1. Μηχανές εσωτερικής καύσης - sch.gr21lyk-athin.att.sch.gr › autosch ›...

1. Μηχανές εσωτερικής καύσης: Η λειτουργία του τετράχρονου βενζινοκινητήρα

2. Η ατμοσφαιρική ρύπανση

3. Ο καταλυτικός μετατροπέας στο αυτοκίνητο

4. Η ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου

5. Η λέπτυνση της στιβάδας του όζοντος

6. Η όξινη βροχή

Περιεχόμενα

Ανδρέας Μπαρμπούτσης21ο Γεν. Λύκειο Αθηνών

1. Μηχανές εσωτερικής καύσηςΗ λειτουργία του τετράχρονου βενζινοκινητήρα


Τετράχρονος βενζινοκινητήρας

Κορμός τετρακύλινδρου κινητήρα αυτοκινήτουχωρίς τα έμβολα στους κυλίνδρους

Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Τα έμβολα και ο στροφαλοφόρος άξονας τετρακύλινδρου κινητήρα αυτοκινήτου




Κορμός τετρακύλινδρου κινητήρα αυτοκινήτου με τα έμβολα εντός των κυλίνδρων


Φάσεις («χρόνοι») λειτουργίας τετράχρονου βενζινοκινητήρα

3. Καύση-εκτόνωση 4. Εξαγωγή καυσαερίων

2. Συμπίεση1. Εισαγωγή καυσίμου



Προσομοίωση λειτουργίας τετράχρονου βενζινοκινητήρα αυτοκινήτου

2. Η ατμοσφαιρική ρύπανση


CxHψ + (4x+ψ)/4Ο2 + (4x+ψ)Ν2 xCO2 + ψ/2H2O + (4x +ψ)Ν2 + Q

Τα προϊόντα της τέλειας καύσης με ατμοσφαιρικό αέρα (ιδανική καύση) των υδρογονανθράκων CxHψ που αποτελούν τη βενζίνη, σε μία μηχανή εσωτερικής καύσης (μ.ε.κ.), δίνονται από τη χημική εξίσωση:

Τα καυσαέρια των μηχανών εσωτερικής καύσης-Ρύποι

Στην πράξη μία μ.ε.κ. εξαιτίας του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί δεν είναι ικανή να καίει τέλεια όλο το μίγμα των CxHψ

στους κυλίνδρους της. Συνέπεια της ατελούς αυτής καύσης είναι, εκτός των κυρίως παραγομένων CO2, N2 και Η2Ο, να παράγονται και άλλες χημικές ουσίες που αποτελούν ρύπους της ατμόσφαιρας, όπως: το μονοξείδιο του άνθρακα CO, η αιθάλη (συσσωματώσεις άκαυτου C), οι άκαυτοι CxHψ, το μονοξείδιο ΝΟ και το διοξείδιο ΝΟ2 του αζώτου (στο εξής οξείδια του αζώτου: ΝΟx) και το διοξείδιο του θείου SO2.


Τα καυσαέρια των μηχανών εσωτερικής καύσης-Ρύποι

Το CO2 δεν αποτελεί ρύπο, ωστόσο, η αύξηση της συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα επιτείνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το N2 και οι υδρατμοί H2O δεν αποτελούν ρύπους. Το CO αποτελεί ρύπο και συμβάλει στη δημιουργία δευτερογενών ρύπων. Η αιθάλη αποτελεί ρύπο και συμβάλει στη δημιουργία της αιθαλομίχλης. Οι άκαυτοι CxHψ αποτελούν ρύπο και συμβάλουν κυρίως στη δημιουργία δευτερογενών ρύπων αλλά και στην ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Τα NOx αποτελούν ρύπο και συμβάλουν στη δημιουργία δευτερογενών ρύπων και της όξινης βροχής. Το SO2 αποτελεί ρύπο και συμβάλει στη δημιουργία της όξινης βροχής.Η διάκριση των ρύπων σε πρωτογενείς και δευτερογενείς γίνεται ανάλογα με τον τρόπο παραγωγής τους.Ανδρέας Μπαρμπούτσης

α. Πρωτογενείς ρύποι. Είναι οι ρύποι οι οποίοι εκπέμπονται απευθείας στην

ατμόσφαιρα κυρίως από τις ανθρωπογενείς πηγές που είναι οι μεταφορές γενικά, οι κεντρικές θερμάνσεις και η βιομηχανική δραστηριότητα μαζί με τον τομέα παραγωγής ενέργειας.

