4 Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора
5 Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества nк общему количеству веществ в растворе
Закон Рауля. Основным законом идеальных растворов является закон Рауля: P = P0X0, где X0 – молярная доля растворителя в растворе, P0 – давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем, P - давление насыщенного пара растворителя над раствором. Следствия из закона Рауля:
1)Температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя при одинаковом внешнем давлении. ∆Tкип = Tкип − Tкип.0 = EкипCm, где ∆Tкип – повышение температуры кипения раствора относительно чистого растворителя, К; Tкип и Tкип.0 – соответственно температура кипения раствора и чистого растворителя, К; Cm – моляльная концентрация растворенного вещества, кг/моль; Eкип - эбулиоскопическая постоянная растворителя, кг·К/моль. Эбулиоскопическая постоянная показывает, на сколько градусов повышается температура кипения раствора на каждый моль растворенного вещества. Она не зависит от природы и концентрации растворенного вещества, а зависит только от природы растворителя.
2) Температура замерзания раствора всегда ниже температуры замерзания растворителя при одинаковом внешнем давлении. ∆Tкр = Tкр − Tкр.0 = EкипCm, где ∆Tкр – снижение температуры кристаллизации раствора относительно чистого растворителя, К; Tкр и Tкр.0 – соответственно температура кристаллизации раствора и чистого растворителя, К; Cm – моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг; Eкип – криоскопическая постоянная растворителя, кг· К/моль.
40. Электролиты их строение, поведение в растворах. Растворы электролитов. Электропроводность растворов и ее виды. Примеры сильных и слабых электролитов. Теория Аррениуса.
По способности веществ распадаться или не распадаться в расплаве или растворе на катионы и анионы различают электролиты и неэлектролиты.
Электролиты – вещества, которые подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их расплавы или растворы проводят электрический ток. К электролитам принадлежат все соли, а также кислотные, основные и амфотерные гидроксиды.
Раствор электролита представляет собой смесь молекул растворителя и сольватированных (ионы растворенного вещества, окруженные соответственно ориентированными диполями растворителя) молекул и ионов растворенного вещества. Относительное количество молекул, распавшихся на ионы, характеризующее степень диссоциации электролита α, зависит от природы растворителя, природы и концентрации электролита, температуры, давления и наличия других электролитов в растворе.
Процесс распада полярного вещества в растворе на ионы называют электролитической диссоциацией (ионного – ионизацией). По способности к электролитической диссоциации электролиты обычно подразделяют на сильные и слабые. К сильным электролитам обычно относят вещества, которые в растворе практически полностью диссоциированы на ионы. Слабыми электролитами считают вещества, степень диссоциации, которых невелика.
Понятие степень диссоциации электролита α как величины, равной отношению числа распавшихся (диссоциированных) молекул Nдисс к общему числу молекул N0 электролита, α = Nдисс⁄Nо было введено Аррениусом – создателем первой количественной теории растворовэлектролитов. Теория электролитической диссоциации и основанная на ней классификация кислот и оснований в полной мере применимы лишь к водным растворам.
Процесс электролитической диссоциации, возникающий в результате сольватации, обратим, т.е. наряду с распадом молекул растворенного вещества происходит их образование из ионов:
Кm АnD mКZ1+ + nАZ2- где Кm Аn – молекула электролита; КZ1+- катион; АZ2- - анион; Z1 и Z2 - заряд аниона и катиона соответственно; n и m – стехиометрические коэффициенты. Равновесие между ионами и молекулами электролита подчиняется закону действия масс. Поэтому важной характеристикой процесса диссоциации является константа диссоциации (константа ионизации) Кd (С) , вычисленная по равновесным концентрациям молекул и ионов: Кd (С) = [КZ1+]m [АZ2-]n ⁄[КmАn] , где [КZ1+], [АZ2-] –равновесные молярные концентрации катионов и анионов соответственно; [КmАn]- равновесная молярная концентрация недиссоциированных молекул электролита.
