大气光化学反应
大气环境下光化学反应对有害气体迁移的影响
大气环境下光化学反应对有害气体迁移的影响大气环境中的光化学反应是一种重要的空气污染物转化和氧化过程。
光化学反应对大气中有害气体的迁移、转化和净化具有不可忽视的影响。
本文将探讨光化学反应对有害气体迁移的影响，以及在环境保护中的意义。
一、光化学反应与大气污染物的迁移大气中的光化学反应是指在太阳辐射的作用下，氮氧化物、挥发性有机化合物等污染物之间发生光化学反应。
光化学反应不仅能将一部分空气污染物转化为无害的物质，还能促进大气污染物的扩散和迁移。
例如，光化学反应使得臭氧（O3）在大气中形成，臭氧可作为一个强氧化剂，在大气化学反应中起到重要的作用。
同时，臭氧也是人们熟知的污染物，会对人体健康和环境造成危害。
光化学反应使得臭氧的生成与消耗达到平衡状态，保持了臭氧浓度在一定的范围内。
此外，光化学反应还使得一些有害气体的化学性质发生变化，促使其更易于迁移。
例如，光化学反应还会使硫醇等硫化合物转化为二氧化硫，进一步影响大气中的酸雨形成。
二、光化学反应对空气质量改善的意义光化学反应对空气质量的改善具有重要的意义。
光化学反应能够将一些有害化合物转化为无害物质，净化大气污染。
例如，挥发性有机物（VOCs）是大气中的重要污染物，但经过光化学反应后，很多挥发性有机物会逐渐转化为无害的物质，减少了空气污染。
此外，光化学反应还能控制和调节大气中的臭氧浓度。
臭氧虽然在高层大气中对地球起到保护作用，但在低层大气中却是一种污染物。
通过调控光化学反应的条件，可以减少臭氧生成和降低其浓度，从而保障空气质量，减少对人体健康的影响。
三、光化学反应在环境保护中的应用光化学反应的应用已经成为环境保护的重要手段之一。
通过利用光化学反应原理，可以有效降低大气中有害气体的浓度，达到净化空气的目的。
一个典型的应用例子是光催化技术。
光催化技术利用光化学反应的原理，通过材料表面上的光催化剂吸收太阳光，形成活性氧和自由电子，从而降解大气中的污染物。
光催化技术在车库、厂房等封闭空间的通风净化中得到广泛应用，能够有效降低空气中的有害气体浓度。
大气光化学反应及重要自由基的来源
R + O2 → RO2
烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基。 烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基。
CH 3C (O) H + hv → H 3C ⋅ + HCO ⋅
HO和HO2自由基的来源 和
清洁空气中 O3 的光离解是大气中HO的主要 清洁空气中 的光离解是大气中 的主要 来源：
O3 + h ν → O + O 2
O + H 2O → 2 HO
污染大气中 污染大气中 HNO2 和 H2O2 的光离解：
甲基：
CH 3 CHO + hν → CH 3 + HCO CH 3 COCH 3 + hν → CH 3 + CH 3 CO
乙醛和丙酮的光解， 乙醛和丙酮的光解，生成大气中含量 的光解 最多的甲基，同时生成两个羰基自由基。 最多的甲基，同时生成两个羰基自由基。
烷基：
RH + O → R + HO RH + HO → R + H 2O
CH 3ONO + hv → CH 3O + NO
CH 3O + O2 → HO2 + H 2CO H 2O2 + hv → 2 HO HO + H 2O2 → HO2 + H 2O
当有CO存在时 当有 存在时
HO + CO → CO2 + H H + O2 → HO2
R、RO、RO2等自由基的来源 、 、
光化学反应过程
分子、原子、 分子、原子、自由基或离子吸收光 子而发生的化学反应称 光化学反应，大气光化 光化学反应， 学反应分为两个过程。 学反应分为两个过程。
光化学反应基础-资料
O
CH 3CH 2CH 2C
h+nm)
H
3H7 + CHO C3H8 + CO C2H4 + C3CHHO
（b）分子内重排。例如：
OH C
NO2
＋ h
O OH C
NO
（c）光异构化。例如：
O
H3C C
过氧烷基
RO2 RO 2
烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基
气相大气化学
了解大气光化学反应基本原理，掌握氮氧化物主要气相反应， NO、NO2和O3的基本光化学循环以及硫氧化物和有机物的 主要气相反应；
氮氧化物的气相反应
1、氮氧化物的基本反应
生成NNOO22可或以者与再O与或NOO32反反应应生生成成NNO2O3。5。NNO23O可5与以H和2NO作O反用应形或成光H解NO作3用。再
由于c＞v，所以e＞evH，施加在电子上的作用力近似为： F ＝ e。即光波通过时，作用在电子上的力主要来源于光波的 电场 。
由于电场的周期变化(振荡电场)使得分子电子云的任一点 也产生周期变化(振荡偶极子)，即一个体系(光)的振动，通过 电场力的作用与第二个体系(分子中的电子)发生偶合，从而引 起后者的振动(即共振)。因此可以把光与分子的相互作用看作 是辐射场(振荡电场)与电子(振荡偶极子)会聚时的一种能量交 换。这种相互作用应满足能量守衡：