Οι σημαντικότεροι είναι οι εξής: SO2, CO, ΝΟx, πτητικές οργανικές ενώσεις όπως: CxHψ, C6H6, κ.ά., καθώς και τα αιωρούμενα σωματίδια όπως: η αιθάλη, η σκόνη, ο καπνός και σωματίδια βαρέων μετάλλων (Pb, Νi, Cd, κ.ά.).

Πρωτογενείς ρύποι


β. Δευτερογενείς ρύποι. Είναι οι ρύποι που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα

από τους πρωτογενείς με χημικές αντιδράσεις που γίνονται είτε μεταξύ τους είτε με τα φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας και με τη συμμετοχή του ηλιακού φωτός, της θερμοκρασίας και της υγρασίας.

Οι σημαντικότεροι είναι οι εξής: το όζον (O3), το μονοξείδιο του αζώτου (NO), ορισμένες αλδεΰδες, τα πολύπλοκα νιτρικά υπεροξυακετύλια (PANs), κ.ά..

Δευτερογενείς ρύποι

NO2 NO + O

Ο + O2 O3


ηλιακό φώς

ηλιακό φώς

Παράδειγμα σχηματισμού του δευτερογενούς ρύπου Ο3 από τον πρωτογενή ρύπο ΝΟ2.

Ρύπανση του περιβάλλοντος από ανθρώπινες δραστηριότητες


Σχηματική περιγραφή των ατμοσφαιρικών διεργασιών που επηρεάζουν τη διασπορά των ρύπων.

Αμετάβλητα αέρια Μεταβλητά αέρια

Συστατικό Ποσοστό%V/V

Συστατικό Ποσοστό%V/V

άζωτο (Ν2) 78,08 υδρατμοί (Η2Ο) 0-4

οξυγόνο (Ο2) 20,95 διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 0,036

αργό (Αr) 0,93 μεθάνιο (CH4) 0,00017

νέον (Ne) 0,0018 υποξείδιο του αζώτου (Ν2Ο) 0,00003

ήλιον (He) 0,0005 όζον (Ο3) 0,000004

υδρογόνο (H2) 0,00006

Σύσταση της αρρύπαντης ατμόσφαιρας


Η ατμοσφαιρική ρύπανση

Ατμοσφαιρική ρύπανση ονομάζεται η παρουσία στην ατμόσφαιρα κάθε είδους ουσιών, θορύβου ή ακτινοβολίας ή άλλων μορφών ενέργειας σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια που μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία, στην έμβια ύλη και γενικότερα στα οικοσυστήματα καθιστώντας το περιβάλλον ακατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις του.


α. Το νέφος αιθαλομίχλης. Σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα όταν υπάρχει υψηλή συγκέντρωση SO2 και αιωρούμενων σωματιδίων, κυρίως καπνού και αιθάλης, σε συνδυασμό με χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή σχετική υγρασία. Το φαινόμενο είναι εντονότερο κατά τους χειμερινούς μήνες.

β. Το φωτοχημικό νέφος. Σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα όταν επικρατούν υψηλή θερμοκρασία, μεγάλη ηλιοφάνεια σε ένταση και διάρκεια, άπνοια, χαμηλή σχετική υγρασία και υψηλή συγκέντρωση ρύπων, πρωτογενών και δευτερογενών: CO, NOx, CxHψ, Ο3, PANs, κ.ά..

Στις σύγχρονες μεγαλουπόλεις, για να επισημανθεί η εμφάνιση και επικράτηση υψηλών επιπέδων ρύπανσης στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιείται στον καθημερινό λόγο ο όρος «νέφος». Το νέφος παρουσιάζεται με δύο μορφές:



Νέφος αιθαλομίχλης στην Αθήνα Τετάρτη, 26 Δεκεμβρίου 2012, 21:35

Πηγή:http://www.lifo.gr/Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Φωτοχημικό νέφος στην Αθήνα Σάββατο, 24 Ιούλιου 2010, 16:47

Πηγή: http://www.avgi.gr/Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Φωτοχημικό νέφος στην Αθήνα Τετάρτη, 16 Ιουνίου 2010, 11:05

Πηγή: http://www.avgi.gr/Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Επεισόδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης

Η εκτίμηση και η διαχείριση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα απαιτεί τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των ρύπων. Για την υλοποίηση των στόχων αυτών το ΥΠΕΚΑ έχει εγκαταστήσει από το 2001 το Εθνικό Δίκτυο Παρακολούθησης Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης επεκτείνοντας και αναβαθμίζοντας το δίκτυο που προϋπήρχε στην Αθήνα.

