03大气光化学20130923

光化学烟雾雾。

如大气中碳氢化合物和氮氧化合物在阳光的作用下起化学反应所产生的化学污染物。

1944年美国洛杉矶首次发生光化学烟雾，此后东京、墨西哥城、兰州、上海及其他许多汽车多污染重的城市，都曾出现过，已成为许多大城市的一种主要空气污染现象。

光化学烟雾的形成及其浓度，除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外，还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。

太阳辐射强度是一个主要条件，太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。

因此，光化学烟雾的浓度，除受太阳辐射强度的日变化影响外，还受该地的纬度、海拔高度、季节、天气和大气污染状况等条件的影响。

光化学烟雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。

污染区大气的实测表明，一次污染物CH和一氧化氮的最大值出现在早晨交通繁忙时刻，随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，O3和醛类等二次污染物随着阳光增强和NO2、HC浓度降低而积聚起来。

它们的峰值一般要比NO峰值的出现要晚4~5小时。

二次污染物PAN 浓度随时间的变化与臭氧和醛类相似。

城市和城郊的光化学氧化剂浓度通常高于乡村，但2005年后发现许多乡村地区光化学氧化剂的浓度增高，有时甚至超过城市。

这是因为光化学氧化剂的生成不仅包括光化学氧化过程，而且还包括一次污染物的扩散输送过程，是两个过程的结果。

因此光化学氧化剂的污染不只是城市的问题，而且是区域性的污染问题。

短距离运输可造成臭氧的最大浓度出现在污染源的下风向，中尺度运输可使臭氧扩散到上百公里的下风向，如果同大气高压系统相结合可传输几百公里。

1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件。

此后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。

经过反复的调查研究,直到1958年才发现，这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每天消耗约1600吨汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物。

第二章大气环境化学(3)第三节大气中污染物的转化二、光化学反应基础1、光化学反应一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的反应，称为光化学反应。

光化学反应的起始反应(初级过程)是：A + hν →A* (2-1)式中A*为A的激发态，激发态物种A*进一步发生下列各种过程。

光解(离)过程：A* → B1 + B2+…(2-2)直接反应：A* + B → C1+C2+… (2-3)辐射跃迁：A* → A + hν(荧光、磷光) (2-4)无辐射跃迁(碰撞失活)：A* + M → A+M (2-5)其中(2-2)、(2-3)为光化学过程，(2-4)、(2-5)为光物理过程。

对于大气环境化学来说，光化学过程最重要的是受激分子会在激发态通过反应而产生新的物种。

初级光化学过程包括光解离过程、分子内重排等。

分子吸收光后可解离产生原子、自由基等，它们可通过次级过程进行热反应；光解产生的自由基及原子往往是大气中·OH、HO2·和RO·等的重要来源；对流层和平流层大气中的主要化学反应都与这些自由基或原子的反应有关。

次级过程是指初级过程中反应物、生成物之间进一步发生的反应。

例如，H2和Cl2混合物光解，发生链式反应：Cl2 + hν→2Cl·Cl· + H2→HCl + H·H· + Cl2→HCl + Cl·2Cl·→Cl22、光化学定律1）格鲁塞斯(Grotthus)与德雷伯(Drapper)提出了光化学第一定律：只有被分子吸收的光，才能有效地引起分子的化学变化。

2）爱因斯坦(Einstein)光化学第二定律：在光化学反应的初级过程中，被活化的分子数(或原子数)等于吸收光的量子数，或者说分子对光的吸收是单光子过程，即光化学反应的初级过程是由分子吸收光子开始的。

E=hν=hC/λE = hνN0 = N0hC/λ式中：λ为光量子的波长；h为普朗克常数，6.626×10-34J·s/光量子；C为光速，2.9979×1010 cm/s；N0为阿伏加德罗常数，6.022×1023/mol；代入上式得：E= 119.62 ×106/λ若λ=300 nm, E=398.7 kJ/mol ；λ=700 nm, E=170.9 kJ/mol 。

