагирует с NO, образуя исходные продукты; таким образом вскоре устанавливается равновесное состояние, которое препятствует накоплению O3. В выхлопных газах автомобильных двигателей при одновременном присутствии алканов и алке-нов образуются органические радикалы, например:
R-H + О- R' + ОН' или (2,31)
R-H + ОН' -* R' + H2O (2.32)
В дальнейшем озон вступает в реакции с углеводородами. Органические г^щшшш образуют в присутствии M и кислорода воздуха радикалы пероксидов:
R' + O2 + M-* ROO' + M (2.33)
которые в свою очередь окисляют NO в NO2:
ROO' + NO -> NO2 + RO- (2.34)
Кроме того, в окислении NO в NO2 принимает участие СО (уравнения 2.23 — 2.25). Дальнейшие реакции, ведущие к полимеризации углеводородов и понижающие прозрачность атмосферы, известны только, ориентировочно.
