Aplinkos chemijos studijų sritis ir taikymas

The aplinkos chemija Ji tiria cheminius procesus, kurie vyksta aplinkosaugos lygmeniu. Tai mokslas, kuris taiko cheminius principus aplinkosauginio veiksmingumo ir žmogaus veiklos sukeliamo poveikio tyrimui.

Be to, aplinkos chemijos projektavimo prevencijos, švelninimo ir ištaisymo būdai esamoms žalai aplinkai.

Aplinkos chemija gali būti suskirstyta į tris pagrindines disciplinas:

1. Aplinkos atmosferos chemija.
2. Hidrosferos aplinkos chemija.
3. Aplinkos dirvožemio chemija.

Išsamus požiūris į aplinkos chemiją taip pat reikalauja ištirti šių trijų skyrių (atmosferos, hidrosferos, dirvožemio) cheminių procesų tarpusavio sąsajas ir jų santykius su biosfera..

Indeksas

• 1 Aplinkos atmosferos chemija
  • 1.1 -Stratosfera
  • 1.2 -Troposfera
• 2 Hidrosferos aplinkos chemija
  • 2.1 - Gaivus vanduo
  • 2.2 - Vandens ciklas
  • 2.3 - Antropologinis poveikis vandens ciklui
• 3 Aplinkos dirvožemio chemija
  • 3.1 Dirvožemis
  • 3.2 Antropologinis poveikis dirvožemiui
• 4 Cheminių-aplinkos ryšys
  • 4.1 -Modelis Garrels ir Lerman
• 5 Aplinkos chemijos taikymas
• 6 Nuorodos

Aplinkos atmosferos chemija

Atmosfera yra Žemės sluoksnis, kuris supa Žemę; tai yra labai sudėtinga sistema, kurioje temperatūra, slėgis ir cheminė sudėtis skiriasi, esant aukštai aukštyje.

Saulė bombarduoja atmosferą spinduliavimu ir didelės energijos dalelėmis; šis faktas turi labai didelį cheminį poveikį visuose atmosferos sluoksniuose, bet ypač aukščiausiuose ir išoriniuose sluoksniuose.

-Stratosfera

Fotodisociacijos ir fotoionizacijos reakcijos vyksta išoriniuose atmosferos regionuose. 30–90 km aukštyje, matuojant nuo žemės paviršiaus, stratosferoje yra sluoksnis, kuriame daugiausia yra ozono (AR₃), vadinamas ozono sluoksniu.

Ozono sluoksnis

Ozonas sugeria didelės energijos ultravioletinę spinduliuotę, kuri ateina iš saulės, o jei ne šio sluoksnio buvimas, žinomas gyvenimo būdas planetoje negali būti.

1995 m. Atmosferos chemikai Mario J. Molina (Meksika), Frank S. Rowland (JAV) ir Paulas Crutzen (olandai) laimėjo Nobelio premiją chemijoje už tyrimus dėl ozono sunaikinimo stratosferoje..

1970 m. Crutzen parodė, kad azoto oksidai su katalizinėmis cheminėmis reakcijomis naikina ozoną. Po to Molina ir Rowland 1974 m. Parodė, kad chlorfluorangliavandenilių junginių (CFC) chloras taip pat gali sunaikinti ozono sluoksnį.

-Troposfera

Atmosferos sluoksnis, esantis virš žemės paviršiaus, nuo 0 iki 12 km aukščio, vadinamas troposfera, daugiausia sudarytas iš azoto (N₂) ir deguonies (O₂).

Toksiškos dujos

Dėl žmogaus veiklos troposferoje yra daug papildomų cheminių medžiagų, kurios laikomos oro teršalais, pavyzdžiui:

• Dioksidas ir anglies monoksidas (CO₂ ir CO).
• Metanas (CH₄).
• Azoto oksidas (NO).
• Sieros dioksidas (SO)₂).
• Ozonas O₃ (troposferos teršalas)
• Lakieji organiniai junginiai (LOJ), milteliai ar kietos dalelės.

Tarp daugelio kitų medžiagų, turinčių įtakos žmonių ir augalų bei gyvūnų sveikatai.

Rūgštus lietus

Sieros oksidai (SO₂ ir SO₃) ir azoto, pvz., azoto oksido (NO. \ t₂), sukelti kitą aplinkos problemą, vadinamą rūgštiniu lietumi.