紫外和可见光作用于分子，可使分子的电子能级(包括 转动能级和振动能级)发生改变，产生可见—紫外吸收光谱。
2、分子对光的吸收 分子吸收光的本质：
是在光辐射的作用下，物质分子的能态发生了改变， 即分子的转动、振动或电子能级发生变化，由低能态被激 发至高能态，这种变化是量子化的。 能态之间的能量差必须等于光子的能量：
光化学烟雾的形成、危害及防护措施简介
光化学烟雾形成、危害及防护措施简介摘要:光化学烟雾是城市大气主要污染之一，本文介绍了光化学烟雾的形成机理并提出了防治光化学烟雾的3种有效措施。
关键词: 光化学烟雾;臭氧; PAN；形成;危害;防治汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物，在阳光的照射下发生化学反应，生成臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫光化学污染。
20世纪70年代末，我国兰州西固石油化学工业区首次发现光化学烟雾,1986年在北京也发现了光化学烟雾的迹象，随后，交通发达的上海、广州、深圳等大城市也观测到光化学烟雾的现象【1】。
光化学烟雾是因汽车和石油化工排放的NO x，和挥发性有机物VOC S等前体污染物引起，其特征污染物为O3和过氧乙酰硝酸酯PAN等强氧化剂。
光化学污染现象使大气呈白色雾状(有时带紫色或黄褐色)，大气能见度降低。
污染气体强烈刺激人体的某些器官，使人眼发红、流泪，咽喉疼痛，甚至造成呼吸障碍，肺功能异常，有时伴有头痛，严重时会危及人的生命。
光化学烟雾的主要生成物过氧乙酰硝酸酯PAN还会导致皮肤癌。
其氧化性也会使橡胶老化、开裂，植物叶片受害变黄，以致枯死。
1 光化学烟雾的概念和形成条件大气中的氮氧化物(NO x)和碳氢化合物(HC)等一次污染物在阳光照射下发生一系列光化学反应，生成O3、PAN、高活性自由基、醛、酮等二次污染物，人们把参与反应过程的这些一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。
光化学烟雾的形成必须具备一定的条件【2】，如前体污染物、气象条件、地理条。
(a)污染物条件:光化学烟雾的形成必须要有NO,、碳氢化合物等污染物的存在。
(b)气象条件:光化学烟雾发生的气象条件是太阳辐射强度大、风速低、大气扩散条件差且存在逆温现象等。
(c)地理条件:光化学烟雾的多发地大多数是在比较封闭的地理环境中，这样就造成了NO x，碳氢化合物等污染物不能很快的扩散稀释，容易产生光化学烟雾。
光化学烟雾的形成机理及防治措施
光化学烟雾的形成机理及防治措施光化学烟雾的形成机理及防治措施1. 引言光化学烟雾是一个重要的环境污染问题，其产生对人类健康和生态系统造成了严重的影响。
烟雾中的有害物质，如二氧化氮（NO2）和臭氧（O3），不仅能够导致呼吸系统疾病，还能损害植物和建筑物。
了解光化学烟雾的形成机理及采取相应的防治措施至关重要。
2. 光化学烟雾的形成机理光化学烟雾的形成主要涉及光化学反应，在大气中的发生。
主要的污染物包括挥发性有机化合物（VOCs）、氮氧化物（NOx）和太阳辐射。
以下是光化学烟雾形成的基本步骤：2.1 VOCs的释放VOCs是一类含有碳氢化合物的化学物质，包括甲烷、乙烯等。
它们可以来自汽车尾气、工业排放和溶剂等。
当这些VOCs进入大气中时，它们会参与后续的光化学反应，并最终形成烟雾。
2.2 NOx的释放NOx是指一类氮氧化物，主要有一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
它们是烟雾形成中的关键物质，主要来自汽车、火力发电厂和工业排放。
NOx与VOCs相互作用后，在光照的作用下会发生一系列的反应，形成烟雾。
2.3 光化学反应太阳辐射作为催化剂，加速了VOCs和NOx的光化学反应。
这些反应会产生一系列的中间物质，如氧化剂和氮氧化物。
在光照下，这些中间物质会进一步反应，生成烟雾成分，如O3、PAN等。
3. 对光化学烟雾的防治措施为了减少光化学烟雾的形成和减轻其对环境和人类的影响，采取相应的防治措施至关重要。
以下是一些应对措施的建议：3.1 控制VOCs的排放控制和减少汽车和工业排放的VOCs是降低烟雾形成的关键。
这可以通过提高车辆燃料效率、使用低挥发性溶剂，以及加强工业废气的处理等方式来实现。
普及环保意识，鼓励使用无VOCs的清洁产品也是重要的。
3.2 控制NOx的排放类似于VOCs，控制NOx的排放也是减少光化学烟雾的重要措施。
这可以通过改善车辆和工厂的燃烧效率，采用洁净能源替代传统燃料，以及加强大气污染物的监测和管理等方法来实现。
大气光化学反应
大气光化学反应1大气光化学反应介绍大气光化学反应是指源自太阳辐射等外部能量的光进入大气中，空气中的有机物在紫外光的照射下，温度、湿度、气压以及大气污染物的存在的影响下，发生一系列反应的过程。
大气光化学反应是研究大气环境污染的变化规律，其作用重要性非常大。
2大气光化学反应的机理大气光化学反应有三个主要组成：光源、有机物即“颗粒”和反应物（大气污染物）的混合物。
这三部分的相互作用导致了一系列的有机反应，这是大气光化学反应的机理。
