Реферат хімія і екологія

Обновлено: 02.07.2024

С другой стороны общество влияет на естественную среду обитания человека. История человечества свидетельствует как о благотворном влиянии деятельности людей на естественную среду обитания, так и пагубных её последствиях.

Рост масштабов хозяйственной деятельности человека, бурное развитие научно-технической революции усилили отрицательное воздействие на природу, привели к нарушению экологического равновесия на планете.

Промышленное производство является основой экономического развития, а следовательно, и подъёма социально-экономического уровня жизни общества. Однако промышленное развитие во всём мире шло без должного учёта исчерпаемости многих видов невозобновляемых ресурсов и понимания того обстоятельства, что восстановительные средообразующие способности природы не беспредельны. Не так много времени прошло, которое отделяет нас от первых пятилеток (30-е годы) и послевоенного восстановления хозяйства (50-е годы), когда в общественном сознании господствовало упоение индустриализацией. Клубы густого чёрного дыма над заводскими трубами или валящий деревья трактор воспринимались символами технического и социального прогресса.

Научно-технический прогресс принёс много положительного в жизнь людей: разум человека открыл новые виды энергии, улучшились условия труда, и увеличилась его производительность в тяжелых и трудоёмких отраслях добывающей промышленности (горнодобывающей, лесной, океаническом рыболовстве и др.), возросли темпы строительства, повысилась продуктивность сельского хозяйства, изобретены высокоэффективные технологии, появились новые материалы, медицинские препараты, уменьшилась детская смертность и выросла продолжительность жизни, выросла скорость получения и переработки информации и многое другое.

Значительная часть принципиально новых технических и технологических решений последних десятилетий XX века родилась в ходе фантастической по масштабам гонки вооружений. Однако сегодня угроза выживания для большинства государств связана не с агрессией потенциального противника, а с состоянием окружающей среды, быстро деградирующей под натиском человеческой деятельности.

Несмотря на усилия и огромные затраты, направленные на предотвращение отрицательных последствий антропогенного воздействия на природу, общий тренд неблагоприятных изменений сохраняется.

То, что современный экологический кризис является обратной стороной научно-технической революции, подтверждает тот факт, что именно не достижения научно-технического прогресса, которые послужили отправной точкой объявления о наступлении НТР, привели и к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете.

К чему же привело бурное развитие экономики и человеческая деятельность? Загрязнение всего земного пространства, - океана, воздуха и воды, “парниковый эффект”, вырубка лесов, исчезновение многих видов растений и животных - вот лишь некоторые основные формы антропогенного воздействия на окружающую среду. Только в течение последних 4-х десятилетий на Земле произвели столько же продукции, сколько за весь период существования цивилизации до 1950г.

В сфере материального производства возросло потребление природных ресурсов. За годы после второй мировой войны было использовано столько минерального сырья, сколько за всю предыдущую историю человечества.

Поскольку запасы угля, нефти, газа, железа и других полезных ископаемых не возобновляемы, они будут исчерпаны, по расчётам учёных, через несколько десятилетий. Но даже если и ресурсы, которые постоянно возобновляются, на деле быстро убывают. Вырубка леса в мировом масштабе в 18 раз превышает его прирост. Площадь лесов, дающих Земле кислород, уменьшается с каждым годом. Лесные пространства занимали в 1950 г. 15% суши, сейчас - 7%; ежегодно уничтожается более 11млн. гектаров леса. Каждый год сжигается 20кв. км влажных тропических лесов (половина Франции). Планета может лишиться своего главного источника кислорода уже в следующем десятилетии.

Деградирует жизненно важный для людей плодородный слой почвы - и это происходит повсюду на Земле. В то время как Земля накапливает один сантиметр чернозёма за 300 лет, а погибает один сантиметр почвы за 3 года. По данным Всемирной комиссии ООН по окружающей среде и развитию, в настоящее время ежегодно превращается в пустыню 6 млн. гектаров обрабатываемых земель, 20 млрд. теряет свою продуктивность. Кроме того, расширяются территории пустынь: Сахара ежегодно продвигается к югу на 30 миль (48 км).