Šie oksidai, esantys troposferoje, daugiausia kaip iškastinio kuro deginimo pramoninėje veikloje ir transportavimo produktuose, reaguoja su lietaus vandeniu, gaminančiu sieros rūgštį ir azoto rūgštį, ir dėl to susidaro rūgštiniai nusodinimai..

Nusodinant šį lietų, kuriame yra stiprių rūgščių, atsiranda keletas aplinkos problemų, pvz., Jūros ir gėlo vandens rūgštėjimas. Tai sukelia vandens organizmų mirtį; dirvožemio rūgštėjimas, kuris sukelia augalų mirtį, ir pastatų, tiltų ir paminklų naikinimas cheminiais koroziniais veiksniais.

Kitos atmosferos aplinkos problemos yra fotocheminė smoga, kurią sukelia daugiausia azoto oksidai ir troposferos ozonas

Pasaulinis atšilimas

Visuotinis atšilimas atsiranda dėl didelio CO koncentracijos₂ atmosferos ir kitos šiltnamio efektą sukeliančios dujos (ŠESD), kurios sugeria didžiąją dalį Žemės paviršiaus skleidžiamos infraraudonųjų spindulių ir gaudo šilumą troposferoje. Tai sukuria klimato kaitą planetoje.

Hidrosferos aplinkos chemija

Hidroksferą atitinka visi Žemės vandens telkiniai: paviršiniai arba humedales - vandenynai, ežerai, upės, šaltiniai - ir požeminiai ar vandeningieji sluoksniai.

-Gaivus vanduo

Vanduo yra labiausiai paplitusi skystoji medžiaga planetoje, apima 75% žemės paviršiaus ir yra absoliučiai būtina gyvybei.

Visos gyvybės formos priklauso nuo gėlo vandens (apibrėžiamas kaip vanduo, kurio druskos kiekis mažesnis kaip 0,01%). 97% planetos vandens yra druskos vanduo.

Iš likusių 3% gėlo vandens 87% yra:

• Žemės poliai (kurie lydosi ir pila į jūrą dėl visuotinio atšilimo).
• Ledynai (taip pat ir išnykimo procese).
• Požeminis vanduo.
• Vanduo garų pavidalu atmosferoje.

Vartoti galima tik 0,4% viso planetos gėlo vandens. Vandens išgaravimas iš vandenynų ir lietaus kritulių nuolat užtikrina šią nedidelę procentinę dalį.

Vandens aplinkos chemija tiria cheminius procesus, vykstančius vandens cikle arba hidrologiniame cikle, taip pat plėtoja vandens valymo technologijas žmonėms vartoti, pramoninių ir miesto nuotekų valymui, jūros vandens gėlinimui, perdirbimui. ir išsaugoti šį šaltinį, be kita ko.

-Vandens ciklas

Vandens ciklą Žemėje sudaro trys pagrindiniai procesai: garavimas, kondensacija ir krituliai, iš kurių gaunamos trys grandinės:

1. Paviršiaus nuotėkis
2. Augalų evaporacija
3. Infiltracija, kurioje vanduo patenka į požeminį lygį (požeminis vanduo), cirkuliuoja per vandeninguosius sluoksnius ir išeina per spyruokles, spyruokles ar šulinius.

-Antropologinis poveikis vandens ciklui

Žmogaus veikla veikia vandens ciklą; Kai kurios antropologinės veiklos priežastys ir pasekmės yra šios:

Žemės paviršiaus modifikavimas

Jį sukuria miškų ir miškų naikinimo miškai. Tai paveikia vandens ciklą, pašalindamas evapotranspiraciją (vandens pernešimas per augalus ir grįžimas į aplinką per perpylimą ir garavimą) ir didėjantis nuotėkis.

Padidėjęs paviršiaus nuotėkis didina upių srautus ir potvynius.

Urbanizacija taip pat keičia žemės paviršių ir daro įtaką vandens ciklui, nes akytasis dirvožemis pakeičiamas cementu ir nepralaidi asfaltu, dėl kurio neįmanoma įsiskverbti.

Vandens ciklo užteršimas

Vandens ciklas apima visą biosferą, todėl žmogaus susidarančios atliekos yra įtrauktos į šį ciklą įvairiais procesais.

Cheminiai teršalai ore yra įtraukti į lietų. Agrochemija, naudojama dirvožemyje, patiria išplovimą ir infiltraciją į vandeninguosius sluoksnius, arba teka į upes, ežerus ir jūrą.

