Тема 1. Физико-химические процессы в атмосфере

Особенности физико-химических превращений компонентов атмосферы связаны с природными (фаза солнечной активности, географическое положение, время суток) и с антропогенными факторами. Для разработки методов защиты окружающей среды от промышленных загрязнений необходимо знание механизмов и кинетики образования продуктов химических реакций, протекающих в атмосфере, а также умение рассчитывать как фоновые концентрации компонентов атмосферы и загрязняющих её веществ, так и их изменения, возникающие под действием антропогенных факторов..

В Приложении (стр.) приведены необходимые для решения задач: строение атмосферы (рис.1); состав атмосферы вблизи земной поверхности (таблица 1); изменение температуры в основных слоях, выделяемых в атмосфере (таблица 2); основные уравнения химических процессов, протекающих в атмосфере.

Раздел 1. Состав атмосферы.

Задание 1. Концентрации газообразных компонентов атмосферы.

Сколько молекул газообразного компонента атмосферы содержится в V см³ атмосферного воздуха (см. вариант в табл.1.1), если считать, что воздух состоит только из азота, кислорода и аргона, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы (см. Приложение табл.2). Выразите концентрации аргона, кислорода, водорода, в приземном слое атмосферы в млн^-1.

Таблица № 1.

Задание 2. Объёмные концентрации газообразных веществ в воздухе.

Масса атмосферы Q = 5∙10¹⁵ т. Рассчитайте количество газообразного вещества в атмосфере в единицах массы (их объёмные концентрации в воздухе см. Приложение табл.2).

Таблица № 1.2.

Решение: 1. Cредняя молярная масса воздуха:

M(воздуха) = М(N₂)∙ α((N₂) + М(O₂)∙ α(O₂) + М(Ar)∙ α(Ar),

где М – соответствующие молярные массы, α – объёмные доли соответствующих компонентов. M(воздуха) = 28 ∙ 0,7810 + 32 ∙ 0,2095 + 40 ∙ 0,0095 =28,95 (г/моль).

2.Масса атмосферы в граммах: Q = 5∙10¹⁵т ∙10⁶(г/т) = 5∙10²¹(г)

3. Количество условных молей воздуха в атмосфере:

n( воздуха)=Q/M(воздуха) = 5∙10²¹(г)/ 28,95(г/моль) = 1,7 10²⁰(моль).

4. Количество молей аргона в атмосфере (мольные и объёмные доли газов равны между собой):

N(Ar)) = N(воздуха)∙ α (Ar)= 1,7∙10²⁰∙0,0095 = 1,6 ∙ 10¹⁷(моль).

5. Масса аргона в атмосфере:

Q (Ar) = N(Ar) ∙ М(Ar) = 1,6∙10¹⁷ (моль) ∙40(г/моль) = 6.4∙10¹⁸(г) =11,5∙10¹⁷(кг).

Ответ: 6.4∙10¹⁵(кг) - масса аргона в атмосфере.

Пример 2. В ычислите среднее время пребывания паров воды в атмосфере (в часах), если по современным оценкам масса воды, находящейся в атмосфере Q=12900•10⁹ т, а объём атмосферных осадков, выпадающих на поверхность планеты в год 5,77 10¹⁴м ³ воды.

Решение: Вычислим массу атмосферных осадков в год (m (H₂O)), т.е. скорость поступления воды на поверхность планеты (считая плотность воды - r(H₂O)=1000 кг/м³ =1т/ м³):

m (H₂O) = V (H₂O)·r(H₂O) = 5,77∙10¹⁴м ³·1т/ м³ = 5,77 10¹⁴ (т/год).

2. Следовательно среднее время пребывания воды в атмосфере в условиях динамического равновесия (сколько воды испаряется с поверхности планеты в какой – то промежуток времени, столько же и выпадает в виде осадков): τ = Q/ m (H₂O), где τ – время пребывания воды в атмосфере(в единицах времени), Q – количество воды в атмосфере (в единицах массы), m (H₂O) – масса воды, поступающей или выпадающей из атмосферы в единицу времени.

Τ = 1,29 ∙10¹³(т) / 5,77∙10¹⁴(т/год) = 2,24 ∙10^-2(года) =8,2(дня)= 196,8(час.)

Ответ: 196,8 - среднее время пребывания воды в атмосфере.

ЗАДАЧИ.

1. Масса атмосферы оценивается величиной 5 • 10¹⁵ т. Определите количество азота в атмосфере в кг, если принять, что весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород и аргон, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы

2. Рассчитайте количество кислорода, ежегодно поступающее в атмосферу Земли, учитывая, что время пребывания кислорода в атмосфере составляет 5·10³ лет, а весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород и аргон, объемная концентрация которых во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы.

3. Оцените время пребывания аммиака в тропосфере, если его концентрация принимается равной 0,005 мг/м³, а интенсивность поступления оценивается в 74 млн т/год в пересчете на элементный азот.

4. Масса атмосферы оценивается величиной 5 • 10¹⁵ т. Определите какой объем был бы у атмосферы в км³, если принять, что весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород и аргон, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы

5.Оцените объем кислорода атмосферы, если масса атмосферы 5 • 10¹⁵ т, весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород и аргон, объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы.

6. Оцените массу водорода в атмосфере в т, если принять, что весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород аргон и водород, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы.

7. Рассчитайте объем гелия в атмосфере в т, если принять, что весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород аргон, водород и гелий, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы.

8. Оцените массу неона в атмосфере в т, если принять, что весь вклад в массу атмосферы вносят только азот, кислород аргон, гелий, водород и неон, а объемная концентрация этих элементов во всем объеме воздуха соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосферы.

9.

10.

Date: 2015-07-22; view: 3285; Нарушение авторских прав