Атмосферадағы ластаушы заттардың түрленулеріЛастау көзінен шыққаннан кейін ластаушы заттар атмосферада өзгермейтін күйде қалмайды. Кеңістікте орын ауыстыру және таралу, турбулентті диффузия, сұйылу сияқты динамикалық құбылыстар үдерісі кезінде физикалық өзгерістер жүреді. Сонымен қатар атмосферадағы химиялық үдерістер нәтижесінде да өзгерістер жүреді. Көбінесе бұл тек тез жүретін қарапайым химиялық үдерістер (мысалы тотығу), тұмандар, тамшылардың пайда болуына алып келетін температуралық өзгерістер және т.б. Кейбір газ тәрізді заттардың атмосферада ұзақ уақыт бойы болуынан кейін олар қатты, ұсақ дисперсті заттарға айналады. Күн сәулесі атмосферада әртүрлі ластаушы заттар және қоршаған орта арасында химиялық реакцияласуды тудырады. 2,9 суретте атмосферадағы ластаушы заттардың негізгі химиялық өзгерістерінің қарапайымдатылған сызбалары келтірілген. Атмосферада ең жиі жүретін үдеріс – заттардың ауа оттегісімен тотығуы. Осылайша атмосферада күкірт диоксидінің триоксидке және азот оксидінің диоксидке тотығуы жүреді. Көптеген органикалық заттар да осыған ұқсас түрде тотығады, мысалы, альдегидтер органикалық қышқылдарға, қанықпаған көмірсутектерге дейін және т.б. қосылыстар тотығуы жүреді. Тотығу жылдамдығы әртүрлі заттар үшін бірдей емес болады және бірқатар қосымша факторларға тәуелді болады. Мысалы азот оксидінің ауа оттегісімен тез тотығуының салдарынан, азот диоксидінің «жирен» құйрығы, азот қышқылын шығаратын кәсіпорынның мұржасынан азот оксиді шыққан кезінде пайда болады. Құрғақ таза ауада күкірт диоксиді триоксидке толық айналмас бұрын, 2-4 күн және одан да көп уақыт бойы сақталады. Жоғары ылғалдылық пен тотығуды тездететін қатты заттардың қатысында реакцияның жартылай периоды 10-20 минут құрайды. Осы уақыт ішінде күкірт диоксидінің жартысы триоксидке айналады. Алайда бұл реакция кинетикасының салдарынан, екінші жартысының толық тотығуы бірнеше сағаттан бірнеше тәулікке дейін жүруі мүмкін. Ылғалдылық пен суспензияланған бөлшектердің болуынан басқа тотығу реакцияларын ультракүлгін сәулелену, тотықтырғыштардың болуы немесе олардың екіншілік түрде пайда болуы сияқты факторлар тотығуды үдете алады. Бұл заттарға көптеген фотохимиялық реакциялар барысында түзілетін озон, асқын тотықтар және атомдық оттегі жатады. Күннен келетін ультракүлгін сәулеленудің әсерінен циклдық реакциялар да пайда болады, олар Чепмен циклдары деп аталады. Аталмыш циклдар озон қабатының бұзылуына жауап беретін үдеріс болып табалады. Толқын ұзындығы 290-700 нм аралығында болатын күн сәулесі фотохимиялық жағынан тиімді болып табылады, ал мұндай сәулеленуді сіңіретін заттар негізгі фотохимиялық реагенттер немсе фотосезімтал қадағалар сияқты әсер етуі мүмкін. Бұлар жұтылған энергияны аталған түрленулерге ұшырай алатын заттарға тасымалдайды.
1. Газдың қатты заттарға түрленуі
2. Тотығу
3. Тізбекті фотохимиялық реакциялар - тұмшаның түзілу негізі Сурет - Атмосферадағы түрленулер мысалдары
Ультракүлгін сәулеленуді жұтатын біріншілік заттар санына күкірт, азот диоксиді және альдегидтер кіреді. Бұл сәулелену аталған заттардың молекулаларын қоздырады, бұлар кейін атомарлы оттегіні түзе отырып, атмосфераның молекулярлы оттегісімен әрекеттеседі. Күкірт диоксиді 290- ден 400 нм-ге дейінгі толқын аралығында сәулеленуді жұтады, сол себепті атмосферадағы күкірт диоксидінің триоксидке дейін тотығуы күн сәулесінің әсерінен айтарлықтай тез жүреді. Бұл реакция келесі теңдеумен сипатталады: hn SO2 + O2 SO3 + O
Альдегидтер де осыған ұқсас түрде реакцияға түседі: hn HCHO + O2 HCOOH + O
Атмдық оттегі сонымен қатар келесі реакциялар бойынша түзіле алады:
H2S + O2 H2O + O
NO + O2 NO2 + O
CH4 + O2 CH3OH + O
C2H6 + O2 C2H4 + H2O + O
CO + O2 CO2 + O
Күкірт диоксиді мен альдегидтер қатысында жүретін реакция қайтымсыз түрде жүреді. Осымен қатар бұл кезде түзілетін атомарлы оттегі мөлшері салыстырмалы көп емес, бұл атмосферадағы күкірт диоксиді мен альдегидтер мөлшеріне сәйкес келеді. Алайда азот диоксиді қатысатын реакциялар кезінде, ультракүлгін сәулеленуді жұту азот пен оттегі атомдарының арасындағы бір байланыстың үзілуіне және молекулярлы оттегі мен азот оксидінің түзілуіне алып келеді. Әрі қарай жүретін реакциялар молекулярлы оттегі мен озонның түзілуіне және азот диоксидінің регенерациясына алып келеді. Бұл үдерістерді келесі түрде көрсетуге болады:
