Câu1: Trình bày cấu trúc của bầu khí quyển theo độ cao. Tầng nào của bầu khí quyển có vai trò bảo vệ con người khỏi tia cực tím? Tại Sao?

* Bầu khí quyển của trái đất có thể được chia ra thành nhiều tầng khác nhau dựa trên những đặc điểmvề chuyển động động lực học của không khí.

*  Tầng thấp nhất, từ bề mặt trái đất tới độ cao 10‐15 km, là tầng đối lưu (Troposphere). Tầng đối lưu là nơi các hệ thống thời tiết hoạt động và quyết định khí hậu trên bề mặt trái đất.

*  Lớp ranh giới (Boundary layer) là phần thấp nhất của tầng đối lưu. Là nơi chịu tác động hàng ngày bởi những hoạt động xảy ra trên bề mặt trái đất

*  Phía trên tầng đối lưu là tầng bình lưu (Stratosphere) ở độ cao 10‐50km. Với đặc điểm: ổn định, không khí chuyển động theo chiều thẳng đứng rất chậm, nơi sự chuyển giao năng lượng bức xạ chiếm ưu thế và có chứa lớp ozon có vai trò quan trọng trong quá trình hấp thụ bức xạ tử ngoại (UV) từ mặt trời.

*Tầng trung lưu (Mesosphere) có độ cao từ 50km đến khoảng 90km. Tầng trung lưu là khu vực có nhiệt độ cực lớn và có sự chuyển động hỗn loạnmạnh mẽ trong

khí quyển trên quy mô không gian lớn.

*Phía trên tầng trung lưu là tầng nhiệt lưu (Thermosphere) có nhiệt độ tăng lên rất nhanh và các khí như N2 và O2 bị phân tách thành các nguyên tử, áp suất giảm xuống rất thấp.

*Tầng ngoại quyển (exosphere) nằm ngoài cùng bầu khí quyển

• Từ độ cao 60km trở lên, quá trình ion hóa có một vai trò

khá quan trọng. Khu vực này được gọi là tầng điện ly (ionosphere) và được chia thành 3 tầng D, E, F được đặc trưng bởi các dạng ion quang hóa chiếm ưu thế.

• Từ quyển (magnetosphere) là vùng không gian bao quanh chịu điều khiển bởi từ trườngtrái đất.

Câu 2: Lập bảng nêu tên và nguồn gốc chính của những chất ô nhiễm sơ cấp.

*Khoảng 90% tổng trọng lượng khí quyển tập trung ở tầng đối lưu

*Tầng đối lưu gồm 78% N2, 21% O2, 1%Ar , 0.036% CO2 và lượng hơi nước thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ và độ cao.

*SO2, NO và CO được gọi là các khí có nguồn gốc sơ cấp do được phát tán trực tiếp vào khí quyển.

*ozon là sản phẩmcủa chuyển hóa hóa học được gọi là chất có nguồn gốc thứ cấp.

Câu 3: Cơ chế và đo đạc quá trình sa lắng khô.

 là quá trình rơi của các chất ô nhiễm (thể khí và hạt) trực tiếp lên lá cây, các bề mặt công trình, đất hoặc nước.

(1) Cơ chế SLK

Sa lắng khô gồm hai giai đoạn chính:

*Giai đoạn dịch chuyển: là quá trình dịch chuyển các chất tới bề mặt;

*Giai đoạn hấp phụ: là quá trình hấp phụ các chất trên bề mặt.

Hạt bụi kíchcỡ <5 μm được vậnchuyển bằng quá trình khuếch tán(cuốn xoáy) nhờ tác động của cáclực ma sát tại bề mặt trái đất vànhờ sự thay đổi nhiệt độ khôngkhí.

Lớp biên chảy tầng: lớp không khí tiếp xúc bề mặt với chiều dày khoảng 1mm và luồng khí này có thể coi là song song bề mặt. Trong lớp khí này sự cuốn xoáy không xảy ra

* Hạt nhỏ hơn 0,1 μm được mang qua lớpbiên chảy nhờ khuếch tán Brown (hỗn

loạn).

