Bài giảng Hóa môi trường - Chương 2: Khí quyển và hóa học của khí quyển - Ngô Xuân Huy

CHƯƠNG 2
KHÍ QUYỂN 
VÀ HÓA HỌC CỦA KHÍ QUYỂN
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1. Cấu trúc khí quyển
Khí quyeån laø lôùp khoâng khí treân beà maët 
traùi ñaát, khoâng coù giôùi haïn, tuy nhieân so 
vôùi chieàu daøy cuûa traùi ñaát (ñöôøng kính 
traùi ñaát khoaûng 6500km) thì noù laïi nhö 
moät lôùp da raát moûng bao quanh quaû ñaát. 
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.1. Tầng đối lưu
Tầng đối lưu (troposphere) chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, ở độ 
cao từ 0 đến 11 km, càng lên cao nhiệt độ càng giảm. 
Độ cao của tầng đối lưu có thể thay đổi khoảng vài km, tùy thuộc vào các 
yếu tố, nhiệt độ, bề mặt đất... (khoảng 8 km ở hai cực, 18 km ở vùng xích 
đạo). 
Tầng này quyết định khí hậu của Trái đất, thành phần chủ yếu là N2, O2, 
CO2 và hơi nước. 
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.1. Tầng đối lưu
Khí trong khí quyển tập trung chủ yếu ở tầng đối lưu, với khối lượng 
khoảng 4,12.1015 tấn so với tổng khối lượng khí trong khí quyển là 
5,15×1015 tấn. 
Mật độ không khí và nhiệt độ trong tầng đối lưu không đồng nhất. Mật độ 
không khí giảm rất nhanh theo độ cao (hàm số mũ).
 Nếu không bị ô nhiễm, thì nhìn chung thành phần của khí quyển ở tầng đối 
lưu khá đồng nhất, do có dòng đối lưu liên tục của các khối không khí trong 
tầng. 
Tầng đối lưu là một vùng xoáy, do có sự mất cân bằng trong tốc độ sưởi 
ấm và làm lạnh giữa vùng xích đạo và ở hai đầu cực. 
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.1. Tầng đối lưu
Phần trên cùng của tầng đối lưu có nhiệt độ thấp nhất (vào khoảng −56°C)
được gọi là đỉnh tầng đối lưu hoặc lớp dừng (tropopause), đánh dấu sự kết
thúc xu hướng giảm nhiệt theo độ cao trong tầng đối lưu, và bắt đầu có sự
tăng nhiệt độ.
Ở đỉnh tầng đối lưu do nhiệt độ rất thấp, hơi nước bị ngưng tụ và đông đặc
nên không thể thoát khỏi tầng khí quyển thấp.
Nếu không có đỉnh tầng đối lưu, đóng vai trò như tấm chắn rất hữu hiệu,
hơi nước có thể bay lên các tầng khí quyển bên trên và sẽ bị phân tích dưới
tác dụng của bức xạ tử ngoại có năng lượng lớn.
Hydro tạo thành do phản ứng phân tích sẽ thoát khỏi khí quyển (hầu hết
hydro và heli vốn có trong khí quyển đã thoát khỏi khí quyển theo con
đường này).
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.2. Tầng bình lưu
Tầng bình lưu (stratosphere) ở độ cao từ 11 đến 50 km, nhiệt độ tăng theo
độ cao, từ − 56°C đến khoảng −2°C.
Thành phần chủ yếu của tầng này là O3, ngoài ra còn có N2, O2 và một số
gốc hóa học khác.
Phía trên đỉnh tầng đối lưu và phần dưới của tầng bình lưu là tầng ozon,
nhiệt độ trong tầng này gần như không đổi.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.2. Tầng bình lưu
Ozon ở vùng này đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, nó có tác dụng như
lá chắn bảo vệ cho cuộc sống trên bề mặt Trái đất, tránh được tác dụng có
hại của tia tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời.
 O3 + hν (λ: 220 − 330 nm) → O2 + O + Q (làm tăng nhiệt độ)
Trong tầng bình lưu, không khí ít bị khuấy động, do đó thời gian lưu của 
các phần tử hóa học ở vùng này khá lớn. 
Nếu các chất gây ô nhiễm bằng cách nào đó xâm nhập vào tầng này, thì 
chúng sẽ tồn tại và gây ảnh hưởng tác động trong một thời gian dài hơn 
nhiều so với ảnh hưởng của chúng ở tầng đối lưu. 
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.3. Tầng trung lưu
Tầng trung lưu (tầng trung quyển, mesosphere) ở độ cao từ 50 km đến 85
km, nhiệt độ giảm theo độ cao, từ − 2°C đến − 92°C, do không có nhiều các
phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt là ozon.
