Повітря

1. Повітря

Войденко Анна

2.

* Пові́тря — природна суміш газів, з яких
складається атмосфера, тобто повітряна
оболонка планети. Спочатку це слово виникло
для опису повітря планети Земля, ще в ті часи,
коли інші планети мало цікавили людство і тому
нині воно все ще вживається саме в такому
значенні.
* Атмосфе́рне пові́тря — це життєво важливий
компонент навколишнього природного
середовища, який являє собою природну суміш
газів, що перебуває за межами житлових,
виробничих та інших приміщень.

3. Фізичні властивості

*
Очищене від сторонніх домішок, водяної пари й вуглекислого газу повітря зовсім
безбарвне й прозоре. Воно не має ні запаху, ні смаку. Маса 1 дм3 повітря за
температури 0 °C та атмосферного тиску 760 мм рт. ст. дорівнює 1,293 г.
Середня молярна маса 22,4 дм3/моль• 1,293 г/дм3 = 28,96 г/моль.
*
Повітря утворює газову оболонку навколо земної кулі товщиною понад 1000 км. Зі
збільшенням висоти повітря стає все розрідженішим, а тиск зменшується. Склад
повітря до висот 90—100 км залишається практично незмінним. Вище атмосфера
втрачає однорідність і складається переважно з легких газів (гелій, водень)[2].
За температури —140,7°С і тиску близько 40 атм повітря скраплюється в
безбарвну легкорухливу рідину з густиною 0,9 г/см3. Попри дуже низьку
температуру кипіння (близько —192°С за звичайного тиску) рідке повітря можна
тривалий час зберігати у відкритих посудинах Дьюара. У таких посудинах рідке
повітря випаровується дуже повільно.
*
При обережному кип'ятінні зрідженого повітря його складові частини
випаровуються нерівномірно. Спершу випаровується майже чистий азот (tкип
−196 °C), потім — аргон (tкип −186 °C). Залишається майже чистий кисень (tкип
−183 °C). На цьому ґрунтується використання рідкого повітря в техніці для
отримання азоту, кисню і аргону.
*

4.

* Головними складовими частинами повітря (біля земної
поверхні) є азот — 78,08 % об'єму, кисень — 20,96 % об'єму
та інертні гази — 0,94 % об'єму, у тому числі аргон —
близько 0,9 % об'єму. Кількість цих газів у повітрі не
змінюється, тому їх називають постійними складовими
частинами повітря.
* До складу повітря входять також: діоксид вуглецю CO2
(вуглекислий газ) — близько 0,03 % об'єму — і водяна пара
0,1—2,8 % об'єму. Однак їх кількість залежно від умов
може значно змінюватись, тому їх називають змінними
складовими частинами повітря.
* Крім того, у повітрі можуть бути різні випадкові домішки,
наприклад водень H2, аміак NH3, озон O3, сірководень H2S,
метан CH4, діоксид сірки SO2 (сульфітний ангідрид) та інші
гази, які потрапляють у повітря внаслідок гниття
органічних решток, виверження вулканів, роботи хімічних
заводів тощо. Серед випадкових домішок у повітрі також
нерідко трапляються дрібні частинки сажі й мінеральних
речовин, а також різні мікроорганізми.

5.

* Забру́днення атмосферного пові́тря — один з
основних типів антропогенного забруднення.
Полягає у викиді в атмосферу хімічних речовин,
твердих частинок і біологічних матеріалів,
здатних викликати шкоду для людини та інших
живих організмів. Часто ефект забруднювачів є
непрямим та проявляється лише через тривалий
час, наприклад, певні речовини здатні
зменшувати товщину озонового шару, впливаючи
таким чином на більшість земних екосистем.

6.