Константу равновесия процесса диссоциации принято обозначать Ка в случае слабых кислот и Кb для слабых оснований. Пример диссоциации слабого основания (гидроксид аммония) NН4ОН D NН4+ + ОН-
Кb = [NН4+] [ОН-]⁄ [NН4ОН] = 1,8 ×10-5
Многоосновные кислоты и многоосновные основания диссоциируют ступенчато.
Константа диссоциации характеризует процесс диссоциации данного электролита в данном растворителе, но не зависит от концентрации электролита и при постоянной температуре Кd (С) =соnst. Очевидно, что степень диссоциации α тем больше, чем ниже концентрация, т.е. чем сильнее разбавлен раствор.
В состоянии равновесия концентрации катионов КZ+ и анионов АZ- будут равны [КZ+]= [АZ-]= α С, а концентрация недиссоциированных молекул [КА] = (С – αС) = С ( 1- α) подставляя эти выражения в уравнение для константы диссоциации получим:
— это выражение описывает закон разбавления (разведения) Оствальда для слабых электролитов. В случае когда степень диссоциации электролита α<<1, что имеет место при С⁄Кd (С) ≥100, величиной α по сравнению с 1 можно пренебречь и закон разбавления Оствальда записать в упрощенном варианте Кd (С) ≈α2С.Из закона разбавления Оствальда следует, что степень диссоциации уменьшается с увеличением концентрации слабого электролита.
41. Степень и константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда.
Ответ есть в 40
42. Особенности диссоциации кислот, оснований и солей.
Диссоциация оснований
При диссоциации кислот роль катионов играют ионы водорода (H+), других катионов при диссоциации кислот не образуется:
HF ↔ H+ + F- HNO3 ↔ H+ + NO3-
Именно ионы водорода придают кислотам их характерные свойства: кислый вкус, окрашивание индикатора в красный цвет и проч.
Отрицательные ионы (анионы), отщепляемые от молекулы кислоты, составляеют кислотный остаток.
Одной из характеристик диссоциации кислот является их основность - число ионов водорода, содержащихся в молекуле кислоты, которые могут образовываться при диссоциации:
• одноосновные кислоты: HCl, HF, HNO3;
• двухосновные кислоты: H2SO4, H2CO3;
• трехосновные кислоты: H3PO4.
Процесс отщепления катионов водорода в многоосновных кислотах происходит ступенчато: сначала отщепляется один ион водорода, затем другой (третий).
Ступенчатая диссоциация двухосновной кислоты:
H2SO4 ↔ H+ + HSO4- HSO4- ↔ H+ + HSO42-
Ступенчатая диссоциация трехосновной кислоты:
Диссоциация оснований
H3PO4 ↔ H+ + H2PO4- H2PO4- ↔ H+ + HPO42- HPO42- ↔ H+ + PO43-
При диссоциации многоосновных кислот самая высокая степень диссоциации приходится на
первую ступень. Например, при диссоциации фосфорной кислоты степень диссоциации первой ступени равняется 27%; второй - 0,15%; третьей - 0,005%.
При диссоциации оснований роль анионов играют гидроксид-ионы (ОH-), других анионов при диссоциации оснований не образуется:
NaOH ↔ Na+ + OH-
Кислотность основания определяется кол-вом гидроксид-ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы основания:
• однокислотные основания - KOH, NaOH;
• двухкислотные основания - Ca(OH)2;
• трехкислотные основания - Al(OH)3.
Многокислотные основания диссоциируют, по аналогии с кислотами, также ступенчато - на каждом этапе отщепляется по одному гидроксид-иону:
Zn(OH)2 ↔ ZnOH+ + OH- ZnOH+ ↔ Zn2+ + OH-
Некоторые вещества, в зависимости от условий, могут выступать, как в роли кислот (диссоциировать с отщеплением катионов водорода), так и в роли оснований (диссоциировать с отщеплением гидроксид-ионов). Такие вещества называются амфотерными (см. Кислотно- основные реакции).
Диссоциация Zn(OH)2, как основания:
Zn(OH)2 ↔ ZnOH+ + OH- ZnOH+ ↔ Zn2+ + OH-
Диссоциация Zn(OH)2, как кислоты:
Zn(OH)2 + 2H2O ↔ 2H+ + [Zn(OH)4]2-
Диссоциация солей
Соли диссоциируют в воде на анионы кислотных остатков и катионы металлов (или других соединений).
