Giáo trình Hóa học trong kỹ thuật và khoa học môi trường - Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển - Nguyễn Nhật Huy

Nội dung text: Giáo trình Hóa học trong kỹ thuật và khoa học môi trường - Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển - Nguyễn Nhật Huy

1. Nội dung 2 Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển 1.1. Giới thiệu về khí quyển và hóa học khí quyển 1.2. Tầm quan trọng của khí quyển 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 1.6. Phản ứng trong khí quyển
2. 1.1. Giới thiệu 4 Khí quyển
3. 1.1. Giới thiệu 6 Khí quyển
4. 1.1. Giới thiệu 8 Cấu trúc khí quyển EXOPHERE Tầng ngoài Tầng nhiệt Tầng giữa Tầng bình lưu Tầng đối lưu
5. 1.1. Giới thiệu 10 Tầng đối lưu: . 7-17 km (ở 2 vùng cực là 7–10 km) . Nhiệt độ giảm theo độ cao đến -50 °C. . Không khí chuyển động theo chiều thẳng đứng và nằm ngang rất mạnh. . Các hiện tượng thời tiết diễn ra ở tầng đối lưu.
6. 1.1. Giới thiệu 12 Tầng giữa (tầng trung lưu): . Từ khoảng 50 km đến 85 km, . Nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến -75 °C.
7. 1.1. Giới thiệu 14 Tầng ngoài (tầng thoát ly): . Từ 500–1.000 km đến 10.000 km, . Nhiệt độ tăng theo độ cao lên đến 2.500 °C. . Không khí loãng, nhiệt độ cao. . Các phân tử và nguyên tử chuyển động với tốc độ cao và thoát khỏi sức hút Trái Đất đi vào vũ trụ.
8. 1.2. Tầm quan trọng của khí quyển 16 Cung cấp không khí . Oxy . Con người . Động vật . Các quá trình oxy hóa . CO2 . Quang hợp cây xanh . Nitơ oxit . Thực vật . Hơi nước
9. 1.2. Tầm quan trọng của khí quyển 18 Cung cấp không khí . Người ta có thể: . Đun sôi nước . Nấu chín thức ăn . Nhưng phải thở không khí xung quanh  Không khí có vai trò quan trọng đối với con người Nhu cầu không khí Trạng thái lít/phút m3/ngày kg/ngày Nghỉ ngơi 7.4 10.6 12 Lao động nhẹ 28 40.4 45 Lao động nặng 43 62.0 69
10. 1.2. Tầm quan trọng của khí quyển 20 Ngăn chặn bức xạ
11. 1.2. Tầm quan trọng của khí quyển 22 Là nơi diễn ra thời tiết và khí hậu
12. 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 24 Thành phần không khí . Không khí được cấu tạo từ nhiều khí khác nhau . Nitơ: 78.1% thể tích . Oxy: 20,9% . Argon: 0,9% . CO2: dao động, khoảng 0,035% . Hơi nước: không cố định . Và một số chất khí khác.
13. 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 26 Thành phần không khí . Biểu diễn nồng độ: . Theo phần thể tích hoặc mole • % thể tích • ppm (part per million - phần triệu) • ppb (part per billion) • ppt (part per trillion) . Theo khối lượng hoặc mole • g/m3, mg/m3, µg/m3 • mole/m3
14. 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 28 Thành phần không khí sạch
15. 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 30 Áp suất khí quyển . Áp suất tại độ cao h (m) và nhiệt độ T (oK) 𝑔ℎ − 푃ℎ = 푃0푒 푅 . Trong đó: . P0: áp suất khí quyển tại mực nước biển (1 atm) . M: khối lượng mol không khí (0.02897 kg/mol) . g: gia tốc trọng trường (9.81 m/s2) . R: hằng số khí (8.314 J/(mol.K))
16. 1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 32 Áp suất và nhiệt độ không khí
17. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 34 Khí quyển bình thường . Nhiệt độ không khí giảm theo chiều cao . Không khí nóng chuyển động thẳng đứng lên trên và tạo ra vùng áp suất thấp . Không khí lạnh chuyển động xuống và chuyển động ngang vào vùng áp suất thấp  Không khí xáo trộn theo cả phương ngang và phương đứng  Tạo điều kiện cho các chất ô nhiễm khuếch tán
18. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 36 Nghịch đảo nhiệt . Khi bị nghịch nhiệt: . Nhiệt độ không khí lớp trên cao hơn lớp dưới . Khối không khí lạnh bên dưới “không” chuyển động lên trên được  Chuyển động theo phương thẳng đứng và cả phương ngang bị giới hạn  Chất ô nhiễm tích tụ và khuếch tán chậm theo phương ngang
19. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 38 Các nguyên nhân gây nghịch đảo nhiệt . Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới . Làm nóng lớp không khí từ bên trên . Chuyển động của dòng không khí nóng bên trên hoặc dòng không khí lạnh bên dưới
20. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 40 Nghịch nhiệt bức xạ - Radiation inversion
21. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 42 Nghịch nhiệt lắng chìm – Subsidence inversion
22. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 44 Nghịch nhiệt biên – Frontal inversion
23. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 46 Nghịch nhiệt thung lũng – Valley temperature inversion
24. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 48 Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh . Dòng không khí phía khuất gió của sườn núi thổi xuống chân núi . Dòng không khí ấm lên và len vào lớp không khí lạnh trên mặt đất . Nghịch nhiệt có thể kéo dài
25. 1.4. Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 50 Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh
26. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 52 Thời tiết - Weather . Là sự biến thiên của trạng thái khí quyển trong ngắn hạn . Bao gồm 7 yếu tố chính: . Nhiệt độ - temperature . Mây - clouds . Gió - winds . Độ ẩm - humidity . Tầm nhìn xa – horizontal visibility . Mưa – type and quatity of precipitation . Áp suất khí quyển – atmospheric pressure
27. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 54 Khí hậu - Climate . Là xu hướng và biến thiên dài hạn của thời tiết trên một khu vực địa lý . Tùy thuộc vào khu vực . Thay đổi theo mùa . Gió mùa có ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu . Gió ấm và ẩm từ đại dương mang theo nhiều hơi nước → mùa mưa . Gió lạnh và khô → mùa khô
28. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 56 Khí hậu toàn cầu
29. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 58 Khí hậu toàn cầu
30. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 60 Vi khí hậu . Là một vùng khí quyển địa phương có khí hậu khác biệt với xung quanh. . Khu vực có thể nhỏ từ vài mét vuông hay các khu vực rộng lớn hơn . Một số nguyên nhân tạo ra vi khí hậu: . Hấp thu nhiệt và sức gió . Rừng cây rậm rạp . Hướng dốc . Đô thị
31. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 62 Hấp thu nhiệt và sức gió
32. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 64 Rừng cây rậm rạp
33. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 66 Hướng dốc
34. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 68 Đô thị . Đá, bê tông, và nhựa đường ở đô thị hấp thu năng lượng mặt trời rất mạnh và bức xạ trở lại khí quyển . Nước mưa không được chứa trên mặt đất và trong ao hồ, mà được thoát đi nhanh nhất và hiệu quả nhất có thể . Hoạt động con người thải ra nhiệt và các khí nhà kính  Tạo thành một “vòm nhiệt” (heat dome) và biến đô thị ở thành một “đảo nhiệt” (heat island)
35. 1.5. Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 70 Vi khí hậu đô thị
36. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 72 Phản ứng trong khí quyển . Các quá trình hóa học chính . Các quá trình quang hóa . Ion trong khí quyển . Hydroxyl radical . Phản ứng acid-base . Phản ứng của oxy . Phản ứng của nitơ . Phản ứng của CO2 . Nước trong khí quyển
37. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 74 Các quá trình quang hóa . Quá trình quang hóa bắt đầu khi phân/nguyên tử khí nhận năng lượng bức xạ và chuyển sang trạng thái kích thích và bắt đầu thực hiện các quá trình khác: M + hν → M* Ground Singlet Triplet state state state
38. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 76 . Các quá trình diễn ra sau đó (tt): . Intramolecular energy transfer - trao đổi năng lượng nội phân tử XY* → XY† . Spontaneous isomerization – đồng phân hóa . Photoionization – ion quang hóa + - N2* → N2 + e
39. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 78 Hydroxyl radical . Là phần tử trung gian phản ứng quan trọng nhất
40. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 80 Phản ứng của oxy
41. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 82 Phản ứng của nitơ tạo thành khói quang hóa
42. 1.6. Phản ứng trong khí quyển 84 Nước trong khí quyển