Дисперсные системы в атмосфере презентация

Дисперсные системы в атмосфере Дисперсные системы, состоящие из твердых или жидких частиц, распределенных в газовой фазе, называют аэрозолями.

Источниками естественного загрязнения атмосферы аэрозолями являются: Источниками естественного загрязнения атмосферы аэрозолями являются: морская соль, вулканическая деятельность, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных пожаров и т. д.

Морская соль. Источником неорганических солей в атмосфере являются морские брызги, переносимые ветром. Морская соль. Источником неорганических солей в атмосфере являются морские брызги, переносимые ветром. Частицы соли из океанов очень гигроскопичны. Это приводит к образованию облаков из солевых аэрозолей или концентрированных капельных растворов.

Объемы поступления в атмосферу морской соли в виде аэрозольных частиц составляют 1500 х109 тонн в год (Гт/год) Морская соль, главным компонентом которой является хлорид натрия, может принимать участие в различных химических реакциях, в частности : H2SO4 + NaCl = HCl + NaHSO4

Вулканические выбросы. Источник — действующие вулканы. Загрязнения вулканического происхождения отличаются высокой активностью и влияют на химические процессы на больших высотах, в том числе в стратосфере.

Вредное действие вулканических выбросов обусловлено наличием различных газов, а также вулканической пыли, количество которой достигает 50 Гт/год.

Пыль. Источником пыли являются почвы аридных зон — полупустынь и пустынь. Общее количество поступления в атмосферу пылевидных частиц составляет около 750 Гт/год. Негативное влияние пыли на атмосферу невелико, поскольку она отличается слабой химической активностью.

Лесные пожары. Крупными источниками аэрозольных частиц (сажи) являются лесные пожары, за счет которых в атмосферу поступает порядка 35 Гт/год аэрозолей. Лесные пожары. Крупными источниками аэрозольных частиц (сажи) являются лесные пожары, за счет которых в атмосферу поступает порядка 35 Гт/год аэрозолей.

Метеоритная пыль. В верхние слои атмосферы поступает  1 Гт/год метеоритной пыли. Металлы, привносимые метеоритами, могут вступать в целый ряд химических реакций, поэтому считается, что метеоритная пыль оказывает существенное влияние на состав мезосферы и термосферы.

Основные критерии устойчивости аэрозолей Для существования устойчивого аэрозоля необходимо выполнение следующих критериев (условий): 1) низкая скорость седиментации; 2) наличие броуновского движение частиц; 3) высокая удельная поверхность частиц; 4) критерий Рейнольдса меньше 1.

Первый критерий. Первый критерий. Согласно уравнению Стокса, скорость седиментации Wg прямо пропорциональна квадрату радиуса частицы r, плотности частицы  и обратно пропорционально вязкости воздуха : Wg  f(r2/). Устойчивость аэрозоля тем выше, чем меньше радиус частицы и чем меньше высота над уровнем моря (ниже скорость седиментации).

Второй критерий связан с броуновским движением аэрозольных частиц. Броуновское движение наблюдается для частиц радиусом меньше 0,5 мкм. Скорость этого процесса возрастает с уменьшением размера частиц. Второй критерий связан с броуновским движением аэрозольных частиц. Броуновское движение наблюдается для частиц радиусом меньше 0,5 мкм. Скорость этого процесса возрастает с уменьшением размера частиц.

Важным следствием броуновского движения является столкновение частиц и их последующая коагуляция.

Скорость коагуляции пропорциональна коэффициенту диффузии частиц и квадрату концентрации частиц. Поэтому броуновское движение способствует процессу укрупнения частиц и их последующему выведению из атмосферы.

Третий критерий выполняется, если в численном выражении площадь поверхности частицы превосходит объем этой частицы, по крайней мере, в десять раз. Третий критерий выполняется, если в численном выражении площадь поверхности частицы превосходит объем этой частицы, по крайней мере, в десять раз.

Четвертый критерий. Выполнимость этого критерия определяется величиной гидродинамического критерия Рейнольдса: W d /  1, где W — скорость седиментации; d — диаметр частицы.

Область масштабов размеров дисперсных частиц в аэрозолях достигает 6–7 порядков. Размер 1 см — это размер, соизмеримый с размером крупных дождевых капель, градин и снежинок. Размер 101 см — типичный размер дождевых капель.

Размер 102 см (100 мкм) — это размер капель измороси (скорость седиментации 100 см/с). Частицы таких размеров характерны для морских аэрозолей, пыльных бурь и т. д.

Частицы размером 103 см (10 мкм) формируют важную группу атмосферных аэрозолей, образующих, в частности, облака. Скорость седиментации частиц размером 103 см составляет 2 см/с. Их можно увидеть невооруженным глазом на контрастной поверхности Частицы размером 103 см (10 мкм) формируют важную группу атмосферных аэрозолей, образующих, в частности, облака. Скорость седиментации частиц размером 103 см составляет 2 см/с. Их можно увидеть невооруженным глазом на контрастной поверхности

Частицы размером 104 см (1 мкм) на жаргоне специалистов по атмосферным аэрозолям называются «гигантскими». Скорость падения частиц указанного размера под действием силы тяжести приблизительно равна 2 · 102 см/с.