Классификация диссоциации солей:
• Нормальные (средние) соли получаются полным одновременным замещением всех атомов водорода в кислоте на атомы металла - это сильные электролиты, полностью
диссоциируют в воде с образованием катоинов металла и однокислотного остатка:
NaNO3, Fe2(SO4)3, K3PO4.
• Кислые соли содержат в своем составе кроме атомов металла и кислотного остатка, еще
один (несколько) атомов водорода - диссоциируют ступенчато с образованием катионов металла, анионов кислотного остатка и катиона водорода: NaHCO3, KH2PO4, NaH2PO4.
• Основные соли содержат в своем составе кроме атомов металла и кислотного остатка, еще одну (несколько) гидроксильных групп - диссоциируют с образованием катионов металла, анионов кислотного остатка и гидроксид-иона: (CuOH)2CO3, Mg(OH)Cl.
• Двойные соли получаются одновременным замещением атомов водорода в кислоте на атомы различных металлов: KAl(SO4)2.
• Смешанные соли диссоциируют на катионы металла и анионы нескольких кислотных остатков: CaClBr.
Диссоциация нормальной соли: K3PO4 ↔ 3K+ + PO43-
Диссоциация кислой соли: NaHCO3 ↔ Na+ + HCO3- HCO3- ↔ H+ + CO32-
Диссоциация основной соли: Mg(OH)Cl ↔ Mg(OH)+ + Cl- Mg(OH)+ ↔ Mg2+ + OH-
Диссоциация двойной соли: KAl(SO4)2 ↔ K+ + Al3+ + 2SO42-
Диссоциация смешанной соли: CaClBr ↔ Ca2+ + Cl- + Br-
43. Диссоциация воды, водородный и гидроксильный показатели (рН и рОН).
Вода диссоциирует на ионы: H2O ↔ H+ + OH-
Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрация воды практически постоянна: , эта величина носит название ионного произведения воды.
Kводы=10-7*10-7=10-14
Растворы, где концентрации водородных и гидроксид-ионов одинаковы, нейтральны:
[H+] = [OH-] = 10-7 моль/л нейтральная среда
[H+] › [OH-] › 10-7 моль/л кислая среда
[H+] ‹ [OH-] ‹ 10-7 моль/л щелочная среда
Для удобства вычислений пользуются не конц-ей водородных ионов, а водородным показателем (pH):
pH = - lg [H+], соответственно:
pH = 7 нейтральная среда;
pH ‹ 7 кислая среда;
pH › 7 щелочная среда.
Величина отрицательного логарифма молярной концентрации катионов водорода обозначается как pH и называется водородным показателем среды. Величина отрицательного логарифма
молярной концентрации анионов гидроксила обозначается как pOHи называется гидроксидным показателем среды. pH = 14 – pOH
44. Особенности гомогенного и гетерогенного равновесия в растворах. Произведение растворимости. Условие образования осадков.
Химическое равновесие – достигнутое и неизменное состояние системы, достигаемое с двух противоположных сторон и неизменное во времени при постоянных p, V и T.
Условие равновесия (кинетический критерий): равенство скоростей прямой и обратной реакций. Химическое равновесие – достигаемое с двух противоположных сторон и неизменное во времени состояние системы при постоянных давлении, объеме и температуре, при этом система должна содержать вещества, способные к химическому взаимодействию. Если участники равновесия составляют две или более фаз, то такое равновесие называется гетерогенным.
Условие выпадения осадка:
Если произведение концентраций ионов, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, превышает произведение растворимости, то происходит образование твердой фазы (осадка):
.
Произведение растворимости — произведение концентраций ионов
малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянных температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.
При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесие между твердым веществом и ионами, образующими это вещество.
В общем виде, произведение растворимости для вещества с формулой AmBn, которое диссоциирует на m катионов An+ и n анионов Bm−, рассчитывается по уравнению:
где [An+] и [Bm−] — равновесные молярные концентрации ионов, образующихся при электролитической диссоциации.
