Оксиды азота и фотохимический смог

Оксиды азота образуются в атмосфере в результате естественных процессов. Деятельность человека contributes лишь около 10 % всех оксидов азота (обозначаемых как NO_x) в атмосфере, однако этот вклад сосредоточен преимущественно в городских районах, где концентрации оксидов могут быть в сто раз выше, чем в сельской местности.

Так же как NO образуется естественным путём при реакции N₂ и O₂ во время гроз, он также образуется в результате той же реакции при высоких температурах в двигателях внутреннего сгорания и печах.

При обычных температурах эта реакция протекает незначительно. Поскольку она эндотермическая, высокие температуры способствуют её протеканию. Даже в двигателях внутреннего сгорания и печах равновесие смещено влево, поэтому в атмосферу выделяются лишь небольшие количества NO. Однако даже очень низкие концентрации оксидов азота вызывают серьёзные проблемы.

Радикалы NO реагируют с O₂, образуя радикалы NO₂. И NO, и NO₂ обладают высокой реакционной способностью и наносят значительный ущерб растениям и животным. NO₂ реагирует с H₂O в воздухе, образуя коррозионные капли HNO₃ (азотной кислоты) и дополнительный NO.

Азотная кислота может вымываться из воздуха дождевой водой (кислотные дожди) или реагировать с примесями NH₃ в воздухе, образуя твёрдый NH₄NO₃ (нитрат аммония), который является частичным загрязнителем.

Такая ситуация наблюдается во всех городских районах, но проблема усугубляется в тёплом и сухом климате, который способствует светоиндуцированным (фотохимическим) реакциям. Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца приводит к образованию вредных окислителей. Буроватая дымка, часто висящая над такими городами, как Лос-Анджелес, Денвер и Мехико, обусловлена присутствием бурого NO₂. Проблемы начинаются в утренний час пик, когда в воздух выбрасывается NO. NO соединяется с O₂, образуя NO₂. Затем, когда солнце поднимается выше, NO₂ поглощает УФ-излучение и распадается на NO и кислородные радикалы.

Фотохимический смог создает дымку над городскими и промышленными районами; ее интенсивность зависит от погоды

Крайне реакционноспособные радикалы O соединяются с O₂, образуя O₃ (озон).

Озон является мощным окислителем, который повреждает резину, пластиковые материалы, а также все формы растительной и животной жизни. Он также реагирует с углеводородами из выхлопных газов автомобилей и испаряющегося бензина, образуя вторичные органические загрязнители, такие как альдегиды и кетоны. Пероксиацилнитраты (ПАН), возможно, самые опасные из вторичных загрязнителей, представляют собой особенно вредные фотохимические окислители, которые сильно раздражают глаза и горло.

Каталитические нейтрализаторы в выхлопных системах автомобилей снижают выбросы оксидов азота. Они способствуют превращению NO_x в менее вредные вещества, такие как N₂ и O₂, что помогает уменьшить образование фотохимического смога и улучшить качество воздуха в городских районах.