 |
Особенности химических процессов в атмосфере
|
|
|
|
1. Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света, полученных в результате излучения Солнца.
2. Атмосфера Земли – окислительная за счет содержащегося в воздухе кислорода, и в ней преобладают Окислительно-восстановительные реакции с участием частиц в основном с ковалентным типом химической связи.
3. Для атмосферных процессов характерны цепные реакции, т.е. реакции, протекающие в несколько стадий с участием промежуточных продуктов – реакционно-способных радикалов (CH3•, O•, HO•, HO2•, H• и др.).
4. В химических и фотохимических превращениях образуются разнообразные неорганические и органические соединения, в ряде случаев токсичные.
5. Продукты реакций могут переноситься на дальние расстояния и длительное время сохраняться в атмосфере (например, в виде аэрозолей).
Область атмосферы, в которой происходят химические реакции, часто называется хемосферой. К ней относится тропосфера и нижняя часть стратосферы.
Атмосфера
Зависимость содержания O3, O2, O и N2 в атмосфере от высоты:
Примеры фотохимических и химических процессов в атмосфере
Воздух, которым мы дышим
Каждый человек делает примерно 14 вдохов за минуту. За сутки человек пропускает через свои легкие как минимум около 14-15 кг воздуха или около n*104 л (n=1,2,3…) по объему. Поэтому качество воздуха, которым мы дышим имеет первостепенное значение для нас.
Мы вдыхаем:
азот – 78,09 об.%
кислород – 20,94 об.%
углекислый газ – 0,033 об.% и т.д.
Мы выдыхаем:
азот – 78,09 об.%
кислород – 15,8 об.%
углекислый газ – 4 об.%
Гидросфера
Гидросфера – водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники, снежный покров); одна из геологических оболочек нашей планеты. Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение H2O. Гидросфера – это глобальная открытая система, а вода в ней – самое распространенное на Земле вещество.
|
|
|
Вода – единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). H2O – соединение с ковалентным типом химической связи.
Вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, без запаха, обладающую рядом аномальных физико-химических свойств:
– высоким поверхностным натяжением и зависящим от него значительным капиллярным поднятием, что обеспечивает питание растений по корневым системам;
– высокими температурами замерзания и кипения;
– удельные энтальпии испарения и плавления H2O (в расчете на 1г) выше, чем у большинства веществ;
– плотность воды в жидком состоянии больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и природные водоемы не промерзают до дна.
Эти аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают молекулы H2O в газообразном, жидком и в твердом состояниях.
Природная вода
Природная вода – это раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии. В большинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхождение (дождевая вода), реже – глубинное (конденсация паров, поднимающихся из недр Земли)
Существует несколько классификаций химического состава природных вод.
В гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп:
1.Главные ионы (макрокомпоненты): K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-.
|
|
|
2.Растворенные газы: O2, N2, H2S, NH3, CH4 и др.
3.Биогенные вещества (продукты жизнедеятельности организмов), главным образом, неорганические соединения азота и фосфора.
4.Растворенные органические вещества (РОВ), т.е. органические формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы органических соединений.
5.Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов, а также анионы.
6.Бактерии и микроорганизмы.
Классификация, предложенная Л.А.Кульским, основана на фазовом состоянии и дисперсности примесей, содержащихся в воде.
Примеси первой группы – образования, попадающие в воду вследствие эрозии слагающих ложе водоема пород и смыва с поверхности почв. Они представляют собой нерастворимые в воде суспензии, планктон и бактерии, кинетически неустойчивые и находящиеся во взвешенном состоянии благодаря гидродинамическому воздействию водного потока.
Примеси второй группы – гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы, вымываемые водой из грунтов, а также нерастворимые и недиссоциированные формы гумусовых веществ, детергенты и вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам.
Примеси третьей группы – молекулярно- растворимые вещества: органические соединения, растворимые газы и т.п.
Примеси четвертой группы – вещества, диссоциирующие на ионы.
Из природных вод человек чаще всего сталкивается с так называемыми поверхностными природными водами.
Характеристика веществ, находящихся в водах поверхностных источников во взвешенном состоянии:
| Взвешенное вещество | Характеристика | |
| Размер частиц, мм | Время осаждения частиц на глубину 1 м | |
| Коллоидные частицы | 2٠10-4–1٠10-6 | 4 года |
| Тонкая глина | 1٠10-3–5٠10-4 | 0,5-2 мес |
| Глина | 27٠10-4 | 2 сут |
| Мелкий ил | 1٠10-2–5٠10-3 | 4-18 ч |
| Ил | 5٠10-2–27٠10-3 | 10-30 мин |
| Песок мелкий | 0,1 | 2,5 мин |
| Песок средний | 0,5 | 20 с |
| Песок крупный | 1,0 | 10 с |
За счет антропогенной деятельности в химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность – это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы и т.д. При хлорировании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.
|
|
|
Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и др.), биологические (гидробионты) и бактериологические (общее количество бактерий, коли-индекс и др.)
Критерий качества воды может быть представлен следующим образом:
С £ ПДК,
где С – обнаруженная концентрация, мг/дм3; ПДК – предельно-допустимая концентрация, мг/дм3.
Если в питьевой воде обнаружено несколько веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности, то для них критерий качества воды имеет вид:
С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 +... Сn / ПДКn £ 1,
где С1, С2,... Сn – обнаруженные концентрации веществ 1, 2.... n, мг/дм3; ПДК1 , ПДК2 ... ПДКn – предельно-допустимые концентрации веществ 1, 2.... n, мг/дм3.
В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов различного назначения составляет около 2000 (для атмосферного воздуха около 500, а для почвы более 100).
В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используют классы качества воды.
Различают 7 классов качества воды: I класс - очень чистые воды, II класс - чистые, III класс - умеренно-загрязненные, IV - загрязненные, V - грязные, VI - очень грязные, VII - чрезвычайно грязные. Отнесение к классу качества проводится по величине "индекса загрязненности воды" (ИЗВ) - комплексного показателя, характеризующего сумму нормированных (отнесенных к ПДК) среднегодовых значений концентраций загрязняющих веществ.
Цветность (окраска) обусловлена присутствием в природных водах гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений. Кроме того, окраска воды может быть вызвана присутствием в ней соединений железа, сточных вод некоторых производств, “цветением” воды.
Мутность характеризуется наличием в воде взвешенных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.
|
|
|
Водородный показатель (pH). Природные воды по величине pH обычно классифицируют на: кислые с pH от 1 до 3, слабокислые с pH от 4 од 6, нейтральные с pH около 7, слабощелочные с pH от 8 до 10 и щелочные с pH от 11 до 14.
Сухой остаток характеризует содержание в воде в основном примесей неорганического происхождения. Представляет собой остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной воды, высушенный при температуре 110°С до постоянной массы.
Хлориды и сульфаты присутствуют во всех природных водах обычно в виде солей кальция, магния, и натрия.
Железо и марганец в поверхностных водах обычно встречаются в виде органических и минеральных комплексных соединений, либо в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей.
Окисляемость воды обусловливается присутствием в ней органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических соединений (железо (II), сульфиты, сероводород и др.).
Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитриты, нитраты) чаще всего образуются в природной воде в результате окислительно-восстановительных процессов с участием сероводорода, гумусовых веществ и др., либо в результате разложения белковых соединений.
|
|
|