 + +
Thành phần hóa học chủ yếu trong tầng này là các gốc tự do O2 , NO
được tạo thành do oxy và nitơ oxit hấp thụ bức xạ tử ngoại xa.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 2.1.1.4. Tầng nhiệt lưu
 Tầng nhiệt lưu (tầng nhiệt, tầng ion, thermosphere), ở độ cao từ
85 đến trên 500 km.
Nhiệt độ trong tầng này tăng từ − 92°C đến 1200°C. Trong tầng
này, do tác dụng của bức xạ Mặt trời, nhiều phản ứng hóa học
xảy ra với oxy, ozon, nitơ, nitơ oxit, hơi nước, CO2..., chúng bị
 +
phân tách thành nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion O2 ,
 + + - - -
O , O, NO , e , NO2 , NO3 ,... và nhiều hạt bị ion hóa phản xạ
sóng điện từ sau khi hấp thụ bức xạ Mặt trời ở vùng tử ngoại xa
(UV-C, λ < 290 nm).
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 NGOÀI RA
Ngoài các tầng trên, người ta còn có khái niệm tầng điện ly hay tầng ngoài
(exosphere) và tầng ion (ionosphere).
Tầng ngoài bao quanh Trái đất ở độ cao lớn hơn 800 km, có chứa các ion
oxy O+ (ở độ cao 1500
km). Một phần hydro ở tầng này có thể tách ra và đi vào vũ trụ (khoảng vài
nghìn tấn năm).
Mặt khác, các dòng plasma do Mặt trời phát ra và bụi vũ trụ (khoảng 2
g/km2) cũng đi vào khí quyển Trái đất. Nhiệt độ của tầng này tăng rất nhanh
đến khoảng 1700°C.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 NGOÀI RA
Tầng ion là khái niệm dùng để chỉ phần khí quyển ở độ cao từ 50 km trở
lên, trong vùng này không khí có chứa nhiều ion.
Sự có mặt của các ion trong vùng này đã được biết đến từ năm 1901, khi
người ta phát hiện ra hiện tượng phản xạ của sóng radio của lớp khí quyển
tầng cao.
Giới hạn trên của khí quyển và đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ rất khó xác
định, cho tới nay, người ta mới ước đoán khoảng 500 − 1000 km.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
KHÔNG KHÍ
 Hình 2.2. Sự biến đổi nhiệt độ của khí quyển
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
KHÔNG KHÍ
 Hình 2.3. Sự biến đổi áp suất của khí quyển
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2. Thành phần không khí sạch và khô
 Không khí được cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, trong đó thành phần
chính là khí N2 chiếm khoảng 78,9% thể tích, khí O2 chiếm khoảng 20,9%
thể tích, tiếp theo là Argon, khí cacbonic
 Trong không khí cũng luôn tồn tại một lượng hơi nước không cố định.
 Lớp khí quyển bao quanh Trái đất là môi trường để truyền bức xạ Mặt trời
vào Trái đất (hồng ngoại, tử ngoại, rơn ghen, tia gamma).
 Phần lớn bức xạ này nằm trong khoảng bước sóng 200 – 2000 nm một nửa
số này có bước sóng 380 – 870 nm là tia mà mắt người có thể nhìn thấy
được. Chỉ có 45% tổng lượng năng lượng Mặt trời là tới được Trái đất còn
24,5% bị khí quyển hấp thụ, 30,5% bị phản xạ bởi mây và bề mặt Trái đất.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
 Khí Công thức Thành phần Thời gian lưu ở 
 (ppm) tầng đối lưu (năm)
Ni tơ N2 780,840 6.000000
Ôxy O2 209,460 4500
Argon Ar 9,340 -
Cacbon CO2 315 2 - 4
đioxit
Nêon Ne 18 -
Hêli He 5,2 -
Mê tan CH4 1,0 - 1,5 7
Krypton Kr 1,1 -
Nitơ Oxit N2O 0,5 200
Hyđrô H2 0,5 -
Xênôn Xe 0,08 -
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
KHÔNG KHÍ
 Hình 2.4. Thành phần khí quyển
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
Thời gian lưu có thể được định nghĩa như sau:
. Thời gian lưu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định một chất có phân
bố rộng trong môi trường hay không.
. Một chất dù là tự nhiên hay nhân tạo thì thời gian lưu cũng liên quan chặt
chẽ với việc phân bố trong môi trường.
. Một chất hòa trộn tốt, nghĩa là phân bố rộng trong môi trường thì sẽ có thời
gian lưu dài, và ngược lại.
