- •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
1.3.7.1 Номенклатура и особенности тропосферного аэрозоля
В настоящее время номенклатура атмосферного аэрозоля отражает его происхождение и распределение по размерам и частичной концентрации. В учении об атмосфере выделяют три характерных диапазона (моды):
– частицы с радиусами менее 0,1 мкм;
– частицы с радиусами от 0,1 до 1 мкм;
– частицы с радиусами более 1 мкм.
В метеорологии самые мелкие частицы называют ядрами Айткена. Их появление в атмосфере связано сгомо- или гетеронуклеацией– образованием новых относительно устойчивых частиц из газообразных предшественников. Примером таких процессов может служить образование мельчайших частиц сажи при горении природного газа или частиц голубоватой дымки, часто возникающей над массивами хвойных лесов в жаркую безветренную погоду в результате окисления выделяемых растениями терпеновых углеводородовC10H16.
Вторую моду образуют аэрозоли, иногда называемые частицами Ми. Они возникают главным образом за счет коагуляции уже существующих частиц ядерной моды или их роста в результате гетерогенной конденсации различных газов (например, паров воды). Поэтому этумоду называют такжекоагуляционной или конденсационной.
Частицы с радиусами более 1 мкм появляются в атмосфере чаще всего в результате процессов разрушения конденсированной фазы.Это продукты испарения брызгами морской воды, мелкая фракции вулканического пепла, а также поднимаемая ветром в атмосферу минеральная пыль. Преимущественно кдисперсионной модеотносятся биогенные по своему характеру частицы – в основном фрагменты растительных тканей.
Таким образом, атмосферный аэрозоль – продукт сложной совокупности физических, химических, и биологических процессов.
Относительные количества частиц, принадлежащих к различным модам, существенно различаются, уменьшаясь от мелких к более крупным, тогда как массовая концентрация в этом ряду обычно растет:
Радиус,мкм < 0,1 0,1 – 1,0 > 1,0
Относительное число,% 90 – 93 7 – 10 0,1 – 1,0
Относительная масса,% < 20 < 30 49 – 99
Абсолютная величина частичной и массовой концентрации аэрозолей лежит в широких интервалах: в фоновых районах она составляет 103частиц в 1 см3(см-3), а в воздухе городов – достигает 106– 108см-3. Массовая концентрация аэрозолей в городском воздухе может превышать 350 мкг/м3, тогда как над открытыми районами океанов она находится в переделах 20 – 90 мкг/м3.
Важной характеристикой, определяющей многие фундаментальные свойства аэрозолей, является площадь поверхности образующих их частиц. Вследствие недостаточной изученности этой характеристики при описании свойств и поведения атмосферного аэрозоля обычно прибегают к упрощенному представлению: считают, что частицы имеют сферическую форму, их поверхность однородна, плотность равномерна. Однако электронная микроскопия отчетливо демонстрирует их разнородность: собираемые в тропосфере пробы обычно одновременно содержат сложные агрегаты (длинные цепочки и «звездочки»), иглы, волокна, многогранники и пластинки. На долю частиц нуклеационной моды приходится не только самая большая частичная концентрация, но и основная часть поверхности атмосферного аэрозоля. Наибольший вклад в величину поверхности вносят частицы со средним радиусом 0,13 мкм. Удельная поверхность аэрозоля в приземном воздухе в отсутствие пылевых бурь обычно составляет 50 – 100 мкм2/см3, в воздухе городов и шлейфах вулканических облаков она резко ( до двух-трех порядков величины) возрастает. Удельная поверхность аэрозоля, выраженная в м2/г, имеет порядок 106, т.е. намного превосходит величину, характерную для активированных углей (около 103м2/г).
Масса тонкодисперсного аэрозоля оценивается величиной около 5 ·107 т, а скорость его образования – около 5 · 109т/год. Это означает, что полное обновление происходит примерно 100 раз в год.
В тропосфере с высотой содержание аэрозолей уменьшается.Зависимость частичной концентрации аэрозоля от высоты над уровнем моря носит экспоненциальный характер:
NH = No exp(-H/Ho),
где NH – концентрация частиц на высоте Н;
No– приземная концентрация частиц;
Ho – экспериментально определяемый параметр, зависящий как от природы частиц, так и от условий их существования (главным образом – от турбулентности атмосферы).
В аэрозольной модели тропосферы принят следующий средний состав частиц. До высоты 3 км 50% приходится на долю сульфатов (в основном – среднего сульфата аммония), 35% – на долю частиц почвенного происхождения, состоящих (в %) из SiO2(53),Al2O3(17),Fе2O3(7) и прочих компонентов (23), 15% – на долю морской соли (главный компонент – хлорид натрия). Выше 3 км 60% частиц составляют сульфаты, 40% частиц имеют почвенное происхождение.