39. Атмосфералық озон. Стратосферадағы озон. Озонның ауа райы мен климатқа әсері. “Озон тесіктерінің”пайда болу мәселелері, антропогенді (химиялық) және метеорлогиялық гипотезалар

Озон қабатының бұзылуы. Озон (О₃) – оттектің үшінші формасының күйін сипаттайды, атмосферада табиғи жолмен күннің ультрофиолет сәулесінің(оны hν деп белгілеседе болады) атмосфералық оттекке әсері барысында түзіледі:

О₂ + hν О + О;

Озонның ең көп концентрациясы 20-22 км қашықтықтағы стратосфера қабатында кездеседі (Жер бетіндегі концентрациясымен салыстырғанда 10 есе артық) және ол 5 км биіктікке дейін таралған, осы қабатты озон қабаты деп атайды. Егер барлық озонды бір қабатқа концентрлеп жинайтын болсақ, онда оның қалыңдығы ~ 2,9 мм құрайды.

Озон қабаты Жер бетіндегі тірі ағзалар үшін қауіпті күннің ультрофиолет сәулелерін ұстап қалады. Аталмыш сәуле гамма және ренгендік сәеулеленуге қарағанда ағзада күрделі өзгерістер туғызуы мүмкін, яғни иммундық жүйе, тері жасушаларының рак ауруларын жіне т.б. ауруларды туғызуы мүмкін. Қазіргі таңда озон қабаты бұзылуда және озон қабатындағы озон концентрациясы азаюда. Озон қабатының бұзылғаны 1985 жылы Антарктидада байқалды, ол кезде озон концентрациясы 50% дейін төмендеген болатын. Осы аймақ “озон тесігі” деген атқа ие болды. Осы кезден басталған өлшеулер бүкіл планета бойынша озон концентрациясы азаюда (озон қабатындағы озонның концентрациясы әр жыл мезгілінде 10 – 20 % дейін төмендеген, әсіресе өндіріс салалары дамыған елдерде). Озон қабатының бұзылуының негізгі себебтері ғылыми тұрғыдан анықталмаған. “Озон тесігінің” пайда болуының себебінің табиғи және антропогенді сипатқа ие. Көптеген ғалымдардың пікірінше озон қабатының бұзылуының негізгі себебтері келесі химиялық қосылыстардың әсерінен болды: “хлорфторкөміртек” (ХФК) немесе оны фреондар деп атайды, сонымен қатар азот оксиді (NО_х) және көміртек оксиді (СО). Қала атмосферасында ағза үшін қауіпті қосылыстардың бірі О₃. Озонның негізгі қасиеттерінің бірі жоғары молекулалық қосылыстардың құрамындағы қос байланысты үзу қабілеті. Әсіресе қос байланыстары көп полимерлі материалдарға резеңке жатады, ол өз кезегінде озонның әсерінен жарылады. Көптеген бояғыштар мен пигменттер О₃ әсерінен бұзылады. Бұл бояу түсінің бұзылуына әкеледі. Сондықтанда атмосферамы ластанған қалалардағы көркем галереяларда ауаны фильтрлеу қажет, әсіресе О₃ әсеріне сезімтал бояулармен салынған суреттер орналасқан бөлмелерді. Азот оксидтері де пигменттерді бұзуы мүмкін. Кейбір зерттеушілердің ойынша SO₂ концентрациясы жоғары қалалардың тастарында NO₂ газы H₂SO₄-ның түзілу тиімділігін аттырады:

SO₂ + NO₂ + Н₂O à NO + Н₂ SO₄

Басқада зерттеушілердің көзқарасы бойынша қала атмосферасы азот оксидімен ластанған жағдайда тастардың бетінде микроағзалардың өсу эффектілігі артады, ал ол өз кезегінде тастың биологиялық әсерден бұзылуына әкеледі. Газды ортада реакцияның жүруінің нәтижесінде HNO₃ түзіледі, азот қышқылы корбанатты жыныстарға тікелей әсер етеді. Альдегидтер сияқты құрамында оттегі бар қосылыстар көз, мұрын, тамақ және бас ауруларын туғызады. Фреондарды 1930 жылдары суытқыш құрылғыларда, кейінірек ауаны кондиционирлеу жүйелерінде қолдана бастады, сонымен қатар полимерлерді өндіруде, дезодоранттарда, лактарда, бояуларда еріткіш ретінде де қолдануда. Олар улы емес, тұрақты, жанбайды, суда ерімейді, өңдеуде және сақтауда қолайлы. Осы қосылыстар озон молекуласымен әрекеттесіп, оны ыдыратады, осы себебтен оларды катализаторлар деп атады, мысалы:

О₃ + NО О₂ + NО₂; NО₂ + О NО + О₂;

О₃ + Cl ClО + О₂; ClО + О Cl + О₂.

Халықаралық келісімдерге сәйкес (озон қабатын қорғау туралы Веналық конвенсия – 1985ж., сонымен қатар осы конвенсияның протоколдары) осы конвенсияға қатысқан барлық мемлекеттер озонды ыдырататын барлық заттарды пайдаланудан бас тартуы керек. Қазақстанда ХФК өндіретін өндіріс орындары жоқ. Осы қосылыстарды пайдалану қажеттіліктерін Ресей қамтамасыз етуде. Қазақстанда ХФК негізгі пайдаланушылардың бірі тұрмыстық химия заводтары, суытқыш техникалар, өрт сөндіру салалары.

