آلاینده‌های هوا

آلاینده‌های هواکره و واکنش‌های تولید اوزون تروپوسفری

سوختن بنزین در موتور خودروها، علاوه بر تولید \(\mathbf{C}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\)​ و \(\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\mathbf{O}\) (به عنوان محصولات سوزش کامل)، گازها و آلاینده‌های سمی متعددی را وارد هواکره می‌کند.

الف) آلاینده‌های اصلی خروجی از اگزوز خودرو

1.  کربن مونوکسید (\(\mathbf{C}\mathbf{O}\)): حاصل از سوزش ناقص سوخت‌های فسیلی (گاز بسیار سمی و بی‌رنگ و بی‌بو).

2.  هیدروکربن‌های نسوخته (\(\mathbf{C}_{\mathbf{x}}\mathbf{H}_{\mathbf{y}}\)​ ​): بخشی از سوخت که وارد واکنش سوختن نشده است.

3.  نیتروژن مونوکسید (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\)): به دلیل دمای بسیار بالا و فشار درون سیلندر خودرو، گازهای نیتروژن و اکسیژن هوا با یکدیگر واکنش می‌دهند:\(\mathbf{N}_{\mathbf{2}}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{) +}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\overset{\text{دمای بالای سیلندر}}{\rightarrow}\mathbf{}\mathbf{2}\mathbf{NO}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\)

ب) چرخه تولید اوزون تروپوسفری (آلاینده ثانویه)

اوزون تروپوسفری \(\mathbf{(}\mathbf{O}_{\mathbf{3}}\mathbf{}\mathbf{)}\) یک آلاینده ثانویه، بسیار سمی است که مستقیماً از اگزوز خودرو خارج نمی‌شود، بلکه طی یک چرخه فتوشیمیایی در حضور نور خورشید تولید می‌گردد:

1.  اکسایش (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))در هواکره:

گاز (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))خروجی از اگزوز، در مجاورت اکسیژن هوا به سرعت به نیتروژن دی‌اکسید \(\mathbf{(}\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\mathbf{)}\) که گازی قهوه‌ای‌رنگ است تبدیل می‌شود:

\[\mathbf{2}\mathbf{NO}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{) +}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\mathbf{\rightarrow}\mathbf{2}\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\]

2.  تجزیه نوری \(\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\)​:

مولکول‌های \(\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\) با جذب تابش فرابنفش/نور خورشید (شروع تابش خورشید در طول روز)، تجزیه شده و اتم‌های اکسیژن فعال (\(\mathbf{O}\)) ایجاد می‌کنند:

\[\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\overset{\text{نور خورشید}}{\rightarrow}\mathbf{NO}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{) +}\mathbf{O}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\]

3.  تشکیل اوزون (\(\mathbf{O}_{\mathbf{3}}\mathbf{}\)):

اتم اکسیژن واکنش‌پذیر با مولکول اکسیژن (\(\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\)​) واکنش داده و اوزون تروپوسفری را می‌سازد:

\[\mathbf{O}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{) +}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\mathbf{\rightarrow}\mathbf{O}_{\mathbf{3}}\mathbf{}\mathbf{(}\mathbf{g}\mathbf{)}\]

ج) بررسی نمودار تغییر غلظت آلاینده‌ها در طول شبانه‌روز:

تحلیلی بر منحنی تغییرات غلظت:

- ساعات اولیه صبح (حدود ۶ تا ۸ صبح - اوج ترافیک):غلیظ‌ترین آلاینده (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))است، زیرا خودروها روشن شده و (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))زیادی وارد هوا می‌کنند.

- میانه روز (حدود ۱۰ صبح تا ظهر):با اکسایش (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))، غلظت (\(\mathbf{N}\mathbf{O}\))کاهش یافته و غلظت \(\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\) به حداکثر (اوج) خود می‌رسد.

- بعدازظهر (حدود ۱۲ تا ۲ بعدازظهر - اوج تابش خورشید):با تابش شدید نور خورشید، \(\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\)تجزیه شده و غلظت \(\mathbf{O}_{\mathbf{3}}\)به حداکثر مقدار خود می‌رسد (در این زمان غلظت \(\mathbf{N}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\)کاهش می‌یابد).