[理学]《环境化学》第二章.ppt

第二章 大气环境化学 第一节 大气组成及大气层的结构 大气的组成 干洁空气的组成 大气各成分的作用 大气层的结构 大气组成的滞留时间 大气稳定度 第二节 大气污染和大气污染物 大气污染 大气污染是指进入大气中的污染物超过了大气环境的容许量，直接或间接地对人类生活、生产和身体健康等方面产生不良影响的现象。 大气污染所波及的范围很广，按大气污染的影响程度可以分为局部性污染、地方性污染、广域性污染和全球性污染。 大气污染源 自然源是来自自然界的生命活动或其他自然现象的变化而产生的污染。 人为源是指人类的生产活动和生活活动产生的污染物。 （1）工业污染源 （2）交通污染源 （3）农业污染源 （4）居民生活污染源 大气污染物组成分类 使大气产生污染的物质称为大气污染物。 大气污染物浓度表示方法 大气污染物浓度表示方法： （1）单位体积气体内所含污染物的质量数（质量—体积浓度），常用单位为mg/m3或?/m3；对任何状态的污染物都适用。 （2）污染物体积与气样总体积的比值（体积—体积浓度），常用单位为ppm或ppb。适用于气态或蒸气态物质。 ppm系指在100万体积空气中含有害气体或蒸气的体积数，表示百万分之一；ppb是ppm的1/1000。 第三节 大气中重要的光化学反应 光化学反应 光化学反应是指物质一般在可见光或紫外线的照射下而产生的化学反应，是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。 一般的热化学反应中，分子碰撞发生化学反应，要求分子具有足够的动能来克服分子间的势垒，使反应分子能够足够的接近，使电子云相互穿透，从而使电子发生转移，这种能量来自热能转化的动能。 光化学反应 光化学反应是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。分子吸收光子后，内部的电子发生能级跃迁，形成不稳定的激发态，然后进一步发生离解或其它反应。 光化学反应可引起化合、分解、电离、氧化还原等过程。主要可分为两类：一类是光合作用；另一类是光分解作用。 光化学反应 在正常大气温度下，N2、O2等气体分子不会发生常规的热反应，但是他们能够吸收光能而转化为活化分子而激发光化学反应，光化学反应发生后，被光子活化的分子或离子能够继续进行其它的热化学反应。 可以说，大气化学是直接或间接地由太阳辐射引起的光化学反应引起的。 光化学基本定律 （1）光化学第一定律 只有被体系内分子吸收的光，才能有效地引起该体系的分子发生光化学反应。不被吸收的光（透过的光和反射的光）则不能引起光化学反应。 （2）光化学第二定律 每一由光活化的原子或分子，只吸收一个引起它活化的光量子，即A+hv→A*。 光量子能量与化学键之间的关系 光量子能量 c—光速 2.9979×1010 cm/s，λ—光量子波长， h—普朗克常数，6.626×10-34J·S /光量子 若一个分子吸收一个光量子，1mol分子吸收的总能量： （N0—6.022×1023） 光化学反应的初级过程和次级过程 初级过程主要指化学物质吸收光量子后形成激发态物质，其基本步骤为： A(某种化学物质)+hv（一定波长的光量子）→A*（激发态物质） 激发态的物质有四种命运（Fates）： （1）??? A*→A+hv（辐射跃迁，发生荧光，失去能量，回到基态，光物理） 光化学反应的初级过程和次级过程 （2）??? A*+M(其它分子)→A+M（无辐射跃迁，碰撞消耗活化能，回到基态，光物理） （3）??? A*→B1+B2+……（光分解，发生离解，光化学） （4）??? A*+C→D1+D2+……（光合成，直接与其他物质发生反应，光化学） 光化学反应的初级过程和次级过程 初级过程中的反应物、生成物之间进一步发生的反应称为次级过程。 举例：大气中氯化氢的光化学过程 HCl+hv→H·+Cl· (初级过程，光化学反应，光分解) H·+HCl→H2+Cl·（次级过程，热化学反应） Cl·+Cl·→Cl2（次级过程，热化学反应） 大气中重要的光化学反应 （1）氧分子的光离解 O2+hv→O·+ O· （2）臭氧的光离解 O·+ O2+M→ O3+M（平流层中O3的主要来源） O3+ hv→O·+ O2 （3）二氧化氮的光离解 NO2+ hv→O·+ NO O·+ O2+M→ O3+M 大气中重要的光化学反应 （4）亚硝酸和硝酸的光离解 HNO2+hv→HO·+NO HNO2+hv→H·+N