Нижним пределом размера аэрозольной частицы считается величина порядка 1 нм = 107 см. Частицы таких размеров в значительной степени подвержены броуновскому движению и способны быстро коагулировать, в результате чего образуются более крупные частицы.

Выводы Для существования аэрозоля необходимо выполнение ряда критериев Устойчивые дисперсные системы характеризуются определенным распределением частиц по размерам, в которых достаточно мало как очень мелких, так и очень крупных частиц, а основную массу составляют частицы с промежуточными размерами. Верхний предел размеров частиц, образующих аэрозоли, может достигать десяти и более миллиметров (см?).

Химия окружающей среды 10 февраля 2010 г. ООС-337

Процессы окисления в тропосфере

Процессы окисления примесей в тропосфере Непосредственно в газовой фазе; В растворе, когда окислению предшествует абсорбция частицами воды; На поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе, когда окислению предшествует адсорбция примесей.

Механизм образования радикалов в атмосфере В тропосфере свободные радикалы образуются при химических превращениях с участием синглетно возбужденного атома кислорода O(1D), который появляется в атмосфере в результате фотодиссоциации кислорода, озона и оксидов азота:

Синглетно возбужденный атом кислорода может вступать в химические превращения с участием молекул воды, метана и водорода: O(1D) + H2O  2OH; O(1D) + CH4  CH3 + OH; O(1D) + H2  H + OH.

Основные реакции гидроксидного радикала и образование гидропероксидного радикала CO + OH  CO2 + H; CH4 + OH  CH3 + H2O; NO + OH + M  HNO2 + M*. Образующийся по данной реакции водород может реагировать с кислородом с образованием гидропероксидного радикала: H + O2  HO2. Гидропероксидный радикал образуется также при взаимодействии О3 или Н2О2 с гидроксидным радикалом: O3 + OH  HO2. + O2; H2O2 + OH  HO2. + H2O.

Регенерация гидроксидного радикала В результате реакции гидроксидного радикала с оксидом азота или озоном вновь получаем гидроксидный радикал: HO2 + NO  NO2 + OH; HO2 + O3  2O2 + OH. Гидроксидный радикал может замкнуть цепочку превращений с участием свободных радикалов: HO2 + OH  H2O + O2; HO2 + HO2  H2O2 + O2. концентрация гидроксидного радикала в тропосфере составляет 5 · 105 шт/см3 и увеличивается в стратосфере до 3 · 107 шт./см3. Содержание гидропероксидного радикала на высоте от 5 до 35 км примерно постоянно и равно 107–108 шт./см3.

Реакции с участием метилпероксидного радикала 2CH3OO  O2 + 2CH3O. CH3 OO + NO  CH3O + NO2; CH3 OO + HO2  CH3O + O2 + OH. Реакции с участием метоксильного радикала При взаимодействии метоксильного радикала с кислородом происходит образование формальдегида: CH3O + O2  CH2O + HO2. Молекулы формальдегида более устойчивы в атмосфере и являются промежуточными продуктами окисления метана. При окислении гомологов метана образуются соответствующие альдегиды. Формальдегид может подвергаться фотолизу при взаимодействии с ультрафиолетом: CH2O + h  CHO + H; CH2O + h  CO + H2.

Устойчивые продукты окисления метана- оксид углерода и диоксид углерода формальдегид Формильный радикал (НСО) образуется также при взаимодействии формальдегида с гидроксидным радикалом: CH2O + OH  CHO + H2O. Реагируя с ОН-радикалом, формильный радикал образует оксид углерода, который является еще одним устойчивым промежуточным продуктом окисления метана и его гомологов: CHO + OH  CO + H2O. Оксид углерода при взаимодействии с гидроксидным радикалом образует диоксид углерода, который является конечной стадией окисления метана и его гомологов в атмосфере: CO + OH  CO2 + H.

Выводы Тропосфера играет на планете роль глобального окислительного резервуара. Процессы окисления примесей в тропосфере могут протекать непосредственно в газовой фазе, в растворе и на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. В тропосфере свободные радикалы образуются при химических превращениях с участием синглетно возбужденного атома кислорода O(1D), который появляется в атмосфере в результате фотодиссоциации кислорода, озона и оксидов азота. Гидроксидный радикал является активной частицей, принимающей участие в реакциях взаимодействием с оксидом углерода, метаном и оксидом азота. Гидроксидный радикал может замкнуть цепочку превращений с участием свободных радикалов. Гидропероксидный радикал образуется при взаимодействии О3 или Н2О2 с гидроксидным радикалом. Фотохимическое превращение метана и его гомологов в тропосфере протекает по радикальному механизму. Оксид углерода при взаимодействии с гидроксидным радикалом образует диоксид углерода, который является конечной стадией окисления метана и его гомологов в атмосфере.