Όταν οι τιμές των ρύπων πλησιάζουν στα όρια που χαρακτηρίζονται από το ΥΠΕΚΑ «όρια εκτάκτων μέτρων» ή «όρια συναγερμού», τότε λέμε ότι συμβαίνουν επεισόδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης και λαμβάνονται έκτακτα μέτρα για την αντιμετώπιση του προβλήματος όπως: Περιορισμός της κυκλοφορίας των αυτοκινήτων. Διακοπή της λειτουργίας ορισμένων βιομηχανικών μονάδων. Ενημέρωση των πολιτών, ώστε να περιορίσουν τις μετακινήσεις

τους στην πόλη. Ετοιμότητα των νοσοκομείων για την αντιμετώπιση αυξημένων καρδιακών και αναπνευστικών περιστατικών. Ανδρέας Μπαρμπούτσης


Πηγή: http://www.minenv.gr/1/12/122/12204/g1220400.html ΥΠ. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ

Προτάσεις για την αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσηςΕνδεικτικά προτείνονται:

Βελτιστοποίηση της ποιότητας των ορυκτών καυσίμων, ευρύτερη χρήση του φυσικού αερίου, προώθηση της χρήσης των βιοκαυσίμων (βιοντίζελ, βιοαιθανόλη). Περιοδική συντήρηση των κινητήρων των αυτοκινήτων και των καυστήρων των καλοριφέρ και περιοδικός έλεγχος των καυσαερίων τους. Αξιοποίηση της αντιρρυπαντικής τεχνολογίας (π.χ. καταλυτικοί μετατροπείς) και της τεχνολογίας αποθήκευσης του CO2 που εκπέμπεται από τη βιομηχανία, με την τοποθέτηση ειδικών φίλτρων στις καμινάδες των εργοστασίων. Βελτίωση της ποιότητας υπηρεσιών των ΜΜΜ, ώστε να περιοριστεί η κυκλοφορία των IX αυτοκινήτων. Ρύθμιση της θερμοκρασίας θέρμανσης κατά ένα βαθμό χαμηλότερα στα κτήρια με κεντρική θέρμανση ή κλιματισμό, ώστε να περιορίζεται η κατανάλωση του καυσίμου ή της ηλεκτρικής ενέργειας.

Από τα παραπάνω διαπιστώνουμε ότι απαιτείται αλλαγή στις αντιλήψεις και στις συνήθειες όλων μας προκειμένου να αντιμετωπίσουμε αποτελεσματικά την ατμοσφαιρική ρύπανση. Ανδρέας Μπαρμπούτσης


3. Ο καταλυτικός μετατροπέαςή απλά «καταλύτης» στο αυτοκίνητο


Ο καταλύτης στη Χημεία

Ο καταλύτης είναι η χημική ουσία (στοιχείο ή ένωση) που με την παρουσία της, σε μικρές ποσότητες, αυξάνει την ταχύτητα μιας αντίδρασης επεμβαίνοντας στο μηχανισμό της αντίδρασης και προσφέροντας ένα ευκολότερο δρόμο γι’ αυτήν.

Στο τέλος της αντίδρασης ο καταλύτης παραμένει αμετάβλητος τόσο στη μάζα όσο και στη χημική του σύσταση και επομένως μπορεί να ανακτηθεί και πάλι να χρησιμοποιηθεί.


Ο καταλυτικός μετατροπέας ή απλά καταλύτης στα αυτοκίνητα, είναι μία διάταξη που τοποθετείται στο σωλήνα της εξάτμισης ανάμεσα στην πολλαπλή εξαγωγής και το πρώτο καζανάκι ή σιγαστήρα της εξάτμισης.