大气光化学大气光化学是一门研究大气中各种化学反应以及其受光谱学影响的学科，其目的是探讨大气中的化学变化对全球变化的影响。

它是一种强烈相互作用的多学科活动，囊括了气象学、化学、航空、环境等学科，它将有利于我们更好地了解和控制气候变化的机制，以保护生物的多样性和调节全球气候系统。

大气光化学的研究兴起于20世纪50年代，当时关注的重点是对温室气体的敏感度分析。

随着科学技术的发展，科学家们不仅仅研究了温室气体，而且也发现了大气光化学反应及其非热力学原理。

大气光化学主要研究三种类型的反应，即光分解、光致衍生及光助降解，其中光分解是以二次氧化碳为能源的光化学气溶胶过程，可形成温室气体，如氮氧化物、六氟烷类物质和挥发性有机物。

大气光化学的另一个重要方面是探讨大气中的有机物特性如何受到光的影响。

由于有机物在大气中的分布程度不断变化，因此研究有机物在大气中的转化方式，也就变得尤为重要。

有机物中的有机物是主要的降解物质，在大气中的变化可与其他有机物、活性氧气体等反应产生气态污染物，如有机氮，氢氧化物等等。

因此，研究有机物在大气中的分布、吸收以及转化过程，也是大气光化学研究的重要内容。

值得注意的是，大气光化学不仅与大气环境相关，而且其影响还可以反映到地球的表层环境中。

大气中的气溶胶、空气污染物、温室气体等物质和环境物质可能随着地球表面的变化而变化，这些环境变化也可能影响到大气中的光谱特性、大气污染特性等，从而影响地表的温度、光合作用和大气污染物的沉降等，因此大气光化学的研究也可用于研究环境变化。

大气光化学是一门复杂而广阔的学科，它涉及到大气环境、温室气体、大气污染、地球环境、环境污染和全球变化等多个领域，它的研究可以帮助我们更好地了解和控制大气中的物质的变化，以保护生物的多样性，调节全球气候系统。

当前，国内外科学家已经开展了大量的大气光化学研究，并取得一定的进展，但由于大气光化学的研究内容复杂多样，相关研究仍有很大的改进空间。

大气光化学由于大气层的影响，我们无法直接观测到太阳紫外线的强度。

但在强烈的日光照射下，仍然会发生电离、激发和反应，这些过程称为“大气光化学”。

大气中的光化学作用过程，实际上都是太阳紫外线作用的结果，这些光化学作用对地球的气候、环境产生着重要影响。

紫外线在光化学中起主导作用。

大气受到太阳紫外线辐射后，会使其中某些分子和原子的化学键遭到破坏，分子结构发生改变，从而引起各种生物和非生物反应。

我们知道，只有在臭氧层被破坏以后，才有机会见到紫外线辐射。

紫外线对人体的危害很大，尤其对人类眼睛的损伤更为严重。

紫外线也可以作为光化学烟雾形成的重要因素。

通常认为，当臭氧减少到一定程度时，强烈的紫外线就可能形成大气光化学烟雾。

它的组成一般由数百种不同的烃类、卤代烃、醇类、醛类等有机物质组成。

臭氧浓度增加，则大气中这些物质的含量亦增高。

大气光化学烟雾对人类的健康及动植物的生长、繁殖有着巨大的危害。

例如，紫外线可使橡胶制品老化;使玻璃制品表面涂层粉化、褪色或龟裂;引起人体皮肤癌和某些病症的恶化;使水果、蔬菜的叶绿素褪色，影响植物的光合作用等。

此外，它还能引起天空呈现黑色。

由于紫外线可穿透云层到达地面，所以一次大气光化学烟雾可影响几个月甚至几年。

虽然大气光化学污染的程度难以确定，但根据它对生物、环境以及人体健康的影响来看，它必定是越来越重要了。

例如我国已将臭氧层保护列为全球环境与发展的重点之一。

另外，我们还要尽力做好城市“阳光工程”。

“臭氧层空洞”的出现是空气光化学污染造成的一种最有效的证据。

空气光化学污染会对人体的眼睛造成很大伤害，所以我们应该注意保护自己，尤其是经常在室外活动的同学。

眼睛本身并没有毛病，但由于光化学污染，使得眼睛受到刺激，这样就容易诱发各种眼病。

因此，平时应多吃一些新鲜的蔬菜、水果，经常用电脑、写作业时间较长的同学更要注意多吃含维生素A、 C的食物。

此外，空气光化学污染的重灾区是北极圈内的水域。

在北极，经常刮风，大量的污染物堆积在空气中，一旦冷空气到来，便会产生光化学反应，并将污染物带回海洋。

大气光化学反应的机理与调控大气光化学反应是指在大气中，由于太阳光照射下，气体与气体、气体与颗粒物之间的化学反应。

这些反应不仅对大气环境具有重要的影响，还会对人类健康和生态系统产生一定的影响。

了解大气光化学反应的机理和调控，对于深入认识大气污染的形成机制，制定科学的环境保护政策，具有重要的意义。

大气光化学反应的机理非常复杂，涉及到多种反应物以及光照条件。

其中，臭氧生成是一个重要的反应过程。

太阳光照射下，氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）反应生成臭氧（O3）。

臭氧的生成与分解有一定的平衡，它在大气中的浓度受到光照强度、温度和天气条件的影响。

此外，大气中的氧化性物质还会与颗粒物和其他污染物发生复杂的反应，形成一系列的氧化产物。

大气光化学反应的机理主要受到氮氧化物、挥发性有机化合物、颗粒物和光照条件等因素的调控。

氮氧化物是大气中的一类污染物，主要来自于燃烧过程和人类活动。

它们能够参与到多种氧化还原反应中，直接或间接地影响臭氧的生成和消耗。

挥发性有机化合物是另一类重要的反应物，它们来自于化石燃料燃烧、工业过程和生物排放等。

这些化合物在光照下会发生光化学反应，生成臭氧和其他有害物质。

颗粒物是大气中的固态颗粒物，它们能够吸附和催化气态物质的反应，加速大气光化学反应的进行。

光照条件对于大气光化学反应也具有重要的影响，光照强度越强，反应速率越快。

为了减少大气光化学反应对环境和人类的影响，需要采取一系列的调控措施。

首先，减少臭氧前体物质的排放是十分重要的。

这包括减少氮氧化物和挥发性有机化合物的排放，通过提高燃烧效率、使用低挥发性有机化合物和改进工业生产工艺等途径来实现。

其次，加强颗粒物的减排措施也是必要的，可以采用过滤和除尘等技术，阻止颗粒物对光化学反应的催化作用。

此外，在城市规划和交通出行方面也可以采取措施，减少机动车辆的使用和提倡绿色出行方式，从根本上减少大气光化学反应的发生。

此外，大气光化学反应的机理和调控还需要进行进一步的研究。

大气光化学近年来，研究者们从人类活动、植物光合作用以及大气中的其它微量成分等许多方面进行了广泛的探讨，发现了各种过程与臭氧的出现有关。

大气中的臭氧是强烈的太阳光吸收剂。

科学家通过对大气中臭氧含量和地球大气臭氧含量变化的长期观测研究发现，在工业革命之前的一段时间内，大气中的臭氧量随温度升高而迅速增加，自工业革命开始到20世纪80年代中期，这种现象消失了，而到了90年代中期又恢复了，且地球上空臭氧层的破坏呈减弱的趋势。

