Рефераты по экологической химии
Обновлено: 01.07.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Начало широких исследований космического пространства ускорило развитие всех
наук, в том числе и химии. Перед химиками стоят очень большие задачи –
получение новых видов топлив, новых металлов и новых пластиков, которые
удовлетворяли бы новым требованиям; предвидение химических свойств окружающей
атмосферы, в которую попадут первые космонавты; обеспечение безопасности
космонавтов в таких условиях, которые не могут существовать на нашей планете;
изучение вопросов, касающихся происхождение Земли, солнечной системы и жизни.
В наши дни химики занимаются множеством земных проблем. Тайны нашей планеты
отступают перед фантастическими успехами в покорении природы и подчинении её
интересам человека. Так, неожиданно возникла проблема загрязнения воздуха над
городами, которая лет тридцать назад полностью отсутствовала. Потребление
энергии растёт так быстро, что некоторые учёные говорят о возможной нехватке
природного топлива и настаивают на быстрейшем использовании ядерной энергии и
более полном использовании солнечной энергии.
В настоящее время мы располагаем большими возможностями значительно полнее
изучить нашу планету Земля. И недалеко то время, когда мы сможем начать
исследование ближайших к нам планет, а затем и звёзд.
Земля–источник всех веществ, которые мы повседневно используем в своей
деятельности. Энергия доходит до нас извне - от Солнца и в меньшей степени от
других звёзд. Земля, в свою очередь, излучает энергию в космическое
пространство. Если количество излучаемой энергии будет больше приобретаемой
энергии, то Земля начнёт охлаждаться, если же меньше, то Земля будет
нагреваться. Часть солнечной энергии накапливается в виде химической энергии
при образовании новых веществ, особенно органических соединений. В течение
относительно коротких периодов времени (измеряемых геологическими эпохами)
мы можем использовать энергию, накопленную в природных топливах, например
каменном угле и нефти, или ядерную энергию. Существование Земли целиком
зависит от Солнца – нашего основного источника энергии.
Все вещества, которые мы используем, происходят главным образом из Земли. На
Землю, которая вращается в космическом пространстве вокруг Солнца, попадают
вещества метеоритов и космическая пыль, но их количества незначительны по
сравнению с количествами веществ, которые содержатся в Земле. Мы рассмотрим
вещества Земли и то, как использует их человек.
соответствует одной из фаз – твёрдой, жидкой или газообразной.
Литосфера - это твёрдая часть Земли. Этот термин охватывает также и
центральное ядро, хотя окончательно не выяснено, какое оно – твёрдое или
6400км. Мы имеем прямой доступ только к небольшой части этого огромного
шара. Самые глубокие шахты имеют глубину 3-5 км; глубина нефтяных скважин
достигает 5-8 км. Относительно тонкая оболочка, которую мы можем
непосредственно изучить, называется земной корой. На основании
сейсмических исследований толщину земной коры считают равной приблизительно
32 км. Остальную часть мы называем внутренней литосферой, которая
включает также и центральную часть, называемую ядром.
Около 80% земной поверхности водным раствором. Этот жидкий слой – океаны
– называется гидросферой. Средняя глубина гидросферы равна
величину более чем в 2 раза.
Землю окружает третья фаза, газообразная. Смесь газов, находящаяся вокруг
Земли, называется атмосферой. Более 98% этого газа (воздуха)
находится на расстоянии меньше 64 км от поверхности Земли.
Состав земной атмосферы неодинаков в разные дни и, кроме того, изменяется в
зависимости от высоты и места на земном шаре. Больше всего в атмосфере
изменяется содержание паров воды. Вода постоянно испаряется с поверхности
гидросферы, из почвы, листьев, при сушке белья и т. д. Через какие- то
промежутки времени отдельные зоны атмосферы охлаждаются до точки росы или
точки замерзания, и тогда избыток паров воды осаждается в виде дождя или
Поскольку концентрация паров воды в атмосфере весьма различна, геохимики
полностью удалены. Состав образца сухого воздуха приведен в таблице 1.