Ο καταλυτικός μετατροπέας στο αυτοκίνητο

Που βρίσκεται


ΠΟΛΛΑΠΛΗ ΕΞΑΓΩΓΗΣ (ΧΤΑΠΟΔΙ)

ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ

1ος ΣΙΓΑΣΤΗΡΑΣ

2ος ΣΙΓΑΣΤΗΡΑΣ



Ο καταλυτικός μετατροπέας είναι προσαρμοσμένος στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων (εξάτμιση) του αυτοκινήτου


Ο καταλυτικός μετατροπέας στο εσωτερικό του περικλείει ευγενή μέταλλα, συνήθως παλλάδιο (Pd), λευκόχρυσο (Pt) και ρόδιο (Rh), επιστρωμένα σε κεραμικό μονόλιθο κυψελοειδούς μορφής με εκατοντάδες διαμήκη κανάλια (περάσματα) παράλληλα προς τη ροή των καυσαερίων.

Καθώς τα καυσαέρια διέρχονται από τον καταλυτικό μετατροπέα, τα ανωτέρω μέταλλα δρουν ως καταλύτες στις χημικές αντιδράσεις μετατροπής των τριών εμπεριεχομένων ρύπων CO, CxHψ και NOx σε CO2, Η2Ο και N2 δηλαδή σε αέρια που δεν επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα.

Πως λειτουργεί


Η ονομασία τριοδικός καταλυτικός μετατροπέας οφείλεται στη μείωση της εκπομπής και των τριών ρύπων και αυτό επιτυγχάνεται σε ποσοστό περισσότερο από το 90% του αρχικού τους όγκου.


καύση του CO: 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

καύση των άκαυτων CxHψ: CxHψ(g) + (4x+ψ)/4Ο2(g) xCO2(g) + ψ/2H2O(g)

Η αναγωγή του Ν με την παρουσία του καταλύτη Rh:

Η οξείδωση του C με την παρουσία των καταλυτών Pt και Pd:

2NO(g) N2(g) + O2(g)

2NO2(g) N2(g) + 2O2(g)

Οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων στον καταλυτικό μετατροπέα παρουσία των μετάλλων-καταλυτών του:



Ο καταλυτικός μετατροπέας στο αυτοκίνητοΚατασκευαστικές λεπτομέρειες και

σχηματική παράσταση της λειτουργίας


Η χημική διάρκεια ζωής των καταλυτών του καταλυτικού μετατροπέα δηλαδή η ικανότητά τους να καταλύουν τις χημικές αντιδράσεις μετατροπής των ρύπων των καυσαερίων, μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Κατά κανόνα, η αποτελεσματικότητά τους είναι ικανοποιητική τα πρώτα 120.000 km κίνησης του αυτοκινήτου.

Η απενεργοποίηση ενός καταλυτικού μετατροπέα με το πέρασμα του χρόνου συνήθως οφείλεται:

Απενεργοποίηση των καταλυτικών μετατροπέων


α. στη δηλητηρίαση των καταλυτών εξαιτίας της εναπόθεσης στην επιφάνειά τους χημικών στοιχείων που βρίσκονται στα καυσαέρια όπως P, S, Pb, κ.ά.,

β. στη θερμική καταπόνηση που υφίσταται ο καταλυτικός μετατροπέας λειτουργώντας σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (350οC–800οC),

γ. στη μηχανική καταπόνηση που συνίσταται στο ράγισμα ή τη θραύση του κεραμικού (εξωτερικοί παράγοντες) ή ακόμη στο φράξιμο ή στην τήξη του κεραμικού σε οριακές συνθήκες λειτουργίας του καταλυτικού μετατροπέα.Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Οι απενεργοποιημένοι καταλυτικοί μετατροπείς χαρακτηρίζονται ως ειδικού τύπου στερεά απόβλητα και επιβάλλεται η συγκέντρωσή τους και η οικολογική διαχείρισή τους.

Στη χώρα μας λειτουργούν ιδιωτικές εταιρείες που τους αγοράζουν από τα συνεργεία που έγινε η αντικατάστασή τους και τους πωλούν στο εξωτερικό, κυρίως στη Γερμανία και στη Γαλλία, όπου υπάρχουν ειδικές μονάδες ανακύκλωσης. Τα πολύτιμα μέταλλα ανακτώνται, καθαρίζονται και προωθούνται για να χρησιμοποιηθούν είτε σε καινούργιους καταλυτικούς μετατροπείς είτε σε άλλες εφαρμογές.