*
Світове господарство щорічно викидає в атмосферу більше 15 млрд т вуглекислого газу, 200 млн т оксиду
вуглецю, понад 500 млн т вуглеводнів, 120 млн т золи та ін. Загальний обсяг викидів забруднюючих речовин
в атмосферу становить більше 19 млрд т.
*
Основними забруднюючими речовинами, які надходять в атмосферу при спалюванні палива, є тверді
частинки (зола, сажа), оксиди сірки (SO2 і SO3), оксиди азоту (NO і NO2) При неповному згорянні палива в
газоподібних викидах можуть накопичуватися оксиди вуглецю (СО), вуглеводні типу СН4, С2Н4, поліциклічні
ароматичні вуглеводні, бензапірен (С20Н12), а також п'ятиокис ванадію (V2O5). Останні дві сполуки
відносяться до класу надзвичайно небезпечних. Діоксид (SO2) і триоксид (SO3) сірки є головними
компонентами забруднення природного середовища при спалюванні палива.
*
Промисловий пил утворюється в результаті механічної обробки різних матеріалів (дроблення, розмелювання,
підривання, заповнення, розрівнювання), теплових процесів (спалювання, прожарювання, сушка,
плавлення), транспортування сипучих матеріалів (навантаження, просіювання, класифікація).
*
Рідкі забруднюючі речовини утворюються при конденсації пари, розпиленні і розливі рідин, в результаті
(кольорова металургія, виробництво цементу). При спалюванні палива утворюється величезна кількість
газоподібних сполук — оксиди сірки, азоту, вуглецю, важких і радіоактивних металів. Реакції відновлення
також є джерелом газоподібних забруднюючих сполук, наприклад, виробництво коксу, соляної кислоти з
хлору і водню, аміаку з атмосферного азоту та кисню.
*
Потужним джерелом газоподібних сполук є хімічні реакції розкладання (виробництво фосфорних добрив),
електрохімічні процеси (виробництво алюмінію), випарювання, дистиляція.Тож бережімо природу.
*
Питома вага різних галузей промисловості й транспорту в загальному обсязі забруднення атмосфери
становить (у %): теплова енергетика – 25,7; чорна металургія – 23,4; нафтовидобувна і нафтохімічна – 13,7;
транспорт – 11,6; кольорова металургія – 11,1; гірничодобувна – 7,1; підприємства будівельного комплексу –
3,4; машинобудування – 2,8; інші галузі – 1,2.

7.

* Фонова концентрація (англ. background
concentration, рос. фоновая концентрация) — у
хімії атмосфери — концентрація певної речовини в
чистому повітрі, де відсутні короткоживучі
забруднення антропогенного характеру. Фонові
концентрації довгоживучих речовин (метану,
вуглекислого газу тощо) з часом поволі зростають
внаслідок антропогенної діяльності, так що склад
атмосферного фону постійно змінюється. Синонім
— базова концентрація.
* концентрацію наявних у повітрі, воді чи ґрунті
шкідливих домішок на певний час на певній
території називають фоновою концентрацією.
Контроль за якістю біосфери здійснюється зіставленням фонової концентрації з гранично
допустимою:

8.

* За щорічного масового використання близько тисячі нових
хімічних речовин загальна їх кількість, що надходить у
середовище проживання людини, перевищила 4 млн
найменувань. Із них понад 40 тис. мають шкідливі для людини
властивості. Нормативи ГДК, що затверджуються
Міністерством охорони здоров’я України, встановлені для 600
речовин у повітряному середовищі, 200 — у водному та 100 — у
ґрунті.
* Усі шкідливі речовини за ступенем небезпечної дії на людину
поділяються на чотири класи:
* I — надзвичайно небезпечні (нікель, ртуть);
* II — високонебезпечні (сірководень, діоксид азоту);
* III — помірно небезпечні (сажа, цемент);
* IV — малонебезпечні (бензин, фенол)
Для недопущення викиду в атмосферу понаднормативних
об’ємів шкідливих твердих речовин розроблено нормативи
гранично допустимих концентрацій шкідливих речовин у
атмосфері населених пунктів.

9. СМОГ

* Смог (від англ. Smoky fog, буквально — «димовий туман») — аерозоль,
що складається з диму, туману і пилу, один з видів забруднення повітря
у великих містах і промислових центрах.
* Інтенсивний смог викликає алергічні реакції, подразнення слизової
оболонки, приступи бронхіальної астми, пошкодження рослинності,
будівель, споруд.
* Виділяють три шари смогу:
* нижній, розміщений у приземних шарах повітря. Він утворюється в
*
*
основному від вихлопних газів транспорту та перерозподілу піднятого в
повітря пилу;
другий шар утворюється через викиди опалювальних систем,
розташовується на висоті близько 20-30 м над поверхнею землі;
третій шар розміщується на висоті 50-100 м та більше, утворюється, в
основному, внаслідок викидів промислових підприємств.
* Смог досить токсичний.
*

10.

* Виділяють три типи смогу:
* Крижаний смог (аляскового типу);
* Вологий смог (лондонського типу);
* Сухий, або фотохімічний, смог (лосанджелеського типу)