*Các hạt có kích thước lớn hơn 1 μm đi qua nhờ quán tính.

*Các hạt kích thước trong khoảng 0,1 đến 1μm được vận chuyển theo cả 2 cơ chế một cách rất khó khăn. Hầu hết các hạt aerosol chứa S và N nằm trong khoảng này.

     Cách đo đạc

*Phương pháp gradient nồng độ Phương pháp này yêu cầu đo đồng thời gradient nồng độ SO2 theo chiều cao và các giá trị vi khí hậu để xác định hệ số khuếch tán xoáy:

F = ‐K(z) dχ/dZ

F : dòng vật chất rơi xuống mặt đất

χ (khi) : Nồng độ SO2

Z : Chiều cao trênmặt đất

*Phương pháp đánh dấu Dùng đồng vị phóng xạ đánh dấu SO2 để đánh giá mức

độ sa lắng lưu huỳnh trên diện tích đã biết. Phương pháp này phù hợp nhất cho đo đạc trong phòng thí nghiệm hay ngoài thực địa trên địa bàn nhỏ, nhưng sự ô nhiễm bề mặt sau lần đánh dấu thứ nhất không cho phép đo đạc định kỳ trên cùng một diện tích.

*Phương pháp cân bằng khối lượng Phương pháp này bao gồmđo tốc độ sa lắng SO2 từ không khí trong cùng một hệ kín hoặc sự tích tụ lưu

huỳnh trong các cây cối khi so sánh với mẫu đối chứng. Phương pháp này cũng chỉ phù hợp với đo đạc trong PTN, không phù hợp với thực tế.

*Phương pháp tương quan xoáy Phương pháp này phụ thuộc vào việc đo đạc đồng thời nồng độ và thành phần thẳng đứng của tốc độ gió (W). Dòng vật chất sa lắng được xác định bằng công thức: E = W( ngang đầu) hoặc F = W’ + W ( ngang)

Gạch ngang trên chữ dùng để chỉ giá trị trung bình.

W ' là dòng xoáy do chuyển động trung bình

W dòng vật chất do chuyển động trung bình, thường thường đặt bằng 0.

Câu 4: Cơ chế và đo đạc quá trình sa lắng ướt.

(1) Cơ chế SLU

  là quá trình rơi các chất ô nhiễm xuống mặt đất nhờ các hạt nước mưa trong thời gian mưa.

Có 5 cơ chế chính được giả thiết đã tham gia vào quá trình SLU như sau – theo trình tự giảmdần về tỷ lệ đóng góp:

*Tạo thành hạt nhân ngưng tụ mây

*Hòa tan và ôxy hóa các chất khí

*Va đập và xâmnhập

*Khuếch tán Brown

*Khuếch tán xuyên (diffusiophoresis)

* Tạo thành các hạt nhân ngưng tụ mây

  Sự oxy hóa SO2 bằng gốc OH‐ trong pha khí tạo nên các hạt sulfate có đường kính 0,04 – 1,0μmtrong các đám mây.

  Hạt sulfate là hạt nhân cho quá trình ngưng tụ hơi nước để tạo thànhmây ‐ gồmcác hạt đường kính 10‐40μm.

  Những hạt này lớn dần do quá trình keo tụ và tạo thành

các hạt mưa rơi xuống đất.

·         Hòa tan và oxy hóa SO2

SO2 được oxy hóa trong pha lỏng. Ion sulfate được tạo thành trong các đám mây có thể rơi xuống đất hoặc có thể bay hơi nước để tạo thành các sulfate. Sau đó, các

hạt sulfate lại đóng vai trò hạt nhân để tạo thànhmây và cuối cùng rơi xuống đất theo các hạt nước mưa.

·         Va đập và xâmnhập

Các hạt aerosol sulfate có thể xâm nhập vàomây và các giọt nước mưa như kết quả của quá trình va đập giữa các giọt nước và những hạt sulfate.