. Ví dụ CFCs có thời gian lưu dài, tạo nên một vấn đề môi trường toàn cầu.
.Ngược lại, các khí acid chỉ tồn tại vài ngày trong khí quyển và mưa acid vì
vậy chỉ mang tính chất khu vực.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2.1. Oxygen
. Tổng lượng oxy có trong khí quyển tại một thời điểm vào
khoảng 1,8x1019mol, tương đương với 1,2x1018 kg.
. Quá trình chính sinh ra oxy trong khí quyển là phản ứng quang
hợp (5,0x1015 mol/năm, tức 4,0x1014 kg/năm).
. Quá trình quang hợp hầu như cân bằng với các quá trình tiêu
thụ oxy, đó là quá trình hô hấp, phân hủy chất hữu cơ và quá
trình đốt các nhiên liệu hóa thạch.
. Oxy có thời gian tồn lưu lâu trong khí quyển (vài nghìn năm).
Điều này có nghĩa là nó được phân bố đều trong khí quyển,
không có sự thay đổi về áp suất riêng phần của O2 giữa nơi này
và nơi khác.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2.2. Nước 
. Tại một thời điểm bất kỳ, chỉ có khoảng 7x1014 mol nước tồn
tại ở dạng khí so với khoảng 9,5x1019 mol tồn tại trên bề mặt ở
dạng lỏng.
. Với lượng bốc hơi từ đại dương (2,2x1016 mol/năm) và từ các
sông hồ (3,5x1015mol/năm) so với lượng nước ngưng tụ trên
Mặt đất (5,5x1015mol/năm) và trên các đại dương
(1,9x1016mol/năm), có thể tính được thời gian tồn lưu trung bình
của nước trong khí quyển là 3x10-2 năm (10 ngày).
. Nước phân bố không đều trong khí quyển, về cả không gian và
thời gian.
. Áp suất riêng phần cực đại của nước đạt được tại một nhiệt độ
nhất định được gọi là áp suất hơi bão hoà (hoặc áp suất hơi cân
bằng). Áp suất hơi bão hòa tăng nhanh theo nhiệt độ.
2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
KHÔNG KHÍ
 Bảng 2.2. Áp suất hơi bão hòa tăng theo nhiệt độ.
 p(H O), p(H O), p(H O), 
 t, oC 2 t, oC 2 t, oC 2
 atm atm atm
 -20 0,00102 0 0,00603 20 0,02307
 -15 0,00163 5 0,00861 25 0,03126
 -10 0,00257 10 0,01188 30 0,04187
 -15 0,00396 15 0,01683 35 0,05418
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2.3. Nitrogen 
 18
. Khí quyển chứa khoảng 3,9x10 kg nitrogen. Nguồn tiêu thụ N2 chủ yếu là
quá trình cố định nitơ sinh học (2x1011kg/năm), quá trình sản sinh NO do sét
và do quá trình đốt (7x1010 kgN/năm).
 N2 + O2 -> 2NO
. Ngoài ra, các quá trình công nghiệp cũng cố định thêm khoảng 5x1010
kg/năm.
 N2 + 3H2 -> 2NH3
 + -
. Nitơ có trong nước và đất ở dạng NH4 hoặc NO3 được chuyển hóa sinh
học thành các protein và nucleic acid. Quá trình phân hủy các chất này dưới
tác dụng của vi khuẩn lại giải phóng nitơ và khí quyển ở dạng N2 và N2O.
. Do tốc độ sinh ra và mất đi của N2 rất nhỏ so với lượng có trong khí quyển
 7
nên thời gian tồn lưu cửa N2 là rất lớn ( 10 năm).
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2.4. Carbon dioxide
 16
. Lượng CO2 có trong khí quyển là 1,4x10 mol. Ngược lại với oxy, nguồn
sản sinh chủ yếu của CO2 trong khí quyển là quá trình hô hấp, quá trình đốt
và quá trình phân hủy chất hữu cơ.
 15
. Quang hợp là quá trình tiêu thụ CO2 quan trọng (1,5x10 mol/năm). Bên
cạnh đó, vì CO2 dễ tan trong nước nên cũng cần kể đến quá trình trao đổi
CO2 với đại dương.
. Hàng năm đại dương sử dụng hết 7x1015mol và trả lại vào khí quyển 6x1015
mol CO2. Kết quả là thời gian lưu của CO2 trong khí quyển khoảng 2 năm.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy lục địa tiêu thụ nhiều CO2 hơn
các đại dương.
. Kết quả giám sát nồng độ CO2 qua nhiều năm cho thấy nồng độ CO2 trong
khí quyển không đồng đều và có xu hướng tăng dần.
