Khái niệm “smog” quang hóaSương mù thông thường là hiện tượng hơi nước ngưng tụ thành các hạt nhỏ li ti trong lớp không khí sát mặt đất, nó giảm tầm nhìn ngang xuống dưới 1km. Sương mù quang hóa (khói mù quang hóa) được gọi dưới tên Smog sương khói (fog sương, smoke khói) là hỗn hợp các chất phản ứng và các sản phẩm sinh ra khí hidrocacbon và các oxit nito cùng có trong không khí dưới tác dụng của bức xạ mặt trời để hình thành những hợp chất như andehit, ozon, PAN.Sương mù quang hóa xẩy ra ở tầng đối lưu của khí quyển, nơi tập trung phần lớn các chất ô nhiễm của khí quyển như NOx, các hợp chất VOC... Khói quang hoá là loại khói mang tính chất oxi hoá rất cao. Khói có màu nâu, gây tác hại cho mắt và phổi, làm gẫy cao su và phá hoại đời sống thực vật.Cơ chế tạo thành khói quang hóa:• Các hydrocacbon có hoạt tính thoát ra từ các loại ống xả tương tác với O3 thành gốc RC• H2 . • Gốc RC• H2 tương tác với O2 tạo thành gốc tự do RCH2 O2 • . • Gốc RCH2 O2 • tương tác với NO tạo ra NO2 và gốc tự do RCH2 O• . • HO2 • tương tác với NO khác cho NO2 và HO• . • HO• cực kỳ hoạt động và phản ứng nhanh với các hydrocacbon bền RCH3 tạo ra H2 O và gốc RC• H2 , đồng thời hoàn thành chu trình chuyển hoá. Trong 1 chu trình tạo ra 2 phân tử NO2 , 1 phân tử RCHO và tái tạo gốc RC• H2 để lại bắt đầu chu trình mới, và cứ liên tiếp như thế.• Andehit RCHO vừa phát sinh lại khởi đầu cho 1 chuỗi phản ứng khác bằng cách tương tác với gốc HO• dẫn tới sự tạo thành gốc axyl R – C• = O, rồi gốc này phản ứng ngay với oxi cho gốc peroxiaxyl để tạo ra peroxiaxyl nitrat (PAN). PAN là chất gây tác hại nhất cho mắt. O3 và PAN là chất gây ô nhiễm được sinh ra trong các phản ứng quang hoá từ NOx và hidrocacbon. Muốn tránh khói quang hoá phải khống chế sự thiếu NOx và hydrocacbon vào khí quyển.
Câu Trình bày cấu trúc thành phần hóa học khí quyển? Tại tầng cấu trúc khí lại tồn lớp tạm dừng? * Cấu trúc thành phần hóa học khí - Khí lớp vỏ khí bao quanh Trái đất cấu tạo nhiều hợp chất khác Trong khí có khoảng 50 hợp chất hóa học tạo nên hàng loạt phản ứng cân với Thành phần hàm lượng chất tuỳ thuộc vào điều kiện áp suất, độ cao 100 km, áp suất khí phần triệu áp suất bề mặt Trái đất Nhiệt độ khí thay đổi từ - 92o C đến + 1700o C - Cấu trúc khí chia thành phần: • Phần trong: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian tầng nhiệt (iơn) • Phần ngồi tầng ngoại hay tầng điện ly Thành phần hóa Cấu trúc Đặc điểm Vai trị học Tầng đối lưu Khơng khí chuyển Thành phần chủ yếu Điều hòa nhiệt độ (Trosposphere); động theo chiều N2: 78,9%, O2: Trái đất, trì độ cao từ đến 16 thẳng đứng 20,94%, H2: 0,93%; sống Gây km Nhiệt độ lên cao CO2: 0,03% tượng: mây, o giảm từ +15 C mưa, bão tới -56o C Tầng bình lưu Khơng khí chuyển Thành phần chủ yếu Bảo vệ Trái đất khỏi (Stratosphere); độ động theo chiều O3 , N2 , O2 ảnh hưởng cao từ 16 đến 50 ngang độc hại tia tử km Nhiệt độ thay đổi từ ngoại từ mặt Trời o o - 56 C tới - C chiếu xuống Tầng trung gian Nhiệt độ thay đổi từ Thành phần chất Hấp thụ tia tử ngoại (Mesosphere); độ - 2oC đến - 920 C chủ yếu tầng phân tử cao từ 50 đến 80 gồm O2 +, NO+, O+, ôzôn giảm mức km N2 độ thấp Tầng nhiệt Nhiệt độ tăng mạnh Do tác dụng Phản hồi sóng điện (Thermosphere) theo độ cao từ - 920C xạ mặt trời, từ từ mặt đất lên hay gọi tầng đến 1200oC phân tử bị phân tách iôn; độ cao từ 85 thành nguyên tử đến 500 km sau ion hóa thành ion O2 +, O+, O, NO+, e- , CO3-2, NO2, NO3 Tầng điện li Nhiệt độ tăng Khơng khí lỗng Các dịng plasma tầng nhanh, tới khoảng từ chủ yếu ion mặt trời thải (Exosphere); độ cao 1200o C đến 17000 C O+, He+ H+ bụi vũ trụ (xấp xỉ từ 500 đến 1000 km gam/km3) vào khí Trái đất * Tại tầng cấu trúc khí lại tồn lớp tạm dừng? Các tầng phân cách lớp mỏng gọi lớp tạm dừng Mỗi tầng khí đặc trưng mức xác định nhiệt độ áp suất với đặc điểm riêng biệt tượng vật lý, hoá học Lớp tạm dừng (dao động khoảng km) ngăn cách tầng đối lưu tầng bình lưu, đánh dấu nghịch chuyển biến thiên nhiệt độ từ âm sang dương Câu Trình bày thành phần hóa học nước? Giải thích phản ứng hóa học mơi trường nước lại có nhiều khác biệt phản ứng phịng thí nghiệm sản xuất cơng nghiệp? a Thành phần hóa học nước có thành phần ion hịa tan, khí hồ tan, chất rắn chất hữu Các ion hịa tan có anion cation, nước tự nhiên dung mơi tốt hồ tan axit bazơ muối vơ Sự hồ tan chất rắn nước, yếu tố định độ mặn nước Nồng độ iơn hồ tan lớn độ dẫn điện E nước cao Theo hệ thống đo lường quốc tế (SI) trị số nghịch đảo ôm (đơn vị điện trở) simen, ký hiệu S Do độ mặn nước xác định qua độ dẫn điện (EC) đơn vị micro simen, ký hiệu µs/cm3 Các khí hồ tan gồm oxi hịa tan khí cacbonnic (CO2), oxi có ý nghĩa lớn trình tự làm nước (ơxi hố chất hữu điều kiện tự nhiên) đảm bảo sống cho sinh vật nước Trong nước Oxi tự dạng hoà tan nhiều lần so với khơng khí khoảng 8-10 ppm (hoặc mg/lít) Mức độ bão hồ ơxi hồ tan hay DO vào khoảng 14-15 ppm nước oC Nhiệt độ tăng, lượng ơxi hố giảm ppm 100 oC Thường nước bão hồ ơxi, mà khoảng 7080% so với mức bão hoà Sự tồn nước CO2 , CO3 2- HCO3 - theo tỷ lệ định gọi trạng thái cân Nó định ổn định nước, tránh tượng xâm thực CO tượng lắng cặn muối cacbonat CO dạng tự nước hydrocacbonat quan trọng hoạt tính quang hợp thực vật xanh, nguồn sản xuất thức ăn, nguồn cung cấp ôxi cho nước hai cần thiết cho cá động vật khác nước Các chất rắn gồm Chất rắn lọc được: Là loại có đường kính ≤ 10-6 µm Ví dụ chất rắn keo, chất rắn hồ tan (các iơn phân tử hồ tan) Và chất rắn khơng thể lọc: Loại có đường kính lớn 10-6 µm ví tảo, hạt bùn, sạn… Các chất hữu phân thành nhóm chất dễ bị phân huỷ sinh học (hoặc chất tiêu thụ ôxi) chất đường, protêin, chất béo dầu mỡ động thực vật Trong môi trường nước chất dễ bị vi sinh vật phân huỷ tạo khí cacbonic nước Và chất hữu khó bị phân huỷ sinh học hợp chất clo hữu cơ, DDT, linden, andrin, policloro – biphenyl (PCB), hợp chất đa vòng ngưng tụ pyren, praphtalen anthraxen, đioxin… chất có độc tính cao lại bền mơi trường nước, có khả gây tác hại lâu dài tới đời sống sinh vật sức khoẻ người b Giải thích phản ứng hóa học mơi trường nước lại có nhiều khác biệt phản ứng phịng thí nghiệm sản xuất cơng nghiệp Vì mơi trường nước không cô lập với môi trường khác Và tính mở tiếp xúc trực tiếp với khí quyển, thạch quyển, sinh số tạp chất đa dạng Giữa dạng ln có q trình trao đổi chất, lượng Câu Trình bày phản ứng oxit lưu huỳnh khí quyển? Giải thích khí SO2 lại dễ gây độc người loại khí khác Nêu phản ứng xảy nước hàm lượng oxy hoà tan nước gây ra? done a Sự oxi hố xúc tác SO2: Trong khơng khí sạch, SO2 bị oxi hoá chậm thành SO3 (đồng thể) Nhưng dịng khói nhà máy nhiệt điện, tốc độ oxy hố nhanh gấp từ 10 đến 100 lần tốc độ quang hố - oxi hố khơng khí Tốc độ oxi hoá nhanh tốc độ oxi hoá dung dịch có chất xúc tác Tác động phản ứng trực tiếp SO2 O2 : 2SO2 + O2 → SO3 Ở nhiệt độ phòng diễn q chậm nên khơng có ý nghĩa oxi hố SO diễn khí SO2 hoà tan dễ dàng vào giọt nước bị ơxi hố nhanh chóng thành axit sunfuric, oxi hồ tan nước có mặt muối kim loại (Mn, Fe) Phản ứng diễn sau: 2SO2 + 2H2O + O2 xúc tác H2SO4 Phản ứng xúc tác số kim loại muối sunfat clorua sắt mangan Các muối tồn khơng khí dạng hạt lơ lửng Khi độ ẩm không khí lớn, hạt đóng vai trị tâm tụ qua hydrat hoá tạo thành giọt dung dịch Q trình oxi hố pha lỏng Khi độ axit giọt lỏng tăng cao độ tan SO2 giảm, trình oxi hố bị chậm lại Nếu có mặt NH3 với lượng đủ lớn để tạo thành (NH 4)2SO4 trình oxi hố lại tiếp diễn Vì dung dịch lỗng, H2SO4 điện ly hồn tồn thành HSO4 - H+, nồng độ H+ bổ sung làm giảm độ tan SO Khi nồng độ axit hoà tan vượt giá trị xác định, tạo nồng độ H+ lớn ngăn trở điện ly H2SO4 , độ hồ tan SO2 trở nên khơng đổi Q trình oxi hố xúc tác SO2 pha lỏng diễn theo bước sau: + Khuếch tán SO2 từ pha khí tới giọt lỏng + Khuếch tán SO2 từ bề mặt giọt vào bên + Phản ứng xúc tác giọt lỏng Phản ứng diễn mơi trường kiềm trung tính Độ ẩm giữ vai trò quan trọng, độ ẩm 70% phản ứng diễn mạnh Các nghiên cứu cho thấy phản ứng oxi hoá xúc tác SO thuộc phản ứng bậc nồng độ pha khí SO2 có số vân tốc phụ thuộc vào xúc tác độ ẩm Sự oxi hoá quang hoá SO2: Khi khơng khí tiếp xúc với xạ mặt trời, SO bị oxi hoá chậm thành SO3 Các phân tử SO2 hoạt hoá xạ hạ tầng khí (khơng bị phân li), kết dẫn đến chuỗi phản ứng liên quan đến phân tử SO2 kích thích Khi có mặt hidrocacbon hoạt động oxit nito tốc độ chuyển hố SO2 thành SO3 tăng rõ rệt Ngồi ra, oxi hoá SO2 hệ thường kèm theo tạo thành sol khí Việc giải thích chế phản ứng phổ biến hệ SO , hidrocacbon, NOx , khơng khí nước vấn đề quan trọng hoá học ô nhiễm không khí Chúng ta khảo sát tượng oxi hoá quang hoá SO trường hợp • Trong khơng khí • Trong khơng khí có mặt hydrocacbon NOx ■ Sự oxi hoá quang hố SO2 khơng khí Phổ hấp thụ SO2 nằm vùng hạ tầng khí quyển, ứng với trạng thái kích thích: Trạng thái đầu kí hiệu SO có lượng thấp, trạng thái kí hiệu SO2 có lượng cao, mô tả sau: SO2 + hγ ↔1 SO2 (2900 – 3400Ao ) SO2 + hγ ↔ SO2 (3400 – 4000Ao ) Trạng thái có lượng lớn phân huỷ thành trạng thái SO trạng thái có lượng thấp SO2 • Cơ chế oxi hố SO → SO3 khơng khí giải thích dựa phản ứng trạng thái kích thích SO 2, SO2 với phân tử khác có hệ Trước hết, SO2 chuyển trạng thái SO2 SO2 + M → SO2 + M • Sự oxi hố quang hố SO2 hỗn hợp hydrocacbon, NOx khơng khí Khi đưa hỗn hợp hidrocacbon, NOx vào khơng khí có lẫn SO chiếu sáng tốc độ oxi hố SO2 tăng lên nhiều so với tốc độ oxi hố quang hố khơng khí b Giải thích khí SO2 lại dễ gây độc người loại khí khác SO2 chất có bầu khí sống, nằm sát mặt đất khó phân tán, SO2 dễ bị hịa tan bới nước tạo thành axit H 2SO4 , khí gây nhiễm bầu khơng khí chất gây mưa axit làm ăn mòn cơng trình, phá hoại cối gây ảnh hưởng đến sức khỏe người, Hầu hết người bị kích thích nồng độ ppm Thậm chí số người nhạy cảm bị kích thích nồng độ 1-2 ppm xảy co thắt quản bị nhiễm độc nồng độ 5-10 ppm Những triệu chứng tượng nhiễm độc SO co hẹp dây quản kèm theo tăng kích thích thở SO , NOx vào thể qua đường hơ hấp hịa tan vào nước bọt vào đường tiêu hóa, sau phân tán vào đường tuần hồn máu SO2 kết hợp với hạt nước nhỏ để tạo thành hạt axít H 2SO4 nhỏ li ti, xâm nhập qua phổi vào hệ thống bạch huyết Trong máu, SO tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm máu gây rối loạn chuyển hoá đường protêin, gây thiếu vitamin B C, tạo methemoglobine để chuyển Fe 2+ (hoà tan) thành Fe3+(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu làm giảm khả vận chuyển ơxy hồng cầu c Khí oxi tan khơng tác dụng với nước Nồng độ bão hoà oxi nước điều kiện định tính theo định luật Henry Độ tan oxi nước kiện tiêu chuẩn 14,6 mgO 2/l nước; 35°C, atm mg/l; 25°C, atm mg/l Trong tự nhiên, lượng oxi hoà tan vào nước tự nhiên mùa thu mùa đông nhiều mùa hè Ở lớp nước bề mặt, lượng oxi tan vào nước cịn phụ thuộc vào khuấy trộn, sóng gió, cịn lớp phụ thuộc vào xáo trộn (đối lưu) nguồn nước khả tiêu thụ oxi vi sinh vật Như vậy, lượng oxi tan vào nước giảm dần theo chiều sâu lớp nước Oxi tan vào nước tham gia vào q trình oxi hóa sau: ■ Oxy hố chất hữu vi sinh vật: (CH2O) + O2 vi sinh vật CO2 + H2O Đây hình thức tiêu thụ oxy phổ biến nước nhiễm bẩn nước thải sinh hoạt nước thải số ngành cơng nghiệp ■Oxy hố hợp chất nitơ vi sinh vật Ví dụ: NH 4+ + 2O2 →2H+ + NO3 + H2O ■ Oxy hoá chất hố học khác Ví dụ: 2Fe +2 + O2 + 10 H2O → Fe(OH)3 (r) + H+ (r Fe (OH)3 dạng rắn) SO3 -2 + O2 → SO4 -2 Câu Trình bày thành phần nước biển? Tại pH nước biển dao động ổn định khoảng 8,1± 0,2? Giải thích nước biển lại đồng theo thời gian không gian? a Trình bày thành phần nước biển Biển đại dương chiếm 70,8% diện tích bề mặt Trái đất, độ sâu trung bình đại dương giới 3704m Khối lượng nước biển đại dương 13.700 x 