Esmog fotoquímico

Los principales contaminantes primarios son los óxidos de nitrógeno (NO_x) y los compuestos orgánicos volátiles.

El monóxido de nitrógeno (u óxido nítrico) se forma cuando el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos reaccionan a altas temperaturas. Esta reacción se da, por ejemplo, en los motores de combustión de los automóviles de la siguiente forma:

${\displaystyle N_{2}+O_{2}\rightarrow 2\ NO}$

Sin embargo, el óxido nítrico es una molécula altamente inestable en el aire, ya que se oxida rápidamente en presencia de oxígeno, convirtiéndose en dióxido de nitrógeno según la reacción:

${\displaystyle 2\ NO+O_{2}\rightarrow 2\ NO_{2}\,\!}$

Entre los compuestos orgánicos volátiles (COVs) se encuentran los hidrocarburos no quemados que pueden ser emitidos también por vehículos, así como disolventes o combustibles que se pueden evaporar fácilmente. También estos pueden provenir de zonas arbóreas, al emitirse de forma natural hidrocarburos, principalmente isopreno, pineno y limoneno.

Los contaminantes secundarios, formados a partir de los anteriores, a través de una serie compleja de reacciones propiciadas por la radiación solar, son el ozono, el HNO₃, el nitrato de peroxiacilo (PAN) y otros compuestos.

Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno[4]:

${\displaystyle NO_{2}\ {\xrightarrow {h\nu }}\ NO+O\cdot }$

El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono[4]:

${\displaystyle O\cdot +\ O_{2}\longrightarrow O_{3}}$

En ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior:

${\displaystyle O_{3}+NO\longrightarrow O_{2}+\ NO_{2}}$

Pero en presencia de COVs, estos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO: ${\displaystyle ROO\cdot +\ NO\longrightarrow RO\cdot +\ NO_{2}}$ De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en la atmósfera.

Muchos de los radicales RO· generados terminan formando aldehídos. Estos, cuando la concentración de NO es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionar con NO₂ dando lugar a compuestos del tipo RCOOONO₂ (cuando R es un metilo se denomina peróxido de acetilnitrato, PAN, un compuesto tóxico).

La formación del HNO₃ se produce al final del día por reacción del NO₂ con radicales oxhidrilo:

${\displaystyle NO_{2}+OH\cdot \longrightarrow HNO_{3}}$

Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso, que se disocia en presencia de luz, pero es estable durante la noche.

${\displaystyle OH\cdot +\ NO\longrightarrow HONO}$

${\displaystyle HONO\ {\xrightarrow {h\nu }}\ OH\cdot +\ NO}$

Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar la luz para funcionar, aunque éstas pueden continuar a través de otros compuestos.