Обратите внимание на низкую концентрацию водорода и гелия в воздухе. Земля -
относительно небольшая планета во вселенной и, следовательно, довольно слабо
притягивает окружающие её газы. Поэтому большая часть водорода и гелия,
первоначально связанных с веществом Земли, довольно легко удаляется от неё.
Следует отметить также, что содержание азота в воздухе выше, чем содержание
кислорода, хотя в гидросфере и литосфере кислорода гораздо больше.
Большинство составных частей атмосферы (за исключением воды и двуокиси
углерода) представляют собой элементы.
Таблица 1: Состав образца сухого воздуха.
Используя газовые законы, можно вычислить относительные концентрации
компонентов сухого воздуха. Предположим, что в какой-то день атмосферное
давление равно 750 мм рт. ст. и что после высушивания образца такого воздуха
давление становится равным 738 мм рт. ст. В этом случае парциальное давление
паров воды равно 750 мм рт. ст. - 738 мм рт. ст.= 12 мм рт. ст. Парциальное
давление изменяется прямо пропорционально числу молекул, поэтому мы находим,
что доля молекул воды в этом образце воздуха равна 12 мм рт. ст./750 мм рт.
ст.= 0.016. В этом довольно влажном воздухе 1.6% всех молекул составляют
На более тяжелые молекулы действует большая сила притяжения, чем на легкие
молекулы. Следовательно, наблюдается тенденция к седиментации, т. е.
осаждению, молекул с высоким молекулярным весом по отношению к молекулам газа
с низким молекулярным весом. Такая тенденция противоположна склонности к
максимальной неупорядоченности, вследствие которой атмосферные газы хорошо
перемешиваются. В результате наблюдается незначительное изменение состава
воздуха с высотой. Сухой воздух на уровне моря содержит около 78% молекул
азота 21% молекул кислорода, но на высоте 20 км образец сухого воздуха
содержит 80% молекул азота и только 19% молекул кислорода.
Помимо влияния сил притяжения, состав воздуха изменяется из-за химических
реакций, инициируемых светом. Эти реакции вызываются поглощением
ультрафиолетового излучения в верхних слоях атмосферы. Например, кислород,
поглощая ультрафиолетовое излучение, приобретает энергию, превышающую энергию
связи. При этом происходит разрыв связи и образуются два атома кислорода:
O2(r) + hv = 2O(r) (1)
Образующиеся атомы кислорода очень реакционноспосбны. Эти атомы могут
присоединяться к другой молекуле кислорода О2, образуя молекулу озона О3:
O(r) + O2 (r) = O3(r) (2)
Озон - очень реакционноспособная форма кислорода, хотя и не в такой степени,
как атомы кислорода. В атмосфере он образуется только на больших высотах, так
как ультрафиолетовое излучение той частоты, которая необходима для реакции
(1), настолько полно в верхних слоях, что до нижних слоёв. Исследования
показали, что концентрация озона на уровне моря незначительна и что она
достигает максимума на высоте 24 км.
Эти небольшие количества озона, находящегося на высоте 24 км над поверхностью
Земли, поглощает ультрафиолетовое излучение почти всех частот, которое не
поглощается кислородом О2. Таким образом, О2 и О3 делают атмосферу
непрозрачной для большей части ультрафиолетовой области спектра. Вполне
вероятно, что химия жизни на нашей планете развивалась совершенно иначе, если
бы это ультрафиолетовое излучение достигало поверхности Земли. Если бы
гораздо более высокой энергии.
Для волн, соответствующих противоположному, инфракрасному концу спектра,
атмосфера также по существу непрозрачна. Это объясняется главным образом
поглощением инфракрасного излучения парами воды и газообразной двуокисью
углерода. Таким образом, мы видим, что воздух, который обычно считают
прозрачным, фильтрует солнечные лучи, попадающие на Землю. Фотоны очень
высокой энергии (в ультрафиолетовой области) и очень низкой энергии (в
инфракрасной области) задерживаются, а фотоны средней энергии (промежуточная
область спектра) пропускаются.
Вода, которая соприкасается с воздухом, растворяет часть воздуха. Кислород
растворяется в воде гораздо лучше, чем азот, но, поскольку азота в воздухе в
4 раза больше, чем кислорода, количество растворённого азота в воде превышает
количество растворённого кислорода. Элементарный кислород, растворённый в
воде, используется живущими в воде организмами для процессов окисления.
