Что такое фотохимический смог?

Фотохимический смог – это сложная смесь нескольких соединений. Среди его различных составляющих большое значение имеют озон и ПАН (пероксиацетилнитрат). Может стать причиной не только ухудшения здоровья людей, но и нанести существенный экономический ущерб.

Фотохимическое загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха – это чрезмерная концентрация посторонних веществ в воздухе, которая отрицательно сказывается на самочувствии человека или наносит ущерб имуществу. Фотохимическое загрязнение воздуха из-за образования фотохимического смога ограничено высокомоторизованными районами в мегаполисах. Это происходит при неблагоприятных метеорологических условиях, когда движение воздуха ограничено.

Несмотря на то, что озон является основным окислителем в смоге, существуют небольшие количества других агентов, которые различаются по количественному составу и мешают определению озона. Из-за этого все окисляющие соединения в смоге с окислительной силой больше, чем молекулярный кислород, объединяются и называются окислителями.

Смог и фотохимический туман возникает в результате взаимодействия некоторых углеводородов и окислителей под воздействием солнечного света, что приводит к образованию опасного пероксиацетилнитрата (ПАН). Основными составляющими фотохимического загрязнения являются оксид азота, ПАН, углеводороды, окись углерода и озон. Фотохимическое загрязнение воздуха вызывает:

• снижение видимости;
• раздражение глаз;
• повреждение растительности;
• растрескивание резины;
• выцветание красителей и т. д.

Фотохимический смог образуется в результате фотохимического окисления углеводородов и оксидов азота. Установлено, что в момент образования фотохимического смога происходит значительное увеличение количества озона и окислителя. Фотохимическое образование озона из примесей происходит благодаря действию солнечного света.

Условия образования фотохимического смога

Он может образоваться только при соблюдении следующих условий:

1. Вначале энергия ультрафиолетового света поглощается NO₂;
2. Высокоэнергетическая молекула (NO₂) затем разлагается на оксиды азота и атомарный кислород;
3. Атомарный кислород быстро реагирует с молекулярным кислородом, образуя озон. Однако, если нет какой-либо другой поглощающей энергию молекулы, озон будет быстро разлагаться;
4. При наличии третьего тела (X), образуется стабильная молекула озона;
5. При наличии оксида азота, он вступает в реакцию с озоном, образуя NO₂ и молекулу кислорода.

Для справки! В вышеприведенных реакциях NO2 ведет себя как катализатор.

Далее, в присутствии некоторых углеводородов происходят другие реакции. Некоторые атомы кислорода, озона и оксида азота вступают в реакцию с углеводородами с образованием различных продуктов и промежуточных соединений. С ними может происходить еще более сложная реакция. Некоторые из образующихся продуктов образуются альдегиды, такие как формальдегид и акролеин, пероксиды и пероксиацетилнитрат (ПАН).

В формулах это отображается так:

1. Если оксид азота также присутствует в воздухе, то реакция протекает следующим образом –  NO + O₂ → NO₂ + O₂;
2. Если Озон присутствует в избытке, то: 2NO₂ + O₃ → N₂O₅ + O₂;
3. Если присутствует водяной пар, то: N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃.

Таким образом может образовываться азотная кислота.

Влияние фотохимического смога

Изучено воздействие фотохимического смога на человека, растения и материалы там, где он обычно возникает. Дополнительная информация также была получена путем стимулирования фотохимического смога в экологических камерах.

Ниже приведены важные последствия фотохимического смога:

1. Раздражение глаз: вероятно, соединения, ответственные за раздражение глаз, – это формальдегид, акролеин, ПАН и пероксибензоилнитрат;
2. Повреждение растительности. Наблюдаемые эффекты: серебрение и бронзирование нижней стороны листьев с последующим разрушением клеток и некрозом. Сообщалось также о задержке роста. Три основных фитоксиканта – озон, диоксид азота и ПАН. Это приводит к экономическим потерям;
3. Уменьшение видимости – наиболее часто наблюдаемый эффект фотохимического смога. Аэрозольные частицы, вызывающие фотохимический смог, содержат соединения углерода, кислорода, водорода, азота, серы и галогенидов.
4. Растрескивание резины – это происходит главным образом из-за озоновых составляющих фотохимического смога. Важным экономическим эффектом смога является износ боковых стенок автомобильных шин. Для преодоления этой проблемы используется антиозонант.

Выцветание красителей – это еще один важный экономический эффект фотохимического смога. Он представляет собой сложную смесь нескольких соединений. Среди его различных составляющих большое значение имеют озон и ПАН.

Загрязнение происходит преимущественно в высокомоторизованных районах и там, где в атмосфере преобладают условия инверсии. Размер частиц составляет около 0,3 мкм. Жидкая фаза в основном состоит из органического вещества.

Вместо резюме

Причины появления фотохимического смога обусловлены фотохимическим окислением углеводородов и оксидов азота. Установлено, что в момент образования фотохимического смога происходит значительное увеличение количества озона и окислителя.

Факты ясно указывают на то, что фотохимическое образование озона или окислителя происходит из примесей за счет действия солнечного света. Характер фотохимических реакций, протекающих в атмосфере, зависит от ряда факторов:

• интенсивность света;
• реакционная способность углеводородов;
• соотношение углеводородов к оксиду азота;
• наличие поглотителей света;
• метрологические переменные.

Фотохимическое загрязнение воздуха проявляет свои эффекты, такие как раздражение глаз, повреждение растительности, снижение видимости, растрескивание резины и выцветание красителей.