·         Khuếch tán xuyên (diffusiophoresis)

Độ chênh khuếch tán (diffusion gradient) của những phân tử được hòa tan trong chất lỏng gây ra sự phân tán này. Ở đây có thể hiểu là độ chênh khuếch tán giữa những hạt chứa lưu huỳnh và những hạt xung quanh.

·         Khuếch tán Brown (diffusion of Brownian particles)

Các hạt di chuyển ngẫu nhiên trong môi trường chất lỏng được mô phỏng bằng mô hình toán học.

(2) Đo đạc SLU

Đo đạc số lượng chất ô nhiễm sa lắng ướt có thể thực hiện đơn giản bằng cách lấy mẫu vàphân tíchnước mưa.

   Cần chú ý: do đặc thù của thiết bị lấy mẫu (diện tích lấy mẫu nhỏ), do ảnh hưởng của thời tiết (gió), hoặc vi sinh vật gây biến đổi chất, kết quả phân tích sẽ có sai số lớn.

   Cần nắm rõ những nguyên nhân trên để giảm tối đa sai số trong khả năng có thể.

VD: Thiết bị lấymẫu chỉ mở tự động khi có mưa, làm lạnh mẫu giảm hoạt động của vi sinh vật, tăng tiết diện của thiết bị lấy mẫu, lắp đặt và phân bố số lượng, vị trí hợp lý…

Câu 5:Sự quang hóa là gì? Lấy ví dụ. Định nghĩa khái niệm tần suất quang hóa.

Sự quang hóa là quá trình gây nên hoặc kích thích phản ứng hóa học do bức xạ mặt trời

Đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành các chất hóa học trong bầu khí quyển

Có ý nghĩa góp phần tạo ra những nguyên tử và các gốc hoạt động mạnh.

Tần suất quang hóa (j), (hay tốc độ quang hóa) đạt mức cao nhất vào thời điểmgiữa trưa khi bức xạ mặt trời lớn nhất

Câu 6: Sự ô nhiễm ozon trong tầng đối lưu xảy ra như thế nào? Hãy giải thích quá trình hình thành và phân ly của ozon ở tầng đối lưu.

NO2 là chất ô nhiễm sơ cấp. NO là chất ô nhiễm thứcấp. Tuy nhiên các quá trình biến đổi hóa học trongkhí quyển giúp NO bị oxy hóa lại thành NO2, lúc nàylà chất ô nhiễm thứ cấp.

Ozon là một khí ô nhiễm thứ cấp sinh ra nhờ quang hóa, và góp một phần trong quá trình hình thành NO2.

Hiện tượng quang hóa giúp sản sinh ra NO2 và ozon như sau:

NO2 + hv = NO + O

O + O2 + M = O3 + M

O3 + NO = NO2 + O

Nếu sự biến đổi NO ‐> NO2 không thông qua ozon (quang hóa) mà qua một số hợp chất khác:

RH + OH = ROO- + H2O

ROO- + NO  = NO2 + RO

RO + O2 = aldehyde  + HOO

HOO + NO = NO2 + HO

Như vậy sự xuất hiện của các hydrocarbon (RX) góp phần oxy hóa NO, gây nên sự tích tụ ozon ở tầng đối lưu, góp phần tăng cường hiện tượng ô nhiễmozon.

Chú ý rằng ozon ở tầng đối lưu luônđược coi là khí ô nhiễm.

Câu 7: Khả năng oxy hóa của bầu khí quyển là gì? Hãy trình bày nguồn gốc và vai trò của gốc hydroxyl (OH).

Khả năng oxy hóa của bầu khí quyển được quyết định bằng tổng hàm lượng của O3, OH và H2O2.

O3 + hv >> O + O2

O + H2O >> OH + OH

Nhân tố gây ảnh hưởng nhiều nhất tới các phản ứng oxy hóa trong bầu khí quyển là gốc OH.

Bên cạnh việc sinh ra OH từ NO như đã nêu, OH còn được sinh ra nhờ sự quang hóa tử ngoại ozon:

Hai đặc điểmquan trọng của OH khiến OH trở thành thành phần hóa học quan trọng của khí quyển là: phản ứng sẵn có của OH và hàm lượng tương đối cao.

