Chimia Mediului

Compozitia aerului atmosferic

Gaze comune % : CO2 – 0.03; O2 – 20.95; H2 – 5.10-3; N2 – 78.09

Gaze rare %: Kr – 1.10-4; Ne – 1.8.10-3; Ar – 0.93; Xe – 9.10-6; He – 5.2.10-4

Troposfera: de la suprafata solului până la înăltimea de 10 - 15 km.

• Stratosfera: deasupra troposferei până la 30-35 km.

• Mezosfera: deasupra stratosferei până la 80-100 km.

• Termosfera: de la limita mezosferei până la 1000-1200 km.

• Exosfera: deasupra termosferei până la aproximativ 3000 km.

Trecerea de la un strat la altul nu este bruscă ci are loc prin zone intermediare, cu grosimi de la câteva sute de metri până la câtiva km. Aceste zone se numesc: tropopauza, stratopauza, mezopauza si termopauza.

Caracteristicile fizico – chimice ale aerului

Caracteristicile fizice ale aerului se raportează la conditii normale reprezentate la temperatura 0°C si presiunea de 760 mm Hg.

• În această stare, volumul ocupat de un mol de aer (volum molar) este de 22.414 dm3.

• Masa moleculară a aerului curat, Maer, calculată pe baza fractiilor volumice si a maselor moleculare a

gazelor componente este: Maer = ΣMg; Xg = 28.966 g/mol.

• Densitatea aerului (greutatea specifică), în conditii normale este: ρ aer = 1.293 g/cm3 (sau kg/m3)

• Umiditatea aerului atmosferic este reprezentată de apa existentă, sub formă de vapori, picături, cristale, provenită din evaporarea apelor de suprafată (în cea mai mare parte), din stratul superficial al solului, din procesul de transpiratie al plantelor sau din activităti industriale.

• 1.umiditate absolută (Ua) – cantitatea de apă existentă într-un volum de aer la un moment dat (g/m3);

• 2.umiditate maximă (Um) – cantitatea maximă de vapori de apă pe care o poate primi un volum de aer la o anumită temperatură (g/m3). Se mai numeste si presiune de saturatie cu vapori de apă a aerului la temperatura considerată;

• 3.umiditate relativă (Ur) – cantitatea de apă existentă într-un volum de aer atmosferic si raportată la cantitatea maximă pe care ar putea-o cuprinde acelasi volum de aer la o anumită temperatură.

Altfel spus, umiditatea relativă reprezintă raportul dintre umiditatea absolută si umiditatea maximă, respectiv

raportul dintre presiunea vaporilor de apă (constatată experimental) si presiunea vaporilor de apă la saturatie.

• Procentual, umiditatea relativă se exprimă prin raportul:

Ur = (Ua/Um) x 100

• Temperatura aerului dintr-un loc sau dintr-o regiune ca si regimul ei zilnic, sezonier si anual este determinată în

primul rând de radiaŃia solară. Temperatura aerului înregistrează variatii importante atât pe orizontală cât si

pe verticală.

• În esentă, temperatura aerului este influentată de altitudine (scade cu înăltimea), de caracteristicile solului (culoare, compozitie), de existenta suprafetelor de apă (timp de încălzire diferit fată de sol), a

vegetaŃiei (care reŃine o parte din radiaŃia solară), de nebulozitatea atmosferei (care diminuează cantitatea de energie solară ce atinge suprafata Pământului) si de prezenŃa centrelor populate (care intervin cu surse suplimentare de căldură).

• Temperatura aerului este un factor important în determinarea caracterului climatic al zonelor geografice, influentând astfel indirect organismul uman prin conditiile de muncă, de locuit, regimul

alimentar, îmbrăcăminte etc. Ea este, de asemenea, determinantă în formarea curenŃilor de aer, cu implicatii largi în procesele de impurificare si purificare atmosferică.

Presiunea aerului

• Datorită greutătii sale, aerul atmosferic exercită o presiune asupra tuturor corpurilor de pe Pământ. Prin urmare, presiunea atmosferică reprezintă forta cu care aerul apasă asupra Pământului datorită greutătii acestuia.

Presiunea exercitată depinde de temperatura si circulatia maselor de aer.

• Presiunea aerului se exprimă în mm Hg/cm2 sau în milibari (750 mm Hg = 1000 mb).

• În S.I. unitatea de măsură pentru presiune este

kilopascalul (kPa): 1 kPa = 10 mb (1 Pa = 1 N/m2 = 10-2 mb).