Не меньшую опасность, чем безудержная эксплуатация ресурсов Земли, представляет собой возросшее за последние десятилетия загрязнение планеты - и мирового океана, и атмосферного воздуха. Мировой океан постоянно загрязняется в основном из-за расширения добычи нефти на морских промыслах. Огромные нефтяные пятна губительны для жизни океана. По данным ООН, ежегодно в мировой океан попадает 30 млрд. тонн нефтепродуктов, 50 000 тонн пестицидов, 5 000 тонн ртути. В океан сбрасываются также миллионы тонн фосфора, свинца, только США сбрасывают в океан до 50 млн. т. отходов. На каждый квадратный километр океанского пространства сейчас приходится 17 тонн различных вредных отбросов с суши. Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 тонны стали необходимо 200 м 3 воды. На производство 1тонны бумаги требуется 100 м 3 , на изготовление 1тонны синтетического волокна - от 2500 до 5000 м 3 .

Самой уязвимой частью природы стала пресная вода. Сточные воды, пестициды, удобрения, ртуть, мышьяк, свинец и многое другое в огромных количествах попадают в реки и озёра. Сильно загрязнены Дунай, Волга, Рейн, Миссисипи, Великие Американские озёра. Запасы пресной воды на земном шаре велики, однако потребности в них промышленности, сельского и жилищно-коммунального хозяйства возрастают с огромной быстротой. В современных домах со всеми удобствами расход воды намного больше, чем в домах, необорудованных водопроводом. Интенсивная добыча воды приводит (особенно в больших городах, где плотная застройка препятствует естественному стоку и, следовательно, естественному пополнению самых ценных для человека верхних горизонтов подземных вод) к понижению уровня и постепенному истощению запасов. Дефицит подземных вод ощущается во многих районах земного шара, например в Бельгии, Германии, Швейцарии. Такая же ситуация в некоторых районах России и может распространиться на другие. По заключению специалистов, в некоторых районах Земли 80% всех болезней вызваны недоброкачественной водой, которую вынуждены потреблять люди. Известно, что без пищи человек может жить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут. Между тем загрязнение атмосферного воздуха давно превзошло допустимые пределы. Запыленность, содержание углекислоты в атмосфере ряда крупных городов возросли в десятки раз по сравнению с началом XX века.

Значительно загрязняют атмосферу автомобильный транспорт, электростанции, предприятия чёрной и цветной металлургии, нефтегазоперерабатывающей, химической и лесной промышленности.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 млрд. тонн углекислого газа. Содержание углекислого газа в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10%. Углекислый газ препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый “парниковый эффект”, что приводит к потеплению климата. По прогнозам климатологов, оно составит к середине века 2-5 градусов.

Выбросы газа в атмосферу уже разрушили 9% озонового слоя, главного защитника земли от ультрафиолетовых лучей. “Озоновая дыра” занимает площадь, равную территории США.

Сжигание топлива при работе угольных ТЭЦ, промышленных предприятий сопровождается образованием диоксида серы и оксидов азота; реагируя с парами воды, они образуют серную и азотную кислоты. В результате в отдельных регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10-1000 раз превышает нормальную. На территории России в 1996г. вместе с осадками выпало более 4 млн. тонн серы и 1,25 млн. тонн нитратного азота. Особенно тревожная ситуация сложилась в Центральном и Центрально-Чернозёмном районах, а также в Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км 2 . Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных, западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).

Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов. Всё больше ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Большое количество вредных веществ в атмосферу поступает с выхлопными газами автомобилей, причём их доля в загрязнении воздуха постоянно растёт; в России - более 30%, а в США - более 60% от общего выброса вредных веществ в атмосферу.

Серьёзной проблемой стал бытовой мусор: твёрдые отбросы, полиэтиленовые пакеты, синтетические моющие средства и т.п.

Окружающую среду активно загрязняют отходы, выбросы и продукты химических производств.

