Studij PRIMIJENJENA KEMIJA

Uvod u kemiju okoliša

• Zagađenje zraka mijenja zemljinu atmosferu na način da

smanjuje njenu obrambenu ulogu naspram štetnog dijela

sunčeva zračenja.

• Glavnina zagađenja – posljedica ljudskog djelovanja.

• GLOBALNO ZAGRIJAVANJE:

– utječe na svjetsku proizvodnju hrane

– podiže razinu mora

– vremenske prilike sve više obiluju estremima

– utječe na širenje tropskih bolesti

ZRAK

• Sastav i kemizam atmosfere bitan zbog utjecaja

(interakcija) na organizme.

• Atmosfera sadrži kisik potreban za disanje

• Atmosfera adsorbira UV zračenje.

• Atmosfera reducira temperaturne oscilacije između

dana i noći.

• SASTAV :

• 78% N2

• 21% O2

• 0,93% Ar

• 0,04% CO2

• 0,03% vodena para i tragovi drugih plinova

ATMOSFERA

• CO2, O3, H2O egzistencijalni iako prisutni u jako malim

udjelima

• Absorbiraju većinu štetnog zračanja.

ATMOSFERA

SLOJEVI ATMOSFERE

SLOJEVI ATMOSFERE

Specifičnost ozona:

U toposferi nepoželjan

U stratosferi

egzistencijalan

Efekti atmosferskog omotača

• Uski sloj uz samu površinu (do cca 15 km).

• 80% mase atmosfere nalazi se u ovom sloju

TROPOSFERA

• Do visine od cca 50 km

• Tu se nalazi 19,9% mase atmosfere

• Tanki ozonski sloj tek u gornjoj slojevima

stratosfere (na 50 km; praktički granica

između stratosfere i mezosfere)

• Primarno zaslužan za apsorpciju radijacije

koja stiže ka zemlji

• Energija radijacije prelazi u toplinsku energiju,

otud zagrijavanje stratosfere

STRATOSFERA

• Na visini 50-80 km

• Najniže temperature u atmosferi (do -90 °C)

MEZOSFERA

• 80-600 km

• Iznimno rijedak zrak

• U nižim dijelovima prisutne dvoatomne

molekule (N2, O2, NO,…)

• U višim dijelovima većina tvari egzistira u

atomarnom obliku (O, He, H,…)

• Do visokih temperatura dolazi zbog

apsorpcije solarnog zračena na molekulama

O2

• Temperature dosežu do 1200 °C

TERMOSFERA

• Posljednji, “vanjski” segment atmosfere

EGZOSFERA

• Kemijski najaktivnije vrste koje se mogu naći u atmosferi

su:

1. SLOBODNI RADIKALI

2. IONI

3. MOLEKULE U POBUĐENOM STANJU

ATMOSFERA

• SLOBODNI RADIKALI → atomi ili grupe atoma s

nesparenim elektronima

• Nastaju utjecajem eletomagnetskog zračenja na

neutralne molekule ili atome.

• Težnja za uparivanjem nesparenih elektrona čini ih

izrazito reaktivnima.

NASTANAK SLOBODNIH RADIKALA

2

3 2

2

4

Nastanak:

1) Fotoliza vode (na većim visinama)

H O OH H

2) Fotoliza ozona (u nezagađenoj troposferi)

O 315 nm O* O

O* H O 2OH

Iz troposfe

Hidroksil radikal,

re se uklanja:

1) reakcijo

OH

m sa CH :

h

h

4 3 2

2

CH OH H C H O

2) reakcijom sa CO: CO OH CO H

2

2

2 2

2 2 2

2

3

Nastanali vodikov atom reakcijom s O stvara hidroperoksil radikal:

H O HOO

HOO OH H O O

HOO HOO H O O

A može doći i do reakcija gdje opet nastaje OH :

HOO NO N

Hidroksil radi

O OH

HOO O

kal, OH

22O OH

• Atmosfera → blago kisela:

• Problem predstavljaju HNO3 i H2SO4 → KISELE KIŠE

• (nastaju oksidacijom N, S ili H2S u atmosferi)

KISELO-BAZNE REAKCIJE U ATMOSFERI

VODA

2 g 2 aq

2 2 3 32 aq

CO CO

CO H O H CO H HCO

• Bazične tvari – neuobičajene u atmosferi

• Najvažnija bazična tvar u atmosferi je NH3 → jedini topiv

u vodi!!!

