Bài giảng Cơ sở Hóa môi trường - Chương 2: Hoá học của khí quyển

Chia sẻ: Phuc Nguyen | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

118
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Hoá học của khí quyển, cấu trúc của khí quyển, môi trường tiêu tán, Cơ sở khoa học của hóa học môi trường,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở Hóa môi trường - Chương 2: Hoá học của khí quyển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN CƠ SỞ HÓA MÔI TRƯỜNG TH.S NGÔ XUÂN LƯƠNG
PHẦN THỨ NHẤT HOÁ HỌC MÔI TRƯỜNG
Chương II: Hoá học của khí quyển
Chương II: Hoá học của khí quyển I. Cấu trúc của khí quyển. Là tập hợp rất nhiều các nguyên tố bao quanh trái đất. Chia làm 2 phần phần trong: tầng đối lưu, bình lưu, trung gian, nhiệt còn phần ngoài: điện từ và các tầng được phân cách bởi lớp tạm dừng 1. Tầng đối lưu: 0 11km, 50 400C, quyết định khí hậu trái đất có sựa xao trộn mạnh dòng hỗn hợp khí và các đám mây hơi nước sinh ra do sự chênh lệch T0 ở các vùng khác nhau. Thành phần hơi nước tuân theo vòng tuần hoàn nước tự nhiên các chất bẩn hoặc ô nhiễm sinh ra bởi các hoạt dong tự nhiên và con người dễ dàng bị xáo trộn và pha lẫn T0 khí quyển gần MĐ cao nhất do sự toả nhiệt T0 thấp nhất ở đỉnh tầng đối lưu. Được ngăn cách với tầng bình lưu bởi lớp tạm dừng đánh dấu bởi sự PT T0
2. Tầng bình lưu 11 50km; 50 20C , thành phần chủ yếu là 03 thời gian tồn tại của các phân tử khí khá lâu do ít sự xáo trộn có sự tăng T0 từ điểm cuối > điểm đầu do có sự phản ứng 03 hấp thụ tia tử ngoại, toả nhiệt. 3. Tầng trung gian (sau lớp tạm dừng) 50 85km, 92 20C (nhiệt độ giảm) do hấp thụ tia tử ngoại của 03 yếu đi, thành phần chủ yếu N0+, 02+ , 02, N2 lớp tạm dừng được đánh dấu bởi sự phát triển của nhiệt độ. 4. Tầng nhiệt 85 110km, 92 12000C, nhiệt độ phát triển vì dưới tác dụng tia bức xạ mặtj trời những phản ứng ion hoá xảy ra. Các khí tồn tại dưới dạng ion hoá. Vì vậy nó còn có tên "tầng ion hoá". Còn tồn tại nhiều hạt bị ion hoá phản xạ lại sóng điện từ sau khi hấp thụ tia tử ngoại mặt trời.
5. Tầng điện từ: Bao quanh trái đất ở độ cao 100 800km hoặc 1000 km tồn tại sự có mặt các ion hoặc 0 nguyên tử, He nguyên tử , H+, He+; một phần hyđrô có thể được tách ra đi vào vũ trụ. Mặt khác các dòng plasma do mặt trời thải ra và bụi vũ trụ đi vào khí quyển trái đất. II. Thành phần và tính chất của khí quyển. Bên cạnh N2, 02 còn có C02, Ar và 1 loạt ở dạng vết chiếm 0,0002%V Khối lợng phần md KK: 28,97kg/kmd ở T0 200C đã bảo hoà H: KK ẩm. có 13,7g H20/m3,thành phần H2O phát triển theo vị trí địa lý, địa hình, dao động trong khoảng 10,5 15g/kg KK.
