环境化学中山大学第二篇大气环境化学1天然大气课件

第二篇

大气环境化学

大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影响等。

1第一章天然大气和重要污染物基本要求：掌握天然大气的组成，大气主要层次的特点.了解大气中离子和自由基的来源.了解大气重要污染物的源.了解温室效应、温室气体及其对大气环境的影响.21.1大气的组成和停留时间

一、大气的组成大气主要组分是氮和氧，其次是氩和CO2，此外还有一些稀有气体和CH4、SO2、NO2、CO、NH3和O3等，总和不超过0.1%。大气还含有0.1至5%的水，正常范围为1~3%，大气的总重量约为5500万亿吨，为地球重量的百万分之一。粒径大于l0m颗粒称为降尘;粒径小于l0m的颗粒，称为飘尘。

31.1大气的组成和停留时间

惰性气体Ar、Ne、He、Kr和Xe停留时间都在107年以上，属于外循环气体。其次是参与生物、水、岩石等循环的生物循环气体N2(100万年)、02(6000年)、H2(5年)、CO2(10年)、CH4(2~5年)、N2O(8~15年)、CO(1年)。大气中停留时间小于1年的气体，如H2O(10.1天)、O3(小于1天)、SO2(小于0.01年)、NH3(~1天)、NO和NO2(小于1月)等，它们在大气中的浓度变化比较明显。

51.2大气的主要层次

大气划分为对流层、平流层、中层和热层等若干层。此外，还有所谓散逸层，有时也划作一个层区。一、对流层特点：(1)气温随高度增加而降低。在不同地区、不同季节和不同高度，降低的数值并不相同。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)气体密度大。61.2大气的主要层次二、平流层平流层内，随着高度的增高，气温保持不变或稍有上升，故又称同温层。特点：(1)大气稳定。(2)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。三、中层从平流层顶到约80~85km间的一层称为中层。

71.3大气中的离子及自由基

一、大气中的离子高层大气的特征之一是存在显著数量的电子及正离子。在约50km以上的高空是离子普遍存在的电离层，该层离子主要受紫外线照射产生，在夜间，正离子慢慢地与自由电子重新结合。二、大气中的自由基高层大气中的光致电离及电磁辐射可以产生自由基。1、自由基反应凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反应。91.3大气中的离子及自由基

甲烷与氯在光的存在下发生的反应就是一种自由基反应：Cl2

2Cl

Cl+CH4

CH3

+HClCH3

+Cl2

CH3Cl+Cl放出的Cl又可和甲烷反应而使反应继续进行。2、大气中主要自由基的来源最主要的是OH自由基，其次是HO2及H3C、H3CO和H3COO等在大气中也比较活跃。

101.3大气中的离子及自由基（1）OH基的来源HONO

OH+NO（光400nm）H2O2

2OH（光370nm）O+H2O2OH（O来自O3光解）OH

与烷烃、醛类·烯烃、芳烃和卤代烃等有机物的反应速度常数要比O3大几个数量级。OH在大气化学反应过程中是十分活泼的氧化剂。

111.4大气中的重要污染物

从18世纪末至20世纪初，是大气污染的形成时期。上世纪50年代至70年代，工业发达国家石油、化石燃料使用量迅速上升，大气污染物含量迅速上升，致使大气污染加剧。80年代以来，由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的加剧，大气污染问题已成为全球性环境问题，严重威胁着人类生存和发展。

131.4大气中的重要污染物一、含硫化合物

硫化合物主要包括硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐、硫酸盐和有机硫化合物等。其中最主要的是硫化氢、二氧化硫和硫酸盐。人类的活动，使大量硫化合物进入大气。

141.4大气中的重要污染物二、含氮化合物主要含氮化合物为N2O、NO、NO2、N2O5、NH3、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。1.N2ON2O是无色气体，称为“笑气”的麻醉剂可通过微生物的作用产生，是目前已知的温室气体之一，含量约为0.3ppm。N2O的催化循环反应，导致了臭氧的不断损耗。N2O天然源主要有海洋、土壤、淡水和雷电。人为源主要有氮肥、化石燃料燃烧及工业排放等。

151.4大气中的重要污染物三、含碳化合物

CO

CO是由含碳燃料的不完全燃烧而产生，或者是在内燃机的高温、高压的燃烧条件下产生.CO的天然源主要来自海洋中生物的作用、植物叶绿素的分解、森林中放出萜的氧化、森林大火以及大气中CH4的光化学氧化和CO2的光解等。放电作用引起云层中有机物的光氧化作用，二氧化碳的轻微解离作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生CO。

171.4大气中的重要污染物CO2二氧化碳是一种无毒的温室气体，由于CO2的增加将引起温室效应的加剧，而导致全球气候变暖的重大影响。大气中CO2是自然存在的，可通过动物的呼吸排出CO2，植物体废弃物作为燃料燃烧或腐败而自然氧化时，均将产生CO2排入大气。甲烷在平流层中与OH自由基反应的最终产物为CO2。此外，海水中CO2比大气高60余倍，因此可以进行交换作用而排出CO2。181.4大气中的重要污染物3、碳氢化合物碳氢化合物通常指C1~C8的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、炔烃、脂肪烃和芳香烃等，其中CH4是主要的碳氢化合物。碳氢化合物主要来自天然源，其次是植物排出的萜烯化合物。CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生。

191.4大气中的重要污染物四、含卤素化合物CH3Cl、CH3Br、CH3I来自天然源，主要是来自海洋，其余含卤素化合物都是由于人类活动产生的。氟氯烃类(CFCs)化合物可用作冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、溶剂和塑料起泡剂等。CFCs在大气层中不是自然存在的，而完全是由人为产生的。

211.5温室气体和温室效应一、地球的热平衡

进入大气的太阳辐射约50%以直接方式或被云、颗粒物和气体散射的方式到达地球表面；另外的50%被直接反射回去或被大气吸收。地球表面能量返回大气由传导、对流和辐射三种能量传输机制来完成。221.5温室气体和温室效应二、温室气体和温室效应