随着太阳辐射的入射，可以将太阳辐射波长分解成可与大气中有机物发生化学反应的紫外线，使气体中的有机物和气体中的反应物产生光学紫外和热反应，根据大气中污染物的不同，可以分为三种气溶胶光催化反应、和混合湿润粒子光催化反应和游离基团光催化反应。
3大气光化学反应的影响大气光化学反应能够产生一系列有害物质，比如臭氧、分子氮、硫酸盐以及甲烷等，大气光化学反应把这些有害物质转化为蓝精灵，会造成空气中污染物的更大浓度，甚至会影响大气中的pH值。
另外，由于大气光化学反应所产生的空气污染物影响有害物质排放和地表湿度，进而影响气候变化和环境质量，会造成大气发生重要的变化，进而影响人们的正常生活。
4大气光化学反应的控制措施为了应对大气污染，主要采取的控制措施有：1.建立完善的环境监测体系，对大气的环境质量及时进行监测，及时发现问题；2.加强污染源排放的监管，把污染源排放控制在合理的范围内，降低大气污染物；3.改善空气质量，开发净化空气的技术，积极探索新颖的技术，有效提高大气环境质量；4.完善企业排污标准，严格遵守企业限定的排污标准和排污规程，及时安排检查；5.加快废气治理，进行大气质量检测。
5结论大气光化学反应是一种复杂的现象，从而衍生出的综合性影响造成了大气环境的变化。
空气污染是一个复杂的人类行为，它不仅会影响环境，而且还有潜在的健康风险，因此面对大气污染的控制问题，应当立即采取有效的应对措施，以保护大气环境，促进人们的健康。
光化学烟雾形成的机理
光化学烟雾形成的机理
光化学烟雾的形成主要是由于大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等在阳光的作用下发生化学反应，生成了臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。
这些二次污染物参与了光化学反应过程，形成了由气体污染物和气溶胶组成的烟雾污染现象。
在阳光强烈的夏秋季节，随着光化学反应的进行，反应生成物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断升高，约在3-4小时后达到最大值。
光化学烟雾可随气流漂移数百公里，使远离城市的农作物也受到损害。
3.大气光化学反应
污染大气中HNO2和H2O2的光解
HNO2 hv HO NO H 2O2 hv 2HO
HNO2的光解是大气中HO 的重要来源。
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②大气中HO2的来源
大气中HO2主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：
H 2CO hv H HCO H O2 M HO2 M HCO O2 HO2 CO
第二定律：分子吸收光的过程是单光 子过程。也就是讲激发态分子寿命很 短≤10-8s，在这样短时间内，辐射强 度较弱的情况下再吸收第二个光子几 率很小。若光很强，如激光，在此时 间内可产生多光子吸收，此定律不使 用。对于大气污染，反应发生在对流 层，只涉及到太阳光符合第二定律。
四 污染大气中的重要光化学反应 1） 氮氧化物的转化 氮氧化物是大气中主要的气态污染物； 矿物燃料燃烧后主要形态：一氧化氮 光化学烟雾
另外，亚硝酸酯和H202的光解也可导致生成H02：
CH 3ONO hv CH 3O NO CH 3O O2 HO2 H 2CO H 2O2 hv 2HO HO H 2O2 HO2 H 2O
HO CO CO2 H H O2 HO2
反应由自由基源（引发剂H2O2，O3等）引 发或加速； 抑制剂（NO，O2）会使反应速率减慢或 使反应停止
自由基的来源
图2-11 对流层中HO的浓度随纬度和高度的分布图 全球平均值约为7×105个/cm3(在105-106之间) HO最高浓度出现在热带，因为那里温度高，太阳辐射强。
11
如有CO存在：
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三 光化学反应基本原理
光量子
A A hν
辐射跃迁（荧光，磷光） 无辐射跃迁（碰撞失活）
大气中的光化学反应过程
大气中的光化学反应过程大气中的光化学反应一直是科学家们关注的研究课题之一。
光化学反应从本质上讲是指由日光（或其他电磁波）和反应物质相互作用所引起的反应过程。
在大气中，这些反应可导致氧气、氮气和水蒸气被过氧化物、酸雾和臭氧等有害物质所污染。
因此，对大气中的光化学反应过程进行深入研究非常重要。
光化学反应的基本过程对于大气中的光化学反应，最常见的一种是二氧化氮和有机物质在光照下产生臭氧的过程。
该过程主要取决于有机物中存在的碳氢化合物的种类和浓度、空气中二氧化氮的浓度以及光强度等因素。
简单来说，需要有以下三个举措才能触发这种反应：1.光能顾名思义，光是触发该反应的必要因素之一。
太阳辐射中所占的光强度大约是太空中的250倍，这就是说在太阳下面，空气和大气中的分子会受到辐射而发生光化学反应。
2.污染物质二氧化氮（NO2）是另一个必要的反应物。
该物质存在于车辆废气、电厂烟气和其他人类活动产生的废气中。
二氧化氮也是空气中细颗粒物和酸雾的前体。
3.有机物也是必不可少的反应物。
这些有机物在太阳下会发生光解反应，产生一系列化合物。
