Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Химические превращения соединений в атмосфере




Основной задачей атмосферной химии является описание глобальных балансов присутствующих в атмосфере химических соединений. Особенности баланса данного компонента сказываются на его пространственном распределении, определяют значимость его вклада в радиационный режим и тем самым в динамику атмосферы, влияют на санитарно-гигиенические характеристики воздуха и т.д. Для сбалансированного бюджета того или иного компонента необходимо знать все его источники и механизмы удаления, называемые стоками. Важнейшей характеристикой бюджета компонента служит время пребывания его в атмосфере. Под временем пребывания понимают промежуток времени между поступлением компонента в атмосферу и стоком из нее. Эта величина неодинакова для каждой из молекул. Величина пребывания одного и того же компонента в тропосфере и стратосфере, а часто и в разных полушариях, неодинакова, поэтому она имеет смысл только в приложении к определенному атмосферному резервуару.

Скорость поступления компонента и скорость его стока являются аддитивными величинами. Скорость поступления определяется эмиссией из природных и антропогенных источников, а для очень многих соединений – еще и скоростью образования непосредственно в атмосфере в результате химических реакций.

Стоки включают в себя процессы переноса в другие резервуары (например, из тропосферы в стратосферу), сорбцию и осаждение на подстилающую поверхность и, наконец, процессы химической трансформации компонента в атмосфере. Перенос из одного резервуара в другой характерен для компонентов с достаточно большим временем пребывания. Осаждение на подстилающую поверхность играет особенно большую роль в случае малолетучих соединений, входящих в состав аэрозольных частиц. Основным стоком большинства летучих компонентов служат химические реакции в атмосфере.

 

       
 
   
Аэрозоли
 

 

 


Сорбция и конденсация

 


Сорбция и конденсация
hν hν

       
   


Источники

 

Сухое и мокрое осаждение  

Сухое и мокрое осаждение

 

 

 


Схема 1. Превращения летучих компонентов в атмосфере

 

Схема 1 в упрощенном виде показывает основные типы химических превращений в нижних слоях атмосферы. Электронно-возбужденные молекулы соединений вступают в многоступенчатые (для простоты на схеме рассмотрены только две ступени) газофазные фотохимические реакции, которые служат, с одной стороны, стоками, а с другой – источниками новых соединений, продуктов частичного окисления и деструкции исходных компонентов. Другим направлением является сорбция газообразных примесей частицами твердых и жидких аэрозолей и последующие химические превращения в конденсированной фазе. Эти реакции могут идти как на свету, так и в темноте. Очевидно, что значительную роль в последних процессах играют катализаторы, в качестве которых, скорее всего, выступают минеральные компоненты атмосферы. На каждой из этих стадий образуются конечные неорганические продукты окисления (вода и оксиды углерода), а некоторые промежуточные могут частично выводиться из атмосферы благодаря процессам мокрого и сухого осаждения. Трудно оценить роль того или иного направления в формировании стоков отдельных соединений. Можно только предположить, что гетерогенные процессы особенно важны в химии городской атмосферы, содержащей большое количество аэрозолей.

Химическая кинетика дает весьма ценную информацию о числе молекул или иных частиц, участвующих в реакции, и о промежуточных стадиях процесса, т.е. сведения без которых невозможно судить о механизме реакции. Основное положение химической кинетики заключается в том, что скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов.

Если записать реакцию в виде уравнении

 

аА + bB + … → mM + nN

то скорость реакции v будет равна

v = k [A ]a [B]b …..

 

Сумма показателей степеней a + b + … = n называется порядком реакции. Скорость реакции можно выразить через уменьшение концентраций одного из реагирующих веществ в виде дифференциального уравнения:

d [A ]a d [B ]b

v = - --------- = - --------- = ….

dt dt

Первый порядок соответствует реакциям разложения. Примером такой реакции может служить разложение озона под действием солнечного света :

O3 → O2 + O

Ей соответствует уравнение первого порядка

d [O3 ]

v = k1 [O3] = - -----------

dt

Взаимодействие образовавшегося в данной реакции атома кислорода с другой молекулой озона дает пример реакции второго порядка

O + O3 → 2 O2

с кинетическим уравнением :

d [ O] d [O3 ]

v = k2 [ О ] [O3] = - ---------- = - -----------

dt dt

 

Коэффициент пропорциональности k в уравнениях называется константой реакции и имеет физический смысл удельной скорости процесса, когда концентрация каждого из реагентов равна единице.

Реакции боле высокого порядка редки, так как вероятность одновременного столкновения трех и более частиц крайне мала. Однако известны многочисленные реакции в атмосфере, подчиняющиеся уравнениям третьего порядка. Примером служит взаимодействие атомарного и молекулярного кислорода с образованием озона :

О + О2 + М → О3 + М'

Роль «третьего» выполняет молекула азота или кислорода. Последние не изменяются химически, но принимают на себя избыток выделившейся при реакции энергии и тем самым стабилизируют молекулу озона. Эта реакция протекает в две стадии, называемые элементарными. На первой стадии происходит образование возбужденной молекулы озона, а на второй избыток энергии передается молекуле М:

О + О2 → О3' О3' + М → О3 + М'

 

Константа скорости этой реакции третьего порядка с уравнением

d [ O]

v = k3 [ О ] [O3] [ М ] = - ----------

dt

Скорость химической реакции сильно зависит от температуры. Один из важнейших законов химической кинетики, дающий наибольшую информацию о механизме реакции, связывает константу ее скорости с температурой Т – закон Аррениуса:

 

к = Ae-E / RT, где

А – предэкспоненциальный множитель, частотный фактор, показывает число столкновений в 1см3 за 1с при концентрации 1 моль/см3;
е – основание натуральных логарифмов;
Е – энергия активации реакции, Дж/моль;
R   – универсальная газовая постоянная(8,314 Дж/(моль*К);
Т - температура, К

 

Молекулы вступают в реакцию, только если их энергия равна Е или превышает ее. Таким образом, энергия активации – это избыток энергии, который необходим молекулам реагентов ( в сравнении со средней энергией молекул газа) для прохождения реакции. Физический смысл энергии активации для обратимого процесса можно представить схемой

А + В ↔ С + D

Средние энергии исходных молекул, продуктов и активированных молекул представлены на нем уровнями энергии. При этом Е1 – энергия активации прямой реакции, а Е2 – обратной. Разница между ними Е1 – Е2 = ∆ Н называется теплотой (энтальпией) реакции.

Активация молекул осуществляется благодаря бимолекулярным столкновениям, которые тем чаще, чем выше температура. Для атмосферных реакций, обычно происходящих при довольно низких температурах, важным фактором активации является солнечный свет. При этом поглощение энергии часто приводит к разрыву связей в молекулах с образованием свободных радикалов. При разрыве ковалентной связи у каждого атома сохраняется один из образовывавших ее электронов :

. . . .

Н : О : Н → Н : О· + Н ·

. . . .

 

Свободные радикалы имеют орбиталь с неспаренным электроном и поэтому они обладают высокой реакционной способностью и могут существовать только лишь очень короткое время.




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных