光化学烟雾

光化学烟雾

关华高二化学第一单元《氮族元素》中提到NO和NO2是大气的污染物。而空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

提起光化学烟雾，许多人也许还很陌生。其实，光化学烟雾是由碳氢化合物和氮氧化物在阳光紫外线的作用下，发生光化学和热化学反应后，产生的以臭氧为主的氧化剂及颗粒物混合物。在震惊世界的环境污染八大公害事件中，这类烟雾事件便占了5起，受害的人很多，影响的范围也很广。其中最有代表性的是美国洛杉矶光化学烟雾事件。

噩梦降临在1955年9月的几天里。严重的汽车尾气污染再加上气温偏高，洛杉矶光化学烟雾的浓度非常高，导致了几千人受害，两天之内就有400多名65岁以上老人死亡，相当于平时的3倍多。在洛杉矶发生烟雾事件期间，生长在郊区的蔬菜全部由绿变褐，无人敢吃；水果和农作物减产，大批树木落叶发黄，几万公顷的森林有1／4以上干枯而死。

光化学烟雾比酸雨更厉害。光化学烟雾不仅影响人的呼吸道功能，特别是损伤儿童的肺功能；引发胸疼、恶心、疲乏等症状。研究证明，臭氧是毒害植物的罪魁祸首。由于臭氧影响细胞的渗透性，可导致高产作物的高产性能消失，甚至使植物丧失遗传能力。美国植物因光化学烟雾污染，每一年减产达12％—13％，造成近1973亿美元的损失。另外，光化学烟雾还会促成酸雨形成，并使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，建筑物和机器受腐蚀等。

通过对光化学烟雾形成的模拟实验，已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下过程：

1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。当来自太阳光的光子激发NO2分解成NO和氧原子时,光化学烟雾的循环便开始了。

NO2(g)+能量→NO(g)+O(g)

O2(g)+O(g) → O3(g)

2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。

3、过氧自由基引起NO向NO2的转化，并导致O3和PAN等的生成。

NO2是有毒、有刺激性气味的气体,O3是一种十分强的氧化剂,它是使植物在烟雾中受害的主要原因。氧化性极强的O3跟光化学烟雾中的第三种主要成分——烃进行一系列复杂的化学反应。烃是汽车从汽油箱中逸出或在汽油不完全燃烧时生成的。下面的化学方程式代表光化学烟雾的主要成分和产物,

汽车排气+阳光+O2(g) →O3(g)+NO x(g)+ 有机化合物

+CO2(g)+H2O(g)(烃+CO+NO x) (氧化剂和刺激剂)

光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂，以臭氧为代表，所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。

光化学烟雾的形成及其浓度，除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外，还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。太阳辐射强度是一个主要条件，太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。因此，光化学烟雾的浓度，除受太阳辐射强度的日变化影响外，还受该地的纬度、海拔高度、季节、天气和大气污染状况等条件的影响。光化学烟雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。

污染区大气的实测表明，一次污染物CH和一氧化氮的最大值出现在早晨交通繁忙时刻，随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，O3和醛类等二次污染物随着阳光增强和NO2、HC浓度降低而积聚起来。它们的峰值一般要比NO峰值的出现要晚4-5小时。二次污染物PAN浓度随时间的变化与臭氧和醛类相似。

城市和城郊的光化学氧化剂浓度通常高于乡村，但近年来发现许多乡村地区光化学氧化剂的浓度增高，有时甚至超过城市。这是因为光化学氧化剂的生成不仅包括光化学氧化过程，而且还包括一次污染物的扩散输送过程，是两个过程的结果。因此光化学氧化剂的污染不只是城市的问题，而且是区域性的污染问题。短距离运输可造成O3的最大浓度出现在污染源的下风向，中尺度运输可使臭氧扩散到上百公里的下风向，如果同大气高压系统相结合可传输几百公里。

我国虽然只在少数城市发现过光化学烟雾污染，但随着城市汽车的急剧增加，我国很多城市也都存在潜在的威胁。为了预防和控制光化学烟雾的发生,环境科学工作都提出了许多办法。例如,设法减少氮氧化合物的排放;对石油、氮肥、硝酸等工厂的排废严加控制,以减少氮的氧化物和烃的蒸发和排放;严禁飞机在航行途中排放燃料;严禁使用化学抑制剂和消毒剂等。然而,比较好的方法还是在排

放氮的氧化物之前把它转化为氮气,把烃转化为CO2和水。尽量减少汽车废气的排放是当前一些国家和地区采取的共同措施，到目前为止，世界上不少城市已经建立了专门的监测设施，可随时监测大气污染情况和气象状况，以便必要时采取措施，防止严重的光化学烟雾事件再次发生。