40. Атмосферадағы газфазалы реакциялар Көмір монооксиды жэне органикалык заттар негізгі ауаны ластаушылар Мысал келтріп түсіндір.Атмосферадағы газофазалы реакциялар: түтінді-тұман (смог) Түтінді-тұман. Түтінді-тұман деген термин ағылшынның “smoke- түтін, fog- тұман” деген сөздерінен шыққан. Түтінді-тұман атмосфералық құбылыс, ол тропосфераның төменгі ауасына адам әрекетінен пайда болған ыластандырушы заттардың жиналуынан және осы заттардың күн радиациясымен әрекеттесу реакциясының өнімдері мен сол ауаның ыластануынан пайда болады. Түтінді-тұман үлкен қалалардың ауа кеңістігінде түзіледі, автокөліктер мен авиациялық тасымалдаудың дамуы нәтижесінде басқа да аймақтарды қамтиды. Түтінді-тұман мынадай түрлерге бөлінеді: ылғалды, мұзды және фотохимиялық түтінді тұмандар.

Ылғалды түтінді- тұман - қатты және сұйық отындардың (NO, SO₂, CO, ең бастысы күкірт диоксиді) жануынан түзілетін газ күйдегі заттар, шаң тозаң, күйе және тұманның улы қоспасы. Көбінесе күз-қыс мезгілдерінде байқалады және ол қолайсыз ауа райы кезінде, ылғалды теңіз климаты бар қоңыржай (қоңыр салқын) жерлерде (ендіктерде) болатын құбылыс.Мұндай түтінді-тұманды Лондондық деп атайды, өйткені 1952 ж осы түтінді-тұманнан желтоқсанның 3-нен 9-на дейін 4 мың адам опат болып, 10мың адам науқасқа шалдыққан. Ылғалды түтінді-тұман қолқаның, өкпенің шырышты қабатының ісінуін, тұншығуды қолқа демікпесін (астма), қолқа ауыруын, көздің тітіркенуін т.б. туғызады. Лондонда шаң-газдардың бөлінуін, атмосфераның ластануын азайтатын әрекеттерден кейін бұл құбылыс едәуір азайды. 1972 жылдың желтоқсанында күшті тұман байқалды, бірақ бұл жолы ешқандай зиянды жқтары болған жоқ. 1962 жылдың аяғында Фурда (ФРТ) Түтінді–Тұманнан 3 күннің ішінде 156 адам қайтыс болған.

Түтінді – Тұман желсіз ауа райында, атмосферада ластаушы заттардың көп мөлшері болғанда түзіледі. Түтінді–Тұманды желмен тек шашыратылады, ал оны болдырмау үшін ластаушы заттардың бөлінуін азайту қажет.

Мұзды түтінді–тұман–газ күйдегі ластаушы заттар (негізінен күкірт диоксиді), шаң–тозаң, күйе және мұздың өте ұсақ кристалдарының қоспасы. Ол солтүстік ендіктке орналасқан қалаларда, – 30⁰C температурадан төмен және ауаның ылғалдығы жоғары болған жағдайда пайда болады. Су буларының тамшылары мұздың ұсақ кристалдарына (мөлшері 5-10 мкм) айналып, ластаушы заттарды сіңіреді. Өте тығыз ақ тұман түзіледі, мұндай тұманда демалу мүмкін емес. Атмосферада жоғары ылғалдықтың пайда болуынан жылу құбырларының бұзылуы, өнеркәсіпте пайдаланылған жеткілікті түрде суытылмаған сулардың қосылуынан су қоймаларындағы сулардың ылғи да буға айналып тұруы орын алады.

Қышқыл жаңбыр.Жаңбыр суында көбінесе әртүрлі, сонымен қатар қышқыл сипатты табиғи және антропогенді химиялық заттар болады. Жаңбыр суының қышқыл реакциясы 1684 ж ағылшын ғалымы Роберт Бойлмен анықталған болатын. Қандай жаңбыр суын қышқыл деп айтуға болады деген сұрақ туындайды? Қарапайым жауап, табиғи жаңбыр суы егер оның рН мәні 7-ден төмен болса, ол болмайды. Табиғатта жаңбыр суы қоршаған ортаның заттарымен тепе-теңдікте болады. Таза, антропогендік қоспасыз атмосферадағы жаңбыр суының рН шамасы ең алдымен көмірқышқыл газы тепе-теңдігімен анықталады. Оның атмосферадағы мөлшері 350 ррм (350миллионға үлесі) жуық. Бұл жағдайда жаңбыр суының рН мәні 5,6 тең болу керек.

Күкірт диоксиді атмосфераға түскен соң күкірт қышқылын түзбестен бұрын бірнеше реакция қатарынан өтеді. Алдымен, фотохимиялық процестің нәтижесінде күкірт ангидриді түзіледі SО₃:

2 SO₂ + O₂ ↔ 2 SО_3,

Кейін ылғалдың әсерінен аэрозольдер түзіледі:

SО₃ + H₂O → H₂ SО₄

H₂SО₄ ↔ H⁺ + HSО₄^-

Сонымен қатар SO₂•nH₂O және H₂ SО₃ түзіледі:

SO₂ + H₂O → H₂ SО₃

H₂SО₃ ↔ H⁺ + HSО₃^-

Ары қарай күкіртті қышқыл күкірт қышқылына дейін тотығады:

2H₂ SО₃ + O₂ → 2 H₂ SО₄