Környezetvédelem | Levegőtisztaság » Az atmoszféra kémiája

AZ ATMOSZFÉRA KÉMIÁJA (LEVEGŐKÉMIA) A légkör evolúciója A légkör összetétele és szerkezete A levegő szennyeződése a szennyeződés forrásai szennyező anyagok: C, S, N, halogén vegy-ek kolloid szennyeződések: füst, köd, szmog A levegőszennyezettség mérése A levegő öntisztulása A levegőtisztaság védelme (megelőzések) A szennyeződés hatása az élővilágra  változó komponensek (nyomgázok): vegyület térfogat% tartózkodási idő H2O O3 CO2 CO N2 O NO2 NH3 SO2 H2S 0,004 – 4 (0 – 5) × 10-6 3 × 10-2 (1 – 20) × 10-6 (2 – 6) × 10-6 (0 – 3) × 10-7 (0 – 2) × 10-6 (0 – 20) × 10-7 (2 – 20) × 10-7 10 nap 2 év 4 – 20 év 0,3 év 4 év 3 nap 7 nap 5 nap 40 nap A LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE ÉS SZERKEZETE:  állandó komponensek: N2 : 78 % O2 : 21 % Ar : 0,934 % CO2 : 0,03 %  változó komponensek: AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE: vastagsága az Egyenlítőnél 42.000 km addig tart, míg ET,kin Egrav felfelé ritkul:

barometrikus nyomásformula p  po e  mgh kT  homoszféra: a Föld feletti 85 km-es réteg • troposzféra • sztratoszféra • mezoszféra • termoszféra  heteroszféra: a homoszféra fölötti „vastag”, de igen ritka réteg (sugárzások alakítják) A légkör szerkezete 1 • troposzféra – (majd tropopauza) - a T felfelé csökken: 6,5 oC/km - földfelszíntől az E-nél 18, pólusokon 8 km - melegét a földfelszíntől kapja - főleg vízszintes légmozgás révén keveredik és ezzel összetétele homogenizálódik • sztratoszféra – (majd sztratopauza) - a T itt felfelé nő: 0 oC-ig - 50 km-ig terjed • mezoszféra – (majd mezopauza) - itt a T ismét csökken –80 oC-ig (50 – 85 km) • termoszféra - ebben a T nő, ez egyúttal ionoszféra A fő légköralkotók kémiája és funkciója ismert N2: inert, fontos „hígító” gáz – problémamentes O2: életfontosságú gáz, egyúttal O3 forrás Ar: nincs sem környezeti, sem

élettani funkciója CO2: kardinális környezetkémiai vegyület - a növényi szénhidrátszintézis forrása - az állati/emberi életműködés terméke - a C körforgalom fontos résztvevője - az üvegházhatás, a globális felmelegedés okozója (+ CH4, freonok, N2O) - technikai CO2 emisszió növekedése kritikus H2O: körforgásáról, fizikai és kémiai szerepéről majd külön beszélünk A CO2 koncentráció növekedése Földfelszín feletti átlag-hőmérsékletek – havi eltérések (1961–2002) 2 Az 1995. Évi Nobel-díjasok Paul Crutzen Mario Molina Sherwood Rowland A légkörkémiában, különösen az ózon keletkezése és fogyása értelmezésében elért eredményeikért Az ózon két funkciója a légkörben Az ózon bomlás folyamata O3: kulcsfontosságát nemrég ismerték fel - az „ózondús” levegő tévedés: a felszíni ózon élettanilag káros! - a sztratoszférában keletkező ózon UV-C (200–320 nm) elnyelő hatása miatt fontos!

szintézise: O2 + hv O + O O2 + O + M O3 + M (3. test) bomlása: O3 + hv O2 + O O3 + O 2 O2 ózonréteg: 1 atm-n 3 mm vastag lenne ózonlyuk probléma: NOx és a CFCl katalizálja a az ózon bomlását, ezért a déli sark fölött (?) az ózon ritkul, majd regenerálódik Az ózon keletkezése a sztratoszférában Az ózonlyuk 3 A LÉGKÖR SZENNYEZŐ ELEMEI A szennyeződés forrásai: természetes és mesterséges Szennyező vegyületek: C, S, N, halogén vegy-ek Kyoto-i hatos „greenhouse gases” kosár: [CO2, CH4, NOx, HFcarbons, perfFcarbons, SF6] Kolloid szennyeződések: , por, köd, füst, szmog • • • • CO: - nem állandó alkotó; reaktív, elreagál - természetes forrás: vulkánok - mesterséges: gépkocsik, tüzelőszerkezetek - erősen mérgező A levegőszennyezettség mérése A levegő öntisztulása A levegőtisztaság védelme (megelőzések) A szennyeződés hatása az élővilágra A CO mérgezés tünetei különböző mértékű

hemoglobin-CO képződéskor NOx: toxikus, veszélyes a NO, a NO2 és az NO3. van: N2O, N2O3, N2O5, NH3, NH4+, NO3- - term. f: élő és holt szervezetek, villámlás, - mest. f: erőmű, gépkocsi, jet, vegyipar, - NO: irreverz. a vér hemoglobinjára kötődik - NO2: savassága révén tüdőkárosító „Levegőkémia”: oda: NO + O3 NO2 + O2 NO + H2O NO2 + HO vissza: NO2 + hν NO + O – egyensúly! végül: NO2 + OH HNO3 2NO2 + H2O HNO2 + HNO3 SOx: SO2, SO3, [H2S, COS, CS2, (CH3)2S] - term. forrás: vulkánok, bioszféra bomlása - mest: hőerőművek, gépkocsik, vegyipar - [a 4 vegyület] SO2-vé oxidálódik - SO2 SO3 H2SO4 savas eső (köd) „Levegőkémia”: a) SO2 + hν SO2* SO2* + O2 SO4. SO4. + O2 SO3 + O3 b) SO2 + O SO3 c) heterogén: köd, füst cseppek felületén Hatás: növényeken, talajokban, műszaki fémeken [NOx:] - egyes növények (zuzmók, mohák) különösen érzékenyek: indikátorként alkalmazhatók - savképződés révén