Существуют разные источники химических загрязнителей окружающей среды: источники металлических токсикантов (Hg, Pb, и др.) и неметаллических загрязнителей воздуха (NO₂ и другие оксиды азота, SO₂, H₂S и прочие вещества), выбрасываемые сернокислотными и металлургическими заводами, процессы сжигания природного газа и т.д. К загрязнителям окружающей среды относятся многие продукты химических производств: хлорорганические соединения (ДДТ и др.), фосфорорганические (карбофос, хлорофос и др.), активные вещества, фенол, неорганические соединения ртути. Причины производственного загрязнения окружающей среды состоят в том, что ряд химических производств использует уже морально устаревшие технологии. В их работе не всегда соблюдаются допустимые технологические режимы и предельно допустимые концентрации выбросов, неэффективно работают очистительные сооружения. Часто непродуманным нерентабельным является размещение производств и использование сырья и энергии. Главным источником разрушительных для природы процессов – экстенсивный путь развития производств, технократическое мышление людей.

Экологические проблемы, обусловленные химическими производствами можно разделить на три группы:

- загрязнение окружающей среды из-за несовершенства технологий и оборудования, несоблюдение режимов химико-технологических процессов и связанных с этим отходов, аварий, выбросов;

- загрязняющее воздействие продуктов производства при их транспортировке и производственном и бытовом использовании;

- проблема утилизация промышленных и бытовых отходов.

Вместе с тем, важно обратить внимание на то, что химическая природа возникновения многих экологических проблем, широкое участие химии в разных областях жизни часто делают её в глазах людей главной виновницей загрязнения окружающей среды и ухудшения здоровья населения, вызывая боязнь ко всему химическому (хемофобию) и убежденность многих людей, что химия – основной источник экологических бед.

Обвиняя химию и химические производства, и их продукты в загрязнении окружающей среды, люди забывают о двойственной роли химии и химической промышленности. С одной стороны, химические производства загрязняют окружающую среду своими отходами, выбросами, опасными продуктами производства. С другой стороны, наука и химическая промышленность, используя уникальную возможность синтезировать вещества, не существующие в природе, создают средства защиты окружающей среды и здоровья человека, средства утилизации отходов. Решается проблема вторичной переработки бытовых отходов, замены опасных, но важных (для промышленности, медицины, сельского хозяйства и других отраслей) веществ более безопасными.

В свою очередь, выхлопные и отработавшие газы тепловых двигателей выбрасывают в воздушный бассейн более 70 процентов
оксидов углерода и углеводородов (бензолы, формальдегиды, бенз(а)пирен), около 55 процентов оксидов азота, до 5,5 процента воды, а также сажу (тяжелые металлы), гарь, копоть и т.д.
Дымовые газы установок и двигателей содержат десятки тысяч химических веществ, соединений и элементов, более двухсот из
которых являются высокотоксичными и ядовитыми.
При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов
после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными
течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.
В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства
которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной
полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.
Наибольший экологический ущерб атмосфере и окружающей природной среде в целом наносят такие вещества, как оксиды азота и углерода, альдегиды, формальдегиды, бенз(а)пирен и другие ароматические соединения, которые относятся к отравляющим веществам.
Кроме того, при работе любой установки и двигателя выбрасывается около 1,0-2,0 процента потребляемого топлива, которое оседает на поверхностях (земли, воды, деревьев и т.п.) в виде несгоревших углеводородов, сажи, пыли и золы.

Файлы: 1 файл

Химия и экология.doc

Министерство Образования и Наук Украины

Общеобразовательная школа №21

Химия и экология

Как химия влияет на окружающую среду или химическое загрязнение среды промышленностью

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразное и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение окружающей среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Химическое загрязнение биосферы.

Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединение, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т в год.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т предельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог). Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Химия и экологические проблемы окружающей среды …………. 5 стр.

1. Антропогенные загрязнения . Виды загрязнителей и степень их

воздействия на окружающую среду……………………………………………………. . 5 стр.

1.1. Химическое производство и энергетика………………. 5 стр.

2. Химико-экологические проблемы и охрана окружающей среды. 7 стр.

2.1. Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы……………. 7 стр.

2.2. Химико-экологические проблемы и охрана стратосферы. …. 11 стр.

2.3. Химико-экологические проблемы и охрана гидросферы и

2.4. Вредное влияние окружающей среды на здоровье человека…………………. .13 стр.

Список использованной литературы …………………………………….. 18 стр.

В настоящее время, в период после перехода России к рыночной экономике, природопользование в целом и охрана окружающей среды, в частности, находятся в глубоком кризисе.