Τι γίνονται οι απενεργοποιημένοι καταλυτικοί μετατροπείς



Καταλυτικοί μετατροπείς προοριζόμενοι για ανακύκλωση


4. Η ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου


Οι αέριες χημικές ενώσεις, CO2, CH4, Ν2Ο, Ο3, Η2Ο που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα της Γης, επιτρέπουν τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας προς τη Γη. Αντίθετα, τα ίδια αέρια απορροφούν και επανεκπέμπουν στη Γη ένα μέρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την επιφάνεια της Γης. Αυτή η παγίδευση από τα συγκεκριμένα αέρια μέρους της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη Γη και η επανεκπομπή του σε αυτήν, ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Πρόκειται για μια φυσική διαδικασία, η οποία εξασφαλίζει στη Γη, σε παγκόσμια και ετήσια βάση, σταθερή θερμοκρασία επιφάνειας-εδάφους γύρω στους +15οC, που είναι θεμελιώδης για την ύπαρξη, διατήρηση και εξέλιξη της ζωής. Αν δεν υπήρχε το φαινόμενο, η ίδια θερμοκρασία, θα ήταν γύρω στους -18°C, οπότε η ύπαρξη ζωής στη Γη θα ήταν αδύνατη.

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

Το όνομα του φαινομένου προέκυψε από την ομοιότητα, υπεραπλουστευμένα, της ατμόσφαιρας της Γης με το γυάλινο περίβλημα ενός θερμοκηπίου: επιτρέπουν στις ηλιακές ακτίνες να εισχωρήσουν σε αυτό και στη συνέχεια μέρος της θερμότητας παγιδεύεται και δεν μπορεί να διαφύγει. Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

Σχηματική παράσταση

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου ενισχύεται/επιτείνεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Εξαιτίας της, αυξήθηκαν υπερβολικά οι συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, κυρίως των CO2 και CH4, αλλά και προκλήθηκε η έκλυση τεράστιων ποσοτήτων και άλλων αερίων, όπως οι CFCs και τα NOx με επίσης «θερμοκηπικό» ρόλο. Ειδικά για το CO2 το μεγαλύτερο μέρος της ανθρωπογενούς παραγωγής του οφείλεται στην καύση ορυκτών καυσίμων και στις αλλαγές που συντελούνται στο έδαφος, κυρίως μέσω της καταστροφής των δασών.

Η ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου

Η συμβολή κάθε θερμοκηπικού αερίου στο φαινόμενο είναι η εξής: CO2 (κατά 50%), CH4 (έως και 18%), CFCs (έως και 16%), ΝΟx (κατά 8%) και O3 (κατά 12%).Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Η αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, εξαιτίας της ανθρώπινης δραστηριότητας, επιτείνει/εντατικοποιεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου και προκαλεί περαιτέρω αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας της Γης με αποτέλεσμα σημαντικές κλιματικές αλλαγές.

Σκίτσο του Δημήτρη Χαντζόπουλου, στον απόηχο της παγκόσμια διάσκεψης του Κιότο, «Τα ΝΕΑ», 2 Δεκεμβρίου 1997

Η αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου

Αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης, που επιφέρει την αλλαγή του κλίματος και την τήξη των πάγων.

Οι συνέπειες, οι οποίες δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες σε όλα τα γεωγραφικά μήκη και πλάτη: Μείωση των αποθεμάτων νερού. Απότομες μεταβολές στη θερμοκρασία του αέρα. Υψηλές θερμοκρασίες στη θερινή περίοδο. Είσοδος των θαλάσσιων υδάτων στον παράκτιο υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα και η υποβάθμισή του. Μετακινήσεις πληθυσμού και αγαθών.

Αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης, που επιφέρει την αλλαγή του κλίματος και την τήξη των πάγων.

Οι συνέπειες, οι οποίες δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες σε όλα τα γεωγραφικά μήκη και πλάτη: Μείωση των αποθεμάτων νερού. Απότομες μεταβολές στη θερμοκρασία του αέρα. Υψηλές θερμοκρασίες στη θερινή περίοδο. Είσοδος των θαλάσσιων υδάτων στον παράκτιο υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα και η υποβάθμισή του. Μετακινήσεις πληθυσμού και αγαθών.

5. H λέπτυνση της στιβάδας του όζοντος


Οι στιβάδες της ατμόσφαιρας όπως προκύπτουν από την κατακόρυφη μεταβολή

Ανδρέας Μπαρμπούτσης της θερμοκρασίας με το ύψος.