Do tác động sử dụng bừa bãi năng lượng Do biến đổi các PT vận chuyển và phân huỷ => TP khí quyển khu vực có thể doa động quanh gia trị TB. Có thể xảy ra dưới các hình thức, lắng, tích, tụ khô, hấp thụ khi hay hơi vào pha rắn, pha lỏng, của bề mặt trái đất, tích tụ ướt như mưa rơi,mây các PT kết tủa ngưng tụ như các chất khí hơi độc. Thành phần khí quyển
Thành phần khí quyển
Ngoài ra trong khí quyển tồn tại dạng không phải khí. Các hạt bụi đường kính 10 6 101mm sinh ra trong các quá trình tự nhiên và nhân tạo, thời gian thuộc trong khí quyển từ vài giây đến hàng năm tuỳ theo kích thước nghĩa là tuỳ theo tốc độ lắng. Những chất ô nhiễm sau khi lắng sẽ tích tụ ở bề mặt trái đất trở thành những chất gây ô nhiễm địa quyển. Nguồn gốc sinh ra các hạt. *Nguồn thiên nhiên: đất, bụi vào khí quyển do thời tiết: 50 100 triệu tấn/năm; bụi ở rừng, biển: 300triệu tấn/năm. Do hoạt động núi lửa gây ô nhiễm cục bộ địa phương 25 150 tấn/năm. Sản phẩm của các khí muối S042 từ H2S, muối N03 từ NOx, các hợp chất hữu cơ từ chất có liên kết CH, tổng toàn bộ 75 200 triệu tấn/năm;
*Nguồn nhân tạo. Sản phẩm khí thải muối S04 theo S02 bay lên muối N03 theo N0x bay lên, các cácbua hyđrô.. , tổng lượng 175 335 triệu tấn/năm. Đặc biệt các hạt có đường kính nhỏ hơn 1m được khuyếch tán tới độ cao 18 km và thuộc trên tầng bình lưu. ở đây tồn tại rất lâu 0,5 5 năm. Còn ở tầng đối lưu tồn tại trong 0,01 0,1 năm. Chúng là nguyên nhân sự vẫn đục của khí quyển dẫn đến sự phát triển thời tiết, bão, lốc
III. Phản ứng quang hoá trong khí quyển . Phản ứng quang hoá là phản ứng xảy ra trong đó năng lượng cần thiết cho phản ứng là năng lượng của những tia sáng nhìn thấy được. Khi phản ứng xảy ra các chất đang ở trạng thái đưa vào nhận năng lượng của các foton và vận chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích, ở đó chúng dễ dàng kết hợp phân tử nguyên tử tạo nên chất mới. Đối với mỗi chất chỉ tồn tại một trạng thái cơ bản song nó nhiều trạng thái kích thích tuỳ theo năng lượng mà chúng nhận được. Phản ứng quang hoá xảy ra theo nguyên tắc cơ bản sau:
Các Foton có khả năng hấp thụ bởi các phân tử mà nó gặp trên đường đi. Mỗi foton chỉ có thể hoạt tính với một phần tử duy nhất ở quá trình quang hoá đầu tiên Sau khi hấp thu foton các nguyên tử, phân tử phải ở trạng thái kích thích. Các chất ở trạng thái kích thích tham gia phản ứng tạo thành chất mới Hệ số hấp thụ quang hoá: Số phần tử bị kích động = Số phần tử hấp thụ năng lượng
Nếu các phản ứng quang hoá xảy ra như phản ứng phân ly quang hoá thì quá trình trao đổi năng lượng xảy ra như sau h AB A + B Tốc độ của phản ứng dNAB/dt = JAB.NAB J. Tốc độ phân ly quang hoá của một phân tử = nghịch đảo của thời gian lưu hay thời gian sống của phân tử trong khí quyển. 1 J = = Q( ). ( ) ( ) d Q. Cường độ NL MT : bề mặt hấp thụ : hệ số hấp thụ quang học ở tầng đối lưu
03  0 + 02 bước sóng 360nm J (s1) = 4,5.104, t = 2000s N02 > N0 + 0 bước sóng 420nm J = 8.103, T = 125s HN02 > N0 + 0H 2,8.103 350s (CH20)2 > H2 + C0 5,4.105 20.000s Nhận xét: Năng lượng MT đi tới trái đất có bước sóng 200
Hầu hết các liên kết tồn tại trong khí quyển đều có khả năng tham gia phản ứng quang hoá. Do ảnh hưởng của vòng tuần hoàn ngày và đêm cũng như ảnh hưởng của địa hình và khí hậu mà cường độ của ánh sáng chiếu tới các vị trí khác nhau của trái đất là không đều. Do đó các phản ứng quang hoá xảy ra không đều theo chiều cao và khoảng cách (chỉ xảy ra nhiều ở tầng bình lưu) Phản ứng quang hoá không chỉ xảy ra trong khí quyển mà còn xảy ra trong nước và hệ thống sinh học. Trong thiên nhiên chứa 1 lượng lớn các chất hoá học có khả năng tham gia phản ứng quang hoá nhưng do có nồng độ quá thấp nên tốc độ quá trình không lớn.