Концентрация растворённой двуокиси углерода низкая, так как содержание её в
воздухе невелико. Но то количество двуокиси углерода, которое растворено в
воде, необходимо для фотосинтеза, происходящего в морских растениях.
Растворённая двуокись углерода придаёт воде приятный вкус. Кипячённая вода
теряет почти всё количество растворённого в ней газа, поэтому она безвкусна.
Океанская вода также содержит растворённые молекулы газов из воздуха. Эти
газы можно удалить кипячением, но другие растворённые вещества при этом
остаются. Если перегнать 1кг океанской воды, то при этом будет собрано в
среднем 967г воды, а в перегонной колбе останется 33г твердого вещества (в
основном солей). Таким образом, мы можем сказать, что 3,3 вес % океанской
воды составляют растворенные соли. В океанской воде обнаружено более 40
элементов, но половина из них присутствует в очень малой концентрации –
меньше 1г на 1 млн. кг воды.
В таблице 2 приведены примеры концентрации (число молей на 1кг океанской
воды) воды и ионов, присутствующих в наибольших количествах.
Элемент
Содержание моль/кг
H
H2O
O
Cl
Na
Mg
S
K
Br
Содержание растворённых газов не учитывается.
Таблица 2: Средний состав океанской воды.
Из таблицы становится ясным, что в океанской воде ионов натрия меньше, чем
ионов хлора; в ней присутствуют и другие положительные ионы – ионы магния,
кальция и калия. В океанской воде имеются также и отрицательно заряженные
ионы – сульфат-ионы и бром-ионы. Следовательно, океанская вода – это не
просто раствор хлористого натрия. Кроме того, ионов калия в океанской воде
гораздо меньше, чем ионов натрия (Na/K=46),хотя в земной коре ионов калия
содержится довольно много (Na/K=2).
Внешние слои литосферы доступны для непосредственного исследования, поэтому
наши знания об этой части земной коры достаточно обширны. О внутренних слоях
литосферы нам почти ничего не известно, хотя на их долю приходится почти
99,5% всей массы Земли.
Внутренние слои литосферы. Внутренние слои литосферы можно изучать только
с помощью сейсмических исследований. Ударные волны, вызванные землетрясением,
распространяются в толще Земли со скоростью, зависящей от упругих свойств и
плотности пород, которые встречаются на пути. Зная это сейсмологи могут
определить наличие в литосфере зон с различными свойствами. Внешний слой, или
мантия Земли, простирается на глубину больше 3000км и, как принято обычно
считать, находится в твердом состоянии. Плотность этого твердого вещества
составляет около 3 г/см вблизи поверхности и увеличивается примерно до 5 г/см
в нижних слоях мантии. Это увеличение плотности обусловлено ростом давления в
глубине Земли. Давление на глубине больше 3000км составляет около 1 млн. атм,
т.е. в 2-3 раза превышает максимальные давления, достигаемые в статических
Внутренняя часть литосферы называется ядром. Давления в ней должны быть еще
более высокими, а плотность вещества вблизи центра Земли может достигать 18
г/см. Возможно, земное ядро частично находится в жидком состоянии, но это еще
Мантия Земли состоит, по-видимому, из различных силикатов. Плотность,
сжимаемость и твердость образующего мантию вещества, полученные в результате
сейсмических исследований, совпадают с соответствующими значениями силикатов.
Долгое время считалось, что ядро Земли состоит преимущественно из железа, что
подтверждалось составом метеоритов. Метеориты – это твердые тела, падающие на
Землю через атмосферу из космоса. Вполне возможно, что они являются обломками
планет, напоминающих Землю. Поэтому по составу метеоритов можно будет
определить природу внутренних слоев литосферы. Согласно современным
гипотезам, ядро Земли состоит не из железа, а из горных пород большой
плотности, однако это еще не доказано окончательно.
Предполагается, что температура вблизи центра Земли порядка нескольких тысяч
градусов. При этой температуре на земной поверхности все горные породы
расплавились бы, но, поскольку давление во внутренних слоях Земли очень
велико, весьма вероятно, что ядро Земли находится в твердом состоянии.