műszakilag károsak - NOx-k emissziója korszerű módszerekkel eredményesen csökkenthető (gk. katalizátor, ad- és abszorpciós eljárások, stb.) SAVAS ESŐK: az esővíz pH-ja NOx és SOx hatására: 5,5 (CO2) 4,5, sőt 2,25 (Kína)! Hatás: talajok, növények, halak, ipari fémek, műemlékek erodálódnak 4 Az NOx emisszió forrásai Savas esőt okozó emisszió csökkenése 1990 óta a 15 EU országban és az 2010-es célok Az EU teljes NOx emisziójának alakulása A halogénezett szénhidrogének (CFCl) - hűtőgépek, spray-ek hajtógázai - közvetlen káros hatásuk nincs, stabilisak - a sztratoszférában UV sugárzásra bomlanak: a keletkező Cl, F ózonbontó katalizátor (katalizátor a NO és NO2 is) ,F O3  h Cl   O2  O O3  O   2O2 NO2  O2   NO3  O2 NO  O3   NO2  O2 A CFCl emisszió az utóbbi évtizedekben világszerte jelentősen csökkent. Az EU teljes üvegház-gáz kibocsájtása

(CO2, CH4, NOx, fluorozott gázok) Légköri aeroszolok - por: kolloid méretű szilárd anyag a levegőben - köd: kolloid m. cseppfolyós anyag a levegőben - füst: kolloid m. szilárd és cseppfolyós együtt szmog (smoke+fog): tömény, városméretű füst Mint kolloidok instabilis rendszerek, állandóan keletkeznek és megszűnnek (koagulálnak vagy diszpergálódnak), ill. kiülepednek, kimosódnak Nagyság szerinti osztályozás: o r < 0,1 µm Aitken-féle részecskék o 0,1 < r < 1 µm nagy részecskék o 1 µm < r óriás részecskék Egyszerűbben: kihulló, ill. lebegő részecskék 5 [Légköri aeroszolok:] főleg természetes úton keletkeznek, de antropogén úton is: a légszennyezők (pl. nyomgázok) segítik képződésüket. Szerepük: - egészség károsítók - felhőképződésben fontosak - sugárzás elnyelők, visszaverők: energiamérleg! Az antropogén aeroszólok keletkezését megfelelő technológiával jelentősen csökkenteni lehet.

A levegő porszennyeződésének forrásai Forrás energiatermelés szénfeldolgozás fémkohászat szénpor C fémek, fém-oxidok, ércpor, adalékanyagok ipari porok oxidok, szulfátok, foszfátok, kloridok, kokszpor, műanyagszemcsék építőanyagipar szállópor cement, mész, salakrészecskék üvegipar szállópor kvarc, szilikátok, fém és nemesfémoxidok szállópor olaj, korom, gumimaradványok, szénhidrogének, ólomvegyületek kémiai iparok közlekedés fafeldolgozás mezőgazdaság Vulkánkitörés okozta légszennyeződés Popocatepetl (Mexikó) Összetétel SiO2, 2CaO•SiO2, CaCO3, C, Ca-aluminátok, szálló por textilipar A porkibocsátás csökkenése a 15 EU országban [szén helyett gáz, gk. katalizátorok] Fajta pernye, korom fűrészpor cellulóz a szálanyagok pora pamut, műanyag műtrágya, termény és tapanyag szállópora műtrágya, növényvédőszerek Magadaszkárnál A Dina ciklon és a Maurutius szigetnél Köd, füst

és hajónyomok California partjainál 6 Légszennyeződés a Nagy tavak és az USA keleti partjai fölött Dél-Franciaország és Észak-Olaszország A LEVEGŐ ÖNTISZTULÁSA A LEVEGŐTISZTASÁG (és magunk) VÉDELME Legfontosabb, „legolcsóbb” a megelőzés: • a technológia megváltoztatásával - száraz kihullás: óriás részecskék: gravitációsan kisebbek: légköri turbulens diffúzió talajon ad-, vizekben adszorbeálódnak - nedves kihullás (kimosódás): felhőben vagy felhő alatt tapadnak a csapadékelemekhez (esőcsepp, hópehely) - hígulás révén – légmozgásokkal (szél, konvekció) pl. porszén helyett granulátum égetése • „tiszta” nyersanyagok alkalmazásával pl. N, S szegény szenek, kőolajok égetése • tisztító (szűrő) berendezésekkel pl. portalanítók, szűrők, ülepítők, ciklonok, nedves, elektrosztatikus leválasztók, Miskolci kriptongyár, FORTE! • elégetéssel, katalitikus utóégetéssel pl.

gépkocsikban • magas kémények alkalmazásával (nem az igazi !!!) •egyéni (munkahelyi) védőfelszerelések A SZENNYEZŐDÉS HATÁSA AZ ÉLŐVILÁGRA • Akut egyéni egészségügyi problémák – viszketésről, fejfájástól – a „halálig” Az ózon-koncentráció átlagot erősen meghaladó napok száma az EU országaiban • Munkahelyi ártalmak – kiküszöbölésük • Tömeges egészségkárosodások pl. a szmog, pernye (Ajka), • Genetikus, több generációs hatások Egyéni/csoportos védelmek: - légkondicionálás (T, szűrés, szárítás) (épületekben, gépkocsikban) - gázálarcok, maszkok 7 Observed global and European annual mean temperature deviations 1856-1999 A CO2 körforgása 8