- •Федеральное агентство по образованию
- •Экологическая химия
- •Введение: предмет экологической химии, задачи экологической химии
- •1Основные понятия и определения
- •1.1 Загрязнение окружающей среды. Химическое загрязнение. Вредные вещества.
- •1.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ
- •2.1.1. Пдк вредных веществ в атмосфере
- •1.2.2 Пдк вредных веществ в водной среде
- •1.2.3Пдк вредных веществ в почве
- •1.3.2 Распространение в ос
- •1.3.3 Время жизни (устойчивость) загрязнителя
- •1.3.4 Склонность загрязнителя к деградации (биоразложению)
- •1.4 Термодинамический и кинетический подходы к изучению поведения загрязнителей в ос
- •1) Определять возможность самопроизвольного протекания химических реакций в том или ином направлении;
- •2) Определять условия, при которых устанавливается химическое равновесие.
- •При низких давлениях газы можно считать идеальными, и Ka ≈ Kp.
- •1) Рассчитать время достижения заданной степени превращения веществ (или опре- делить степень превращения вещества в заданный момент времени),
- •2) Найти условия, при которых время достижения заданной степени превращения ве- щества будет минимальным.
- •2. Физико-химические процессы в атмосфере
- •2.1 Состав и строение атмосферы
- •Qисточник и Qсток – скорости поступления и стока веществ соответственно для произвольного резервуара, атмосферы в целом или ее части;
- •2.1.1 Основные зоны атмосферы
- •2.1.2 Атмосферное давление
- •2.1.3 Солнечная радиация и вертикальная структура атмосферы
- •2.1.4 Тепловой баланс атмосферы и подстилающей ее поверхности
- •Процессы окисления примесей в тропосфере могут протекать:
- •1.3.4. Фотохимический смог в городской атмосфере
- •1.3.6Метан
- •В присутствии no общий результат окисления метана:
- •1.3.7.1 Номенклатура и особенности тропосферного аэрозоля
- •1.3.7.2 Время жизни (устойчивость) аэрозоля
- •Водородный цикл
- •Азотный цикл
- •Хлорный цикл
- •Физико-химические процессы в гидросфере
- •3. Биогенные вещества – главным образом соединения азота и фосфора. К биогенным элементам относят также соединения кремния и железа.
- •2.2. Классификация природных вод
- •1) Физико-географические (рельеф, климат…);
- •2.3.2 Процессы растворения твердых веществ в природныхводах
- •2.4 Кислотно-основное равновесие в природных водоемах
- •2.4.2 Растворимость карбонатов и рН подземных и поверхностных природных вод
- •2.5.1 Окислительно_восстановительное равновесие
- •2.5.2 Взаимосвязь между окислительно-восстановительны-ми и кислотно-основными характеристиками природных вод
- •2.6 Процессы самоочищения водных экосистем
- •2.6.1 Виды загрязнений и каналы самоочищения водной среды
- •2.6.3 Физико-химические процессы на границе разделафаз
- •1) В качестве окислителя участвуют ионы металлов в окисленной форме;
- •2) В окислении зв участвуют свободные радикалы и другие реакционноспособные частицы.
- •1) Рекомбинация и диспропорционирование
- •3) Присоединение по кратной связи
- •3 Физико-химические процессы в почвах
- •3.1 Гипергенез и почвообразование
- •3.3 Элементный и фазовый состав почв
- •3.4 Оганические вещества почвы
- •3.4.1 Классификация органических веществ почвы
- •3.5.2 Обменные катионы почв
- •3.7 Соединения азота в почве
- •3.6 Проблемы загрязнения почвенных экосистем
- •3.6.1 Проблема применения минеральных удобрений
- •3.6.2 Проблемы применения химическх средств защиты растений
- •3.6.3 Поведение пестицидов в ос
Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
Факультет естественных наук и природных ресурсов
Кафедра химии и экологии
Экологическая химия
Конспект лекций
|
|
|
|
|
Разработала: Доцент кафедры ХиЭ И.В. Летенкова
|
|
|
|
Великий Новгород
2007
Введение: предмет экологической химии, задачи экологической химии
К настоящему времени сложился целый комплекс научных дисциплин, объектом изучения которых являются химические процессы в окружающей среде (ОС). Все они могут быть объединены под общим названием «Химия окружающей среды».Но требуется уточнение понятия «окружающая среда».