Το καλό και το κακό όζον


α. Το τροποσφαιρικό όζον ή κακό όζον βρίσκεται στα κατώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας, δηλαδή και στον αέρα που αναπνέουμε και ζούμε. Είναι ο κυριότερος δευτερογενής ατμοσφαιρικός ρύπος των αστικών περιοχών, ανθρωπογενούς προέλευσης (σχετ. Δευτ/νείς ρύποι). Συχνά, εξαιτίας των ανέμων, μεταφέρεται και σε μεγάλες αποστάσεις από τις πόλεις.

Είναι αέριο άχρωμο με έντονη οσμή και οξειδωτική δράση. Η έκθεση του ανθρώπου ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις προκαλεί ισχυρούς ερεθισμούς στα μάτια και στο αναπνευστικό σύστημα. Βλάπτει τα δάση, τα φυτά, τις αγροτικές καλλιέργειες και τα δομικά υλικά.

Το όζον O3 στην τροπόσφαιρα


β. Το στρατοσφαιρικό όζον ή καλό όζον είναι φυσικό συστατικό της στρατόσφαιρας και έχει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε ύψος που κυμαίνεται μεταξύ 20-30 km από τη Γη. Με τη παρουσία του ενεργεί ως φίλτρο απορροφώντας την επιβλαβή υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου (ιδιαίτερα την UV-Β με μήκος κύματος 280- 315nm) προστατεύοντας έτσι την έμβια ύλη στην επιφάνεια της Γης.

Με μία αποδυνάμωση αυτής της ασπίδας ο άνθρωπος γίνεται ευάλωτος σε ασθένειες όπως ο καρκίνος του δέρματος, ο καταρράκτης στα μάτια και η εξασθένηση του ανοσοποιητικού συστήματος.

Το όζον O3 στη στρατόσφαιρα


F F FC C

Οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs ή freons)

Οι CFCs αποτελούνται από άτομα χλωρίου, φθορίου και άνθρακα, είναι μη τοξικοί, αδιάλυτοι στο νερό, δεν είναι εύφλεκτοι, είναι χημικά αδρανείς και έχουν μικρό κόστος παραγωγής. Χρησιμοποιούνται ως προωθητικά αέρια διαφόρων ειδών σπρέι, ως διαλύτες και καθαριστικά μέσα, ως ψυκτικά υγρά σε κλιματιστικά μηχανήματα και σε ψυγεία.


Χρήσεις των CFCs: διαλύτες, προωθητικά σε σπρέι, ψυκτικά υγρά


CFCs: οι καταστροφείς του στρατοσφαιρικού όζοντος

Οι χρήσεις των CFCs, συνδυαζόμενες με την ανεξέλεγκτη αποσυναρμολόγηση και ανακύκλωση παλαιών ψυγείων και κλιματιστικών και με το ότι είναι αδιάλυτοι στο νερό (μέσω της βροχής δεν απαλλάσσεται η ατμόσφαιρα από την παρουσία τους), οδηγούν στην απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων τους στην τροπόσφαιρα.

Στη συνέχεια, λόγω και της χημικής τους αδράνειας και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους, μέσω αερίων στροβίλων και ρευμάτων, ανέρχονται στη στρατόσφαιρα όπου με την επίδραση της UV ακτινοβολίας του ήλιου διασπώνται δίνοντας ρίζες χλωρίου (Cl·).

Οι ρίζες Cl· διασπούν τα μόρια του στρατοσφαιρικού όζοντος με συνέπεια την απώλεια όζοντος και αραίωση της στιβάδας του. Μία ρίζα χλωρίου με συνεχείς αντιδράσεις μπορεί να διασπάσει περί τα 100.000 μόρια όζοντος πριν εξουδετερωθεί αντιδρώντας με άλλες ουσίες. Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος από τις ρίζες Cl·

CCl2F2 CF2Cl• + Cl•

Cl• + Ο3 Ο2 + ClΟ• ClΟ• + Ο• Cl• + Ο2

Στη μεθεπόμενη διαφ. παρουσιάζεται η σταθεροποίηση έως μείωση του προβλήματος στην Ανταρκτική το 2012, γεγονός που αποδίδεται στις διεθνείς συμφωνίες (Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ 1987 και οι αναθεωρήσεις του) με τις οποίες επεβλήθη η σταδιακή απαγόρευση των CFCs. Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Η εντονότερη καταστροφή του όζοντος, παγκοσμίως, συμβαίνει τους μήνες Σεπτέμβριο, Οκτώβριο και Νοέμβριο, άνοιξη, στην Ανταρκτική όπου για πρώτη φορά διαπιστώθηκε το φαινόμενο με δορυφορικές παρατηρήσεις.