 2.1. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN 
 KHÔNG KHÍ
2.1.2.5. Hydrogen
. Hydrogen chiếm một phần rất nhỏ của khí quyển (0,5ppm).
. Toàn bộ khí quyển chứa 180.000 tấn H2 và lượng tiêu thụ hàng năm là
90.000 tấn, và vì vậy thời gian lưu của H2 trong khí quyển là 2 năm.
. Khí hydro hòa trộn khá tốt trong khí quyển và nồng độ biến đổi theo
chu kỳ năng, tăng cao vào tháng 4 và giảm mạnh vào tháng 10.
. Bên cạnh đó, nồng độ H2 trong khí quyển cũng tăng vào khoảng
0,6%/năm.
. Tuy nhiên, khác với CO2, chu kỳ biến đổi nồng độ H2 ở Bắc bán cầu và
Nam bán cầu cùng pha với nhau.
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
. Các chất ô nhiễm sau khi thoát ra khỏi nguồn thải đi vào khí
quyển có thể bị biến đổi về lượng hoặc cũng có thể chuyển
thành các chất khác là các quá trình: pha loãng, sa lắng (sa lắng
khô và sa lắng ướt), các chất phản ứng với nhau.
. Các thành phần trong khí quyển có thể tham gia vào phản ứng
hóa học thuần túy dưới điều kiện đồng thể hoặc dị thể.
. Năng lượng cần thiết để tiến hành các phản ứng giữa những
thành phần chính trong tầng đối lưu nhiều khi quá lớn.
. Việc nghiên cứu các phản ứng hóa học hoặc quang hóa, các
quá trình vận chuyển và phát tán hoặc tích tụ các chất ô nhiễm
có ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu quá trình hình
thành và biến đổi các chất ô nhiễm trong khí quyển.
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.1. Phản ứng hóa học trong khí quyển
Là các phản ứng xảy ra chủ yếu do các va chạm có hiệu quả
giữa các tác nhân phản ứng có mặt trong khí quyển gây ra:
 . Phản ứng kết hợp
 . Phản ứng trao đổi
 . Phản ứng oxi hóa - khử.
 .Ngoài ra cũng còn có các quá trình hòa tan, sa lắng
 -Sa lắng khô: là quá trình thanh lọc bằng cách hấp thu (hấp
 thụ hoặc hấp phụ) các chất ở bề mặt Trái đất nhờ thảm thực
 vật, hòa tan các chất trong nước mặt (sông, hồ, ao, nước
 biển).
 -Sa lắng ướt: là thanh lọc nhờ mưa.
 . Các phản ứng có thể xảy ra ở các pha đồng thể hoặc dị thể.
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Một số nguyên tắc của phản ứng quang hóa như sau:
. Phản ứng quang hóa chỉ xảy ra với các phần tử có khả năng
hấp thụ các photon mà nó gặp.
. Mỗi photon được hấp thụ có thể kích hoạt chỉ với một phần tử
duy nhất ở quá trình quang hóa đầu tiên.
. Theo qui luật hấp thu năng lượng thì trước hết các photon
được hấp thụ bởi các phần tử ở những trạng thái có năng lượng
thấp, do đó đối với quá trình quang hóa thì những trạng thái kích
động năng lượng thấp rất có ý nghĩa.
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Hiệu quả hấp thụ quang hóa được định nghĩa qua mức hấp thụ 
của một quá trình quang hoá: = (số phân tử tham gia phản
ứng) / (số photon bị hấp phụ)
Đối với phản ứng phân li quang hóa:
 AB + h → A + B
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào cường độ phát xạ ánh sáng Mặt
trời; bề mặt hấp thụ, cường độ hấp thụ của chất tham gia phản
ứng. Một số phản ứng phân li quang hóa:
 O3 + h ( < 360 nm) → O2 + O
 NO2 + h ( < 420 nm) → NO + O
 CH2O + h ( < 360 nm) → H2 + CO
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
- Khói quang hóa
Trong khí quyển, ở tầng đối lưu, hàm lượng ôzôn thấp khoảng
50ppb, ở độ cao sát mặt biển, hàm lượng ôzôn khoảng 20 - 40
ppb và đạt cực đại vào mùa hè từ 40 - 60 ppb.
Ôzôn tham gia vào phản ứng quang hóa và cùng với sản phẩm
của quá trình quang hóa là các gốc hoạt tính như: OH, NO, O,
O2, HO2, lại tiếp tục tham gia phản ứng với các hợp chất
hydrocarbua (là những chất không hấp thụ sóng ngắn), các ôxít
nitơ trong khí quyển sẽ hình thành nhiều chất ô nhiễm thứ cấp
như andehyt, và peroxyl acetyl nitrat hay PAN (C2H3O5N), tập
hợp tất cả các chất trên tạo thành khói quang hóa trong khí
quyển.