这些化合物包括一氧化碳、二氧化碳和其他碳氢化合物。
其中的一些降解物可以继续参与到其他的化学反应中。
光化学反应的结果光化学反应的主要结果是产生有害的污染物质，其中最知名的是臭氧。
臭氧是一种有毒气体，可以引起人类的呼吸道和眼睛的刺激性反应。
臭氧是一种强氧化剂，可以与其他化合物反应，从而产生有害气体，如二氧化氮等。
由于臭氧是不稳定的，因此只能在特定条件下产生，这就是为什么臭氧通常只在高温和高辐射量下才能形成。
此外，光化学反应还会产生其他的有害污染物，如过氧化氮、酸雾、细颗粒物和氧化物等。
这些物质对人类健康和环境造成了沉重的影响。
因此，科学家们正在研究如何减少这些有害物质的产生，以降低大气污染水平。
光化学反应的控制为了控制大气中的光化学反应，必须采取一系列行动。
这些行动包括：1. 制定更为严格的大气污染控制措施。
第六节 大气光化学反应
2）污染大气中重要的光化学反应---NO2的光解 二氧化氮是城市大气中最重要的光吸收 分子。在低层大气中，它可吸收可见和 紫外光。 λ(NO2)≤420nm的光，发生光解： NO2+hν(λ≤420 nm)→NO+O O + O2 → O3
2）污染大气中重要的光化学反应--- O3的光解 O3光解后产生的原子氧和分子氧，是否都为激发 态取决于激发能。 O3 + hν(λ≤320 nm) →O2 (1△g) + O (1D) O3 + hν(λ≥320 nm) →O2 (1△g或1Σg＋) + O(3P) 反应成了自旋禁戒跃迁。 O3 + hν(λ=440～850 nm) →O2(x3Σg-) + O (3P) O2 (x3Σg-)和O(3P)都是基态。 由O3产生的O(1D)一般有两个去除途径，即与水 蒸气反应生成OH，或被空气去活。
2）污染大气中重要的光化学反应--- SO2的光解
SO2分解成SO和O的离解能为565 kJ/mol，这相当于波 长为218 nm光子的能量，所以在低层大气中SO2不光 解； 但SO2在240～330 nm区域有强吸收： SO2 + hν→SO2 (1A2，1B1) SO2 (1A2，1B1)是两种单重激发态。 而在340～400 nm处有一弱吸收： SO2 + hν →SO2 (3B1) SO2(3B1)为三重态。 因此，对流层中SO2的转化去除不是靠光解反应。然 而,所形成激发态分子的化学反应活性有所提高。
2HNO3 (HONO2)+hν →NO2 +OH RONO2 +hν →NO2 +RO ● 亚硝酸和烷基亚硝酸酯 HNO2 (HONO) + hν →NO + OH RONO + hν →NO + RO
光化学烟雾形成的科学原理
光化学烟雾形成的科学原理
光化学烟雾的形成是由光化学反应引起的一种大气污染现象。
它通常
在有大量挥发性有机化合物和氮氧化物存在的地方发生，如工业区和交通
拥堵地区。
光化学烟雾对人类健康和环境造成了很大的威胁，因此对其科
学原理的研究十分重要。
首先，太阳辐射中的紫外线能量可以将一部分氮氧化物（如一氧化氮）激发到能量更高的激发态。
这些激发态氮氧化物可以与有机化合物发生反应，生成一系列的中间产物，如活性羟基自由基（·OH）和羟基过氧自由
基（·HO2）。
这些自由基具有很高的活性，可以进一步参与其他反应。
其次，中间产物会与氮氧化物发生反应，形成臭氧（O3）和二氧化氮（NO2）等有害物质。
例如，·OH自由基与一氧化氮反应会生成二氧化氮，而·HO2自由基与过氧化氮反应会生成臭氧。
臭氧是光化学烟雾中最重要
的成分之一，它具有强烈的氧化性，对呼吸系统和植物生长有很大的影响。
最后，这些有害物质会与大气中的颗粒物或颗粒物表面的水滴结合，
形成气溶胶和烟雾颗粒。
这些颗粒物可以散射和吸收光线，从而导致灰霾
的形成。
此外，这些颗粒物中的有机碳和多环芳烃等化合物对人体健康和
环境也具有潜在的危害。
总之，光化学烟雾的形成是一个复杂的过程，涉及光照、有机化合物
和氮氧化物的相互作用。
这些化学反应生成了一系列有害物质，如臭氧和
颗粒物，对健康和环境造成威胁。
因此，我们需要加强对光化学烟雾形成
机制的研究，以便制定有效的减排措施，保护人类健康和环境。
大气环境中的光化学反应机理
大气环境中的光化学反应机理近年来，人类对于环境问题越来越重视，其中大气污染一直是热门话题。
大气污染是指大气中存在的污染物质，它们通过物理、化学、生物等过程影响大气质量，进而影响人类的健康和环境的可持续发展。
大气污染的成因复杂，其中光化学反应是一个重要的方面。
本文将介绍大气环境中的光化学反应机理。
一、光化学反应的概念和特征光化学反应是指由光引起的化学反应，它是大气中化学反应的重要组成部分。
大气中最常见的光化学反应是O3、NOx、VOCs的光化学反应。
NOx指氮氧化物，包括NO和NO2，VOCs指挥发性有机物，如苯、甲醛、乙烯等。
这些污染物质在光照下会发生复杂的化学反应，如氧化、还原、解离、结合等，形成新的化合物，如O3、PANs、醛类、酸等。
这些化合物对大气环境和人类健康产生重要影响，如光化学烟雾、酸雨、温室效应等。
光化学反应的主要特征包括：一、必须在光的作用下才能发生；二、反应速率和光照强度有关；三、光化学反应通常是链式反应，具有反馈机制；四、光化学反应产生的产物数量是污染物质量的函数。