Земная кора. Наиболее распространенные в земной коре элементы – кислород
и кремний. Таблица 3 показывает, что на долю кислорода приходится почти 60%, а
на долю кремния – 20% всех атомов, входящих в состав земной коры.
Место
Число атомов на 10000 атомов
Таблица 3: Распространенность элементов в земной коре.
В океанской воде третье место по распространенности (перед алюминием) занимает
водород. По содержанию элементов в ядре Земли на втором месте находится
железо, на третьем – кремний, а на четвертом –магний. В различных частях Земли
существует свой порядок расположения элементов по распространенности. Однако
наиболее распространенными оказываются элементы с низкими порядковыми номерами 26 и ниже. На долю всех остальных элементов (после железа) приходится
меньше 0,2 вес. % земной коры.
В повседневной жизни нас чаще интересует доступность элементов, а не их
распространенность в земной коре. Воздух постоянно окружает нас повсюду и
одинаково доступен для всех. Снабжение водой имеет большие ограничения. В
одних районах Земли вода имеется в избытке, другие районы страдают от ее
недостатка. Даже в районах с обильными осадками расход воды может возрасти
настолько, что её запасы будут постепенно истощаться. По мере роста населения
земного шара потребление воды все больше увеличивается, и природные ресурсы
воды нужно расходовать умело.
Запасы многих металлов, известных еще с древних времен, - меди, серебра,
золота, олова и свинца – довольно ограниченны. Раньше люди добывали медь,
серебро и золото в самородном состоянии. А эти три металла можно путем
несложных химических операций извлекать также из их руд. С другой стороны,
алюминий и титан, хотя они являются распространенными элементами, значительно
труднее получить из их руд. Фтор распространен в природе больше, чем хлор, но
хлор и его соединения гораздо более обычны – их легче получать и
использовать. Однако по мере истощения наиболее богатых источников элементов,
широко используемых в настоящее время все большее внимание будут привлекать
те элементы, которые пока не находят широкого применения. .
В геологические эпохи в результате процессов плавления, кристаллизации,
растворения и осаждения различные элементы были сконцентрированы в отдельных
месторождениях, где из них образовались устойчивые соединении. Эти соединения
называются минералами. Многие минералы по составу соответствуют соединениям,
полученным в лабораториях, но большинство из них не отличается особой чистотой.
Так, большие залежи поваренной соли (хлористого натрия) образовались в тех
случаях на месте бывших морей, когда отложения солей были защищены от
размывающего действия воды. Мировой океан является неисчерпаемым источником
хлористого натрия. Залежи калиевых солей образовалась совсем другим путём.
Многие металлы встречаются в природе в виде сульфидов (PbS, MoS2 ZnS), другие
металлы- в виде окислов (Fe2 O3 , MnO2 ). Известны крупные месторождения
карбонатов (ZnCO3, CaCO3) и сульфатов (BaSO4) некоторых металлов. Минералы,
которые присутствуют в таких высоких концентрациях, что можно вести их
промышленную разработку, называют рудами.
Воздух для нас только доступен, что мы не считаем кислород одним из важнейших
химикалий. Например, мы используем природный газ (главным образом метан) в
качестве топлива, сжигая его на воздухе. Если бы метан в воздухе в большом
количестве, а кислород встречался бы так редко, что приходилось бы специально
выделяющегося тепла определяется уравнением
CH4 (r) + 202 (r) – CO2 (r) + 2H2O (r) + 213 ккал (3)
Несмотря на общедоступность неограниченных количеств кислорода воздуха,
огромные количества чистого кислорода получают для промышленных и медицинских
целей. Ежегодно получают миллиарды кубометров кислорода, отделяя его
фракционной перегонкой от азота.
Руды, в состав которых входит азот, встречаются сравнительно редко. Наиболее
распространённый минерал - нитрат натрия NaNO3 , крупные залежи которого
находятся в Чили. В настоящее время азотосодержащие соединения мы получаем,
используя для этого азот воздуха. Таким образом, воздух - самый богатый
источник кислорода и азота - двух элементов, имеющих исключительно большое
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:
- 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.
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.
Похожие документы:
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
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
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.
Читайте также: