Тема лекции № 2. Воздух – как один из обьектов анализа

План лекции: 1. Воздух и атмосферные осадки (снег, дождь, град, туман, роса, иней)

2. Температура воздуха

3. Предельно опасные допустимые концентрации

 

Цель лекции: Ознокомить учащихся со составными частями воздуха и предельно опасной допустимой концентрацией вещества.

Конспект лекции:

Состав чистого сухого воздуха в объемных процентах следующий:

N₂ – 78,11; O₂ – 20,95; Ar – 0,93; CO₂ – 0,039 колебания в течение года в зависимости от времени года;

 

другие инертные газы (Ne, He, Kr, Xe) – 10^–3-10^–6;

N₂O – 5·10^–5; H₂ – 5·10^–5; O₃ – в среднем 3·10^–5; SO₂, CH₄, NO₂ – 10^–4-10^–6.

В воздухе присутствуют примеси газообразных веществ:

– природного происхождения (SO₂, NH₃, HCl, H₂S, CO, HF, CO₂, CH₄, молекулы органических веществ;

– антропогенного происхождения (NO₂, SO₂, NH₃, CO₂, H₂S, Cl₂, Br₂, HF, HBr, AsH₃, PH₃, галогенорганика, ароматические углеводороды, серусодержащая органика, пестициды и др. Для многих из этих соединений установлены нормы ПДК, например ПДК(СО) – 3 мг/м³; ПДК(РН₃) – 0,001 мг/м³.

В атмосфере содержатся не только газообразные вещества, а большое количество твердых и жидких аэрозолей, пыль, дым, высокодисперсные агрегаты растворимых солей, капли растворимых газообразных веществ (SO₂, HCl, NO₂).

Химический состав атмосферных осадков значительно различается в различных районах Земли. Осадки в странах постсоветского пространства содержат (в мг/л): SO₄^2– 3-12; Cl^– 1-3; HCO₃^– 0,5-5; Ca²⁺ 0,5-3; Mg²⁺ 0,2-0,7; Na⁺ 1-2; K⁺ 0,4-1 и др.

Над Тихим и Индийским океанами химический состав осадков в мг/л: SO₄^2– 1-5; Cl^– 2-12; HCO₃^– 0,6-6; Na⁺ 2-12; K⁺ 0,5-1,5; рН = 5-6.

При значительном загрязнении атмосферного воздуха рН осадков может снижаться до 4,5-5 (кислотные дожди). Данные про другие компоненты в осадках ограничены.

Состав воздуха может меняться: в крупных городах содержание углекислого газа будет выше, чем в лесах; в горах пониженное содержание кислорода, вследствие того, что кислород тяжелее азота, и поэтому его плотность с высотой уменьшается быстрее. В различных частях земли состав воздуха может варьироваться в пределах 1-3 % для каждого газа.

Воздух всегда содержит пары воды. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может вмещать максимально 5 граммов воды, а при температуре +10 °C — уже 10 граммов.

Температура воздуха. Температура воздуха в каждой точке непрерывно меняется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна. У земной поверхности температура воздуха варьируется в довольно широких пределах: крайние её значения, наблюдавшиеся до сих пор, +58,4 ˚С (13 сентября 1922 года в Саудовской Аравии) и около −91,2 ˚С (03.08.2004 на Антарктической станции Купол-Фудзи). С высотой температура воздуха меняется в разных слоях и случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10—15 км,до около -65 градусов в полярных широтах и -45 градусов в тропических,затем растёт до 50—60 км,до 0 -2 C, потом снова падает и т. д.

Относительная шкала. Температура воздуха, а также почвы и воды в большинстве стран выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (˚С), общепринятой в физических измерениях. Ноль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лёд, а +100 ˚С — на температуру кипения воды. Однако в США и ряде других стран до сих пор не только в быту, но и в метеорологии используется шкала Фаренгейта (F). В этой шкале интервал между точками таяния льда и кипения воды разделён на 180˚, причём точке таяния льда приписано значение +32 ˚F. Таким образом, величина одного градуса Фаренгейта равна 5/9 ˚С, а нуль шкалы Фаренгейта приходится на −17,8 ˚С. Нуль шкалы Цельсия соответствует +32 ˚F, а +100 ˚С = +212 ˚F.

Для нормирования качества воздуха используют следующие нормативы.

ПДКрз – предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны в мг/м3. ПДКрз – это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний или отклонения в состоянии здоровья в процессе работы или в отдаленные сроки жизни и жизни последующих поколений. ПДКмр – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест в мг/м3. ПДКмр – концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течении 20 минут рефлекторных реакций в организме человека.

ПДКсс – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест в мг/м³. ПДКсс – это концентрация, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Т.е. ПДКсс рассчитана на все группы населения и на долгий период воздействия и является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом.

Интегральным показателем загрязнения атмосферы является индекс загрязнения атмосферы I:

n

I = ∑ (_ С_i_ __)^k

i=1 ПДК_ССi

где Сi – средняя концентрация i -того вещества; k – константа, зависящая от класса опасности загрязняющих веществ (табл. 1).

 

Таблица 1. Классы опасности загрязняющих веществ воздуха