11. Фотохімічний смог

*
*
Фотохімічний смог утворюється в ясну сонячну погоду за низької вологості повітря, температури +30 °C, повної
відсутності вітру, високої забрудненості атмосфери. У випадку фотохімічного смогу з'являється блакитна димка
або білуватий туман і через це погіршується видимість. Фотохімічні смоги — це сильне забруднення атмосферного
повітря продуктами фотохімічних реакцій, які утворюються внаслідок взаємодії різноманітних інгредієнтів викидів
автотранспорту та промисловості при їхньому опроміненні ультрафіолетовою радіацією (УФР). Багато реакцій, що
відбуваються у цьому випадку, сприяють створенню значно більш токсичних речовин, ніж початкові компоненти
викидів. При цьому з домішками в атмосфері відбуваються такі перетворення: фотоліз (розкладання під дією
світла), озоноліз (розкладання озоном, гідроліз (розкладання парами води), піроліз (розкладання нагріванням),
окислення (реакції з киснем). У результаті над містом утворюється жовто-синя мла, різко зменшується видимість,
спостерігаються масові отруєння людей, загибель рослин.
*
При фотохімічних смогах утворюється велика кількість різноманітних фотооксидантів — озон, органічні пероксиди,
нітрати, нітрити, ПАН, оксиди Нітрогену, Карбону, вуглеводні, альдегіди, кетони, феноли тощо.
*
Вперше фотохімічний смог проявився в Лос-Анджелесі. Цьому сприяли насиченість району підприємствами
хімічної, нафтохімічної, металургійної, харчової промисловості й автотранспортом, високий рівень
ультрафіолетової радіації протягом всього року, велика повторюваність інверсій (близько 260 днів на рік), що
перешкоджають перемішуванню повітря у приземному прошарку атмосфери, переважання малих швидкостей
вітру, розташування міста в невеликій западині рельєфу. Як засвідчили дослідження атмосферного повітря в ЛосАнджелесі, під час фотохімічного смогу концентрація О3 майже в 20 разів перевищує його максимальне значення
у хвойних лісах і на морських узбережжях.
*
Існує висока кореляція між ростом фотооксидантів в атмосфері і початком руху автотранспорту. Автотранспорт,
сучасна промисловість поставляють таку кількість фотооксидантів, що можна говорити про потенційну можливість
утворення фотохімічних смогів у будь-якому місті. Проте фотохімічні смоги утворюються не скрізь. Вирішальним є
надходження природної УФР у сполученні з небезпечними метеорологічними умовами, що сприяють досягненню
концентрацій фотооксидантів у приземному прошарку до розвитку в них фотохімічних реакцій. В зв'язку з цим
необхідно враховувати кліматичні умови можливого розвитку смогів. Особливе місце при цьому займають
дослідження природної УФР. Якщо нам відомий режим УФР, можна виділити смогонебезпечні райони. При
підвищеному рівні УФР необхідно з метою запобігання фотохімічному смогу знижувати викиди фотооксидантів.
При цьому важливо не тільки урахування середніх значень УФР, а й знання їхніх миттєвих величин, які враховують
як прозорість атмосфери так і фактичну хмарність.

12.

13. Димовий смог

*
*
Димовий смог (лондонського типу) формується при вологості повітря близько 100 %, температурі 0°С,
тривалій штильовій погоді та високій концентрації продуктів спалювання твердого і рідкого палива (SO2,
СО, сажа). Спостерігається частіше за все у осіннє-зимовий період, характерний для помірних широт з
вологим морським кліматом. Смог отримав назву після катастрофи, яка відбулася у грудні 1952 р. у
столиці Великобританії у зв'язку з високою забрудненістю атмосфери й тривалим штилем протягом двох
тижнів. У цей період різко збільшилося число легеневих та серцево-судинних захворювань, смертність
зросла більш ніж в 10 разів (близько 4000 людей).
*
Димові смоги являють собою суміш туману і диму, що утворився в результаті викидів у атмосферу при
спалюванні палива, роботи хімічних підприємств. При туманах або стані атмосфери, близькому до
насичення повітря водяною парою, димові викиди зменшують видимість і сприяють конденсації
атмосферної вологи.
*
Техногенні викиди, що містять розчинні гази (наприклад сірчистий) і гігроскопічні аерозолі, розчиняються
у тумані. Туман, який абсорбував оксиди Нітрогену, Сульфуру та ін., уже складається з крапель не води, а
різноманітних кислот. Він має велику токсичність. Зазвичай це спостерігається при уповільненому
повітрообміні, що перешкоджає розвитку турбулентної дифузії і створює небезпечні метеорологічні умови.
Утворенню димових смогів сприяють позитивні температури повітря, наявність великого числа низьких
викидів, що утворюються, наприклад, при великій кількості автотранспорту, а також при пічному опаленні
приватних будинків. Особливо смоги посилюються при спалюванні вугілля з високим вмістом Сульфуру,
що в сполученні з промисловими викидами збільшує картину смогу.
*
Завдяки прийнятому урядом Великої Британії спеціальному Закону про чисте повітря забруднення
атмосфери значно знизилося. Так, в період 1952—1970 рр. викиди сажі при опалені житлових будинків
зменшилися з 130 тис. т на рік до 10 тис. т, а від промислових підприємств від 50 тис. т до 5 тис. т на рік.
Сильний туман, який висів над Лондоном протягом двох тижнів у грудні 1972 р., цього разу не мав таких
серйозних наслідків для населення.
*
Смог типу лондонського характерний і для інших міст Атлантичного узбережжя. В Україні такий смог
спостерігається в приморських містах Маріуполь, Одеса та ін..

