Физико-химические характеристики оксидов азота. Основные физико-химические константы оксидов азота приведены в таблице 3. Таблица 3. Физико-химические свойства оксидов азота [3]. Параметр NO Оксид азота NO2 Диоксид азота N2O Оксид диазота Относительная молекулярная масса 30,006 46,008 44,012 Плотность при 200С, г/м3 1,340 1,491 1,9778 Мольный объем при нормальных условиях, л 22,388 22,37 22,25 Цвет Бесцветен Красно-бурый Бесцветен Критическая температура, 0С -92,9 158,2 36,45 Критическое давление, МПа 6,335 9,807 7,254 Температура при 0,1013 МПа, 0С: кипения плавления -152,8 -163,8 21,15 -11,2 -89 -91 Ср, Дж/(моль*К) 29,86 37,18 38,63 Н0обр, Дж/(моль*К) 91,69 34,2 81,6 S0298 Дж/(моль*К) 210,64 240,06 219,90 Как следует из таблицы 3, все три оксида даже при парциальном давлении 0,1013 МПа (в дымовых газах парциальное давление на три порядка меньше) и температуре более 220С находятся в газообразном состоянии.
Оксид диазота и оксид азота – бесцветные, а диоксид азота окрашен в коричнево-красный цвет. Именно его присутствие в отходящих газах придает им красно-коричневое окрашивание.
Оксид и диоксид азота обладают парамагнитными свойствами.
Оксид азота и оксид диазота растворяются в воде без химического взаимодействия с ней, наименее растворим оксид азота.
Его растворимость примерно равна растворимости воздуха. Оксид диазота растворяется в воде в количестве на полтора порядка больше.
При растворении диоксида азота образуются азотистая и азотная кислоты [3]. Данные, представленные в таблице 4, соотнесены к парциальному давлению NO 0,1013 МПа. В дымовом газе это давление в 1000 раз меньше.
Следовательно, в соответствие с законом Генри, растворимость газа в 1м3 воды при 200С составит не более 0,047 л (63 мг). Таблица 4. Растворимость оксидов азота в воде при различных температурах [3]. Вещество А*103 при 0,1013 МПа, м3/м3 Температура, 0С 0 10 20 40 60 80 Оксид диазота 1300 - 630 - - - Оксид азота 73,81 57,09 47,06 35,07 29,54 27,0 Все оксиды азота проявляют резко выраженные окислительные свойства, восстанавливаясь до азота, а в ряде случаев до гидроксиламина и аммиака.
Жидкофазное восстановление окиси диазота протекает в растворах H2SO4 до азота, в присутствии катионов Sn (II) – до гидроксиламина, а Ti (III) – до аммиака. Оксид азота в кислых растворах восстанавливается ионами Сr (II) до гидроксиламина, а в нейтральных – до аммиака.
Газофазное восстановление оксидов азота типичными реагентами-восстановителями (H2, CO, NH3, CH4) и другими органическими соединениями протекает необратимо при температурах 300-1500 К. Применение катализаторов значительно снижает температуру реакции до 250-5000С. Процесс восстановления оксидов азота, протекающий в присутствии кислорода называют селективным [3]. Токсическое воздействие оксидов азота на организм человека. При сгорании топлив выбрасываются в основном NO и NO2, которые суммарно обозначаются как NOx. Поскольку NO уже при комнатной температуре относительно легко окисляется кислородом до NO2, их влияние оценивают совместно.
Кроме того, большинство методик измерения концентраций оксидов азота в газах сводится к определению NO2, для чего другие оксиды дополнительно окисляют, а суммарную концентрацию NOx приводят в расчете на NO2. Все оксиды азота физиологически активны и поэтому опасны для человека. Оксид диазота N2O (закись азота, “веселящий” газ) в больших концентрациях вызывает удушье. Монооксид азота NO – нервный яд; подобно СО он способен присоединяться к гемоглобину крови, образуя нестойкое нитрозосоединение, которое трансформируется в метгемоглобин, при этом Fe3+ переходит в Fe3+, не способный обратимо связывать кислород.
Концентрация метгемоглобина в крови 60-70% считается летальной. Диоксид азота раздражает легкие и слизистые оболочки, в больших концентрациях вызывает отек легких, понижает кровяное давление [5]. Первичное воздействие оксидов азота на организм человека связано с образованием азотной и азотистой кислот при их контакте со слизистыми оболочками.
Вторичное действие оксидов азота проявляется в образовании нитритов в крови, что приводит к нарушению сердечной деятельности. Уже при концентрации диоксида азота в атмосфере более 100 мкг/м3 увеличивается число респираторных заболеваний. Вероятно, подобный эффект связан с тем, что NO2 повышает восприимчивость к патогенным агентам, вызывающим эти заболевания. Имеются сведения о влиянии диоксида азота на продолжительность заболеваний [3]. Наряду с углеводородами оксиды азота под действием УФ-излучения вступают в ряд радикальных реакций и участвуют в образовании фотохимического смога, в состав которого входит озон, являющийся сильным раздражителем дыхательных путей. Кроме того, подвергаясь физическим и химическим превращениям в атмосфере, оксиды азота способствуют образованию “кислотных дождей” [5]. В настоящее время государственные стандарты чистоты воздуха отличаются, но все они разработаны с учетом Всемирной организации по вопросам здравоохранения при ООН (ВОЗ). В связи с тем, что вредное воздействие какого-либо вещества на организм человека прямо пропорцио-нально зависит от времени воздействия, нормативы по концентрациям токси-чных соединений относятся к определенным периодам времени.
Предельно-допустимые концентрации оксидов азота (ПДК) России представлены в таблице 5. Таблица 5. Предельно-допустимые концентрации оксидов азота в России [3]. Вещество ПДК, мкг/м3 Время воздействия Оксид азота с. с 60 м. р.400 24 ч 20 мин Диоксид азота с. с.40 м. р.85 24 ч 30 мин Таким образом, учитывая высокую токсичность и резко отрицательное воздействие оксидов азота на организм человека, важнейшей задачей является обезвреживание промышленных и выхлопных газов с целью сокращения выбросов NOx. 1.2.