Изучая литературу, я пришла к выводу, что знания людей в этой области довольно обширны. Но, несмотря на большое количество информации, многие вопросы нам предстоит разработать детально. Отсюда вытекает несколько противоречий:

- между необходимостью теоретических знаний в этой области и их недостаточностью;

- между необходимостью навыков исследовательской деятельности и их отсутствием;

- между потребностью владеть экологическими знаниями и отсутствием экологической культуры.

Актуальность нашего исследования определяется его научным значением, связанным с химико-экологическими проблемами и охраной окружающей среды, антропогенными загрязнениями, личностно-значимыми мотивами, прикладным значением, связанным с разработкой и реализацией методов определения предельно допустимых концентраций веществ в воде, продуктах растениеводства.

Цель моей исследовательской работы: исследование химико- экологические проблем и основных направлений защиты окружающей среды, влияния загрязнений на здоровье человека.

Объект исследования: химико-экологические проблемы окружающей среды.

Предмет исследования: антропогенные загрязнения , степень их воздействия на окружающую среду.

Адекватно цели, объекту и предмету исследования были сформулированы основные задачи исследования:

– Проанализировать научно-методическую литературу по данной проблеме.

– Выяснить влияние антропогенных загрязнений на растения и организм человека.

– Определить меры, способствующие охране окружающей среды.

– Разработать рекомендации по возможному уменьшению содержания веществ – загрязнителей в окружающей среде.

1. Изучение литературы по проблеме.

2. Исследование влияния антропогенных загрязнений на окружающую среду.

3. Выработка рекомендаций по решению химико-экологических проблем и охраны окружающей среды.

В ходе исследовательской работы были использованы следующие методы:

1. Теоретический (анализ и синтез данных литературы по проблеме исследования).

2. Эмпирический (анкетирование, наблюдение, беседа).

3. Метод качественного и количественного анализа экспериментальных данных (статистическая обработка результатов).

4. Экспериментальный (проведены химические эксперименты).

5. Практический (выпущены буклеты).

Химия и экологические проблемы окружающей среды

1. Антропогенные загрязнения . Виды загрязнителей и степень их воздействия на окружающую среду

Большой вред окружающей среде наносит воздействие различных загрязнений. По своей породе загрязнения делятся на физические, химические, биологические. В зависимости от источников загрязнений они могут быть естественными и антропогенными, вызванные человеческой деятельностью в окружающей среде. Степень их воздействия на живые организмы зависит от токсичности и устойчивости загрязнителей.

Физические загрязнения: электромагнитные, радиоактивные, шумовые, тепловые.

Химические загрязнения: отходы и выбросы химических производств, бытовые отходы, вещества – загрязнители (поллютанты) и др.

Биологические загрязнения: загрязнение окружающей среды живыми организмами (бактериями, микробами, насекомыми, растениями и др.) и продуктами их жизнедеятельности, сельскохозяйственные отходы.

Естественные загрязнения вызываются природными процессами (стихийные бедствия, естественные экологические процессы – выветривание горных пород, геохимические круговороты веществ и др.)

Антропогенные загрязнения – это результат хозяйственной жизнедеятельности: энергетика, транспорт, химическое, нефтеперерабатывающее и другое производство, сельское хозяйство, коммунально–бытовые комплексы, потребительское отношение людей к природе и т.д.

Основной причиной загрязнения окружающей среды является антропологический фактор – активная, но не всегда целесообразная деятельность человека. В настоящее время в процесс производства вовлечена практически вся биосфера. Параллельно с научно – техническим прогрессом

возрастает интенсивное использование полезных ископаемых (лесов, угля, нефти, газа, воды, полезных ископаемых и др.). При этом нерациональное природопользование ведёт к загрязнению окружающей среды, истощению ресурсов, эрозии почвы.

Химическое производство и энергетика

Окружающую среду активно загрязняют отходы, выбросы и продукты химических производств.