由此可见，人类的生产活动与臭氧的出现和破坏有着密切的关系。

大气中存在的臭氧除直接被大气吸收外，还以各种不同形式向外辐射，当这些辐射能进入生物体后，既具有杀菌作用，又能造成生物机体衰老、损伤、死亡。

臭氧主要是由三个化学键组成的：氧原子周围形成了一个氧-臭氧分子键； o3分子之间形成了一个三电子的氧- 3×， O- 2×的单键。

由于三个氧原子只有三个电子，因而结构稳定，化学性质十分活泼。

它易被还原为水、 so3、 h2o等。

但在一定条件下可被氧化成三氧化二o，并重新被氧化成o3分子。

由于化学反应剧烈，因此大气中的臭氧能迅速转化为氧分子。

1988年起，美国洛杉矶北部一处农场曾发生大规模皮肤癌病变，患者脸部溃烂，痛苦万状。

经检查后发现皮肤癌与大气中臭氧含量高有关。

一位名叫罗伯特·卡森的博士，在给他治疗皮肤病的同时，建议他改善居住环境，使用除臭剂。

卡森将实验室中的臭氧用专门管道送至空气中，臭氧竟然很快就使其它污染物变成“无害”的成分。

经过检测，卡森的室内臭氧含量竟比正常值低2～3倍。

室内有臭氧，人的健康受益；室内缺乏臭氧，人的健康也会受到损害。

臭氧虽好，但使用时却必须掌握适当的浓度。

如果超过了标准，则有强烈刺激性和腐蚀性。

1990年，俄罗斯基洛夫核电站正式投入运行，该电站上空臭氧含量竟然少到不足安全极限的1%。

该电站周围10千米范围内居民平均寿命也因此缩短了2.4岁。

大气光化学大气是指地球表面大量空气流动的总体，它不仅包括自然界的水汽、固体杂质和微小颗粒，而且也包括土壤、海洋等其他许多方面。

它能为太阳提供最好的光和热的能量来源，同时也参与全球能量的循环过程。

研究表明，地球大气的成分虽然极为复杂，但从化学组成上看，其基本成分主要由氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氢、臭氧、二氧化硫、水汽等组成。

地球大气中有一百万种以上的化学元素，而人类已经发现了70余种。

这些元素按照原子序数的大小排列，就构成了我们常说的“化学元素周期表”。

可见，大气中的各种元素都是相互联系的整体，在大气圈内部有一个大气圈与外部的空间之间的相互影响、相互制约的平衡关系。

植物通过光合作用把二氧化碳和水转化成淀粉，并且在叶绿体中储存起来。

光合作用释放出的氧气，被植物吸收后，又把光能转变成化学能，并释放出二氧化碳。

人们把这个过程称为“卡尔文循环”。

可见光合作用不仅能为植物生长提供足够的养料，同时也有助于大气中碳、氧、氮、氩等气体的循环。

在光合作用的过程中，不断地产生一些气体（如CO2、 CO2O等），它们可以随风飘散到各处，进行无机化合物的转化，成为大气中的碳、氧等元素的重要来源。

几十年来，科学家对大气中的碳、氧等元素进行了很多测定工作，其结果表明：在宇宙空间和星际尘埃、细菌中的含量比地球高得多。

对此，科学家给予了极大的关注，并在地球大气中发现了一些宇宙尘埃，这就进一步证实了大气中确实存在着碳、氧等元素。

这些现象充分说明，大气与宇宙和地球本身密切相关，在相当大的程度上可以说，没有大气就没有地球，同样没有地球也不会有大气。

20世纪初，科学家就根据对大气化学成分的分析，认为在宇宙射线、太阳紫外线、宇宙尘埃和微生物等的作用下，大气中有二氧化碳生成；通过研究宇宙线与大气层的相互作用，进一步肯定了这种假说。