Vai trò chính của OH là oxy hóa CH4 và CO ở điều kiện thiếu NOx

OH + CO >>H + CO2

H + O2 + M>> HO2 + M

OH + CH4 >> CH3 + H2O

CH3 + O2 + M >> CH3O2 + M

Quá trình phản ứng này cũng tạo ramột hợp chất có tính oxy hóa mạnh là peroxide H2O2, tham gia rất nhiều phản ứng oxy hóa với chác khí ô nhiễm.

HO2 + HO2 >> H2O2 + O2

Hoặc tham gia phá hủy ozon

HO2 + O3 >> OH + 2O2

OH + O3 >>  HO2 + O2

Hoặc tự kết thúc chuỗi phản ứng

CH3O2 + HO2  >>CH3O2H + O2

Ở điều kiện ô nhiễmNOx, gốc OH tham gia quá trình chuyển hóaNO ‐> NO2

HO2 + NO>> OH + NO2

Hình thành axit:

OH + NO2 + M >>HNO3 + M

Và hình thành Ozon

NO2 + hv >> NO + O

O + O2 + M >> O3 + M

Như vậy: hàm lượng của NOx trong tầng đối lưu quyết định:

Hiệu suất xúc tác của việc tạo ra ozon;

Tỷ lệ của OH và HO2;

Lượng HNO3 và nitrat được tạo ra;

Cường độ và dấu hiệu của toàn bộ quá trình quang hóa

tạo ra và phân ly ozon

Câu 8: Nêu khái niệm và giải thích trạng thái quang hóa ổn định. Cho biết công thức xác định là

Nitơ ôxit và trạng thái quang hóa ổn định

Quá trình quang hóa của NO2 thành NO và quá trình tái tạo NO2 sau đó nhờ phản ứng của NO với ozon diễn ra khá nhanh trong môi trường tương đối ô nhiễm

NO2 + hv >> NO + O

O +O2  + M >> O3 + M

O3 + NO >> NO2 + O2

Ngoài ra, sự có mặt của các gốc oxi hóa cũng góp phầntái tạo NO2, mặc dù với nồng độ rất nhỏ (1/1000 lần[O3]) nhưng tốc độ phản ứng rất nhanh:

HO2 + NO >> OH + NO2

CH3O2 + NO >> CH3O + NO2

NO và NO2 là hai chất đi liền với nhau trong sự cân bằng hóa học và cân bằng quang hóa. Do sự chuyển đổi giữa hai chất diễn ra khá nhanh, chúng thường được

gọi chung làNOx

Trạng thái quang hóa ổn định (photochemical steadystate

hay PSS) thể hiện vai trò của ozon trong việc tái tạo

NO2 bằng tỷ lệ:

Φ=1 nếu O3 là khí duy nhất tham gia chuyển hóa

NO‐>NO2. Điều này xảy ra tại những khu vực đô thị nơi

có hàm lượng NOx thường cao và các gốc peroxy không

nhiều.

Câu9: Tỷ lệ NO2/NO trong khí quyển được xác định như sau:

Hãy lý giải cho sự hình thành công thức trên.

Câu 10: Những chất nào có vai trò chính cho quá trình oxy hóa trong bầu khí quyển vào ban đêm? Giải thích và nêu hệ quả của quá trình đó.

Chất ôxi hóa ban đêm chính là gốc nitrat (NO3) được tạo bởi quá trình ôxi hóa tương đối chậmcủa NO2 nhờ O3

 NO2 + O3 >> NO3 + O2

Vào ban ngày, NO3 dễ dàng bị phân hủy bởi ánh sang

NO3 + hv >> NO + O2

NO3 + hv >> NO2 + O

Hoặc phản ứng với NO

 NO3 + NO >> NO2 + NO@

Vào ban đêm, NO3 là chất oxy hóa quan trọng, giúp tạo ra axitHNO3 khi phản ứng với VOCs và các hợp chất hữu cơ khác

NO3 + RH >> HNO3 + R

Hoặc thông qua việc tạo thành N2O5

NO3 + NO2 + M >> N2O5 + M

N2O5 + H2O ‐> HNO3

NO3 với đặc tính oxy hóa mạnh có khả năng tạo ra một số hợp chất hữu cơ có chứa oxy (Organic nitrates) nguy hiểm, và các gốc oxy hóa khác như HOx và RO2

Câu 11: Trình bày cơ chế và ảnh hưởng của mưa axit trong bầu khí quyển.

Trong bầu khí quyển luônsẵn hơi nước và các chất oxi hóa, axit sulfuric được hình thành vàdi chuyển theo các đám mây:

SO2 + OH + M >> HSO3 + M

HSO3 + M >> HSO2 + SO#

SO3 + H2O ‐> H2SO4

Bên cạnh OH, các chất oxi hóa khác như O3, H2O2 và hiện tượng quang hóa cũng góp phần hình thành H2SO4 như ở trên.

SO2 và NO2 là nguồn gốc gây nên những cơnmưa axit

trong lịch

Câu 12: “Vụ nổ Brom” là gì? Giải thích cơ chế của vụ nổ brom.

“Vụ nổ brom” là cơ chế tự giải phóng halogen trong đó một phân tử BrO hoạt động mạnh được chuyển thành 2 phân tử BrO nhờ phản ứng ôxi hóa brom từ một bề mặt thích hợp, và chỉ xảy ra ở vùng biển có độ pH<6,5 (độ axit cao). Hiện tượng này đi kèmvới việc tiêu hủy ozon trong tầng đối lưu.

 BrO + O3 + Br-aq +  H+aq >>  2BrO  + product  ( xúc tác  surface, HOx)

Trình tự các phản ứng thành phần như sau:

Ban đầu Bromđược tạo ra chủ yếu bởi sự giải phóng một số chất như IBr, ICl, Br2 và BrCl từ sol muối biển do phản ứng với axit hypohalous (HOX)

HOBr + Br-aq + H+ >> Br2 + H2O

Br2 được tạo ra nhanh chóng bị quang hóa, tạo thành các nguyên tử brom có thể bị O3 ôxi hóa thành BrO

Br2 + hv ‐> Br + Br

Brx + hv  >> Br + X

Br + O3 >> BrO = O2

BrO phản ứng với HO2 để tạo thànhHOBr.

ÔN TẬP CHƯƠNG 3

PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN

1.     Trình bày những yếu tố về nguồn thải có ảnh hưởng tới quá trình phát tán chất ô nhiễm.

A Nhóm yếu tố về nguôn.

- Tải lượng chất ô nhiễm:là khối lượng chất ô nhiễm thải ra ngoài khí quyển

-  Tốc độ của khí thải: là vận tốc khí thải trước khi thoát ra khỏi nguồn

- Nhiệt độ của khí thải: là nhiệt độ của khí thải trong ống khói trước khi thải ra khí quyển

- Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt dất đến đỉnh ống khói

- Đường kính đỉnh của nguồn: là đường kính trong của ống khói. Nếu ống khói có dạng hình côn thì đó là đường kính trong tại đỉnh ống khói

- Bản chất của khí thải: là kể đến tính chất vật lý hóa học của chất ô nhiễm

B. Nhóm yếu tố về thủy văn:

- tốc độ gió:là tốc độ chuyển động của không khí trong khí quyển do chênh lệch áp suất của không khí giữa các vùng với nhau

 - độ ẩm của không khí: là lượng hơi nước chứa trong không khí

 - nhiệt độ của không khí: là đại lượng biểu thị mức độ nóng hay lạnh của không khí

- cường độ bức xạ mặt trời, độ che phủ của mây trên bầu trời: 2 yếu tố này ảnh hưởng không ít đến quá trình phát tán chất ô nhiễm, tuy nhiên mức độ thấp hơn các yếu tố khác

C. Nhóm yếu tố về địa hình: ảnh hưởng của các công trình nhà cửa, cây cối, đồi núi xung quanh nguồn thải