Существуют разные источники химических загрязнителей окружающей среды: источники металлических токсикантов (Hg, Pb, и др.) и неметаллических загрязнителей воздуха (NO2 и другие оксиды азота, SO2, H3S и прочие вещества), выбрасываемые сернокислотными и металлургическими заводами, процессы сжигания природного газа и т.д. К загрязнителям окружающей среды относятся многие продукты химических производств: хлорорганические соединения (ДДТ и др.), фосфорорганические (карбофос, хлорофос и др.), активные вещества, фенол, неорганические соединения ртути. Причины производственного загрязнения окружающей среды состоят в том, что ряд химических производств использует уже морально устаревшие технологии. В их работе не всегда соблюдаются допустимые технологические режимы и предельно допустимые концентрации выбросов, неэффективно работают очистительные сооружения. Часто непродуманным нерентабельным является размещение производств и использование сырья и энергии. Главным источником разрушительных для природы процессов – экстенсивный путь развития производств, технократическое мышление людей.

Экологические проблемы, обусловленные химическими производствами можно разделить на три группы:

- проблема утилизация промышленных и бытовых отходов.

Атомная энергетика загрязняет окружающую среду радиоактивными изотопами (радионуклидами), являющимися источником опасного для человека ионизирующего излучения. При этом нормально работающие АЭС дают добавку к общему радиационному фону лишь 0, 01%, в то время как теплоэнергетика даёт основную массу загрязнителей и является экологически более неблагополучной. Ещё более чистыми являются аккумуляторы солнечной энергии и ветровые микроэлектростанции, но они не могут удовлетворить потребности в электроэнергии.

Химико-экологические проблемы и охрана окружающей среды

Мы живём в биосфере Земли. Биосфера – особая оболочка Земли, представляющая собой совокупность живых организмов, её образующих. Она связана с атмосферой, гидросферой и литосферой. Эту взаимосвязь живой и неживой природы, биогеохимическое содержание установил великий учёный В.И. Вернадский.

Биосфера – это среда обитания, распространения и взаимодействий живых существ с неживой природой и между собой.

Основную роль на этих поверхностях раздела и в самой биосфере играют химические элементы: H, C, N, O, S, P, F, Cl, Al, Si. Первые пять элементов органогены.

Биосфера не только среда, но и продукт жизни. Это подтверждает взаимосвязь живого и неживого в биосфере. Рассмотрение экологических проблем требует интеграции научных знаний химии и биологии, геофизики, географии, социологии и других научных дисциплин.

Химия не остаётся безучастной к биосфере. Продуктами химических производств и другой антропогенной деятельности загрязняются и очищаются разные её компоненты (атмосфера, литосфера и гидросфера). Большое влияние на их химическое загрязнение оказывает и природное явление, в том числе и круговорот веществ в природе. (Приложение 1).

Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы

Постоянные компоненты воздуха – азот (78,1%), кислород (20,9%), аргон (0,93%), а также CO2 (0, 03%) и некоторые другие газы.

К переменным компонентам воздуха относятся: водяной пар, следы некоторых атмосферных веществ (озон, вещество биологического и геохимического происхождения, токсичные и ядовитые вещества – продукты антропогенного происхождения). Водяной пар является важной составляющей воздуха. Распределение пара в приземном слое воздуха зависит от времени года, климата, высоты и географического положения местности.

Атмосфера способна к самоочищению и самовосстановлению. Вещества, поступающие в атмосферу естественным путём (продукты жизнедеятельности бактерий и водорослей, вулканические извержения и др.) выводятся из неё благодаря динамическому равновесию в биосфере. Газообразные промышленные и другие антропогенные выбросы, приводящие к сверхнормативному поступлению в атмосферу газов, ведут к нарушению динамического равновесия, к возникновению экологических проблем.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются:

производства по выработке электроэнергии и ТЭЦ, основанные на сжигании угля, природного газа, нефти.

производства неорганических веществ и металлургии, промышленный неорганический синтез;

коммунально–бытовой сектор (бытовые сбросы, канализация и др.);

Ежегодно в атмосферу сбрасывается 2,3 млрд. тонн вредных примесей:

CO (48,5%), оксиды азота NO, NO2 (15%), SO2 (14,9%), твёрдые частицы (13,6%), углеводороды (8%). Доля промышленных выбросов составляет 14%, транспортных – 44%, тепловых – 20%, продуктов сжигания мусора – 5%, отходов сельского хозяйства и других источников – 17%. Следствием указанных загрязнений являются серьёзные экологические проблемы.