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Khói quang hóa lần đầu tiên được được quan tâm ở Los
Angeles, California (Mỹ) vào những năm 1940.
Cơ chế của sự hình thành khói quang hóa
(1) Phản ứng quang hóa cơ bản tạo nguyên tử ôxi
 NO2 + h ( < 420 nm)  NO + O
(2) Các phản ứng với oxy
 O2 + O  O3
 O3 + NO  NO2 + O2
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Do phản ứng thứ hai xảy ra rất nhanh nên nồng độ O3 vẫn còn
thấp cho đến khi nồng độ NO giảm xuống. Xe ôtô phát thải NO
có tác dụng giữ O3 ở nồng độ thấp ổn định.
(3) Sự hình thành sản phẩm của các gốc hydrocarbon tự do
 O + RH  R* + nhiều sản phẩm khác
 *
 O3 + RH  R + nhiều sản phẩm khác
(4) Các phản ứng dây chuyền nhân lên, phân nhánh và kết thúc
 *
 NO + ROO  NO2 + nhiều sản phẩm
 *
 NO2 + R  sản phẩm (ví dụ như PAN)
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
 2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Một số dây chuyền phản ứng của các chất, hidrocarbon phản
 *
ứng với các gốc O, O3, HO :
 + *
 RH + O + O2  ROO + HO
 * +
 RH + HO + O2  ROO + H2O
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Phản ứng quang hóa mêtan
Nhiều phản ứng liên quan đến sự ôxi hóa hidrocarbon trong khí
quyển được nghiên cứu bằng cách xem xét sự ôxi hóa mêtan.
Giống như các chất hidrocarbon khác, mêtan phản ứng với một
nguyên tử ôxi (thông thường là sản phẩm của phản ứng quang
hóa NO2) tạo ra gốc hydroxyl quan trọng và gốc alkyl.
 + -
 CH4 + O  H3C + HO
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
Gốc metyl sinh ra phản ứng với phân tử ôxi tạo ra gốc peroxyl
rất hoạt động:
 + -
 H3C + O2  H3COO
 - +
 CH4 + HO  H3C + H2O
 - +
 CH3COO + NO  H3CO + NO2
 +
 CH3CO + O3  rất nhiều sản phẩm khác nhau.
 + -
 H3CO + O2  CH2O + HOO
 2.2. CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG KHÍ 
 QUYỂN
2.2.2. Phản ứng quang hóa trong khí quyển
 Solar
 radiation
 Ultraviolet radiation
 NO
 Nitric
 O
 NO oxide 2
 H O 2 O Molecular
 2 Nitrogen
 Water Atomic oxygen
 dioxide oxygen
 Hydrocarbons
 PANs
 Peroxyacyl O
 HNO3 Aldehydes 3
 Nitric acid nitrates (e.g., formaldehyde) Ozone
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
a. Dựa vào nguồn phát sinh chia thành hai nhóm chính: tự 
nhiên và nhân tạo
•+ Nguồn tự nhiên
(1). Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa
Hoạt động của núi lửa phun ra một lượng khổng lồ các chất 
ô nhiễm như tro bụi, khí SOx-, NOx, có tác hại nặng nề và 
lâu dài tới môi trường.
(2). Ô nhiễm do cháy rừng
Cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng như các hoạt 
động thiếu ý thức của con người, chất ô nhiễm như khói, 
bụi, khí SOx,- NOx, CO, THC
(3). Ô nhiễm do bão cát
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
a. Dựa vào nguồn phát sinh chia thành hai nhóm chính: tự nhiên và nhân 
tạo
Hiện tượng bão cát thường xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có
lớp phủ thực vật. Ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi, nó còn làm giảm tầm
nhìn.
(4). Ô nhiễm do đại dương
Do quá trình bốc hơi nước biển có kéo theo một lượng muối (chủ yếu là
NaCl) bị gió đưa vào đất liền. Không khí có nồng độ muối cao sẽ có tác
hại tới vật liệu kim loại.