Στην επόμενη διαφ. μέσω δύο εικόνων της Γης από δορυφόρο, παρουσιάζεται η εξέλιξη του προβλήματος της αραίωσης της στιβάδας του όζοντος στην Ανταρκτική από το 1979 έως το 2009. Με το ιώδες χρώμα διακρίνεται η έκταση του φαινομένου.

UV

Πηγή: Ozone hole, NASA's Goddard Institute for Space Studies, New York, http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/monthly/monthly_2012-09_SH.html


September 2012

Πηγή: Ozone hole, NASA's Goddard Institute for Space Studies, New York, http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/monthly/monthly_2012-09_SH.html


Στον άνθρωπο: Καρκίνο του δέρματος. Μελάνωμα. Καταρράκτη στους οφθαλμούς. Εξασθένιση του ανοσοποιητικού συστήματος.Επιπλέον: Καταστροφή των μονοκύτταρων οργανισμών. Βλάβες στο πλαγκτόν με συνέπεια να μειώνεται η ανάπτυξή του και η ταχύτητα αναπαραγωγής του. Καταστροφή της χλωροφύλλης και μείωση της φωτοσυνθετικής και αναπαραγωγικής ικανότητας των φυτών.

Στον άνθρωπο: Καρκίνο του δέρματος. Μελάνωμα. Καταρράκτη στους οφθαλμούς. Εξασθένιση του ανοσοποιητικού συστήματος.Επιπλέον: Καταστροφή των μονοκύτταρων οργανισμών. Βλάβες στο πλαγκτόν με συνέπεια να μειώνεται η ανάπτυξή του και η ταχύτητα αναπαραγωγής του. Καταστροφή της χλωροφύλλης και μείωση της φωτοσυνθετικής και αναπαραγωγικής ικανότητας των φυτών.

H λέπτυνση της στιβάδας του όζοντος

6. Η όξινη βροχή


Η όξινη βροχή

Η βροχή σε μια περιοχή της Γης, με μη ρυπασμένη ατμόσφαιρα, είναι φυσιολογικά ελαφρώς όξινη εξαιτίας της διάλυσης κυρίως του CO2 της ατμόσφαιρας σε αυτήν και το pH της κυμαίνεται από 6,5 έως 5,2.

Η όξινη βροχή είναι μία μη φυσιολογική βροχή με pH να κυμαίνεται από 4,5 έως 2,0, καθώς περιέχει διαλυμένα οξέα κυρίως H2SO4 και HNO3. Τα οξέα αυτά παράγονται από την αντίδραση του SO2 και ΝΟx, μιας ρυπασμένης ατμόσφαιρας, με τους υδρατμούς της και το νερό της βροχής. Οι ρύποι προέρχονται συνήθως από ανθρωπογενείς πηγές (καύση ορυκτών καυσίμων) και σε μικρότερο βαθμό από φυσικά αίτια, όπως οι πυρκαγιές και οι εκρήξεις των ηφαιστείων. Οι πηγές των ρύπων μπορεί να βρίσκονται σε πολύ μακρινές αποστάσεις από την περιοχή της όξινης βροχόπτωσης.

Εκτός από το νερό της βροχής από τους ίδιους ρύπους επηρεάζονται το χαλάζι, το χιόνι, η ομίχλη και η πάχνη που πέφτοντας στη Γη ρυπαίνουν το έδαφος και τα νερά με καταστρεπτικές συνέπειες στα φυσικά οικοσυστήματα, τα μνημεία και τα κτήρια αλλά και στην ανθρώπινη υγεία. Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Εκπομπές ΝΟx και SO2 ανθρωπογενούς προέλευσης

Πηγές οξειδίων αζώτου ΝΟx Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Εκπομπές ΝΟx και SO2 φυσικής προέλευσης

Ρωσία, Ηφαίστειο Karymsky, 2004Πηγή: http://www.egu.eu Ανδρέας Μπαρμπούτσης

Σχηματισμός όξινης βροχής


Σχηματική παράσταση της κλίμακας pH

Καταστροφή της χλωρίδας


1908

Διάβρωση του ορυκτού υλικού κατασκευής του γλυπτού από την όξινη βροχή. Το γλυπτό φτιάχτηκε από ψαμμίτη το 1702 και βρίσκεται επάνω από την πύλη του πύργου Χέρτεν, στο κρατίδιο Βεστφαλία της Γερμανίας. Φωτογραφίες το 1908 και το 1968.