Из произведений растворимости и отношения числа катионов к анионам (m/n) можно рассчитать концентрации катионов и анионов в растворе малорастворимого электролита.
45. Закономерности протекания реакций в растворах электролитов. Полные и сокращенные ионные уравнения реакций. Условия протекания реакций обмена до конца.
Электролиты – вещества, которые подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их расплавы или растворы проводят электрический ток. К электролитам принадлежат все соли, а также кислотные, основные и амфотерные гидроксиды.
Раствор электролита представляет собой смесь молекул растворителя и сольватированных (ионы растворенного вещества, окруженные соответственно ориентированными диполями растворителя) молекул и ионов растворенного вещества. Относительное количество молекул, распавшихся на ионы, характеризующее степень диссоциации электролита α, зависит от природы растворителя, природы и концентрации электролита, температуры, давления и наличия других электролитов в растворе.
Необходимыми условиями протекания реакций обмена до конца являются:
1) образование осадка;
2) выделение газа;
3) образование малодиссоциирующих молекул воды.
46. Гидролиз как процесс взаимодействия электролитов с водой, приводящий к образованию слабодиссоциированных соединений. Гидролиз солей. Гидролиз по аниону, гидролиз по катиону, полный гидролиз.
В водных растворах соли полностью диссоциируют на катионы и анионы. Кроме них в растворе есть ионы H+ и OH–, образующиеся вследствие диссоциации молекул воды. Если эти ионы при взаимодействии с ионами соли образуют плохо диссоциирующие соединения, то идет гидролиз соли – разложение соли водой с образованием слабого электролита. Возможность и характер протекания гидролиза определяется природой соли.(т.е. гидролиз солей - это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита.) Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему.
4 типа реакций гидролиза солей:
▪
▪ ▪ ▪ ▪
▪
▪ ▪
Аl2S3 +
2Al3+ + 3S2- + 6H+ + 6OH- =>2Аl(ОН)3 + 6Н+ + S2- рН =7
Важно!-Гидролиз многокислотных солей и многоосновных кислот проходит ступенчато.
Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой (KBr, NaCl, NaNO3), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется. Реакция среды остается нейтральной.
В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой
(FeCl2, NH4Cl, Al2(SO4)3, MgSO4) гидролизу подвергается катион:
FeCl2 +HOH→ Fe(OH)Cl + HCl
Fe2+ +2Cl- +H+ +OH- → FeOH+ +2Cl- +Н+
В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H и другие ионы.рН раствора < 7 ( раствор приобретает кислую реакцию).
Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой
(КClO, K2SiO3, Na2CO3, CH3COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид ион и другие ионы.
K2SiO3 + НОH → KHSiO3 + KОН
2K++SiO32-+Н++ОH-→ НSiO3-+2K++ОН-
рН таких растворов > 7 ( раствор приобретает щелочную реакцию).
Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой
( СН3СООNН4, (NН4)2СО3, Al2S3), гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуется малодиссоциирующие основание и кислота.рН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания. Мерой силы кислоты и основания является константа диссоциации соответствующего реактива. Реакция среды этих растворов может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной:
6HOH =>2Аl(ОН)3 + 3Н2S
47. Свойства природной воды. Диоксид углерода и карбонаты в воде. Жесткость воды.
Свойства
▪ -сильнейший растворитель
▪ -вещ-во, присутствующее на Земле в 3 агрегатных сост
▪ -имеет самое высокое знач теплоёмкости
▪ - физические и химические свойства - температура, цветность, взвешенные вещества,
запах и вкус, жесткость, активная реакция, окисляемость
Диоксид углерода относится к карбонатам, карбонаты – соли и эфиры угольной кислоты. карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферной СО2, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.
48. Требования, предъявляемые к питьевой и технической воде. Очистка воды. Очистка воды для бытового использования. Способы умягчения воды.
Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды, разделены на две группы.
Требования первой группы обязательны для всех хозяйственно-питьевых систем централизованного водоснабжения. К этим требованиям относятся следующие: запах и привкус — не более 2 баллов; цветность — не более 20°; прозрачность по шрифту — не менее 30 см; общая жесткость воды — не более 10 мг-экв/л.
