Language
Country/Area
No result found
التفاعلات الكيميائية في ضوء الشمس: ما هي العلاقة الخفية بين أكاسيد النيتروجين والأوزون؟
في كيمياء الهواء، تشير أكاسيد النيتروجين إلى أكسيد النيتريك (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2) ويرتبط هذان الأكسيدان ارتباطًا وثيقًا بتلوث الهواء. وتساهم هذه الغازات بشكل كبير في تكوين الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي والأمطار الحمضية، وتؤثر أيضًا على تركيز الأوزون التروبوسفيري. خاصة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، كما هو الحال أثناء عملية احتراق محركات السيارات، فإن تفاعل النيتروجين والأكسجين سوف ينتج أكاسيد النيتروجين. في المناطق المزدحمة بالمدن الكبيرة، غالبًا ما تصبح انبعاثات أكسيد النيتروجين مصدرًا رئيسيًا لتلوث الهواء.
تشمل المصادر الطبيعية لأكاسيد النيتروجين أيضًا البرق، لكن المصدر الرئيسي للتلوث لا يزال هو حرق الوقود الأحفوري.
تكوين وتفاعل أكاسيد النيتروجين
في ظل درجة الحرارة والضغط العاديين، لن يتفاعل النيتروجين والأكسجين. لكن في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، فإنها ستخضع لتفاعل ماص للحرارة لتوليد أنواع مختلفة من أكاسيد النيتروجين. عادة ما تحدث درجة الحرارة المرتفعة هذه في محركات الاحتراق الداخلي أو غلايات محطات الطاقة، أو تحدث بشكل طبيعي أثناء البرق. ويشير التركيز الإجمالي لأكاسيد النيتروجين إلى NO وNO2 لأن التحويل بين الاثنين يكون سريعًا جدًا في كل من طبقة التروبوسفير والستراتوسفير.
توليد الأوزون
يتشكل الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي، وهو شكل مهم من أشكال تلوث الهواء، عندما تتفاعل أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) في ضوء الشمس. وفي الصيف، مع زيادة الإشعاع الشمسي، سيزداد تواتر هذا النوع من الضباب الدخاني أيضًا. تتفاعل الانبعاثات الناتجة عن الأنشطة الصناعية وحركة المرور بسرعة مع أكاسيد النيتروجين، مما يؤدي إلى زيادة تركيز الأوزون والبيروكسيدات، مما يسبب مشاكل صحية للإنسان.
لا يمكن الاستهانة بالآثار السلبية للدخان، خاصة بالنسبة للأطفال ومرضى الربو والأشخاص الذين يعملون أو يمارسون الرياضة في الهواء الطلق.
آلية المطر الحمضي
سوف يتفاعل NO2 مع جذور OH خلال النهار ويتأكسد بشكل أكبر لتوليد حمض النيتريك (HNO3)، والذي يمكن أن يذوب في الماء السائل لتكوين المطر الحمضي. وترجع هذه العملية إلى تحول ثاني أكسيد النيتروجين في الغلاف الجوي، مما يسبب تأثيرات دائمة على البيئة.
المصادر الطبيعية والبشرية لأكاسيد النيتروجين
تشمل المصادر الطبيعية لأكاسيد النيتروجين البرق، لأنه أثناء عملية التسخين والتبريد المكثفة للبرق، يتم تحويل الجزيئات المستقرة (مثل N2 وO2) إلى كميات كبيرة من أكاسيد النيتروجين. ووفقا لبعض الدراسات، فإن كل ومضة برق تنتج في المتوسط حوالي 7 كيلوغرامات من أكاسيد النيتروجين، والتي يمكن أن تصل إلى 8.6 مليون طن سنويا. ومع ذلك، فإن الأنشطة البشرية، وخاصة حرق الفحم والنفط، هي المصدر الرئيسي لأكاسيد النيتروجين، حيث تقدر الانبعاثات السنوية بنحو 28.5 مليون طن.
التأثيرات على الصحة والبيئة
يرتبط التعرض لأكاسيد النيتروجين ارتباطًا وثيقًا بأمراض الجهاز التنفسي، ويمكن أن يؤدي إلى ظهور أعراض الربو وتفاقمها، وقد يؤدي حتى إلى الإصابة بالربو. كما تم ربط هذه الغازات بأمراض القلب والسكري والوفيات. يمكن أن تتفاعل أكاسيد النيتروجين مع الأمونيا والرطوبة والمركبات الأخرى لتكوين جزيئات غبار حمض النيتريك، والتي يمكن أن يكون لها آثار صحية سلبية.
وفقًا لتقديرات جمعية الرئة الأمريكية، يعيش ما يقرب من 50% من سكان الولايات المتحدة في مقاطعات لا تستوفي معايير الأوزون.
التأثير على وقود الديزل الحيوي
يُعتبر وقود الديزل الحيوي ومخاليطه عمومًا عاملاً في تقليل انبعاثات عوادم السيارات الضارة. على الرغم من أن الدراسات الأولية أظهرت أن وقود الديزل الحيوي قد يزيد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين، إلا أن الدراسات اللاحقة أظهرت أن ما يصل إلى 20% من مخاليط وقود الديزل الحيوي لها تأثير ضئيل على أكاسيد النيتروجين.
تقنية التنظيم والتحكم في الانبعاثات
يعد التخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR) والتخفيض غير التحفيزي الانتقائي (SNCR) من التقنيات المستخدمة بشكل شائع لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين والاعتماد على التفاعل مع اليوريا أو الأمونيا لتوليد النيتروجين والماء. وفي الولايات المتحدة، انخفضت مستويات الانبعاثات الصادرة عن مركبات الديزل الحديثة بشكل كبير، ولكن التحدي المتمثل في التحكم في انبعاثات أكاسيد النيتروجين لا يزال قائما.
الاستنتاج
لا تنعكس العلاقة بين أكاسيد النيتروجين والأوزون في التأثير على جودة الهواء فحسب، بل تتضمن أيضًا أبعادًا متعددة لصحة الإنسان والبيئة البيئية. وبينما نسعى إلى حل هذه المشكلات، يجب أن ننتبه إلى التفاعلات الكيميائية والتغيرات البيئية الأعمق. لذا، هل يمكننا إيجاد طرق أكثر فعالية لتقليل تأثير أكاسيد النيتروجين على البيئة؟
