Troposfera - poziom podstawowy

ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH

POWRÓT do strony głównej działu Troposfera Podstawowe

1. Wiadomości wstępne o troposferze
Troposfera - zmiany temperatury wraz z wysokością
Troposfera a powierzchnia Ziemi
Z czego składa się powietrze w troposferze?
Ćwiczenie 1.1
Ćwiczenie 1.2

2. Efekt cieplarniany, promieniowanie i biosfera
Promieniowanie i efekt cieplarniany
Gazy cieplarniane i efekt cieplarniany
Emisje biosferyczne
Pożary lasów
Ćwiczenie 2.1
Ćwiczenie 2.2
Ćwiczenie 2.3

3. Ozon i tlenki azotu jako kluczowe związki chemiczne w atmosferze
Ozon w troposferze
Tlenki azotu - powstawanie i znaczenie
Smog ozonowy
Ćwiczenie 3.1
Ćwiczenie 3.2

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 NO_x. 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) NO_x 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

NO_x (= 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:

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