(5). Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên
Do lên men chất hữu cơ bãi rác, đầm lầy tạo ra các khí như metan (CH4),
các hợp chất gây mùi hôi hợp chất nitơ (ammoniac – NH3), hợp chất lưu
huỳnh (hydrosunfua – H2S, mecaptan) và thậm trí có cả các vi sinh vật.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
 + Các nguồn nhân tạo
 (1) Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp:
 Ví dụ các nhà máy sản xuất hóa chất, sản xuất giấy, luyện kim loại,
 nhà máy nhiệt điện (sử dụng các nhiên liệu than, dầu ). Hoạt động
 nông nghiệp sử dụng phân bón, phun thuốc trừ sâu diệt cỏ, nông
 nghiệp. Dịch vụ thương mại: chợ buôn bán. Các nguồn trên có thể coi
 là các nguồn cố định.
 (2) Ô nhiễm giao thông:
 Do khí thải ô tô, xe máy, tàu thủy, xe lửa, máy bay. Coi là các nguồn 
 lưu động.
 (3) Ô nhiễm do sinh hoạt:
 Do đốt nhiên liệu phục vụ sinh hoạt, phục vụ vui chơi giải trí.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
 + Các nguồn nhân tạo
 (1) Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp:
 Ví dụ các nhà máy sản xuất hóa chất, sản xuất giấy, luyện kim loại,
 nhà máy nhiệt điện (sử dụng các nhiên liệu than, dầu ). Hoạt động
 nông nghiệp sử dụng phân bón, phun thuốc trừ sâu diệt cỏ, nông
 nghiệp. Dịch vụ thương mại: chợ buôn bán. Các nguồn trên có thể coi
 là các nguồn cố định.
 (2) Ô nhiễm giao thông:
 Do khí thải ô tô, xe máy, tàu thủy, xe lửa, máy bay. Coi là các nguồn 
 lưu động.
 (3) Ô nhiễm do sinh hoạt:
 Do đốt nhiên liệu phục vụ sinh hoạt, phục vụ vui chơi giải trí.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
b. Theo qui mô tác động
 Nguồn điểm 
 Nguồn đường
 Nguồn vùng
 Hình 2.7. Ô nhiễm nguồn đường
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
b. Theo qui mô tác động
 Hình 2.8. Ô nhiễm nguồn vùng
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
STT Ngành sản xuất Các chất ô nhiễm đặc trưng
 Nhà máy nhiệt điện, lò nung, nồi hơi Bụi, SO , NO , CO , hydrocacbon 
 đốt bằng nhiên liệu aldehyt.x x x
 Chế biến thực phẩm Bụi, mùi
 . Sản xuất nước đá Ồn, NH (nếu dùng gas ammoniac)
 . Chế biến hạt điều Bụi, mùi3 hôi, các phenol 
 Thuốc lá Bụi, mùi hôi, nicôtin 
 Dệt, nhuộm Bụi, hợp chất hữu cơ 
 Giấy Bụi, mùi hôi
 Sản xuất hóa chất
 . Acid sunfuric SO
 . Superphotphat Bụi,x HF, H SiF , SO
 . Amoniac NH 2 6 3
 . Keo, sơn, vecni Bụi,3 hợp chất hữu cơ bay hơi
 . Xà bông, bột giặt Bụi, kiềm
 . Lọc dầu Các hydrocacbon, bụi, COx , SOx , 
 NOx . 
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
 Sành sứ, thuỷ tinh, vật liệu xây • Bụi, COx , HF 
 dựng 
 Luyện kim, lò đúc • Bụi, SO2 , COx , NOx ,
 Nhựa, cao su, chất dẻo • Bụi, mùi hôi, dung môi hữu cơ, 
 SO2
 Thuốc trừ sâu • Bụi, mùi hôi, dung môi hữu cơ, 
 TBVTV
 Thuộc da • Mùi hôi (do các hợp chất sunlfua, 
 mecaptan, amoniac)
 Bao bì • Mùi hôi của các dung môi hữu cơ, 
 bụi
 Khí thải giao thông • Bụi, chì, NOx , SOx , COx , hợp 
 chất hữu cơ
 Khí thải do đốt phục vụ sinh hoạt Bụi, mùi hôi, COx.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.2. Phân loại các chất ô nhiễm không khí
Có nhiều cách phân loại khác nhau về các chất ô nhiễm không khí.
a. Theo nguồn gốc phát sinh
+ Các chất gây ô nhiễm sơ cấp
Là những chất trực tiếp thoát ra từ các nguồn và tự chúng đã có đặc tính
độc hại. Ví dụ như khí SO2 , NO, H2S, NH3, CO, HF.
+ Các chất gây ô nhiễm thứ cấp
Bao gồm những chất được tạo ra trong khí quyển do tương tác hóa học
giữa các chất gây ô nhiễm sơ cấp với các chất vốn là thành phần của khí
quyển. Ví dụ SO3, H2SO4, MeSO4, NO2, HNO3, ...