(nastaje biološkom razgradnjom materijala koji sadrži

dušik i bakterijskom redukcijom nitrata)

• Regulira kiselost atmosfere:

KISELO-BAZNE REAKCIJE U ATMOSFERI

2 43 aq 4 aq 4 aq

43 aq 3 aq 3 aq

NH H SO NH SO

NH HNO NH NO

• CaO, Ca(OH)2, CaCO3 – prisutne iz prašine

• Dolazi do reakcija:

KISELO-BAZNE REAKCIJE U ATMOSFERI

2 24 aq 4 s2 s

2 2s 4 aq 4 s

2 23 s 4 aq 4 s 2 g

Ca OH H SO CaSO 2H O

CaO H SO CaSO H O

CaCO H SO CaSO H O CO

• Prisutan u oblicima:

O

stabilan u termosferi (velika razrijeđenost sloja)

nastaje fotokemijskom reakcijom:

O2 (najzastupljeniji oblik)

O*

nastaje fotolizom atmosferskog ozona:

ili sudarom atoma visokog sadržaja energije:

REAKCIJE ATMOSFERSKOG KISIKA

2O O Oh

3 2O 315 nm O* Oh

2O O O O* O

• Prisutan u oblicima:

O+

dominantna vrsta u nekim slojevima atmosfere

nastaje djelovanjem UV zračenja na atomarni

kisik:

može reagirati s molekularnim kisikom ili

dušikom:

REAKCIJE ATMOSFERSKOG KISIKA

O O eh

2 2

2

O O O O

O N NO N

• Prisutan u oblicima:

O2+

u srednjem dijelu ionosfere nastaje apsorbcijom

UV zračenja (17-103 nm) od strane O2

ili reakcijom:

O3

Atmosferski ozon nastaje fotokemijskom

disocijacijom molekularnog kisika:

REAKCIJE ATMOSFERSKOG KISIKA

2 2O O eh

2 2 2 2N O N O

2

2 3

O O O

O O Z O Z(s povišenim sadržajem energije)

h

Z predstavlja molekulu N2 ili O2 koja preuzima na

sebe energiju oslobođenu reakcijom

stratosferni ozon raspada se reakcijama:

Nastali HOO• se regenerira:

REAKCIJE ATMOSFERSKOG KISIKA

3 2

3 2

3 2

O O O

O O 2O

O HO O HOO

h

2HOO O HO O

REAKCIJE ATMOSFERSKOG DUŠIKA

2N N Nh

• N2 se znatno teže raspada pod utjecajem UV zračenja nego O2

• Ipak iznad 100 km nastaje atomarni dušik:

• Atomarni dušik nastaje još:

2

2

N O NO N

NO e N O

O N NO N

REAKCIJE ATMOSFERSKOG DUŠIKA

• Iznad 105 km moguće su reakcije:

• U nižim slojevima ionosfere NO+ nastaje direktno kao

posljedica ionizirajućeg zračenja:

2 2

2

N N e

N O NO N

h

NO NO eh

REAKCIJE ATMOSFERSKOG CO2

2CO CO Oh

• Glavni izvor CO u višim slojevima:

ATMOSFERSKA VODA

4 2 2 2CH 2O nekoliko koraka CO 2H Oh

• Hladna tropopauza predstavlja barijeru molekulama vode koje

stižu s površine zemlje.

• Glavni izvor vode u stratosferi je reakcija:

• Tako nastala voda tvori hidroksilni radikal:

2H O OH Hh