Важнейшие экологические проблемы атмосферы : образование смога (токсичного и фотохимического); загрязнение атмосферы токсикантами; кислотные дожди; разрушение озонового слоя; парниковый эффект.

Смог (от латинского smoke – дым, курение, fog – туман) – это совокупность газообразных, жидких и твёрдых компонентов, образующих токсичный аэрозоль (туман, дым) в приземном слое атмосферы.

В зависимости от состава загрязнения токсический и фотохимический смог.

Токсический смог – это смог, вызванный повышенной концентрацией SO2 в атмосфере. Главным источником SO2 являются: ТЭЦ; газовые выбросы металлургических производств; производство целлюлозы сульфитным методом.

Фотохимический смог – это смесь образуемых посредством окислительно-восстановительных реакций веществ (углеводородов, альдегидов, оксидов азота, кислорода и озона) и вредных выбросов от работы транспортных средств. Взаимодействие этих веществ под действием солнечной радиации ведёт к образованию высокотоксичных соединений, объединяемых общим названием пероксиацилнитраты (ПАН). Они вызывают сильное раздражение дыхательных путей и глаз, так как при контакте с водой образуют различные кислоты и активные радикалы, которые при соприкосновении с живыми тканями повреждают их.

Топливно-энергетический комплекс: состав, значение в хозяйстве, проблемы развития. Тэк и проблемы охраны окружающей среды. Определение по топографической карте направлений и расстояний (2)

. развития. Химическая промышленность и проблемы охраны окружающей среды. От развития химии во многом зависит развитие . из отраслей может вызвать специфические экологические проблемы. Так, развитие добывающей промышленности ведет .

. №1.Экологическая характеристика современного этапа органической химии. №2.Экологические катастрофы. Хемофобия. №3.Экологические проблемы . Октановое число и экологическая безопасность бензина. Загрязнение окружающей среды продуктами горения нефти .

Химия в нашей жизни

Тема Принципы оценки экологического состояния городской среды

В основе жизни, как и в основе изменения химического состава биосферы, лежат химические процессы, для описания и управления динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Эта область экологии оформилась в отдельную научную дисциплину – химическую экологию, под которой понимается наука о химических взаимодействиях между живыми организмами и неживой природой. В задачи химической экологии входят вопросы о степени влияния отдельных видов антропогенных воздействий на живую природу, предсказания возможных экологических последствий химических загрязнений. Доминирующим аспектом здесь является биологический.

В настоящее время экология представляет собой сложный интегрированный комплекс наук. Специалисты-химики должны иметь достаточно ясное понимание вопросов взаимоотношения современного технизированного общества и окружающей среды, функционирования биосферы в условиях все усиливающегося антропогенного давления, методов анализа природных объектов, контроля качества окружающей среды и места химии в экологической науке.

Целью данного реферата является рассмотрение взаимосвязи химии и экологии в аспекте химических процессов, протекающих в биосфере, как глобальной экосистеме Земли.

На основе цели можно выделить ряд задач реферата: рассмотреть роль и место химии в науке экологии, проанализировать строение биосферы и химические процессы, протекающие в ее компонентах: атмосфере, гидросфере, литосфере и почве.

Для выполнения реферата были использованы учебные пособия по химической экологии, химии окружающей среды и статьи из периодических изданий по теме реферата.

Роль и место химии в науке экологии

Экология – это наука об отношениях организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Экология – это раздел биологии, изучающий взаимосвязи между организмами и их средой обитания, о круговороте веществ в природе и потоках энергии, делающих возможной саму жизнь на Земле. Главная задача современной экологии – изучение и прогнозирование антропогенных изменений в среде обитания, обоснование и разработка методов ее сохранения и улучшения в интересах человечества.

Современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук таких, как география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура. Приставка эко- появляется у многих естественных и общественных наук.

- вещества, входящие в состав организма, их структуру, распределение, превращение и функции изучает наука биохимия;

- с точки зрения биологии в рамках экосистемы существует понятие химической экологии – это наука о химических взаимоотношениях живых организмов между собой и с живой и неживой природой.

