大氣中的懸浮顆粒物又稱氣溶膠。水滴分散在大氣中形成的氣溶膠稱霧或水霧;固體微粒分散在大氣中形成的氣溶膠稱為煙霧。水霧由微小水滴形成,太陽(yáng)一曬就會(huì)消失,煙霧是“干霧”,陽(yáng)光不能使它消失。煙霧又稱“灰霾”,使天空灰蒙蒙、能見(jiàn)度降低,眼前好像蒙上一層薄紗。有時(shí)固體微粒表面有水存在,它既是水霧又是干霧,也稱煙霧。
有兩類化合物形成的煙霧引起人們的重視。一類主要是由二氧化硫所引發(fā)的硫酸煙霧,另一類主要是由氮氧化物引發(fā)的光化學(xué)煙霧。
二氧化硫吸附在煙霧微粒表面上,受到微粒所含鐵元素等的催化氧化,形成三氧化硫,它和微粒表面的水或和水霧中的水相遇,和水起化學(xué)作用形成硫酸煙霧:
2SO2+O2 → 2SO3
SO3+H2O → H2SO4
由于單純二氧化硫的危害性小于硫酸煙霧,為了防止它形成,既要在煙道氣排放前經(jīng)過(guò)脫硫處理,還要減少固體煙塵顆粒物的排放。
光化學(xué)煙霧是由氮氧化物(NOx)和烴類有機(jī)化合物氣體在強(qiáng)烈陽(yáng)光輻照下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)形成的。汽車尾氣含有不完全燃燒的烴類氣體和氮氧化物,以及石油化工中的排放物是主要的污染源。光化學(xué)煙霧形成時(shí)產(chǎn)生大量臭氧,臭氧成為光化學(xué)煙霧的標(biāo)志物,可借以判別煙霧可能形成及其嚴(yán)重程度,警示人們采取避險(xiǎn)措施。
酸雨是指帶酸性的雨水、雪和霧等來(lái)自大氣的不同形式的水。雨水變酸是由于大氣污染物造成的,這里所指的污染物主要是硫酸和硝酸。二氧化碳溶于水形成碳酸,所以二氧化碳俗稱碳酸氣。在含有碳酸的雨水中會(huì)產(chǎn)生電離平衡如下:
CO2+H2O → H2CO3 ?H++HCO3-
所以二氧化碳的水溶液呈酸性,它的pH最低可達(dá)5.7。這種單純由CO2引起變酸的雨水不算酸雨。雨水含有其他酸性物質(zhì)使pH小于5.6者定義為酸雨。大氣污染物導(dǎo)致酸雨的硫酸和硝酸,兩者共占酸雨總酸量的90%以上。大凡以石油為主要燃料的地區(qū),酸雨組成中硝酸成分較多;以煤為主要燃料的地區(qū),硫酸成分較多。導(dǎo)致酸雨形成的因素有自然源和人為源。自然界由于火山爆發(fā)、森林失火、雷電產(chǎn)生的高溫、微生物的分解等都會(huì)產(chǎn)生硫的氧化物和氮氧化物,導(dǎo)致硫酸和硝酸的形成。有估計(jì)表明:大氣中SO2的來(lái)源中自然源占90%,人為源約占10%;NOx的自然源占60%,人為源占40%。但是一般考慮酸雨的形成,為什么不計(jì)自然源呢?這是因?yàn)樽匀辉吹乃嵝詺怏w物質(zhì)分散于全球大氣,成為大氣酸性氣體計(jì)量的背景值,這個(gè)數(shù)值是很低的。據(jù)監(jiān)測(cè)大氣對(duì)流層中SO2的背景值僅為1×10(-9次方)。而NOx自然源的背景值比SO2還要低一個(gè)數(shù)量級(jí),所以這兩者都可以不必考慮自然源。人為排放的污染源,雖然比自然源少,卻主要散布在局部地區(qū)的低層大氣,其濃度比背景值一般要高2-3個(gè)數(shù)量級(jí),所以它是形成酸雨的主要因素。
是不是大氣中有了酸性氣體(SO2、NOx)就一定導(dǎo)致酸雨呢?不是。我國(guó)有世界上酸雨嚴(yán)重的地區(qū),它主要分布在長(zhǎng)江流域,西起四川峨眉山,經(jīng)重慶、貴州遵義、湖南長(zhǎng)沙,向東直至安徽。北方酸雨較少,工業(yè)發(fā)達(dá)、用煤很多的京津唐地區(qū)就無(wú)酸雨,其原因是這個(gè)地區(qū)的土壤和地殼礦物成分中的堿金屬如Na、K,堿土金屬如Mg、Ca含量較多,它們成為氣溶膠轉(zhuǎn)入大氣后,與云中的酸發(fā)生中和作用,降低了雨水中的酸性,不形成酸雨。而南方雨水充沛,降水多,土壤和地殼中的堿金屬和堿土金屬多被淋溶,轉(zhuǎn)入大氣的堿性物質(zhì)較少,而土壤中含量豐富的鐵、錳、鋁氧化物,以黏土的形式存在,它們轉(zhuǎn)入大氣后,有加速SO2轉(zhuǎn)化為硫酸的作用,其本身還會(huì)水解生成酸,更加強(qiáng)了雨水的酸度。
酸雨危害生態(tài)環(huán)境、腐蝕建筑物和金屬器物,影響人體健康。酸雨對(duì)植物葉片有直接的破壞作用,嚴(yán)重危害森林、草場(chǎng)和農(nóng)作物,酸雨主要出現(xiàn)在酸雨土壤地區(qū),使土壤酸度更高,土壤中細(xì)菌的種類特別是固氮菌減少,影響土壤有機(jī)質(zhì)的形成和肥力,使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變壞,農(nóng)作物減產(chǎn)。酸雨使湖泊酸化,魚(yú)類爛鰓、變形,甚至難以生存。因此必須根據(jù)物質(zhì)的基本化學(xué)性質(zhì)認(rèn)真研究和防治。例如對(duì)SO2產(chǎn)生比較集中的燃煤電廠,必須堅(jiān)決實(shí)行脫硫措施,以免排放擴(kuò)散,影響大面積區(qū)域,那時(shí)再治理就很困難了。
化學(xué)是什么?化學(xué)是檢測(cè)天上大氣的化學(xué)組成,了解大氣污染形成的科學(xué)依據(jù),并設(shè)法經(jīng)濟(jì)而有效地治理大氣污染的科學(xué)。