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Smog fotochimico

1950
Scena di strada urbana che raffigura gli effetti dello smog fotochimico nel 1950, evidenziando la chimica atmosferica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Lo smog fotochimico si forma attraverso una complessa serie di reazioni che coinvolgono la luce solare, gli ossidi di azoto (NOx) e i composti organici volatili (COV). Il processo ha inizio quando la luce solare scinde il biossido di azoto ([latex]NO_2[/latex]) in ossido nitrico (NO) e un atomo di ossigeno (O). Questo atomo di ossigeno libero si combina poi con l'ossigeno molecolare ([latex]O_2[/latex]) per formare l'ozono troposferico ([latex]O_3[/latex]), un componente primario dello smog.

La formazione dello smog fotochimico è un processo ciclico guidato dalla radiazione solare. Il ciclo inizia nell'ora di punta mattutina, quando i veicoli emettono grandi quantità di ossidi di azoto (NOx) e composti organici volatili (COV). La luce solare Ambrosia (UV) radiation provides the energy for the initial key reaction: the photolysis of nitrogen dioxide ([latex]NO_2 \\xrightarrow{h\nu} NO + O[/latex]). The highly reactive atomic oxygen (O) then quickly combines with diatomic oxygen ([latex]O_2[/latex]) to form ozone ([latex]O_3[/latex]): [latex]O + O_2 \\rightarrow O_3[/latex]. Normally, this ozone would be destroyed by reacting with the nitric oxide (NO) produced in the first step, reforming [latex]NO_2[/latex] and [latex]O_2[/latex] in a null cycle. However, the presence of VOCs disrupts this balance.

I COV reagiscono con i radicali idrossilici (OH) presenti nell'atmosfera per formare radicali perossi ([latex]RO_2[/latex]). Questi radicali perossi sono molto efficaci nell'ossidare l'NO a [latex]NO_2[/latex] senza consumare una molecola di ozono: [latex]RO_2 + NO \\rightarrow RO + NO_2[/latex]. Questa reazione rigenera rapidamente [latex]NO_2[/latex], che può essere nuovamente fotolizzato per produrre altro ozono, impedendo al contempo all'NO di esaurire l'ozono esistente. Questo porta a un accumulo netto di ozono durante la giornata, con concentrazioni che in genere raggiungono il picco nel pomeriggio. La complessa miscela comprende anche altri inquinanti secondari dannosi come il nitrato perossiacetilico (PAN), le aldeidi e l'acido nitrico, creando la caratteristica aria nebulosa e irritante nota come smog.

UNESCO Nomenclature: 2501
- Scienze dell'atmosfera

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta dell'ozono da parte di christian friedrich schönbein
  • comprensione della cinetica chimica e dei meccanismi di reazione
  • sviluppo del motore a combustione interna e diffusione delle automobili
  • identificazione di composti organici volatili e ossidi di azoto come inquinanti
  • la ricerca di arie jan haagen-smit che collega l'ozono ai danni alle piante a los angeles

Applicazioni

  • formulazione di vernici, solventi e prodotti di consumo a basso contenuto di COV
  • standard sulle emissioni dei veicoli (ad esempio, standard Euro, standard EPA USA)
  • modelli di previsione della qualità dell'aria che prevedono giornate con alti livelli di ozono
  • sistemi di recupero vapori nelle stazioni di servizio
  • sviluppo di veicoli a carburante alternativo con minori emissioni di NOx e VOC

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • materiali da costruzione fotocatalitici che scompongono NOx e COV sulla loro superficie
  • algoritmi di pianificazione urbana che ottimizzano il flusso del traffico per ridurre al minimo i punti critici delle emissioni
  • drone swarms that release ozone-neutralizing agents during high-smog events
  • sensori personali indossabili che forniscono avvisi in tempo reale in caso di elevata esposizione a ozono e COV
  • piante geneticamente modificate con maggiore capacità di assorbire COV e NOX
  • solar-powered urban air purifiers using advanced filtration and catalytic conversion
  • sistemi di intelligenza artificiale per identificare e segnalare perdite di COV industriali da immagini satellitari
  • sviluppo di processi di produzione privi di voc utilizzando CO2 supercritica come solvente
  • sistemi di ventilazione intelligenti per edifici che chiudono automaticamente le prese d'aria durante i picchi di smog
  • bioreattori che utilizzano le alghe per catturare e metabolizzare i componenti dello smog
Correlato a: smog fotochimico, ozono troposferico, ossidi di azoto, composti organici volatili, VOC, NOX, luce solare, chimica atmosferica, inquinante secondario, nitrato perossiacetilico.

Contesto storico

Smog fotochimico

1912
1940
1940
1950
1950
1960
1970
1910
1940
1940
1946
1950
1960
1970
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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