Требования второй группы должны соблюдаться при наличии в системе водоснабжения очистных сооружений. Эти требования заключаются в следующем: мутность осветленной воды — не более 1,5 мг/л; содержание железа — не более 0,3 мг/л; активная реакция (pH) при осветлении и умягчении воды — не менее 6,5 и не более 8,5; содержание остаточного активного хлора — не менее 0,3 и не более 0,5 мг/л.
Требования, предъявляемые к качеству производственной воды, зависят от характера производства. На ряде промышленных предприятий значительный процент производственной воды расходуется на охлаждение оборудования и продукции. Так, водой охлаждаются доменные и мартеновские печи, компрессоры, турбины и т. п. В охлаждающей воде не должно содержаться много взвешенных частиц. Она должна иметь невысокую жесткость (не более 4—5 мг-экв/л). Во избежание зарастания трубопроводов из-за выпадения солей временной жесткости охлаждающая вода не должна нагреваться выше 30—50 °С. Зарастание трубопроводов могут вызвать и микроорганизмы при значительном их содержании в охлаждающей воде. Вода, предназначенная для питания котлов, должна иметь минимальную жесткость.
Диоксид углерода содержится вводе в основном в виде растворенных молекул CO2 и лишь
малая часть его (около 1%) при взаимодействии с водой образует угольную кислоту: CO2 + H2O
<=> H2CO3
Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с
содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция
и магния (так называемых «солей жёсткости»). Вода с большим содержанием солей называется
жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Одним из главных признаков жесткостиводы является
появление накипи на стенках и тенах водонагревательных приборов.
Очистка воды
- без использования фильтров
Данный вариант наиболее распространен и доступен, поскольку для очистки воды не требуется приобретение дополнительных устройств, кроме как обычной кухонной посуды. --> кипячение, вымораживание, отстаивание
- Очистка воды с использованием фильтров
Современные фильтры для очистки воды используют в основном методы озонирования, применение активного серебра и активированного угля, йодирование, ультрафиолет, озонирование и обратный осмос.
Способы умягчения воды
▪ - Термический – кипячение ▪ -мембранный
Для умягчения воды таким способом используются молекулярные мембраны, которые пропускают только частицы воды, удаляя большую часть примесей (до 98%) . Так действуют фильтры обратного осмоса.
-химический
Суть способа — превратить растворимые соединения в нерастворимые. Для этого используются различные реактивы в зависимости от преобладания в воде солей того или иного типа. Для солей карбонатного типа используется известь, соединения натрия, сода и синтетические соединения, например, тринатрийфосфат. В итоге вода умягчается, но из-за присутствия реагентов в пищу употреблять ее нельзя.
49. Химическое взаимодействие твердых веществ, газов и воды в природных водоемах и сточных водах. Образование донных осадков. Загрязнение воды.
В результате химического взаимодействия твердых веществ, газов и воды в природных водоемах и сточных водах происходит процесс образования донных осадков.
Донные осадки - минеральные вещества, отложившиеся на дне океанов, морей, озёр, рек в результате физических, химических и биологических процессов.
Процесс образования
1 – образование и поступление осадкообразующего материала с водосборного бассейна в водоём 2 – перемешивание и перенос смеси, переработка поступившего осадочного материала
3- преобразование осадка в осадочную породу
4- вынос части взвесей из водоёма
Загрязнение воды
Загрязнение вод — попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, подземных вод.
Происходит при прямом или непрямом попадании загрязнителей в воду в отсутствие
качественных мер по очистке и удалению вредных веществ.
Основные причины загрязнения воды
1. Сточные воды. Проще говоря, это та вода, которая оказывается в канализации. Представляют собой сточные воды смесь отходов жизнедеятельности человека, грязи, моющих средств и дождевой воды.
2. Промышленные отходы.
3. Фермерские хозяйства.
Из-за удобрений, используемых на полях, наносится большой ущерб водоёмам. Происходит это потому, что химические и органические удобрения, находящиеся в верхнем слое почвы, смываются дождём в водоёмы (а также попадают в подземные воды).