Предмет химической экологии – это химизм и принципы взаимодействия животных и растительных организмов между собой и неорганической средой посредством взаимно перекрещивающегося действия различных молекул.

Природные вещества в биосфере, их превращение и транспорт в естественных условиях и под воздействием антропогенного фактора изучает экологическая химия. Однако иногда особо выделяется антропогенное химическое воздействие на процессы в биосфере посредством действия любых химических веществ – продуктов деятельности человека, например, СО₂, и действия веществ не свойственных природе, например, пестициды, и называют этот раздел экологической химией, однако такое представление слишком узко.

На рисунке 1 схематически представлены области исследования химической, биологической и экологической наук и их взаимосвязь.

Рис. 1. Связь химических, биологических и экологических наук 1

Роль химической экологии в общей системе экологических знаний и природоохранной деятельности возрастает по нескольким причинам.

1. Среди факторов, нарушающих природные равновесия, химические вещества различного происхождения имеют первостепенное значение.

2. Химические факторы более заметны и легче поддаются анализу, чем, например, изменения биологического или географического фактора.

3. Химическим методам и средствам (химической технологии) принадлежит ведущая роль в охране окружающей среды.

Задачи химической экологии как любой науки – это описание, объяснение тех или иных процессов в системе и предсказание поведения системы в заданных условиях. В случае химической экологии объектом внимания является конкретная экосистема или биосфера в целом. 2

Строение и химический состав биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой) как и любая экосистема, состоит из биотической и абиотической частей. Биотическая часть состоит из живых организмов таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов.

Абиотическая часть представлена:

- почвой и подстилающими ее породами до глубины, где еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород, и физической средой порового пространства.

- атмосферным воздухом до высоты, на которой возможны еще проявления жизни.

- водной средой океанов, рек, озер.

Биосферу слагают три категории субстанций.

1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов: микроорганизмы, растения и животные, их активная биомасса.

Под живым веществом В.И. Вернадский, автор учения о биосфере, понимает все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различное и строение молекул другое.

Общим свойством жизни является присутствие в живом веществе активных белковых молекул. С химической точки зрения, живое и биогенное вещество биосферы представлено 3 :

- аминокислотами, составляющими основу белка

Последние являются составными частями нуклеиновых кислот, содержащихся в каждой клетке (дезоксирибонуклеиновые кислоты – ДНК – в ядре клетки и рибонуклеиновые – РНК – в цитоплазме). Из названных органических соединений образуются сложные молекулы углеводов, белков, жиров, и нуклеиновых кислот.

2. Биогенное вещество – мертвая органика, все формы детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива. Биогенными элементами называют растворимые элементы, жизненно необходимые организмам.

Макробиогенными элементами называют элементы, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах.

Микробиогенными элементами называют элементы и их соединения, которые хотя и необходимы для жизнедеятельности биосистем, но требуются в крайне малых количествах. Для растений, например, наиболее важны 10 микроэлементов: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, Co, V.

Для фотосинтеза необходимы: Fe, Mn, Cl, V.

Для азотного обмена необходимы: Fe, Mо, В.

Для других метаболических функций необходимы: Mn, В, Co, Cu, Si.

Все эти элементы кроме бора необходимы и животным, кроме того им может требоваться Se, Cr, Ni, F, I, Sn.

Между макро- и микроэлементами нельзя провести четкую границу, так же как и между различными группами организмов.

3. Биокосное вещество – смеси живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битумные пески, часть осадочных пород; сюда же можно отнести и земную атмосферу).

Биогеохимические принципы Вернадского включают в себя следующие положения:

1) биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.

2) эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Этот принцип при антропогенном измельчении средних размеров особей биоты земли, к примеру, когда лес сменяется лугом, а крупные животные мелкими, начинает действовать аномально интенсивно.

3) живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей средой, создающейся и поддерживающейся не Земле космической энергией Солнца.

Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Для того, чтобы понять роль химических элементов в функционировании биосферы, необходимо также рассмотреть явление биогеохимических циклов, которые совершают химические элементы в биосфере.