IV. Phản ứng hoá học trong khí quyển. Trong khí quyển phản ứng hoá học thường khó xảy ra do nồng độ của các chất tham gia quá nhỏ, thường là do thành phần khí quyển với một chất sinh ra do kết quả trực tiếp quang hoá. VD: Các gốc H+, 0, 0H, 02 Vì năng lượng yêu cầu trong phản ứng này nhỏ nên phản ứng dễ xảy ra. Đặc điểm phản ứng hoá học: phản ứng giả bậc 1 A + X > R V= k.NA.NX với N là nồng độ Do nồng độ chất tham gia phản ứng trong khí quyển là không đổi nên có thể coi là phản ứng bậc 1: V = K'.NX
Nếu phản ứng tiến hành song song với A là chất trong khí quyển với nhiều cấu tử X A = ki NX Một số phản ứng hoá học xảy ra trong khí quyển tầng đối lưu 02 + 0  03 5.1015 C0 + 0  C03 5.1017 S02 + 0  S03 2.104 N0 + 0H  HN03 2.1011 N02 +0H  HN03 2.101 03 + N0  N02 = 03 2.1014 N02 + S02  N0 + S03 6.1024 Nhìn chung các phản ứng hoá học tự nhiên trong môi trường rất khó xảy ra
V. Phản ứng của oxy và các hợp chất của ôxy 1. ôxy. Trong tầng đối lưu oxy chiếm vị trí rất quan trọng. Trong khí quyển O2 tồn tại ở dạng O và giải phóng ôxit sinh ra do quá trình cháy. Trong thuỷ quyển O2 thuộc ở dạng liên kết H20 Trong địa quyển O2 thuộc ở dạng oxít rắn, silicat, Ca, Mg, CaCO3, MgCO3 SiO2. ở tầng bình lưu O3 phân bố rất rộng trên bề mặt trái đất. Nó có tác dụng trong quá trình cháy, phân huỷ chất hữu cơ khí tự nhiên. C + O2  CO (CO2) CH4 +2O2  CO2 + 2H2O
Đây là những phản ứng tiêu thụ oxy Những phản ứng sinh ra oxy: các quá trình quang hợp của thực vật ở tầng bình lưu: O2 tồn tại dưới dạng phân tử (phân tử rất ít) ion, 0H, H02. Mặt khác các tia bức xạ tứ ngoại đã phân ly ôxy thành các nguyên tử và sau đó tạo thành O3
2. Do các phản ứng phân ly quang hoá nên lượng 02 giảm mạnh và sinh ra 03. 03 là dạng quan trọng của tầng bình lưu, có tác dụng như màng bảo vệ bức xạ đối với cơ thể sống trên trái đất. ở độ cao 20 đến 30km. [03] = 101V Cơ chế tạo thành 03 có thể xảy ra ở tầng bình lưu Tác dụng giải năng lượng: M tách khỏi 03 M đóng vai trò hấp thụ năng lượng dư thừa từ phản ứng ban đầu kích thích cho phản ứng sau. 03 hấp thụ mạnh tia tử ngoại ở các sóng = 220 90nm do đó chỉ có 1 phần nhỏ tia tử ngoại chiếu xuống mặt đất và tầng đối lưu.