1020g (1.370 tỉ tỉ tấn), chiếm khoảng 96% tổng lượng nước tự nhiên bề mặt Trái đất Nước đại dương phân thành đới chính: đới mặt, đới trung gian đới sâu Nước biển sản phẩm kết hợp khối lượng khổng lồ axit bazo từ giai đoạn đầu hình thành Trái đất Các axit HCl, H 2SO4 CO2 sinh từ lòng Trái đất hoạt động núi lửa kết hợp với bazo sinh q trình phong hố đá thời nguyên thuỷ tạo thành muối nước Thành phần chủ yếu nước biển anion Cl - , SO4 2-, CO3 2-, SiO3 2-, cation Na+, Ca2+ Nồng độ muối nước biển lớn nước 2000 lần Vì nước biển đại dương thông nên thành phần chất nước biển tương đối đồng Hàm lượng muối (độ mặn) khác biệt nhiều tỷ lệ thành phần khơng đổi Trong nước biển ngồi H2 O2 Na, Cl2 , Mg chiếm 90%; K, Ca, S (dưới dạng SO42-) chiếm 3%; chất lại chiếm 7% tổng lượng chất Ở Đại Tây Dương tỉ lệ Na/Cl = 0,55 0,56, Thái bình dương Địa trung hải tỉ lệ Mg/Cl = 0,06 0,07 K/Cl = 0,02 b Tại pH nước biển dao động ổn định khoảng 8,1± 0,2 Độ pH nước biển dao động ổn định khoảng 8,1 ± 0,2 giải thích sau: Do có tồn hệ H2CO3 - HCO3 - - CO3 2- qua trình phản ứng sau: CO2 + H2O pH5 H+ + CO3 – HCO3- pH>8,3 H+ + CO322 Do tồn hệ B(OH)3 - B(OH)4 - theo phản ứng: B (OH)3 + H2O → B (OH)4 - + H+ Do có tồn hệ rắn trầm tích đáy biển, cation hồ tan tác dụng với silicat chất lắng cặn biển: 3Al2Si2O5(OH)4(r) +SiO2(r) + 2K+ + 9H2O + 2Ca+ → 2KCaAl2 Si5O10(OH)6(r) + 2H+ Sự tồn hệ yếu tố đệm chủ yếu nước biển Độ pE nước biển dao động khoảng 12,5 ± 0,2 Độ pE định nghĩa logarit âm hoạt độ điện tử dung dịch nước: pE = log(ac -) Về mặt nhiệt động học dựa phản ứng: 2H+ (aq) + 2e- → H2 (k) Năng lượng tự phản ứng thực chất không tất thành phần tham gia phản ứng đền trạng thái hoạt hóa Phản ứng quan trọng chỗ tạo nên sở lượng tự tạo thành tất ion dung dịch nước xác định thay đổi lượng tự trình khử nước c Giải thích nước biển lại đồng theo thời gian không gian? Do trình bốc có đồng đặc biệt đại dương Giữa biển đại dương có q trình thơng Câu Trình bày q trình tạo thành phân hủy ozon (O 3) khí tầng bình lưu? Hãy giải thích tồn ổn định tầng ozon? a Quá trình tạo thành phân hủy ozon tầng bình lưu Ở tầng bình lưu, O3 chiếm thành phần quan trọng, lớp iơn tầng có tác dụng màng bảo vệ xạ tia cực tím sinh vật Trái đất Ở độ cao 20 30 km nồng độ cực đại ôzon vào khoảng 10 ppm Trong khí ln tồn trình ozon tạo thành phân huỷ Ôzon tạo thành phản ứng quang hoá theo bước sau: O2 hγ (λ = 242 nm) O + O (1) O + O2 → O3 (2) O + O2 + M (N2, O2) → O3 + M (3) Chất thứ (M) hấp thụ lượng dư thừa giải phóng từ phản ứng làm cho phân tử O3 bền Mặc dù phản ứng (3) diễn với tốc độ chậm phản ứng (2) nguồn tạo thành ôzon tầng bình lưu tầng trung gian lại phản ứng (3) Ôzon thành phần cần thiết khí có khả hấp thụ phần tia tử ngoại lượng tích trữ tầng cao khí Điều có tác dụng quan trọng thời tiết trái đất O có khả hấp thụ cao bước sóng λ = 600 nm tia nhìn thấy bước sóng λ = 254 nm tia tử ngoại Ở bước sóng λ