Atmosfera şi calitatea aerului

CURS I Noţiuni şi unităţi de măsură folosite pentru a

descrie atmosfera şi reacţiile chimice dinatmosferă

Lector Dr. Marius Mihășan corp B, Facultatea de Biologie, demisol I, sala B228, marius.mihasan@uaic.ro

https://mail.uaic.ro/~marius.mihasan/teaching/teaching_ro.html

Nota finala • - admis la colocviu nota examen• + 0,2 pentru fiecare prezenta peste 7• - 0,4 pentru fiecare prezenta sub 7

Bibliografie

1. Gary W. vanLoon, Stephen J. Duffy, 2005, Environmental Chemistry – a global perspective, 2nd edition, Oxford University press2. James E. Girard, 2005, Principles of Environmental Chemistry, Jones and Bartlett Publishers.3. Ursu P.D. (1981), Atmosfera si poluarea, Ed Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti4. Negoiu D., Krita A. (1977) Poluanti anorganici din aer, Ed. Academiei, Bucuresti.

Unităţi de măsură – multipli şi submultipli

Observaţia ştiinţifică:► calitativă ► cantitativă (număr şi unitate de măsură - semnificaţie determinării)

Sistemul de unităţi - ansamblu de unităţi de măsură constituit dintr-un număr restrâns de unităţi fundamentale din

care se pot obţine, pe baza unor legi fizice, unităţile derivate.

Sistemul Interna ional (SI) de unităţi ț - şase unităţi fundamentale şi două suplimentare, radian (rad) şi steradian (sr).

Nr. crt. Mărime fizică Denumire unitate de măsură Simbol

1. Lungime metru m

2. Masă kilogram kg

3. Timp secundă s

4. Intensitate curent electric amper A

5. Temperatură Kelvin K

6. Intensitate luminoasă candelă cd

7. Cantitate de substanţă mol mol

Numărul asociat unei măsurători se obţine prin utilizarea unor dispozitive sau aparate de măsură.

Multipli şi submultipli ai unităţilor de măsură

Stări de agregare şi proprietătile esenţiale ale gazelor

● Particulele din care este alcătuit gazul:- se găsesc la distanţe mari unele faţa de altele;- ocupă tot spaţiul ce le stă la dispoziţie şi iau forma respectivului spaţiu;- pot difuza prin porii unor materiale;- se află într-o anumită mişcare aleatorie;- exercită presiune asupra pereţilor vasului în care se află

În natură, materia există în 4 stări distincte de agregare: 1. în stare solidă materia are volum şi formă fixe;2. în stare lichidă are volum fix, dar se adaptează la forma vasului în care este ţinută;3. în stare gazoasă materia ocupă întregul volum disponibil, luând forma corespunzătoare;4. în stare de plasmă, materia nu are nici formă, nici volum propriu, şi este ionizată, răspunde la forţe electromagnetice şi emite radiaţii electromagnetice.

Gazele sunt fluide care ocupă întreg volumul in care se află şi au o compresibilitate ridicată. Forţele de atracţie dintre moleculele gazului sunt practic neglijabile, moleculele deplasându-se liber unele în raport cu celelalte, deplasări însoţite de ciocniri elastice. Distanţa dintre molecule este mult mai mare in raport cu dimensiunile acastora, cea ce explica lipsa forţelor de atracţie între moleculele gazelor.

Starea gazoasă se caracterizeză prin o serie de parametrii de stare:

● temperatura (T)● presiunea (p)● volumul (V)

Temperatura - măsurarea temperaturii K vs oC

Scara Kelvin – stabilită de Lord Kelvin 1848- un grad Kelvin notat K (sau mai rar oK) este egal cu un grad Celsius- K este unitatea de măsură în SI- punctul său de 0 este numit zero absolut – punctul în care în care moleculele şi atomii au cea mai mică energie termică (un corp este lipsit de căldură). Intiţial, Kelvin a calculat că valoare de zero absolut corespunde la o temperatură de −273 °C iar apoi apoi aceasta a fost stabilită cu precizie ca fiind -273,16 °C

Scara Celsius – stabilită de Anders Celsius în 1742- un grad Celsius se notează cu oC- până în 1954, scara de grade celsius a fost definită între 2 puncte:

- 0 °C de pe scara Celsius - punctul de topire al gheţii - 100 °C de pe scara Celsius punctul de fierbere a apei la presiune normală

Zero absolut

Punctul de topire al gheţii

Punctul de fierbere al apei

Cerecetătorii de la MIT au atins cea mai joasă temperatură de 450 pK (0.45 nK).

30oC = ?K

450K = ?oC Lord Kelvin, 1890-1895

Anders Celsius, 1701-1744

Temperatura este o marime fizică a unui sistem care exprima dacă sistemul respectiv este mai cald sau mai rece.Temperatura indică viteza cu care atomii ce alcătuiesc o substanţă care se mişcă (starea de agitatie termică), în cazul încălzirii viteza lor crescând.

