광화학 스모그 자동차의 내연 기관으로부터 가스의 화학 반응으로 인해 형성된 짙은 안개이다. 이러한 반응은 햇빛에 의해 매개되며 지상 0 ~ 10km에 이르는 대기층 인 대류권에서 발생합니다.
스모그라는 단어는 영어에서 "안개"(안개 또는 안개를 의미 함)와 "연기 (smoke)"(연기)를 의미하는 두 단어의 축약에서 유래합니다. 1950 년대에 런던시를 덮은 안개를 지정하기 위해 사용되기 시작했습니다.
그림 1. 미국 솔트 레이크 시티의 광화학 스모그. 출처 : Eltiempo10, Wikimedia Commons
스모그는 대기 오염 물질 사이에서 발생하는 반응의 화학 생성물을 포함하는 대기 중에 분산 된 작은 물방울에서 비롯된 황갈색 회색의 안개로 나타납니다.
이 연무는 자동차가 집중되고 차량 교통량이 많아 대도시에서 매우 흔하지 만 미국 애리조나주의 그랜드 캐년과 같이 깨끗한 지역으로 퍼졌습니다.
종종 스모그는 전형적인 가스 화학 성분의 존재로 인해 특징적이고 불쾌한 냄새가납니다. 스모그를 유발하는 중간 생성물과 반응의 최종 화합물은 인간의 건강, 동물, 식물 및 일부 물질에 심각한 영향을 미칩니다.
형질
대류권에서 발생하는 일부 반응
지구 대기의 독특한 특징 중 하나는 산화 능력입니다. 그 이유는 그것이 포함하고 있는 이원자 분자 산소 (O 2 ) 의 상대적인 양 (구성의 약 21 %) 때문입니다.
궁극적으로 대기로 방출되는 거의 모든 가스는 공기 중에서 완전히 산화되고 이러한 산화의 최종 생성물은 지구 표면에 퇴적됩니다. 이러한 산화 과정은 공기를 정화하고 오염을 제거하는 데 매우 중요합니다.
대기 오염 물질 사이에서 발생하는 화학 반응의 메커니즘은 매우 복잡합니다. 아래는 그것들에 대한 간략한 설명입니다.
1 차 및 2 차 대기 오염 물질
자동차 엔진에서 화석 연료의 연소로 배출되는 가스에는 주로 산화 질소 (NO), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO 2 ) 및 휘발성 유기 화합물 (VOC)이 포함됩니다.
이러한 화합물은 빛에 의해 매개되는 화학 반응 (광화학 반응)을 통해 2 차 오염 물질이라고하는 일련의 생성물을 생성하기 때문에 1 차 오염 물질이라고합니다.
기본적으로 가장 중요한 차 오염 물질이 이산화 질소 (NO있다 2 ) 와 오존 (O 3 가장 스모그의 형성에 영향을 미치는 가스이다).
대류권의 오존 형성
산화 질소 (NO)는 고온에서 공기 중의 산소와 질소 사이의 반응을 통해 자동차 엔진에서 생성됩니다.
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), 여기서 (g)는 기체 상태를 의미합니다.
대기로 방출 된 산화 질소는 산화 질소 (NO 2 )로 산화됩니다 .
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 는 햇빛에 의해 광 화학적 분해를 겪습니다.
NO 2 (g) + hγ (라이트) → NO (g) + O (g)
원자 형태의 산소 O는 오존 (O 3 ) 형성과 같은 많은 반응을 일으킬 수있는 매우 반응성이 높은 종입니다 .
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
성층권의 오존 (지구 표면 위 10km에서 50km 사이의 대기층)은 태양에서 오는 고 에너지 자외선을 흡수하므로 지구상의 생명을 보호하는 요소로 작용합니다. 그러나 지상의 대류권에서 오존은 매우 해로운 영향을 미칩니다.
그림 2. 뉴욕의 스모그. 출처 : Wikipedia Commons
광화학 스모그의 원인
대류권에서 오존을 형성하는 다른 경로는 질소 산화물, 탄화수소 및 산소와 관련된 복잡한 반응입니다.
이러한 반응에서 생성되는 화합물 중 하나는 호흡 곤란을 유발하는 강력한 눈물 물질 인 퍼 옥시 아세틸 질산염 (PAN)입니다.
휘발성 유기 화합물은 내연 기관에서 연소되지 않는 탄화수소뿐만 아니라 용매 및 연료의 증발과 같은 다양한 소스에서 비롯됩니다.
이러한 VOC는 또한 오존, 질산 (HNO 3 ) 및 부분적으로 산화 된 유기 화합물 의 공급 원인 복잡한 광화학 반응을 겪습니다 .
VOCs + NO + O 2 + 햇빛 → 복합 혼합물 : HNO 3, O 3 및 다양한 유기 화합물
이러한 모든 유기 화합물, 산화 생성물 (알코올 및 카르 복실 산)도 휘발성이며 증기는 에어로졸 형태로 공기 중에 분산되는 작은 액체 방울로 응축되어 햇빛을 산란시켜 가시성을 떨어 뜨릴 수 있습니다. 이런 식으로 대류권에서 일종의 베일이나 안개가 생성됩니다.
스모그의 영향
연소에 의해 생성 된 그을음 또는 탄소 입자, 무수 황산 (SO 2 ) 및 2 차 오염 물질 인 황산 (H 2 SO 4 )도 스모그 생성에 관여합니다.
대류권의 오존은 폐 조직, 식물 및 동물 조직의 C = C 이중 결합과 반응하여 심각한 손상을 초래합니다. 또한 오존은 자동차 타이어와 같은 재료를 손상시켜 같은 이유로 균열을 일으킬 수 있습니다.
광화학 스모그는 심한 호흡기 문제, 기침 발작, 비강 및 인후 자극, 짧은 호흡, 흉통, 비염, 눈 자극, 폐 기능 장애, 호흡기 감염성 질환에 대한 내성 감소, 조기 노화의 원인입니다. 폐 조직, 중증 기관지염, 심부전 및 사망.
뉴욕, 런던, 멕시코 시티, 애틀랜타, 디트로이트, 솔트 레이크 시티, 바르샤바, 프라하, 슈투트가르트, 베이징, 상하이, 서울, 방콕, 봄베이, 캘커타, 델리, 자카르타, 카이로, 마닐라, 카라치 등의 도시에서 호출 메가 시티에서 광화학 스모그의 피크 임계 에피소드는 순환을 제한하기위한 경보 및 특별 조치의 원인이되었습니다.
일부 연구자들은 이산화황 (SO 2 )과 황산염으로 인한 오염으로 인해 북부 위도에 서식하는 인구에서 유방암 및 결장암에 대한 내성이 감소 한다고보고했습니다 .
이러한 사실을 설명하기 위해 제안 된 메커니즘은 스모그가 대류권에 입사 된 햇빛을 산란시켜 비타민 D의 생화학 적 합성에 필요한 사용 가능한 자외선 B 형 (UV-B) 방사선을 감소 시킨다는 것입니다. 비타민 D는 두 가지 유형의 암에 대한 보호제 역할을합니다.
이런 식으로 우리는 과도한 고 에너지 자외선은 건강에 매우 해롭지 만 UV-B 방사선의 결핍은 해로운 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다.
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