В состав тропосферы, помимо азота и кислорода, входят инертные газы (аргон, гелий, криптон, неон, ксенон и радон), метан, водород, озон, оксид углерода, диоксид серы, сероводород.
Основные химические процессы, проходящие в тропосфере:
- Процессы окисления;
- Механизм образования гидроксидныхи гидропероксидных радикалов;
- Химические превращения органических соединений.
Тропосфера играет на планете роль глобального окислительного резервуара.
Среди свободных радикалов, обнаруженных в атмосфере, прежде всего следует выделить гидроксидный радикал ОН, который может образовываться при протекании ряда химических превращений.
Гидроксидный радикал может замкнуть цепочку превращений с участием свободных радикалов:
HO2 + OH → H2O + O2; HO2 + HO2 → H2O2 + O2.
Пример реакций окисления:
Основным окислителем соединений серы являются свободные радикалы. Сероводород, например, последовательно в ряде стадий окисляется до SO2:
H2S + OH → H2O + HS; HS + O2 → SO + OH; SO + H2O → SO2 + OH.
Окисление оксида азота - взаимодействие с озоном:
NO + O3 → NO2 + O2.
Пример образования гидроксидного радикала OH:
HNO2 → NO + OH, ν < 340 нм;
HNO3 → NO2 + OH, ν < 335 нм;
H2O2 → 2OH, ν < 300 нм.
Пример химического превращения органических соединений:
Фотохимическое превращение метана и его гомологов в тропосфере протекает по радикальному механизму.
При взаимодействии с гидроксидным радикалом происходит образование соответствующего алкильного радикала:
R–CH3 + HO → R–CH2 + H2O.
Затем, при столкновении с молекулой кислорода в присутствии третьего тела дает другую неустойчивую частицу - метилпероксидный радикал:
CH3 + O2 + M → CH3OO + M*.
Метилпероксидный радикал в атмосфере разлагается с образованием метоксильного радикала по реакции 2CH3OO → O2 + 2CH3O.
У атома азота в молекуле аммиака после образования связей с атомами водорода остается еще одна валентная орбиталь с неподеленной парой электронов (в структурной формуле обозначена точками) . У атома бора в молекуле трифторида бора после образования связей с атомами фтора остается одна свободная валентная орбиталь (в структурной формуле обозначена квадратиком) . Неподеленную пару валентных электронов атом азота может предоставить атому бора " в совместное использование" , " поделиться" с ним этой электронной парой. При этом электроны бывшей неподеленной пары становятся общими для атомов азота и бора, то есть между ними образуется ковалентная связь. Но при этом у атомов бора и азота возникают еще и формальные заряды: – 1 е у атома бора и +1 е у атома азота:
В результате между атомами азота и бора возникает и ковалентная, и ионная связь. При этом атом азота является донором электронной пары (" дает" ее для образования связи) , а атом бора – акцептором (" принимает" ее при образовании связи) . Отсюда и название механизма образования такой связи – " донорно-акцепторный" .
Донорно-акцепторный механизм образования связи – механизм образования связи, при котором один из связываемых атомов является донором электронной пары, а другой – акцептором.
Донором электронной пары может быть не только атом азота. Им может быть, например, атом кислорода молекулы воды. Например, с хлороводородом молекула воды будет взаимодействовать следующим образом: молекула воды будет взаимодействовать с образованием иона гидроксония, следующим образом: