Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
24
2. Изменения в атмосфере
жение вулкана Агунг. Если последуют новые мощные вулканические извержения или в стратосфере появятся какие-либо газы, поглощающие тепло, то возможно заметное изменение климата, но на охлаждение воздушных масс, близких к земной поверхности, больше влияют теплопоглощающие газы в тропосфере (разд. 2.2.4.2). Тем не менее необходимо внимательно следить за накоплением в стратосфере пыли и аэрозолей и за изменением в их поведении. „
2.1.3JL Химические реакции а тропосфере и стратосо>ере
До сих пор систематически велись только измерения содержания соединений серы в стратосфере, процессы их образования все еще окончательно не ясны. Наиболее достоверной представляется реакция между диоксидом серы SO2 и озоном O3, однако необходимо учитывать и возможность взаимодействия SO2 с радикалами типа ОН*.
Для тропосферы бесспорно установлено образование сульфатов в результате реакции SO2 с радикалами ОН*. При этом радикалы ОН* образуются по цепным реакциям, сопроюждающим фотолиз озона. Содержание озона в тропосфере составляет 10— 100 млрд "1 (млрд ~1 —> миллиардные доли, или число частей на миллиард. — Ред.). Под действием света озон претерпевает превращения, образуя либо атомарный кислород в основном состояг нии 0(3Р), либо возбужденный кислород в синглетном состоянии 0(1D):
O3 ——»- Oj+ 0(3Р)о (2.1)
01Х<ЗШнм02 + 0(,0) (22)
Возбужденный кислород с атмосферными парами воды может образовать радикалы ОН*:
0(1D) + H2O ~* ОН* + ОН* (2.3)
Исключительно высокореакционноспособные радикалы ОН* дают с SO2 серную кислоту:
SO2 + 2 ОН* -+ H2SO4 (2.4)
В эту реакцию вступает не только SO2 антропогенного происхождения, но и диоксид серы, полученный из восстановленных
2.1, Пыль и аэрозоли
25
форм природных соединений серы, которые, видимо, окисляются с помощью радикалов ОН9 в SO2.
Тропосферные аэрозоли серной кислоты, в отличие от стратосферных аэрозолей, могут сохраняться в атмосфере только несколько суток — они либо выпадают в осадки вместе с дождями, либо откладываются в твердом виде. Выделение сульфатных осадков будет рассматриваться в связи с превращениями SO2 (разд. 2.2.5.4 — 2.2.5.6).
В тропосфере нейтрализация кислотных загрязнений осуществляется в первую очередь пылевидными частицами щелочного и щелочноземельного характера. В настоящее время эти процессы не получили количественной оценки. Скорее всего они играют большую роль в промышленных районах и больших городах, чем в сельской местности. В ФРГ за последние 30 лет выбросы пыли сократились в 10 раз, хотя кислотные загрязнения и уменьшились в значительно меньшей степени, — очевидно, эффект нейтрализации проявляется слабее, чем в пятидесятые годы (XX столетия. — Ред.).
В выхлопных газах автомашин, двигатели которых работают на моторном топливе с антидетонационными добавками на основе тетраэтилсвинца, можно обнаружить несгоревший тетраэ-тилсвинец (ТЭС). Выбросы последнего особенно велики при запуске холодного мотора, при этом концентрация ТЭС в выхлопных газах может составлять 5мг/м3. В городском воздухе идет разбавление до концентрации 0,1—1 мкг/м3. Чрезвычайно летучий, хотя и кипящий только при 200 °С, тетраэтилсвинец распространяется по воздуху и может достичь местности с незагрязненным воздухом. При этом переносе ультрафиолетовые лучи с длиной волны 250 нм превращают ТЭС в радикал, который в присутствии еще неизвестного акцептора электронов (X) образует ион тетраэтилсвинца:
Pb(C2H5 )4Х-^^М Pb(C2Hs)3*+C2H5' (2.5)
i + X Pb(C2Hs)3++X"
Эта реакция протекает, видимо, на известном удалении от Земли, где ультрафиолетовое излучение уже не очень ослаблено пылью и аэрозолями, находящимися вблизи поверхности. Особо характерное свойство Pb(C2Hs)3+COCTOHT в том, что благодаря его ионному характеру проявляются гидрофильные свойства, а
26
2. Изменения в атмосфере
наличие групп C2 Hs придает липофильный характер. Благодаря этим качествам ион тетраэтилсвинца может проходить через клеточные мембраны и отлагаться внутри организма на серусодер-жащих белковых молекулах. Пока нет прямых указаний об опасности ионов ТЭС для живых организмов. Считают, что ион тетраэтилсвинца может обладать токсическим действием ввиду токсичности самого ТЭС. Возможен другой (не по уравнению 2.5) механизм образования иона тетраэтилсвинца — биологический.
2.1.3.3. Роль загрязнений в процессах коррозии металлов и при разрушении силикатных покрытий
Пыль и аэрозоли играют важную роль при коррозионных процессах на металлах и силикатных покрытиях, так как они образуют отложения на гладких поверхностях. Пыль, как правило, содержит гигроскопичные включения, к ним в первую очередь относятся сульфаты и хлориды, которые удерживают влагу. Во ч влажной пленке пыли растворяются такие кислотные газы, как SO2 и HCl, Диоксид серы, реагируя с водой, образует сернистую кислоту:
SO2 + H2O^H+ + HS03-**2H+..+ SO32- (2.6)
которая либо под каталитическим воздействием включений различных тяжелых металлов, либо по реакции с радикалами ОН*, образованными фотохимическим путем, превращается в серную кислоту по уравнению 2.4. К этому присоединяются сернокислотные аэрозоли, также образованные фотохимически в тропосфере; они отлагаются на поверхности металлов и каменной облицовке. Таким образом возникают особенно характерные для больших городов и их окрестностей тончайшие налеты сульфатов на всех открытых поверхностях. Серная кислота, удержанная осадками пыли и аэрозолей, вызывает значительно более усиленную коррозию камня, стекла и металлов, чем в отсутствие этих загрязнений в атмосфере.
