Tlenki azotu - powstawanie i znaczenie

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Troposfera. Poziom podstawowy.
dział TROPOSFERA: PODSTAWOWE - menu (rozwiń)

Tlenki azotu odgrywają ważną rolę w procesach atmosferycznych. W jaki sposób powstają i dlaczego mają takie znaczenie?

1. Ruch uliczny - ciągle znaczące źródło tlenków azotu.
(c) FreeFoto.com

Skąd biorą się tlenki azotu?

Najważniejsze tlenki azotu to tlenek azotu NO i dwutlenek azotu NO2. Oba są nazywane NOx. Cząsteczki azotu (N2) w powietrzu są bardzo trwałe i niełatwo je utlenić. Kilka rodzajów bakterii wytworzyło specjalne mechanizmy pozwalające rozbić potrójne wiązanie N-N i utworzyć tlenki. Ale o wiele ważniejsze są procesy, w których te wiązania są rozbijane przez wysoką temperaturę. Może to nastąpić tylko w warunkach ekstremalnych. Jednym z przykładów jest spalanie paliwa w silniku samochodowym. Większość antropogenicznego (czyli wynikającego z działalności człowieka) NOx pochodzi właśnie z tego źródła. Innym przykładem mogą być reakcje zachodzące w płomieniach ognia w czasie spalania biomasy. Ponadto błyskawice są ważnym, naturalnym źródłem tlenków azotu. W czasie wyładowania temperatura na torze błyskawicy sięga aż 30 000°C, tak więc wiązania azotu są łatwo rozbijane.

2. Błyskawice są kolejnym ważnym źródłem tlenków azotu.
zdjęcie: Bernhard Mühr Karlsruher Wolkenatlas

W jakich procesach uczestniczą tlenki azotu?

3. W jakich procesach atmosferycznych uczestniczą tlenki azotu? Schemat pokazuje niektóre ważne reakcje chemiczne zachodzące w powietrzu.
Autor: Elmar Uherek
Objaśnienia: day - dzień, night - noc, organic - materia organiczna, bacteria - bakterie

NOx (= NO + NO2) i inne tlenki azotu biorą udział w bardzo wielu reakcjach chemicznych zachodzących w atmosferze. W nocy powstają rodniki azotanowe NO3, które są najaktywniejszymi utleniaczami. Rodniki są związkami chemicznymi, które są bardzo nietrwałe i zwykle reagują niezmiernie szybko.
Jeśli w zanieczyszczonym powietrzu powstaje N2O5, to może on wchodzić w reakcje z wodą, znajdującą się np. w kroplach deszczu albo na mokrych powierzchniach, w wyniku czego powstanie kwas azotowy HNO3. To właśnie HNO3 przyczynia się do powstania kwaśnego deszczu. Powstanie kwasu azotowego, który może też powstać w ciągu dnia poprzez utlenianie NO2, jest głównym sposobem usuwania tlenków azotu z atmosfery, tak wskutek suchej, jak też mokrej depozycji (wymycie przez deszcz). Kwas azotowy jest też składnikiem polarnych chmur stratosferycznych.
Trójhydrat kwasu azotowego tworzy cząsteczki, powodujące powstawanie dziury ozonowej (szczegóły w "Stratosfera - poziom rozszerzony - 2. Ozon stratosferyczny, chlorofluorowęglowodory i dziura ozonowa").

Nazwy związków azotu:

Wzór

Nazwa systematyczna

Nazwa popularna

NO

monotlenek azotu

tlenek azotu (II)

N2O

podtlenek azotu

tlenek azotu (I), gaz rozweselający

NO2

ditlenek azotu

tlenek azotu (IV)

NO3

tritlenek azotu

tlenek azotu (VI)

N2O5

pentatlenek diazotu

tlenek azotu (V)

N2O3

tritlenek diazotu

tlenek azotu (III)

HNO3

-

kwas azotowy

NH3

azan

amoniak

Tlenki azotu jako gazy pełnią istotną rolę w tworzeniu się i rozpadzie ozonu w troposferze, ponieważ uczestniczą one w cyklach katalitycznych. Dzieje się tak, ponieważ NO2 może ulec fotolizie pod wpływem światła słonecznego. Powstaje wtedy NO, który z powrotem utlenia się do NO2. W cyklu tym może uczestniczyć ozon, jak również organiczne rodniki nadtlenowe (nietrwałe utlenione związki chemiczne), co zostanie jeszcze szczegółowo omówione w następnym tekście.
Katalizator spalin wynaleziono głównie po to aby ograniczyć emisje tlenków azotu. Emitujemy ich zbyt dużo w procesach spalania, zwłaszcza tych zachodzących w silnikach samochodowych, przez co naruszamy równowagę w atmosferze. Podtlenek azotu NO2 powstaje na przykład dzięki bakteriom w tzw. procesach rozkładu. Procesy mikrobiologiczne związane z funkcjonowaniem tych małych organizmów odgrywają dużą rolę w obiegu azotu. Ale NO2 nie wchodzi w reakcje w troposferze. Przemieszcza się bezpośrednio do stratosfery, gdzie podlega rozpadowi pod wpływem światła słonecznego (fotoliza).
Amoniak NH3 jest najważniejszym podstawowym gazem w atmosferze. Pochodzi np. z hodowli żywca i nawożenia, a także z rozkładu mikrobiologicznego (przez bakterie). Może tworzyć cząsteczki soli NH4NO3 razem z kwasem azotowym.

Tlenki azotu w centrum atmosferycznych procesów chemicznych

Nawet jeśli nie wiemy wszystkiego o reakcjach chemicznych zachodzących w powietrzu z udziałem tlenków azotu, to powinniśmy mieć na uwadze to, że te związki pełnią kluczową rolę w atmosferze. Większość związków chemicznych, które są utleniane i usuwane z atmosfery albo przekształcane w inne związki, wchodzi w reakcje (bezpośrednio lub pośrednio) z NO lub NO2.

4. Tlenki azotu - w centrum atmosferycznych procesów chemicznych.
Autor: Elmar Uherek

Zajrzyj także na te strony!

Rodniki azotowe odgrywają szczególną rolę w nocy. Przeczytaj więcej o tym w:
Troposfera - poziom rozszerzony - Procesy chemiczne zachodzące w atmosferze nocą
Znajdziesz więcej informacji o roli tlenków azotu w powstawaniu dziury ozonowej w:
Stratosfera - poziom rozszerzony - 2. Ozon stratosferyczny, chlorofluorowęglowodory i dziura ozonowa - Procesy chemiczne z udziałem chloru i powstawanie dziury ozonowej

O tej stronie:

Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Recenzent: dr Rolf von Kuhlmann, Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - University of Duisburg, Niemcy - 2003-07-02
Ostatnia aktualizacja: 2004-04-30
Tłumaczenie na język polski: mgr Jerzy Bojan, Zespół Szkół, Proszowice; dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: czwartek, 21 czerwiec 2018, 10:23