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.2. Phân loại các chất ô nhiễm không khí
b. Theo trạng thái vật lý
-Khí như SO2, NO, H2S, NH3, CO, NO2, SO3.
-Hơi (lỏng) như hơi dung môi hữu cơ.
-Particulate matter: các hạt như bụi, khói, thường có kích thước từ
0,1 đến 100 m.
-Ô nhiễm vật lý: Bao gồm các yếu tố vi khí hậu (nhiệt độ, độ ồn,
rung, ánh sáng, độ ẩm, tốc độ gió...), ô nhiễm chất phóng xạ.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
a. Bụi
. Bụi là những chất ở dạng rắn hay lỏng có kích thước khác nhau,
được hợp thành từ nhiều chất khác nhau.
. Những hạt bụi nhỏ nhờ sự vận chuyển của khí quyển có thể đưa đi
khắp nơi trong khí quyển, ngay cả Bắc cực, vùng cách xa các nguồn
ô nhiễm của khu công nghiệp, cũng phải chịu đựng sương mù Bắc
cực từ tháng mười đến tháng năm mỗi năm.
. Bụi được đặc trưng bằng thành phần hóa học, thành phần khoáng
cũng như phân bố kích thước hạt và phụ thuộc nguồn gốc phát sinh.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.3.1. Ô nhiễm không khí
2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
a. Bụi
. Các Sol khí là những phần tử rắn hoặc lỏng có đường kính nhỏ
hơn 1 m.
.Các hạt bụi có kích thước < 0,1m thuộc loại kích thước bé, thường
sinh ra từ quá trình thiêu đốt. Tốc độ lắng < 8 x 10-7m/s.
. Các hạt bụi có kích thước < 0,1 - 1 m thuộc loại kích thước trung
bình, thường sinh ra từ quá trình thiêu đốt, sol khí quang hóa. Tốc độ
lắng trung bình.
. Các hạt bụi có kích thước > 1m thuộc loại kích thước bé, thường
sinh ra từ quá trình sản xuất công nghiệp, giao thông, tự nhiên. Tốc
độ lắng > 10 x 10-5m/s.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.1. Ô nhiễm không khí
 2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
 Nguồn phát Dạng bụi Thành phần chính
 sinh
Sản xuất năng Bụi tro, bồ hóng Các oxít kim loại, muối kim 
lượng loại, carbon
Sản xuất than Bụi than Carbon
Luyện kim Bụi lò Oxit kim loại, kim loại, phụ
 gia, quặng
Xây dựng Bụi khoáng Xi măng, thạch cao
Chế biến gỗ Bụi gổ Xenlulo
Công nghiệp dệt Bụi sợi Vải bông, vải sợi nhân tạo.
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.1. Ô nhiễm không khí
 2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
+ Tác động vật lý của bụi lên khí quyển
. Những hạt bụi nhỏ có khả năng keo tụ là tác nhân làm giảm
quá trình khuếch tán.
. Các hạt bụi nhỏ hơn kết lại với nhau tạo thành những hạt lớn
hơn có kích thước đủ lớn để lắng xuống, đây là một trong hai
cơ chế của quá trình tách bụi khỏi khí quyển.
. Một cơ chế khác là kỹ thuật lọc sạch bằng nước mưa và một
dạng khác là ngưng hơi nước trong khí quyển.
. Bụi cũng có tác động trở lại với khí trong khí quyển.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.1. Ô nhiễm không khí
 2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
 + Tác động vật lý của bụi lên khí quyển
 g.d2.( )
 . V = 1 2
 18.
Trong đó: V: tốc độ lắng, cm/s.
 g: gia tốc trọng trường, cm/s2.
 3
 1: khối lượng riêng của hạt bụi, g/cm .
 3
 2: khối lượng riêng của không khí, g/cm .
 : độ nhớt của không khí, poise.
 d: đường kính hạt
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.1. Ô nhiễm không khí
 2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
+ Tác động vật lý của bụi lên khí quyển
. Kích thước hạt bụi thường thể hiện ở đường kính hạt bụi, đôi
khi người ta biểu thị bằng bán kính hạt.
.Tốc độ lắng bụi là một hàm phụ thuộc kính thước hạt bụi và
khối lượng riêng.
.Tốc độ lắng rất quan trọng trong việc xác định ảnh hưởng của
bụi trong khí quyển.
.Với những hạt bụi hình cầu có đường kính lớn hơn và xấp xỉ 1
m, quá trình lắng tuân theo định luật Stock
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.1. Ô nhiễm không khí
 2.3.1.3. Các chất ô nhiễm trong khí quyển
+ Tác động vật lý của bụi lên khí quyển
. Định luật Stock cũng có thể sử dụng để biểu thị ảnh hưởng
của đường kính của một hạt bụi có dạng không hình cầu bất kỳ.