Be to, riebalų ir aliejaus bei sąvartynų išplovimo atliekos įsiurbiamos į požeminį vandenį.

Vandens atsargų gavyba su overdraftu vandens ištekliais

Ši praktika, susijusi su overdraftu, sukelia požeminio vandens ir paviršinio vandens atsargų išeikvojimą, paveikia ekosistemas ir gamina vietinį dirvožemio nusėdimą.

Aplinkos dirvožemio chemija

Dirvožemis yra vienas svarbiausių biosferos pusiausvyros veiksnių. Jie suteikia augalams tvirtinimo, vandens ir maistinių medžiagų, kurios yra žemės trofinių grandinių gamintojai.

Grindys

Dirvožemį galima apibūdinti kaip sudėtingą ir dinamišką trijų etapų ekosistemą: kietą mineralinės ir organinės paramos fazę, vandeninę skystąją fazę ir dujų fazę; būdinga tam tikra gyvūnija ir augmenija (bakterijos, grybai, virusai, augalai, vabzdžiai, nematodai, pirmuonys).

Dirvožemio savybės nuolat kinta dėl aplinkos sąlygų ir joje vystomo biologinio aktyvumo..

Antropologinis poveikis žemei

Dirvožemio degradacija yra procesas, kuris mažina dirvožemio gamybos pajėgumus, galinčius sukelti gilų ir neigiamą ekosistemos pasikeitimą..

Dirvožemio degradaciją lemiantys veiksniai: klimatas, fiziografija, litologija, augmenija ir žmogaus veikla.

Žmogaus veiksmai gali įvykti:

• Fizinis dirvožemio degradavimas (pvz., Dėl netinkamos auginimo ir gyvulininkystės praktikos) \ t.
• Dirvožemio cheminis skilimas (rūgštėjimas, šarminimas, druskinimas, užteršimas agrocheminėmis medžiagomis, pramoninės ir miesto veiklos nuotekos, naftos išsiliejimas).
• Biologinis dirvožemio degradavimas (organinių medžiagų kiekio sumažėjimas, augalijos dangos pablogėjimas, azoto fiksavimo mikroorganizmų praradimas).

Cheminių-aplinkos ryšys

Aplinkos chemija tiria įvairius cheminius procesus, vykstančius trijose aplinkos srityse: atmosferoje, hidrosferoje ir dirvožemyje. Įdomu persvarstyti papildomą dėmesį paprastam cheminiam modeliui, kuris bando paaiškinti aplinką perduodančius dalykus.

-Modelis Garrels ir Lerman

Garrels ir Lerman (1981) sukūrė supaprastintą Žemės paviršiaus biogeochemijos modelį, kuriame nagrinėjama atmosferos, hidrosferos, žemės plutos ir biosferos skyrių sąveika..

Garrelio ir Lermano pavyzdyje yra septyni pagrindiniai planetos mineralai:

1. Gipsas (CaSO₄)
2. Piritas (FeS₂)
3. Kalcio karbonatas (CaCO₃)
4. Magnio karbonatas (MgCO₃)
5. Magnio silikatas (MgSiO₃)
6. Geležies oksidas (Fe₂O₃)
7. Silicio dioksidas (SiO)₂)

Organinė medžiaga, sudaranti biosferą (tiek gyvą, tiek negyvą), yra atstovaujama CH₂Arba tai yra apytikslė gyvų audinių stechiometrinė sudėtis.

„Garrels“ ir „Lerman“ modeliuose geologiniai pokyčiai tiriami kaip grynasis medžiagos perdavimas tarp šių aštuonių planetos komponentų, naudojant chemines reakcijas ir grynąją masės išsaugojimo pusiausvyrą.

CO kaupimasis₂ atmosferoje

Pavyzdžiui, CO kaupimosi problema₂ šiame modelyje tiriamas atmosferoje, sakydamas, kad: šiuo metu deginame biosferoje saugomą organinę anglies, anglies, naftos ir gamtinių dujų, saugomų podirvyje, geologiniais laikais metu.

Dėl šio intensyvaus iškastinio kuro deginimo CO koncentracija₂ atmosferos didėja.

CO koncentracijos padidėjimas₂ sausumos atmosferoje tai yra dėl to, kad iškastinis anglies degimo greitis viršija kitų Žemės biogeocheminių sistemų komponentų anglies absorbciją (pvz., fotosintetinius organizmus ir hidrosferą)..

Tokiu būdu išmetamas CO₂ į atmosferą dėl žmogaus veiklos, viršija reguliavimo sistemą, kuri moduliuoja Žemės pokyčius.