二、光化学反应的机理（一）O3的生成和消失O3是大气中非常重要的污染物，它的生成和消失是光化学过程的一个重要环节。
O3主要是由O2分子在紫外线的激发下，通过以下链式反应生成：O2 + hv → 2OO + O2 + M → O3 + M其中，M是稳定剂，它的存在可以减少反应速率，并调节O3的浓度。
O3的消失主要是由于以下反应：O3 + hv → O2 + O（在紫外线下）O3 + NO → NO2 + O2O3 + HO2 → OH + 2O2O3 + 列出其他反应产物（二）NOx和VOCs的光化学反应NOx和VOCs是光化学反应的重要参与者。
它们的光化学反应会产生一系列的衍生物，如光化学烟雾和酸雨。
NOx的主要光化学反应包括：NO + hv → O + NNO + O3 → NO2 + O2NO2 + hv → NO + ONO2 + O3 → NO3 + O2NO3 + 其他产物→ NO2，或NO + O2其中，NO2和NO3是互相转化的，它们的存在会使大气中的O3浓度下降，同时也会增加NOx的浓度，从而形成恶性循环。
大气光化学反应的机理与调控
大气光化学反应的机理与调控大气光化学反应是指在大气中，由于太阳光照射下，气体与气体、气体与颗粒物之间的化学反应。
这些反应不仅对大气环境具有重要的影响，还会对人类健康和生态系统产生一定的影响。
了解大气光化学反应的机理和调控，对于深入认识大气污染的形成机制，制定科学的环境保护政策，具有重要的意义。
大气光化学反应的机理非常复杂，涉及到多种反应物以及光照条件。
其中，臭氧生成是一个重要的反应过程。
太阳光照射下，氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）反应生成臭氧（O3）。
臭氧的生成与分解有一定的平衡，它在大气中的浓度受到光照强度、温度和天气条件的影响。
此外，大气中的氧化性物质还会与颗粒物和其他污染物发生复杂的反应，形成一系列的氧化产物。
大气光化学反应的机理主要受到氮氧化物、挥发性有机化合物、颗粒物和光照条件等因素的调控。
氮氧化物是大气中的一类污染物，主要来自于燃烧过程和人类活动。
它们能够参与到多种氧化还原反应中，直接或间接地影响臭氧的生成和消耗。
挥发性有机化合物是另一类重要的反应物，它们来自于化石燃料燃烧、工业过程和生物排放等。
这些化合物在光照下会发生光化学反应，生成臭氧和其他有害物质。
颗粒物是大气中的固态颗粒物，它们能够吸附和催化气态物质的反应，加速大气光化学反应的进行。
光照条件对于大气光化学反应也具有重要的影响，光照强度越强，反应速率越快。
为了减少大气光化学反应对环境和人类的影响，需要采取一系列的调控措施。
首先，减少臭氧前体物质的排放是十分重要的。
这包括减少氮氧化物和挥发性有机化合物的排放，通过提高燃烧效率、使用低挥发性有机化合物和改进工业生产工艺等途径来实现。
其次，加强颗粒物的减排措施也是必要的，可以采用过滤和除尘等技术，阻止颗粒物对光化学反应的催化作用。
此外，在城市规划和交通出行方面也可以采取措施，减少机动车辆的使用和提倡绿色出行方式，从根本上减少大气光化学反应的发生。
此外，大气光化学反应的机理和调控还需要进行进一步的研究。
大气环境中的光化学反应
大气环境中的光化学反应大气环境中的光化学反应是指大气中存在的有机物和氮氧化物造成的光化学事件。
这种事件通常发生在阳光强烈的时候，如夏季和高纬度下的日落和日出。
光化学反应是复杂的，具体步骤取决于大气中存在的底物种类、光照条件和其他因素。
这篇文章将介绍大气中发生的主要光化学反应及其影响。
主要光化学反应大气中存在的有机物和氮氧化物之间的光化学反应产生大量的臭氧（O3）和其他一些化学物质。
以下是大气中发生的主要光化学反应：1. VOCs和NOx的光化学反应挥发性有机物（VOCs）是一类广泛存在于大气中的有机化合物，包括甲醛、苯、甲烷等等。
氮氧化物（NOx）包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
这些物质在光照下，会发生氧化和还原反应，形成一系列化合物。
这些反应的主要产物是臭氧、过氧化氮和硝酸等物质。
臭氧是一个重要的自由基，有助于定量地形成有机物和氮氧化物。
2. 辐射引发的硫酸盐和氮氧化物的光化学反应硫酸盐和氮氧化物是大气污染主要来源之一。
在大气中，硫酸盐和氮氧化物可以反应产生一系列的化合物，如硫酸盐、硝酸盐和氧化氮等。
在辐射下，这些化合物会形成自由基，随后反应产生臭氧和其他氧化产物。
3. 辐射引发的有机物和氧化氮的光化学反应在大气中，有机物和氧化氮也可以形成自由基，在阳光下发生氧化和还原反应。
这些反应会形成一系列氧化有机物，包括醛、羧酸和有机酯等，这些物质都会对大气造成污染。
光化学反应对大气的影响光化学反应对大气环境和人类健康都有着深刻的影响。
首先，光化学反应可以引起许多化学物质的形成，对大气环境造成污染。
臭氧的形成是一种非常重要的光化学反应。
臭氧对人体呼吸系统和眼睛有着非常坏的影响。
臭氧还可以破坏植物中的氧化还原反应，导致植物叶面烧伤、作物减产等问题。
其次，光化学反应还可以促进酸雨的形成。