1968


Στην Αθήνα, ο Παρθενώνας επιβίωσε περισσότερο από 2.000 χρόνια. Άντεξε σε σεισμούς, υπέστη βομβαρδισμούς, πάνω του πέρασαν κατακτητές, ο άνεμος και η βροχή μαστίγωσαν το μαρμάρινο σώμα του. Στάθηκε όμως αλώβητος από τη διάβρωση.

Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες απειλείται πολύ περισσότερο από ό,τι τις δύο χιλιετίες της επιβλητικής παρουσίας του. Η όξινη βροχή κατατρώγει τα μάρμαρά του. Οι Καρυάτιδες ήδη έχουν μεταφερθεί στο Μουσείο της Ακρόπολης για να προστατευτούν. Σε μερικά χρόνια ο Παρθενώνας θα γίνει άμορφος και τα μάρμαρά του σκόνη. Ανδρέας Μπαρμπούτσης

H όξινη βροχή

Καταστροφή του φυλλώματος των δένδρων.

Ελάττωση της γονιμότητας του εδάφους.

Μια από τις αιτίες θανάτωσης των φυτικών και ζωικών οργανισμών στα υδάτινα οικοσυστήματα.

Καταστροφή κτηρίων, μνημείων και αγαλμάτων που είναικατασκευασμένα από ορυκτό υλικό, συνήθως μάρμαρο.

Καταστροφή του φυλλώματος των δένδρων.

Ελάττωση της γονιμότητας του εδάφους.

Μια από τις αιτίες θανάτωσης των φυτικών και ζωικών οργανισμών στα υδάτινα οικοσυστήματα.

Καταστροφή κτηρίων, μνημείων και αγαλμάτων που είναικατασκευασμένα από ορυκτό υλικό, συνήθως μάρμαρο.

Βιβλιογραφία

1. «Βιβλίο Χημείας Β΄ Λυκείου Γενικής Παιδείας», Στ. Λιοδάκης, Δ. Γάκης, Δ. & Π. Θεοδωρόπουλος, Α. Κάλλης, Εκδόσεις ΟΕΔΒ, Αθήνα.

2. «Βασικές Αρχές Περιβαλλοντικής Χημείας, Οικοτοξικολογίας και Εκτίμησης Οικολογικού Κινδύνου», Βαλαβανίδης Αθ., Ε.Κ.Π.Α. Αθήνα 2000.

3. «Περιβαλλοντική Χημεία Ι», Σίσκος Π., Σκούλος Μ., Ε.Κ.Π.Α. Αθήνα 1992. 4. «Σημειώσεις για τη Ρύπανση και Χημεία της Ατμόσφαιρας»,

Πρόδρομου Ζάνη, Επίκουρου Καθηγητή Τμήμα Γεωλογίας A.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2008.

5. «Εργαστήριο Συστημάτων Ελέγχου και Αυτοματισμών Αυτοκινήτου», Αγιακάτσικας Π., Αντωνελάκης Ισ., Τσαραμιάδης Π., Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, Αθήνα 2000.

6. «Καταλύτες Αυτοκινήτων», Σταυρόπουλος Π., Μάνικας Θ., Εκδόσεις ΙΩΝ, Αθήνα 2000.

Διαδίκτυο

1. «Ψηφιακό Σχολείο, Χημεία Β΄ και Γ΄ Γυμνασίου», http://digitalschool.minedu.gov.gr2. «Κέντρο Εκπαιδευτικής Έρευνας», http://www.kee.gr/perivallontiki/teacher.html3. «Εργαστήριο Μηχανών Εσωτερικής Καύσης και Τεχνολογίας Αυτοκινήτου της Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε.»,

http://iceal.wikidot.com/ergastirio4. Εικόνες: α. Autotriti.gr, http://www.autotriti.gr/, β. Auto-moto, http://automotosecrets.pb

γ. Prof. Ranga B. Myneni, Boston University, http://cybele.bu.edu/δ. Catalytic Converter Questions, http://www.2carpros.com/articles/how-a-catalytic-converter-works


1. Μηχανές εσωτερικής καύσης - sch.gr21lyk-athin.att.sch.gr › autosch ›...

Documents