hn NO2 NO + O
NO2 + O2 NO + O2
O + O2 O3
Регенерацияланған азот диоксиді қайтадан реакцияға түсуі мүмкін және осылайша азот диоксиді азот қышқылына айналғанша немесе нитроқосылыстарды түзе отырып, органикалық заттармен реакцияға түскенше, бұл үдеріс көп қайтара қайталануы мүмкін. Осыған сәйкес атмосферадағы азот диоксидінің аз мөлшерінің өзі атомдық азот пен озонның үлкен мөлшерінің болу себебіне айналуы мүмкін. Осы себептен азот диоксиді тотықтырушы тұмша қалыптастыруда маңызды орын алады. Тұмшаның екі негізгі типі бар: тотықсыздандырушы – Лондон аймағына тән болады және тотығу фотохимиялық – Лос Анджелес аймағына тән. Тотықсызданыдырушы тұмша – үлкен өнеркәсіптік қалаларда кездесетін және түтін, күйе және күкірт диоксидінің қоспасы болып табылады. Әдетте ол таңертен шамамен 0оС температура және жоғары ылғалдылық кезінде ең жоғары деңгейге жетеді де атмосферадағы инверсия күйімен толықтырылады (шағылысушы немесе беттік инверсия). Ауатамырлар мен дем алу жолдарына тітіркендіргіш әсер етіп, тұмша адамдардың денсаулығына тікелей зиян келтіреді. 1952 және 1962 жылдары тұмша Лондон атмосферасының ластануының үлкен бөлігін құрап, бірнеше мың адамды өлімге шалдырды. Бұл жағдй Лондондағы ауа ластануымен күресудің радикалды әдістерін қолдануға және атмосфераның айтарлықтай жақсаруына алып келді. Атмосфераның ластануымен күрес жемісті болғаны соншалық, аталмыш аймақта тұмша қайтара түзілмеген. Фотохимиялық тотықсыздандырушы тұмша өзінің ең жоғарғы мәніне күндізгі уақытта шамамен 24-32 оС температура кезінде және төмен ылғалдылықта жетеді және шығушы инверсиямен толықтырылады. Ол көздің тітіркенуін және көру қабілетінің төмендеуін тудырады, вегетация үдерістерін бұзады, резеңкені тотықтырады және оның тез тозуын тудырады, сонымен қатар жағымсыз иіске ие болады. мұндай тұмшаның түзілуінің негізгі шартына атмосферада азот оксидтерінің болуы жатады. Азот диоксидінің фотохимиялық ыдырауы және басқа да жоғарыда аталған реакциялар атмосферада болатын органикалық және бейорганикалық заттар қатысатын реакциялар тізбегін тудырады. Озон, формальдегид, акролеин, органикалық озонидтер және органикалық қышқылдардың соңғы өнімдерінің жинағы айтарлықтай үлкен. Көру мүмкіншілігінің төмендеуі аэрозольдердің түзілуімен байланысты, олардың құраушы бөліктерінің бірі күкірт диоксидінің тотығу үдерісінің өнімі күкірт триоксиді болып табылады. Тотығу тұмшасының түзілу үдерісінде қанықпаған көмірсутектердің озонмен реакцияға түсуі аса маңызды болып табылады. Оның түзілуіне және вегетацияның бұзылуына аса үлкен үлесті бес және алты көміртек тізбектері бар қанықпаған көмірсутектер қосады. Жеті және тоғыз көмірсутек тізбектері бар қанықпаған көмірсутектер озонидтер мен басқа өнімдердің түзілуіне алып келеді, алайда олардың вегетация үдерістеріне зияндылығы біршама аз. Қосымша қосылыстардың түзілуімен және бұл өнімдер ыдыраған сайын бос радикалдардың пайда болуымен бірге жүретін айтарлықтай күрделі реакциялар да кездеседі. Альдегидтер мен кетондардың фотохимиялық реакциялары кезінде бос радикалдар түзілуі мүмкін. Мысалы формил (HCO*) формальдегидтерден түзіледі, метил мен ацетил ацетоннан түзіледі:
(СH3 - CO - CH3 CH3* + CH3CO*)
Бұл реакциялардан кейін әртүрлі өнімдерді ала отырып, басқа реакциялар да жүруі мүмкін. Ауада бос радикалдар оттегімен тез реакцияға түседі де асқын тотықтар мен органикалық қышқылдар түзеді. Осылайша ацетальдегидтен диметил асқын тотығы және сірке қышқылы түзіледі. Қос байланыстарының үлкен мөлшері бар олефиндер де бос радикалдарды түзе отырып фтохимиялық реакцияларға түседі. Бұл бөлшектер реакция өтетін беттер жасай отырып катализатор ролін атқарады немесе бөлшектің газдарды адсорбциялауы есебінен жұтылу спектріне әсер етеді (мысалы жұтылған сәулелену диапазонында) және сәйкесінше фотохимиялық реакциялардың жұтылу қарқындылығына әсерін тигізеді. Бұған қоса кеңінен белгілі химиялық реакциялар барысында қатты заттар өндірістің газ шығарылымдарымен реакцияға түсуі мүмкін.
|