Những đường kính này được gọi là đường kính Stock.
. Hầu hết các loại sol khí thì không biết được đường kính và
khối lượng riêng.
. Nếu giả sử khối lượng riêng của không khí là 1 g/cm3, thì
đường kính tính theo phương trình trên được gọi là đường kính
sa lắng rút gọn.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
- Mưa acid
- Hiệu ứng nhà kính
- Suy giảm tầng ozon
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.1. Mưa acid
. Mưa acid là sự kết hợp của mưa, sương mù, tuyết, mưa đá với
oxit lưu huỳnh, oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt cháy các nhiên
liệu khoáng tạo thành acid sunfuric, acid nitric có nồng độ
loãng (pH < 5,6), rồi theo mưa tuyết rơi xuống Mặt đất
. Các nguy hại của mưa acid chủ yếu là làm cho sông hồ bị
acid hoá, cây cối bị khô héo, các loại cá bị chết, đe dọa sức
khỏe con người.
. Dựa vào di chuyển của gió, mây mưa acid có thể đi từ vùng
này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng lớn.
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.1. Mưa acid
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.1. Mưa acid
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.1. Mưa acid
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.2. Hiệu ứng nhà kính
. Nhiệt độ của Trái đất được quyết định bởi sự cân bằng giữa 
năng lượng Mặt trời và năng lượng bức xạ nhiệt từ bề mặt Trái
đất.
. Bức xạ nhiệt của Mặt trời là bức xạ sóng ngắn dễ dàng xuyên
qua lớp khí nhà kính (CO2, NOx, CH4, CFC..), còn bức xạ nhiệt
từ Trái đất là bức xạ nhiệt sóng dài nên không thể xuyên qua
lớp khí nhà kính này, do đó nó làm cho nhiệt độ khí quyển
quanh Trái đất nóng lên và được gọi là hiệu ứng nhà kính.
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.2. Hiệu ứng nhà kính
 Hình 2.14. Hiệu ứng nhà kính
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.2. Hiệu ứng nhà kính
 Hình 2.15. Các nguồn gây hiệu ứng nhà kính
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.2. Hiệu ứng nhà kính
. Gia tăng số lượng các khí nhà kính như CO2, CFC, ôzôn (O3),
NO2, N2O... Tỉ lệ tác động của chúng trong hiệu ứng nhà kính
là: CO2: 50%, CFC: 20%, CH4: 16%, O3:8%, N2O:6%.
. Các khí này không hấp thu các bức xạ của Mặt trời nên các
bức xạ hồng ngoại từ Trái đất bị các khí nhà kính hấp thu, ngăn
không cho năng lượng thoát ra ngoài không gian, khiến cho
nhiệt độ khí quyển tăng lên, sinh ra hiệu ứng nhiệt.
. Các khí nhà kính là các khí có khả năng hấp thu bức xạ hồng
ngoại. Như đã trình bày ở phần trước, khí nitơ, oxy và argon
không phải khí nhà kính.
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.3. Sự suy giảm tầng ôzôn
. Suy giảm tầng ôzôn do việc đưa vào bầu khí quyển một số khí
thải có tác dụng làm suy giảm tầng ôzôn.
. Hiện nay, tầng ôzôn trên khí quyển Trái đất ngày càng mỏng
đi.
. Những chất gây suy giảm tầng ozôn
 Việc sử dụng rộng rãi chất CFC (Chloroflourcarbons)
 Hợp chất oxit nitơ
. Phương sách bảo vệ tầng ôzôn có hiệu quả nhất là từng bước
giảm dần và đi tới cấm hẳn việc sản xuất và sử dụng CFC và
các hợp chất hóa học phá hoại tầng ôzôn.
2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.3. Sự suy giảm tầng ôzôn
 Hình 2.20. Lỗ thủng tầng ôzôn
 2.3. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô 
 NHIỄM KHÔNG KHÍ
 2.3.2. Hậu quả của ô nhiễm không khí
 2.3.2.4. Biến đổi khí hậu
. Tất cả các yếu tố trên cùng góp phần làm cho thiên nhiên mất đi
khả năng tự điều chỉnh vốn có của mình. Trái đất nóng lên có thể
mang lại những tác động bất lợi sau đây:
  Mực nước biển dâng cao
  Thời tiết trên Trái đất sẽ bị đảo lộn.
 Hình 2.21. Diễn biến nhiệt độ khí quyển theo thời gian