În SI, unitatea de măsură a presiunii este Pascal-ul (Pa) – o forţă de 1 N / metru2.

Alte unităţi de măsură accesptate: - atmosfere – atm - - torri – torr- milimetri coloană de mercur – mmHg- bari - bar

1 atm = 760 mm Hg = 760 torri = 101325 Pa = 1.01 bari

Presiunea şi unităţile de măsură

Presiunea este o mărime fizică derivată scalară, definită prin raportul dintre forţă şi unitatea de suprafaţă, forţa fiind aplicată în direcţie perpendiculară pe suprafaţa considerată.

Datorită agitaţiei termice moleculele gazului se ciocnesc continuu de pereţii vasului pe care îl ocupă. Aceasta exercită o forţă pe pereţii vasului care,împărţită la suprafaţa pereţilor, reprezintă presiunea exercitată de gaz.

Presiunea atmosferică şi măsurarea ei

Coloana de aer cu de deasupra noastră exercită o o forţă echivalentă cu greutatea a 1034 g pe fiecare cm2. Această forţă exercitată de aerul atmosferic se numeşte presiune atmosferică şi variază cu altitudinea – creşterea altitudinii duce la scăderea presiunii atmosferice şi vice-versa.

Prin consens, s-a hotărât ca la nivelul mării (altitudinea de 0 m) valoare presiunii să fie notată cu 1 atm. Presiunea atmosferică se măsoară cu ajutorul barometrului.

50 km – 0.001 atm

12 km – 0.1 atm

0 km – 1 atm

Înlţi

me

Pre

siun

e

Înălţimea coloanei de

mercur 760 mm la nivelul mării

Presiunea atmosferică

Presiunea coloanei de Hg

Tub închis

Volumul

Volumul gazelor se măsoară în litri (L) având drept corespondenţi m3, cm3, mL, dm3.Corespondenţa dintre unităţi este :1 dm3 = 1 L1 cm3 = 1 mL 1 m3 = 103 L

Ecuaţia de stare a unui gaz idealPentru orice gaz ideal la un anumit moment se poate scrie relaţia matematică :

p x V = ν x R x T;Unde: p – presiunea

V – volumul ocupat de gaz ν – numărul de moliT – temperatura R este o constantă, se numeşte constanta generală a gazelor şi are valoarea:

Volumul unui mol de gaz în condiţii normale (0 o C şi 1 atm) care este de 22,41 L. 1 mol de gaz conţine 6,023 x 10 23 particule.

Exprimarea concentraţiilor gazelor

Suplimentar, alături de modalităţile cunoscute de exprimare a concentraţiilor (%; T; M; N) în lucrările de chimie a atmosferei sunt folosite o serie de unităţi suplimentare pentru a exprima raportul dintre gaze: ppm; ppb; ppt. Părţile pot fi exprimate în orice unitate de volum; condiţia este să se utilizeze aceeaşi unitate de măsură atât pentru solut cât şi pentru solvent. Pentru două gaze în amestec, 1ppm reprezintă 1 ml gaz A dizolvată într-un milion ml gaz B.

Deoarece în aceleaşi condiţii, acelaşi număr de moli din două gaze diferite ocupă acelaşi volum, rapoartele de volum sunt preferate. Se are în vedere înlocuirea notaţiilor curente cu cele recomandate SI.

Unitate Raport Simbol curent Unitatea SI

procent 1/100 (10-2) % cmol/mol

per mie 1/1000 (10-3) %0

mmol/mol

părţi per milion 1/100000 (10-6) ppm μmol/mol

părţi per bilion 10-9 ppb nmol/mol

părţi per trilion 10-12 ppt pmol/mol

Reacţii chimice

- procese în care una sau mai multe substanţe chimice (reactanţi) se transformă, în anumite condiţii, în alte substanţe chimice (produşi de reacţie) cu proprietăţi fizice şi chimice diferite de ale substanţei sau substanţelor de plecare.

aR1 + bR

2 →c P

1 + dP

2, unde:

R1; R2 – reactanţiP1, P2 – produşi de reacţie a, b, c, d - coeficienţii stoechiometrici ai reacţiei chimice

Stabilirea coeficienţii stoechiometrici se numeşte egalarea reacţie şi se face după o serie de reguli:A) dacă reacţia este una fără transer de electroni (Ex: reacţie acido-bazică) – suma atomilor de un tip ce intră în reacţie trebuie să fie egal cu suma atomilor de acelaşi tip ce ies din reacţie.B) dacă reacţia este una cu transfer de electroni (reacţie redox), egalarea ei presupune:

1. stabilirea semi-reacţiilor redox2. stabilirea bilanţului de electroni3. egalarea propriu-zisă a reacţiie conform legii conservării maselor - suma atomilor de un tip ce intră în reacţie trebuie să fie egal cu suma atomilor de acelaşi tip ce ies din reacţie.