Биогеохимические циклы химических элементов

Чтобы жизнь продолжала существовать, химические элементы должны постоянно циркулировать из внешней среды в живые организмы и обратно, переходя из протоплазмы одних организмов в усвояемую для других организмов форму. Таким образом, перемещения и превращения веществ и элементов в природе под действием биологических и геологических факторов, сопровождающиеся перераспределением энергии, поступающей от Солнца, образуют биогеохимические циклы.

Существование биогеохимических циклов создает возможность для саморегуляции системы, что придает экосистеме устойчивость – постоянство процентного состава различных элементов в ней или так называемый гомеостаз. Механизмы, обеспечивающие восстановление равновесия в круговороте, возвращение элементов в круговорот, во многих случаях основаны на биологических процессах. Вещества в круговоротах постоянно трансформируются, перестраиваются, обмениваясь атомами, а сами атомы остаются неизменными.

В науке выделяются большой и малый круговороты веществ.

В основе большого или геологического (абиотического) круговорота веществ лежит процесс переноса минеральных соединений из одного места в другое в масштабах планеты. Около половины падающей на Землю лучистой энергии расходуется на перемещение воздуха, выветривание горных пород, испарение воды, растворение минералов. Движение воды и ветра приводит к эрозии, транспорту, перераспределению, осаждению и накоплению механических и химических осадков на суше и в океане. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на сушу – и процессы возобновляются.

В основе малого или биологического (биотического) круговорота веществ в природе лежат процессы синтеза и разрушения органических соединений. Все организмы экосистемы связаны между собой и абиотическим окружением потоками вещества и энергии. В отличие от геологического, биологический круговорот характеризуется ничтожным количеством энергии. На создание органического вещества затрачивается всего около 1 % падающей на Землю лучистой энергии. Однако эта энергия, вовлеченная в биологический круговорот, совершает огромную работу по созиданию живого вещества.

Большой и малый круговорот веществ составляют биогеохимические циклы элементов – это перемещения и превращения элементов через косную и органическую природу при активном участии живого вещества. Эти процессы обеспечивают жизнь и составляют одну из главных ее особенностей. Общая схема и взаимосвязь потоков в глобальном круговороте веществ представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема круговорота веществ в природе (биогеохимических циклов элементов) 4

В каждом биогеохимическом цикле, то есть для каждого отдельного элемента, можно выделить два фонда:

1) резервный – большая масса медленно движущихся веществ, содержащих данный элемент, в основном в составе абиотического компонента;

2) обменный (подвижный) – меньший фонд, но более активный. Для него характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением. Цикл представлен пищевой цепью и связан с резервным фондом.

Среди биогеохимических циклов элементов выделяют циклы двух типов: циклы газообразных веществ и цикл осадочных веществ. Такое деление основано на проявлении склонности химических элементов образовывать газообразные соединения (С, О, N, S) и не газообразные вещества (Р, Са, Fe) в условиях Земли.

Самоконтроль циклов второго типа затруднен, они легче нарушаются в результате местных перетрубаций, поскольку в этих циклах основная масса вещества сосредоточена в малоактивном резервном фонде. В связи с хозяйственной деятельностью человека и вовлечением в биосферный поток техногенных продуктов этой деятельности возникли проблемы, обусловленные нарушением природных биогеохимических циклов. Циклы некоторых элементов, например, азота, серы, фосфора, калия, стали природно-антропогенными, характеризующимися значительной незамкнутостью. Некоторые же соединения и материалы, созданные человеком, например, пластмассы, вообще не способны включаться в природные или природно-антропогенные циклы, так как не перерабатываются в экосистемах, загрязняя их.

Для более подробного изучения вопроса круговорота химических веществ в биосфере можно рассмотреть особенности химических реакций, протекающих в отдельных ее компонентах, а именно атмосфере, гидросфере, литосфере и почве.

Экологическая химия атмосферы и гидросферы

Общий состав атмосферы почти одинаков по всей Земле в результате высокой степени перемешивания в пределах атмосферы и представлен в табл. 1.

Таблица 1 – Валовой состав незагрязненного воздуха 5

Читайте также:

Реферат хімія і екологія

Файлы: 1 файл

Химия и экология.doc

Похожие документы:

Химия в нашей жизни

Тема Принципы оценки экологического состояния городской среды