- •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
Водородный цикл
Гидроксильные радикалы образуются при фотодиссоциации воды
Н2О +hν → Н• + •ОН λ<240 (82)
Гидроксильные радикалы образуются и при взаимодействии молекул воды или метана с возбужденным атомом кислорода О (1D):
О (1D) + Н2О → 2 •ОН (11)
О (1D) + СН4→ СН3•+ •ОН (12)
Образовавшийся гидроксильный радикал может вступить в реакцию с озоном:
•ОН + О3→ НО2• + О2
НО2• + О → •ОН + О2
_________________________
О3 + О → 2О2(80)
Водородный цикл, брутто-уравнение которого идентично реакции (80), входящей в нулевой цикл, замыкается, но при этом полностью нарушается нулевой цикл озона.
Азотный цикл
Оксид азота при взаимодействии с озоном окисляется до NO2, но при взаимодействии NO2с атомарным кислородом в возбужденном состоянии вновь образуется NO. Азотный цикл замыкается, но при этом нарушается нулевой цикл озона:
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O → NO + O2
__________________________
О3 + О → 2О2(80)
Необходимо отметить, что опасность для озонового слоя представляют только образующиеся непосредственно в стратосфере NO и NO2. NO и NO2, образующиеся в воздухе тропосферы, имеют малое время жизни и не успевают достигнуть стратосферы. Среди оксидов азота, образующихся на поверхности Земли, опасность для озонового слоя представляет лишь имеющий достаточно большое время жизни и поэтому способный преодолеть глобальный инверсионный барьер и достичь зоны максимальной концентрации О3 оксидазота (I) N2O.Этот газ способен превращаться в оксид азота, инициирующий азотный цикл гибели озона:
N2O + O (1D) → 2NO (36)
Хлорный цикл
Атом хлора при взаимодействии с О3образует оксид хлора ClO и молекулу О2.ClOвзаимодействует с О (3Р)cобразованием молекулы кислорода и атомарного хлора:
Cl• + O3 → ClO + O2
ClO + O (3P) → Cl• + O2
___________________________________
O3 + O → 2O2 (80)
Хлорный цикл замыкается, а нулевой цикл озона нарушается.
Атомарный хлор появляется в стратосфере при фотохимическом разложении ряда хлорфторуглеводородов, которые благодаря малой химической активности и большому времени жизни успевают достигнуть зоны максимального содержания О3в стратосфере. Наибольшую опасность среди хлорфторуглеводородов (ХФУ) представляют некоторые их фреонов. Эти нетоксичные, пожаро-взрывобезопасные соединения, обладающие низкой реакционной способностью, широко использовались в холодильной технике, при производстве пенопластов и каучука, в изготовлении различных бытовых товаров в аэрозольных упаковках. Попадая в стратосферу, эти соединения могут взаимодействовать с излучением с λ<240 нм, при этом происходит образование атомарного хлора, например:
CFCl3+hλ →CFCl2+Cl• ,
и может начаться разрушение озонового слоя.
Бромный цикл
Атом брома подобно атому хлора способен при взаимодействии с О3образовывать оксид брома и молекулу О2. Однако в отличие отClOоксид бромаBrOможет вступить в реакцию с другой молекулойBrOили сClO, при этом образуются два атома соответствующего галогена и молекула кислорода:
Br• + O3 → BrO + O2
BrO + BrO → 2Br• + O2
BrO + ClO → Br• + Cl• + O2
Во всех рассмотренных до этого циклах нарушения озонового слоя реакция с участием атомарного кислорода является наиболее медленной, и ее скорость лимитирует соответствующие циклы. В случае бромного цикла процесс значительно ускоряется, и бром потенциально более опасен для озонового слоя, однако влияние этого цикла на озоновый слой в настоящее время меньше, чем влияние других рассмотренных циклов. Это связано с меньшими концентрациями брома в атмосфере.Основными источниками брома в стратосфере являются бромсодержащие органические соединения, используемые для тушения пожаров (галлоны). Эти соединения, как и фреоны, устойчивы в тропосфере, имеют большое время жизни, и попадая в стратосферу, разлагаются под действием жесткого УФ-излучения. Образующийся при этом атом брома может вступать во взаимодействие с молекулой озона.