14.

15. Крижаний смог

* Крижаний смог характерний для міст північних широт. Він
утворюється при антициклонах, температурах нижче -30 °C,
повному штилю, високій вологості повітря й наявності
потужних джерел забруднення атмосфери. При низькій
температурі краплини водяної пари перетворюються в
кришталики льоду розміром 5-10 мкм й зависають у повітрі у
вигляді густого білого туману, видимість зменшується до 8-10
м. На кришталиках льоду адсорбуються частинки і молекули
пилових викидів і аерозолів. Під дією сили гравітації
кришталики льоду опускаються в приземні шари. Дихання в
такому тумані стає неможливим.
* Для України такий смог не характерний.
*

16.

17.

*
Вели́кий смог (англ. Great Smog) огорнув Лондон 5 грудня 1952 року і розвіявся тільки до 9 грудня. Ця подія
стала справжньою екологічною катастрофою, в результаті якої загинуло 12000 людей [1]. Вважається, що
Великий смог став відправною точкою сучасного природоохоронного (екологічного) руху.
*
На початку грудня 1952 року холодний туман опустився на Лондон. Через холод містяни стали використовувати
для опалення вугілля в більшій кількості, ніж зазвичай. Приблизно до цього ж часу завершився процес заміни
міського електротранспорту (трамваїв) на автобуси з дизельним двигуном. Замкнені більш важким шаром
холодного повітря, продукти згорання у повітрі в лічені дні досягли надзвичайної концентрації. Туман був таким
густим, що перешкоджав руху автомобілів. Були скасовані концерти, припинена демонстрація кінофільмів,
оскільки смог легко проникав всередину приміщень. Глядачі іноді просто не бачили сцену або екран.
Спочатку реакція містян була спокійною, оскільки в Лондоні тумани не рідкість. Однак, у наступні тижні
статистичні дані, зібрані медичними службами міста, виявили смертоносний характер лиха - кількість смертей
серед немовлят, старих і страждаючих респіраторними захворюваннями досягла чотирьох тисяч людей. Ще
близько восьми тисяч чоловік померло в наступні тижні та місяці.
*
*
*
Трафальгарська площа і Колона Нельсона в ясний день.
Шок, викликаний цим жорстоким уроком, змусив людей змінити своє ставлення до забруднення повітря. Лихо з
усією очевидністю продемонструвало людям в усьому світі, що ця проблема є безпосередньою загрозою для
життя людей. Були прийняті нові екологічні стандарти, спрямовані на обмеження використання брудних видів
палива в промисловості і на заборону сажевмісних вихлопних газів. Серед вжитих заходів - введення в дію
Закону «Про чисте повітря» (редакції від 1956 і 1968 років) і аналогічного Закону міста Лондона (1954 р.).

18. Методи боротьби зі смогом

*
Методів боротьби є досить багато, але майже кожен з них має свої недоліки, а деякі
методи неефективні зовсім. Повністю позбавитися від смогу нам не вдасться, адже для
цього потрібно перевести весь транспорт на екологічно чисте паливо, встановити очисні
споруди на всіх заводах і фабриках, значно зменшити кількість випаровування
шкідливих газів, проте прийняти менш радикальні заходи з очищення біосфери від його
шкідливого впливу цілком реально. Найбільші труднощі в дослідженнях щодо зниження
забруднення від вихлопних газів викликає зменшення викидів оксидів азоту, які крім
освіти кислотних опадів відповідальні за появу фотохімічних забруднювачів
(фотохімічний смог) і руйнування озонового шару в стратосфері. Для вирішення цієї
проблеми ведуться роботи зі створення різних каталітичних конвертерів, що
перетворять оксиди азоту в молекулярний азот.
*
Створення безвідходного виробництва у всіх галузях промисловості потребує вирішення
ряду складних інженерно-технологічних завдань, величезних капіталовкладень. Вміст
сірки у викидах можна зменшити, використовуючи низькосірчистої вугілля, а також
шляхом фізичної або хімічної його промивки. Але фізичні методи очищення
малорентабельні. Хімічний метод очищення: в різних фільтрах і очисники газоподібні
продукти згоряння пропускаються через водний розчин вапна, в результаті утворюється
нерозчинний сульфат кальцію СаSО4. Цей метод дозволяє видалити до 95 % SО2, але є
дорогим (зниження температури димових газів і зниження тяги вимагає додаткових
витрат енергії на їх підігрів; крім того, виникає проблема утилізації СаSО4) і економічно
ефективний лише при будівництві нових великих підприємств.
*

19. Дякую за увагу!)

*