这是因为光化学反应中产生的硝酸和硫酸可以在大气中游荡，产生酸性化学物质和能产生酸雨的雾气或冷凝物。
总结总之，大气环境中的光化学反应是一个复杂的化学事件，需要研究人员做出不懈的努力以更好地了解其动态。
大气光化学反应
由于高层大气中的 N2、O2 特别是平流层中的 O3 对于 λ＜290 nm 的光近 乎完全吸收，故低层大气中的污染物主要吸收 300～700 nm(相当于 398～ 167 kJ/mol)的光线；下面就主要污染物质的光吸收和初始光解反应特性作一介 绍。
表 7-3 对可见光（300～700nm）的主要吸收和非吸收物质
二、光子的能量与分子能级
1.光子的能量 光具有波粒二象性，光的衍射、干涉等现象说明光具有波动性，而光电效应
等又说明光具有粒子性，光是携带着能量的粒子——光量子(简称光子)。
1
根据 Einstein 公式， E=hυ=hC/λ，如果一个分子吸收一个光量子，则 一摩尔分子吸收的总能量为：
E = N0 hυ= N0hC/λ 式中：E—1mol 光子的能量， J/mol；
第七章 大气光化学反应
Atmospheric photochemical reaction
本章内容要点：光化学反应基础、污染大气中重要的光化学反应等。 污染物在大气中的化学转化，大多是由光化学反应引发所致。对环境化学 较重要、研究较多的光化学反应类型包括光解反应、激发态分子的反应及光催化 反应；其中光解反应是造成近地大气层二次污染如光化学烟雾和酸沉降、清除对 流层中活泼化学物质，使之不能进入同温层或导致同温层中部臭氧层耗损的重要 反应，它往往是大气中链式反应的引发反应，是产生活性化学物种和自由基的重 要源泉；光解反应对于大气中许多污染物质的降解和清除起着举足轻重的作用。 大气光化学是大气污染化学的重要组成部分，是对流层和平流层化学过程研究的 核心内容，也是大气化学基础研究的前沿领域。
大多数物质的分子是原子以共价键的方式结合而形成的，即由原子轨道重叠 形成分子轨道，价电子由原子轨道转移到分子轨道上绕整个分子运动。不同的重 叠方式构成了不同能量水平的电子运动的成键轨道。
光化学烟雾形成的科学原理
光化学烟雾形成的科学原理光化学烟雾是指大气中光化学反应所产生的烟雾。
光化学反应是指在光的作用下，通过分子间的相互作用而发生的化学反应。
烟雾是由气态物质和固态颗粒物组成的浮游颗粒物体，它由烟尘、烟雾滴、水汽、空气中的多种有机气体和无机盐等物质组成。
光化学烟雾的形成与大气中的光化学反应有关。
在大气中，存在着大量的氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）。
其中，典型的氮氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等，而挥发性有机物则包括甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等。
这些物质可以通过工业生产、交通运输以及燃煤等活动释放到大气中。
当太阳光照射到大气中的氮氧化物和挥发性有机物时，光化学反应就开始了。
首先，太阳光的能量被氮氧化物和挥发性有机物吸收，激发它们内部的电子。
这些激发态的分子随后发生分解、离子化或是与其他分子发生碰撞反应，生成一系列的有机气体、氮氧化合物以及活性氧物种。
其中，氮氧化物在光化学反应中起着重要的作用。
一氧化氮（NO）和挥发性有机物发生反应时，会生成一氧化氮和臭氮酸根（NO3-）。
这些活性的氮氧化物与挥发性有机物继续反应，形成有机气体和氮氧化合物的复杂混合物。
这些氮氧化合物的一部分会进一步与空气中的其他物质发生反应，形成光敏感的有机硝酸盐和氧化物。
光敏感的有机硝酸盐和氧化物具有很强的吸湿性，吸湿后形成云雾滴。
在大气中，这些云雾滴与空气中的水汽和其他微粒物质相互作用，逐渐形成了烟雾。
这些烟雾滴中的颗粒物不仅包含有机硝酸盐和氧化物，还含有其他污染物，如二氧化硫（SO2）、硫酸盐、氮氧化物的衍生物以及颗粒物表面的可吸收有机物等。
光化学烟雾的形成过程是一个复杂的链式反应过程。
它不仅涉及氮氧化物和挥发性有机物的反应，还包括大气中其他物质的复杂反应。
此外，光化学反应的速率也受到气象条件的影响，如温度、湿度和太阳辐射等因素。
光化学烟雾对人类健康和环境造成了重大影响。
首先，烟雾中的颗粒物具有细小的粒径，可以直接进入人体的呼吸道，对呼吸系统产生刺激作用。
光化学反应及光化学烟雾
主要指单环芳烃和多环芳烃（PAHs）还包括联苯等，广泛 见于各种化工原料及石油产品中。
香烟烟雾中芳烃含量较高，也是室内污染物之一。
2.碳氢化合物在大气中的反应 （1）烷烃的反应：
RH HO R H2O RH O R HO
如甲烷的氧化反应：
CH 4 HO CH3 H2O CH4 O CH3 HO
NO2活泼，是大气主要污染物之一，也是大气中生成O3 的人为引发源。
NO2在阳光下与OH·、 O3等反应 NO2与HO·反应可生成HNO3：
NO2 HO HNO3
NO2也可与O3反应： NO2 O3 NO3 O2 NO2 NO3 N 2O5
NO2 hv λ 430nm NO O O O2 M k 2 O3 M O3 NO k 3 O2 NO2
自由基
其他物质
光化学反应基础