Biosferos dydis

Garrelio ir Lermano sukurtas modelis taip pat mano, kad biosferos dydis didėja ir mažėja dėl fotosintezės ir kvėpavimo pusiausvyros..

Gyvenimo istorijoje Žemėje biosferos masė padidėjo etapais su dideliais fotosintezės rodikliais. Dėl to grynasis organinių anglies ir deguonies kiekis saugomas:

CO₂    +   H₂O → CH₂O + O₂

Kvėpavimas kaip mikroorganizmų ir aukštesnių gyvūnų medžiagų apykaitos aktyvumas organinę anglies atkuria atgal į anglies dioksidą (CO₂) ir vanduo (H₂O), tai yra, priešinga cheminė reakcija.

Vandens buvimas, organinės anglies saugojimas ir molekulinio deguonies gamyba yra gyvybei būtini.

Aplinkos chemijos taikymas

Aplinkos chemija siūlo sprendimus dėl žmogaus veiklos sukeliamos žalos prevencijos, mažinimo ir ištaisymo. Tarp kai kurių iš šių sprendimų galime paminėti:

• Naujų medžiagų, vadinamų MOF, dizainas (už akronimą anglų kalba: Metalinės organinės sistemos). Tai yra labai akytos ir gali: absorbuoti ir išlaikyti CO₂, gauti H₂Arba garais iš dykumos teritorijų ir laikykite H₂ mažuose konteineriuose.
• Atliekų pavertimas žaliavomis. Pavyzdžiui, susidėvėjusių padangų naudojimas dirbtinės žolės ar batų padų gamyboje. Taip pat naudoti pasėlių genėjimo atliekas, gaminant biodujas arba bioetanolį.
• Cheminių CFC pakaitalų cheminė sintezė.
• Alternatyvių energijos šaltinių, pvz., Vandenilio elementų, kūrimas švarios elektros energijos gamybai.
• Atmosferos taršos kontrolė, naudojant inertinius filtrus ir reaktyvius filtrus.
• Jūros vandens gėlinimas atvirkštine osmoze.
• Naujų medžiagų, skirtų vandenyje suspenduotų koloidinių medžiagų flokuliacijai, kūrimas (valymo procesas).
• Ežerų eutrofikacijos pasikeitimas.
• „Žaliosios chemijos“ raida, kurioje siūloma pakeisti toksiškus cheminius junginius su mažiau toksiškais ir „aplinkai nekenksmingomis“ cheminėmis procedūromis. Pvz., Jis taikomas ne tik toksiškiems tirpikliams ir žaliavoms pramonėje, be kita ko, skalbinių skalbimui..

Nuorodos

1. Calvert, J.G., Lazrus, A., Kok, G. L., Heikes, B.G., Walega, J.G., Lind, J. ir Cantrell, C.A. (1985). Cheminiai rūgšties susidarymo mechanizmai troposferoje. Nature, 317 (6032), 27-35. doi: 10.1038 / 317027a0.
2. Crutzen, P.J. (1970). Azoto oksidų įtaka atmosferos kiekiui. Q.J.R. Metheorol. Soc. Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Garrels, R.M. ir Lerman, A. (1981). Fenerozoiniai nuosėdų ir sieros ciklai. Gamtos mokslų akademijos darbai. JAV. 78: 4,652-4,656.
4. Hester, R. E. ir Harrison, R. M. (2002). Pasauliniai aplinkos pokyčiai. Karališkoji chemijos draugija. 205 psl.
5. Hites, R. A. (2007). Aplinkos chemijos elementai. Wiley-Interscience. pp 215.
6. Manahanas, S. E. (2000). Aplinkos chemija. Septintasis leidimas. CRC pp 876
7. Molina, M.J. ir Rowland, F.S. (1974). Chlorofluormetanų stratospherinis kriauklė: chloro atomo katalizuojamas ozono sunaikinimas. Gamta 249: 810-812.
8. Morel, F.M. ir Hering, J.M. (2000). Vandens chemijos principai ir taikymas. Niujorkas: John Wiley.
9. Stockwell, W. R., Lawson, C. V., Saunders, E. ir Goliff, W. S. (2011). Troposferinės atmosferos chemijos ir dujų fazės cheminių mechanizmų, skirtų oro kokybės modeliavimui, apžvalga. Atmosfera, 3 (1), 1-32. doi: 10,3390 / atmos3010001