Smog fotoquímico

Denomínase smog fotoquímico á contaminación do aire, principalmente en áreas urbanas, por ozono orixinado por reaccións fotoquímicas, e outros compostos. Como resultado obsérvase unha atmosfera dunha cor tirando a vermella. O ozono é un composto oxidante e tóxico que pode provocar no ser humano problemas respiratorios. Este tipo de smog describiuse por primeira vez nos Ánxeles (California) na década de 1940, e acostúmase a dar en cidades con bastante tráfico (emisión de óxido nítrico, NO, e compostos orgánicos volátiles, COVs), cálidas e soleadas, e con pouco movemento de masas de aire. Formación do smog fotoquímico
Contaminantes
Os principais contaminantes primarios son o óxido nítrico (NO) e os compostos orgánicos volátiles (especialmente aqueles que teñen dobres enlaces C C).
O óxido de nitróxeno fórmase a partir da reacción a elevada temperatura do nitróxeno molecular co osíxeno molecular: N O 2 → h ν N O + O ⋅ {\displaystyle NO_{2}\ {\xrightarrow {h\nu }}\ NO+O\cdot } De forma que os vehículos son a principal fonte de óxido nítrico. Á súa vez, este monóxido de nitróxeno oxídase no aire en pouco tempo dando dióxido de nitróxeno, NO2, que é o que pode dar unha coloración amarela á atmosfera. Os gases NO e NO2 denoménanse xenericamente NOx.
Entre os compostos orgánicos volátiles (COVs) encóntranse os hidrocarburos non queimados que poden ser emitidos tamén por vehículos, así como disolventes ou combustibles que se poden evaporar doadamente. Tamén estes poden provir de zonas arbóreas, ó emitirse de forma natural hidrocarburos, principalmente isopreno, pineno e limoneno.
Os contaminantes secundarios, formados a partir dos anteriores, a través dunha serie complexa de reaccións, son o ozono, o HNO3, e outros compostos.
Reaccións
Durante o día o dióxido de nitróxeno disóciase en monóxido de nitróxeno e radicais osíxeno: N O 2 → h ν N O + O ⋅ {\displaystyle NO_{2}\ {\xrightarrow {h\nu }}\ NO+O\cdot } O O· combínase co osíxeno molecular xerando ozono: O ⋅ + O 2 ⟶ O 3 {\displaystyle O\cdot +\ O_{2}\longrightarrow O_{3}} En ausencia de COVs este ozono oxida o monóxido de nitróxeno da etapa anterior: O 3 + N O ⟶ O 2 + N O 2 {\displaystyle O_{3}+NO\longrightarrow O_{2}+\ NO_{2}} Pero en presenza de COVs, estes se transforman en radicais peroxi que á súa vez oxidan ó NO: R O O ⋅ + N O ⟶ R O ⋅ + N O 2 {\displaystyle ROO\cdot +\ NO\longrightarrow RO\cdot +\ NO_{2}} Desta forma o NO non está dispoñible para reaccionar co ozono e este acumúlase na atmosfera.
Moitos dos radicais RO xerados terminan formando aldehidos. Estes, cando a concentración de NO é baixa (conforme avanza o día), poden reaccionar con NO2 dando lugar a compostos do tipo RCOOONO2 (cando R é un metilo denomínase peróxido de acetonitrilo, PAN, un composto tóxico).
A formación do HNO3 prodúcese ó final do día por reacción do NO2 con radicais oxhidrilo: N O 2 + O H ⋅ ⟶ H N O 3 {\displaystyle NO_{2}+OH\cdot \longrightarrow HNO_{3}} Durante a noite os radicais OH poden reaccionar co NO dando ácido nitroso, que se disocia en presenza de luz, pero é estable durante a noite. O H ⋅ + N O ⟶ H O N O {\displaystyle OH\cdot +\ NO\longrightarrow HONO} H O N O → h ν O H ⋅ + N O {\displaystyle HONO\ {\xrightarrow {h\nu }}\ OH\cdot +\ NO} Durante a noite as reaccións de smog fotoquímico vense moi reducidas ó necesitar a luz para funcionar, inda que estas poden continuar a través doutros compostos. Redución do smog fotoquímico
Para reducir a formación de smog fotoquímico é necesario diminuír a emisión dos NOx e os COVs.
As cantidades de hidrocarburos volátiles na atmosfera son bastante grandes comparadas coas de NOx, polo que acostuman a estar en exceso. Desta forma, unha redución destes conduce a unha diminución do smog fotoquímico menor da esperada. Amais, os hidrocarburos emitidos de forma natural poden ser suficientes para que siga producíndose smog (inda que en áreas urbanas non acostuman a ser estes os máis importantes). En calquera caso, segue sendo importante a redución dos niveis destes hidrocarburos volátiles na atmosfera.
Unha das maiores fontes de NOx constitúena os vehículos. A diminución das emisións de óxidos de nitróxeno faise empregando catalizadores de tres vías (os de dúas vías non tratan estes gases) que os reducen a nitróxeno e osíxeno moleculares. Estes catalizadores, no caso dos motores de gasolina, teñen unha efectividade de entre un 80% a un 90%, pero só cando están quentes. Amais, o catalizador vaise desgastando e co tempo vai sendo menos efectivo. No caso dos motores diésel, a afectividade é menor.
Outra das principais fontes de NOx é a emisión das centrais eléctricas. Tamén se poden diminuír os NOx mediante procesos de redución, inda que hai outros métodos como por exemplo levando a cabo a combustión en varias etapas ou diminuír a temperatura da chama.