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА (ОС)– вся наша планета, тонкая оболочка жизни – биосфера – и космическое пространство, окружающее нас и воздействующее на нас. Однако часто для упрощения под окружающей средой подразумевают лишь биосферу и часть нашей планеты – земную кору.
По В.И.Вернадскому, биосфера – это «область существования живого вещества». Живым веществом называют совокупность всех живых организмов, включая человека.
Биосфера включает:
– аэробиосферу– нижнюю часть атмосферы,
– гидробиосферу– всю гидросферу: океаны, моря, поверхностные воды суши,
– террабиосферу– поверхность самой суши,
– литобиосферу– литосферу: верхние горизонты твердой земной оболочки.
В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосфера),а также расположенные выше (парабиосфера) и ниже ее (метабиосфера); в эти слои живые организмы могут попасть лишь случайно.Общая протяженность эубиосферы по вертикали 12…17 км, хотя у разных авторов эти оценки несколько варьируют.
Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый слой, имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22-26 км. Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора – 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.
Нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов.Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности, каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи.
С учетом протяженности названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33-35 км.
Таким образом, химия окружающей среды включает в себя:
– химию атмосферы,
– гидрохимию,
– химию почв,
– геохимию,
– химию природных соединений биологического происхождения.
Однако обострение экологической ситуации, принявшее во многих районах мира характер кризиса, имеющего тенденцию к расширению и глобализации, привело к выделению из этого комплекса новой научной дисциплины – экологической химии.
Предметом экологической химииявляются химические процессы в окружающей среде в связи с изменениями, вносимыми в них деятельностью человека (хозяйственной, военной и иной). В сферу интересов экологической химии попадают те химические процессы в геосферах (атмосфере, гидросфере и др.), которые оказываются под прямым или косвенным влиянием человечества.
Отношения между экологической химией и химией окружающей среды естьотношения части и целого. Прилагательное «экологическая» указывает на то, что данной наукой изучаются процессы, в конечном счете определяющие условия существования живых организмов (включая человека) на нашей планете.В поле зрения экологической химии попадают те части геосфер, в которых наблюдаются или могут происходить антропогенно обусловленные изменения химических процессов. За пределами биосферы, но в фокусе внимания экологической химии находятся верхняя тропосфера и стратосфера Земли.
В практическом плане можно выделить три главные задачи экологической химии, от решения которых зависит сохранение среды обитания:
Изменение существующих технологических процессов, направленное на снижение энерго- и ресурсоемкости производств, сведение к минимуму выбросов в атмосферу и гидросферу.
Очистка выбрасываемых в атмосферу газов и сбрасываемых в водоемы сточных вод от наиболее вредных веществ.
Оценка воздействия на окружающую среду загрязняющих веществ(ЗВ). Здесь возникают два аспекта: с одной стороны, проблема токсичности поступающих в окружающую среду веществ, с другой – миграция и трансформация веществ под влиянием природных факторов.Роль экологической химии заключается в оценке скорости трансформации ЗВ зависимости от факторов среды. Кинетические параметры могут затем использоваться в математических моделях для прогнозирования поведения ЗВв объектах окружающей среды.
Химия окружающей среды (и экологическая химия) отличается от классической химии тем, что:
– многие (но не все) химические процессы протекают в окружающей среде очень медленно; например, граниты медленно реагируют с водным раствором углекислого газа, однако эта реакция за 2 млрд. лет, прошедших от рождения Земли до появления фотосинтеза, снизила содержание СО2в атмосфере примерно в 10 раз;
– очень малые концентрации веществ и реакции с очень малыми выходами имеют такое же значение, как и большие концентрации; например, без взаимодействия азота с кислородом в грозовых разрядах, в котором с выходом в доли процента образуется NO, была бы практически невозможна жизнь в океанах;
– число веществ, находящихся в окружающей среде, огромно; значит, число реакций, которые одновременно могут протекать в окружающей среде, тоже огромно; при этом многие реакции влияют друг на друга, причем иногда взаимные влияния очень сложны.