你是否曾好奇,在一天的时间里,大气污染物都经历了怎样的变化?它们并非一成不变,而是在持续的化学变化中演绎着复杂的故事。接下来,就让我们以时间为轴,一同探寻大气污染物在24小时内的奇妙变化,揭开污染物浓度波动背后的神秘面纱。
4-5点,黎明前的黑暗,一天中湿气最重的时刻。
刚刚还在为城市建设而忙碌的渣土车都不见了踪影,但空气中残留的NO(一氧化氮)和NO2(二氧化氮)是它们辛勤劳动的明证。这些大功率的柴油发动机,短时间内排放了大量的NOx(氮氧化物,指NO或NO2),其中NO和NO2的比值通常在9:1以上。
【NOx的人为来源主要是燃料燃烧和化工生产。像工业窑炉、氮肥生产以及汽车尾气排放等都会产生大量的NOx。在城市大气中,约2/3的NOx来自汽车尾气这些移动燃烧源,1/3来自固定燃烧源。】
NO+NO2+H2O→2HNO2(夜间进行),这个反应在夜间潮湿的空气中发生,NO和NO2与水结合生成了亚硝酸(HNO2)。而NO+O3→NO2+O2这个反应则会消耗大气中的O3,这也是夜间O3浓度较低的一个重要原因哦。
6-7点,阳光刺破黑暗,久违的阳光照射下来。
在夜间潮湿的环境下形成的亚硝酸(HNO2)很快被光解,产生·OH(氢氧自由基),HNO2+hv(光)→·OH+NO。这个看似简单的光解反应,却是后续一系列复杂化学反应的关键起始步骤,它所产生的・OH如同化学反应的“导火索”,将引发一系列的氧化反应。
这是因为·OH(氢氧自由基)是自然界中氧化能力仅次于氟的氧化剂,可以轻易地氧化大气中的有机烃类、二氧化硫、二氧化氮等气体,反应速率通常会比O3大几个数量级。而亚硝酸(HNO2)的光解正是·OH的重要来源之一。
【在我们这个物理世界,原子或分子的电子通常成对出现,形成稳定的电子云结构。然而,自由基就像是一群“不安分”的分子,它们拥有一个或多个未配对的电子,就像单身的人渴望寻找伴侣一样,这些未配对电子使得它们极具活性,总是急于与其他分子发生反应。·OH(氢氧自由基)是由一个氧原子和一个氢原子通过共价键结合而成,外层电子层有一个未配对电子,因此具有很强的反应活性。化学式中的那个“·”就代表着那个未配对的电子】
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