• Einstein公式， 如果一个分子吸收一个光量子，则一摩尔分子吸收总能量 一般化学键的键能大于167.4KJ/mol，因此波长大于 700nm的光量子就不能引起光化学反应。
二、光化学反应的基本原理
初级过程 次级过程
A h A*
A* A h
A* M A M
（1）NO的氧化：
主要的自由基包括：
O 、OH 、CH3O 、CH3O2 、CH3COO2
NO是燃烧过程中直接向 大气排放的污染物，在空 气中可被许多氧化剂氧化， 如：
当空气中 [O3]≈30ppb，少量的 NO 在1分钟内全部氧化。
NO O3 NO2 O2
RH HO R H 2O R O2 RO2 NO RO2 NO2 RO
（PAN ）
过氧乙酰基硝酸酯（PAN）是重要的二次污染物， 具有热不稳定性，遇热分解，因而在大气中也存在 上述反应的平衡关系。
有机化学中的光化学反应
有机化学中的光化学反应光化学反应是指由于光的作用而引发的化学反应。
光作为一种能量传递的媒介，可以激发物质分子中的电子，使其发生电荷转移或能级跃迁，从而引发化学反应。
光化学反应在有机化学领域中具有重要的应用价值，可以用于有机合成、药物研究以及环境保护等方面。
本文将介绍有机化学中常见的光化学反应及其应用。
一、光化学反应的基本原理光化学反应的基本原理是光能的吸收和化学能的转化。
当分子吸收光能后，其电子处于激发状态，可以发生电荷转移或能级跃迁，从而引发化学反应。
光化学反应与常规的热化学反应不同，它对温度和物质的浓度变化不敏感，而对光的强度和能量有较高的要求。
因此，在进行光化学反应时，需要使用特定的光源和配合剂，并且必须在合适的波长范围内进行。
二、光化学反应的分类光化学反应可以根据反应类型进行分类，常见的分类包括光敏裂解反应、光敏交换反应、光敏加成反应和光敏消除反应等。
1. 光敏裂解反应光敏裂解反应是指在光照条件下，化合物分子发生断裂，生成两个或多个新的分子。
这种反应通常需要在紫外光或可见光的照射下进行。
一个典型的例子是芳香化合物在紫外光下发生光解反应，生成自由基或碳离子。
2. 光敏交换反应光敏交换反应是指在光照条件下，化合物中的某些化学键发生断裂和重组，产生新的化学键。
这种反应通常发生在具有不饱和键或活泼基团的化合物中。
一个典型的例子是固体烯烃在光照下与气体中的气体发生加成反应。
3. 光敏加成反应光敏加成反应是指在光照条件下，两个或多个分子发生双键或多键的加成反应。
这种反应在能量高的激发态下发生，可以生成新的化合物。
一个典型的例子是醇类和烯烃在紫外光下发生氢原子转移反应，生成酮或醛类化合物。
4. 光敏消除反应光敏消除反应是指在光照条件下，分子中某个基团被光敏剂激发后发生消除反应，生成新的化合物。
一个典型的例子是光敏剂激发下的芳香化合物发生消除反应，生成新的芳香化合物。
三、光化学反应的应用光化学反应在有机化学领域中有广泛的应用，包括有机合成、药物研究和环境保护等方面。
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实质上光化学反应是光子诱导的反应，可以在很低的湿度环境与无催化 剂存在的条件下进行。
大气中的许多物质，在强烈的太阳辐照下，可诱导产生多种光化学过程， 这对大气中化学物质的性质和最终归宿，具有决定性的作用。 例如，二氧化氮是大气污染物中光活性最强的一种物质，也是光化学烟 雾形成过程中一个重要的参与成分。
• photochemistry and free radical reactions dominate atmospheric chemistry
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与普通化学不同，进行大气化学实验和研究的难度很大。
大气化学研究中遇到的最大障碍之一,是待测物质的浓度极低，
导致反应产物的检测和分析都非常困难。 其次，在实验室中进行高层大气化学模拟试验也会遇到许多意想
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1米=106微米=109毫微米=109纳米=1010埃
红外光
• 红外线（Infrared ray, IR）也叫红外光，其波长范围为 0.75～1000μm，是介于红光和微波（一般指分米波、厘米 波、毫米波段的无线电波）之间的电磁辐射。 • 按波长的差别，大致可分为三个波段：0.77～3.0μm为近红 外区，3.0～30.0μm为中红外区，30.0～1000μm为远红外区。 • 红外线不能引起视觉，有较强的穿透能力，在通过云雾等充 满悬浮粒子的物质时，不易被散射，还有显著的热效应，容 易被物体吸收，转化为它的内能，使物体变热。11公式：E = hν=h
其中，c为光速 2.9979×108 m/s
c
(30万km/s）。
如果一个分子吸收一个光量子能量，则1mol分子吸收的总能量为：
E= hν·N0 =h · N0
c
= 1.1962×105/λ
λ =1.2×105/E
其中， E，kJ/mol, λ为光量子波长，nm，N0为阿佛加德罗常数，
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紫外光