20世纪60年代，人们根据火山爆发所产生的一些二氧化碳的迹象，推测出大气中可能还含有另外一些物质，如甲烷、硫化氢等。

大气中的光化学反应过程大气中的光化学反应一直是科学家们关注的研究课题之一。

光化学反应从本质上讲是指由日光（或其他电磁波）和反应物质相互作用所引起的反应过程。

在大气中，这些反应可导致氧气、氮气和水蒸气被过氧化物、酸雾和臭氧等有害物质所污染。

因此，对大气中的光化学反应过程进行深入研究非常重要。

光化学反应的基本过程对于大气中的光化学反应，最常见的一种是二氧化氮和有机物质在光照下产生臭氧的过程。

该过程主要取决于有机物中存在的碳氢化合物的种类和浓度、空气中二氧化氮的浓度以及光强度等因素。

简单来说，需要有以下三个举措才能触发这种反应：1.光能顾名思义，光是触发该反应的必要因素之一。

太阳辐射中所占的光强度大约是太空中的250倍，这就是说在太阳下面，空气和大气中的分子会受到辐射而发生光化学反应。

2.污染物质二氧化氮（NO2）是另一个必要的反应物。

该物质存在于车辆废气、电厂烟气和其他人类活动产生的废气中。

二氧化氮也是空气中细颗粒物和酸雾的前体。

3.有机物也是必不可少的反应物。

这些有机物在太阳下会发生光解反应，产生一系列化合物。

这些化合物包括一氧化碳、二氧化碳和其他碳氢化合物。

其中的一些降解物可以继续参与到其他的化学反应中。

光化学反应的结果光化学反应的主要结果是产生有害的污染物质，其中最知名的是臭氧。

臭氧是一种有毒气体，可以引起人类的呼吸道和眼睛的刺激性反应。

臭氧是一种强氧化剂，可以与其他化合物反应，从而产生有害气体，如二氧化氮等。

由于臭氧是不稳定的，因此只能在特定条件下产生，这就是为什么臭氧通常只在高温和高辐射量下才能形成。

此外，光化学反应还会产生其他的有害污染物，如过氧化氮、酸雾、细颗粒物和氧化物等。

这些物质对人类健康和环境造成了沉重的影响。

因此，科学家们正在研究如何减少这些有害物质的产生，以降低大气污染水平。

光化学反应的控制为了控制大气中的光化学反应，必须采取一系列行动。

这些行动包括：1. 制定更为严格的大气污染控制措施。

大气光化学在大气圈中光化学作用发生的范围很广，各种气体、固体和液体都能参加，这是与它们的分子、原子以及各种离子在大气圈中的活动相联系的。

与此同时，人类从20世纪50年代起，开始研究这些气体和液体对人类生活和生产的影响，通过大量的观测研究证明，这些气体不仅给地球生态系统带来某些特殊效应，而且也是引起自然界变化的主要因素之一。

所谓光化学反应是指有机物在一定波长的紫外线、可见光、 X射线或γ射线的照射下，发生化学反应而转变成其他化合物的过程。

紫外光是短波光，可见光和X射线都属于长波光。

不同的光有不同的波长和频率。

紫外光的波长比可见光长得多，但又比X射线短。

在可见光中波长为400～700nm的那部分光，可以被人眼感知，而波长为100～400nm的部分则是紫外线，人眼看不到。

紫外光的波长约为100～200nm。

在波长100～400nm的紫外光范围内，几乎全部是空气分子、水分子和臭氧分子吸收的。

在300～1100nm之间的紫外光区域，空气分子、水分子、臭氧分子吸收较少，而有机物质大部分吸收的是波长400nm～1100nm之间的紫外光。

在太阳光谱中，有连续分布的从红外线到无线电波段的光线。

可见光在红外线、红光和远红外线区域的波长在400～700nm之间。

在可见光中紫光和蓝光的波长比红光短，而黄光比红光长。

除了空气吸收紫外光外，太阳辐射对天气和气候有重要影响。

太阳辐射通过大气层时，在各种气象要素和云、雾、降水的作用下会发生各种光化学反应，如光合作用、光电效应、光解作用等，使大气成分和云量都发生改变。

人类通过观察认识到，晴朗的天气总是出现在波长小于4000nm的光照射下;阴雨的天气总是出现在波长大于4000nm的光照射下;而白云出现在波长大于4000nm的光照射下;而且温度较低的地方(如两极地区)往往出现云朵的现象，也表明太阳辐射能的分布与大气的温度有关。

因此，有人把光化学作用看做大气温度的“温度计”。

不论是大气圈中光化学作用的这种基本规律，还是在不同的气象条件下产生的特殊反应，归根结底都是人类能够直接感受到的物理、化学变化。