• În functie de mai multi factori, presiunea atmosferică prezintă diferite variatii.Cele mai importante sunt variatiile datorate altitudinii .În acest sens trebuie retinut faptul că la nivelul mării si la 0°C presiunea atmosferică este de 760 mm Hg (numită presiune atmosferică normală) si ea scade treptat cu altitudinea, micsorânduse cu 1 mm Hg pentru fiecare 10.33 m.

1.2.Caracteristicile principalilor componenti naturali ai aerului

1.2.1 Azotul

• Azotul molecular reprezintă aproximativ 78% din atmosfera pământului.

Molecula de azot, N2, este cea mai stabilă dintre combinatiile azotului astfel încât, în cursul erelor geologice trecute, cea mai mare parte din azotul existent sub mai multe forme s-a transformat în azot molecular.

a. Proprietăti fizice

• Azotul este un gaz incolor, fără miros, mai usor decât aerul. În apă se dizolvă mai putin decât oxigenul (la 0°C 1 litru de apă dizolvă 23.2 mL azot).

Azotul nu întretine arderea si nici viata; din această cauză poartă num de azot (în limba greacă, azotos = fără viată).

b. ProprietăŃi chimice

• Datorită stabilitatii deosebite a azotului molecular, reactivitatea chimică este foarte scăzută. Ca urmare, reactiile azotului molecular necesită o energie de activare mare care se poate obŃine fie prin ridicarea temperaturii fie folosind catalizatori specifici, foarte activi.

• Există două căi principale prin care se formează combinatii ale azotului din azot molecular. Calea naturală constă în asimilarea azotului molecular de către unele microorganisme (ex. azobacter). Pe această cale iau nastere toate combinaŃiile azotului din organismele vii.

Cea de-a doua cale este reprezentată de sinteza industrială a amoniacului din azot si hidrogen. Amoniacul este materia primă din care provin indirect combinatiile azotului, produse industrial sau în laborator.

c. Efecte fiziopatologice

• Azotul nu exercită efecte nocive decât în conditii de presiune ridicată (muncitorii care lucrează sub apă, scafandrii). În acest caz, datorită presiunii crescute (la fiecare 11 m adâncime presiunea creste cu o atmosferă), creste si presiunea partială a azotului. Azotul pătrunde în organism în cantităti mari într-un timp scurt si deoarece nu se combină cu alte elemente din corpul uman, se dizolvă în sânge si este depozitat până la saturare mai ales în sistemul nervos.

Ca urmare, se produc o serie de tulburări, predominant manifestări nervoase, sindromul fiind cunoscut sub denumirea de „narcoză hiperbară” sau „betia adâncurilor”.

Oxigenul

• Oxigenul este elementul cel mai răspândit din atmosferă, hidrosferă si litosferă, în care se găseste atât în stare liberă cât si sub formă de combinatii.

• În aerul atmosferic, oxigenul se găseste în cantitate relativ constantă. (21%) deoarece producerea oxigenului este echilibrată de consum.

a. ProprietăŃi fizice

• Oxigenul este un gaz fără miros si fără gust. În strat subtire este incolor, în strat mai gros apare albastrui. Este de 1.1 ori mai greu decât aerul. Oxigenul se dizolvă relativ puŃin în apă (c.n. 49 mL/L apă: ≈ 30 mL/L apă la 20°C) dar aceasta face posibilă prezenta vietuitoarelor în apă. Prin lichefiere, oxigenul devine un lichid de culoare albastră care prin solidificare se transformă într-o masă cu aspect de zăpadă albăstruie.

• În stare gazoasă, lichidă sau solidă, oxigenul este paramagnetic (posedă un moment magnetic permanent, existent si în absenta unui câmp magnetic exterior) si are o energie de disociere foarte ridicată (496 kJ/mol).

b. Proprietăti chimice

• Aproape toate elementele se combină cu oxigenul molecular formând oxizi. Fac excepŃie gazele rare, halogenii si metalele nobile.

• Se disting combinări energice cu oxigenul (sau arderi vii), care au loc cu degajare mare de căldură si lumină si oxidări sau arderi lente, care se petrec la temperaturi joase si cu viteză mică. Arderile decurg mai energic în oxigen curat decât în aer.

• Dintre nemetale, ard deosebit de usor fosforul alb, sulful si carbonul dând oxizi.

4P + 5O2 → 2P2O5 (pentoxid de fosfor)

S + O2 → SO2 (dioxid de sulf)

C + O2 → CO2 (dioxid de carbon).