• 紫外线，亦称紫外光，在电磁波中，波长比紫光短。在光 谱中，它排在可见光紫光的外侧，故称紫外线。 • 紫外线的波长范围为0.40～0.04 μm （40~400nm），是介 于紫光与X射线之间的电磁辐射。紫外线不能引起视觉， 人们看不见它。 • 可见光能透过的物质，对于紫外线的某些波段却能强烈的 吸收。紫外线有很强灼伤性。太阳辐射中的紫外线，通过 大气层时，波长0.28 μm以下的紫外线，几乎全被吸收， 只有很少量的紫外线到达地面，但对人类和动物已无危害， 并对杀菌、消毒能起到一定作用。
6.02×1023/mol。（注意量纲统一） 由上式可见，E与λ成反比。若λ=300nm，E=398.7kJ/mol ,若
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• 下面来看一下光化学反应的历程：
（1）初级过程（起始反应）：A + hν
A*
A*为A的激发态，hν表示一个光量子的能量，h是planck常 数, 6.626×10-34J· s/光量子，ν为吸收光的频率，单位s-1，ν 是希腊字母,读niu，在理论物理中表示频率 .
• 由爱因斯坦（Einstein）在1908～1912年提出光化学第二定 律 ：在光化学反应的初级过程中，被活化的分子数 (或原子 数)等于吸收光的量子数，或者说分子对光的吸收 ，是单光子 过程，即光化学反应的初级过程是由分子吸收光子开始的， 一个光量子活化一个分子。
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• 对环境化学较重要，研究较多的光化学反应类型有光解反应、激发态分
子的反应和光催化反应。
• 其中光解反应是造成近地大气层二次污染的重要反应，如光化学烟雾、 酸沉降、臭氧层破坏等（表现在对流层中产生活泼化学物质，进入同温 层导致臭氧层的破坏等）。 • 光解反应往往是大气中链式反应的引发反应，是产生活性化学物质和自 由基的重要源泉，光解反应对大气中许多污染物的破坏和清除起重要作 用。 • 光化学是大气污染化学的重要组成成分，是大气化学基础研究的前沿。
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可见光
• 在太阳辐射的电磁波中，能引起人们肉眼视觉的是0.76～ 0.4 μm （7600～4000埃）波段的电磁波，即人们能看见的 光线，称为可见光。 • 太阳的可见光呈白色，但通过棱镜时，其可见光的不同波 长可分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，其中红光波 长为0.76～0.62 μm ，橙光为0.62～0.59 μm ，黄色为 0.59～0.57 μm ，绿色为0.57～0.49 μm ，蓝光-靛光为 0.49～0.45 μm ，紫光为0.45～0.39 μm 。
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γ 射线
• γ 射线，亦称丙种射线（α 射线称甲种射线，β 射线称乙 种射线），是从放射性物质的原子核中放射出来的。 • 当原子核从能量较高的状态转变到能量较低的状态时，常 以γ 射线的形式释放出能量。 • γ 射线的波长极短，波长通常在1埃以下，是能量较高的 电磁辐射。它的性质与X射线基本相同，但比X射线硬度更 高，穿透性更强，它能穿透30cm厚的钢铁部件。原子核在 衰变过程中都能产生γ 射线。
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爱克斯光
• X射线，是1895年德国物理学家伦琴首先发现的，所以也叫 伦琴射线，通称爱克斯光。 • 其波长约为0.0020～0.000006μm （20～0.06埃），是大致 介于紫外线和γ 射线之间的波长很短一种电磁辐射。 • X射线穿透力很强，它能透过可见光不能透过的物体，如纸、 人体、木材、金属片等，能使荧光物质发光，照相乳胶感光， 气体电离。
大气中的光化学反应 大气中的活性氧自由基 大气中重要吸光物质的光离解
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大气中的光化学反应
光化学反应是大气化学的重要内容。顾名思义，光化学反应是分子、原 子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。光化学反应的首要条件 是反应物质必须要吸收光子。只有被分子吸收的光才能引发光化学反应。 该定律在1818年由Grotthus和Draper提出，故又称为Grotthus-Draper 定律。
不到的困难。高海拔介质的压力极低，在此条件下进行模拟实验， 反应器器壁释放的物质对试验有明显的干扰，致使研究难以准确 实施。此外，容器壁对化学能量的吸收作用，对某些重要化学反 应的催化作用、对某些物质的吸附作用以及与一些高活性物质的
化学反应性等都会给高层大气化学的实验室研究造成干扰和困难。
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太阳光的特性