4. Утечки нефти.
5. Твёрдые отходы.
В мире существует множество водоёмов, которые служат в качестве каких-то помоек. Туда сбрасывается различный мусор, который в большом количестве собирается на поверхности водоёмов.
6. Тепловое загрязнение.
Под этим пунктом подразумевается слив в водоёмы тёплой воды, которая образуется в результате работы тепловых и атомных электростанций.
7. Атмосферные загрязнения. В атмосфере нашей планеты содержится множество загрязняющих веществ. Они оказывают вредоносное влияние и на водоёмы.
50. Природа и типы загрязнителей природной воды. Основные неорганические и органические загрязнители воды. Радионуклиды.
Типы загрязнителей природной воды
• -органические •
• • •
• -неорганические
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной
среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки.
-физиологические выделения людей и животных
-остатки мускульных и жировых тканей животных
-пищевые отходы
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются
разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения
мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате
человеческой деятельности. Также к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические
кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков.
Радионуклиды -
Радионуклиды могут приводить к радиоактивному загрязнению.
химические элементы, имеющие атомные ядра, подверженные самопроизвольному
радиоактивному распаду. Радиоактивный распад вызывает непрерывное уменьшение
числа атомов радиоактивного элемента.
Радиоактивное загрязнение – это загрязнение окружающей среды, а также продовольствия, пищевого
сырья, кормов и различных предметов радиоактивными веществами в количествах, превышающих уровни,
установленные Нормами радиационной безопасности .
51. Химический состав и физико-химическая характеристика атмосферы. Слоистость атмосферы. Перемещение масс в атмосфере.
По химическому составу атмосфера представляет собой смесь газов, состоящую из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды, на которые приходится около 1% объема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли.
•
• • •
•
Физико-химическая характеристика атмосферы.
Атмосфе́ра - газовая оболочка (геосфера) ,
окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично кору,
внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Толщина атмосферы — примерно 2000 — 3000 км от поверхности Земли.
Суммарная масса воздуха — (5,1—5,3)×1018 кг.
Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966.
Давление при 0 °C на уровне моря 101,325 кПа; критическая температура? 140,7 °C;
критическое давление 3,7 МПа; Cp 1,0048×103 Дж/(кг·К) (при 0 °C), Cv 0,7159×103 Дж/(кг·К)
(при 0 °C).
Растворимость воздуха в воде при 0 °C — 0,036 %, при 25 °C — 0,22
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное
голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается
физиологическая зона атмосферы.
Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера
содержит кислород.
Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения
общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и
парциальное давление кислорода.
В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное
давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет
110 мм рт. ст. , давление углекислого газа — 40 мм рт. ст. , а паров воды — 47 мм рт. ст. С
увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и
углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в
лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой
величине.
На высоте около 19—20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной
высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне
герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки
зрения физиологии человека, «космос» начинается уже на высоте 15—19 км.
Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия
радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие
на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах
более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.
Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды,
кристаллы льда, морские соли, продукты горения) .
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды
(H2O) и углекислого газа (CO2).
Слоистость атмосферы. Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими из них являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.г
Перемещение масс в атмосфере обусловлено следующими факторами: - сила барического градиента (градиент давления);
- сила Кориолиса;
- геострофический ветер;
- градиентный ветер;
- сила трения.
Барический градиент приводит к тому, что ветер, возникающий благодаря движению воздуха по направлению барического градиента из области более высокого давления в область более низкого давления. Давление атмосферы составляет 1,033 кг/см2, измеряется в мм рт.ст., мБ и в гПа.
Изменение давления происходит при перемещении воздуха вследствие его нагревания и охлаждения. Главная причина переноса воздушных масс – конвективные потоки – подъём тёплого воздуха и замещение его снизу холодным (вертикальный конвекционный поток). Встречая слой воздуха повышенной плотности, они растекаются, образуя горизонтальные конвекционные потоки.
Сила Кориолиса – отталкивающая сила. Возникает при вращении Земли. Под её действием ветер отклоняется в Северном полушарии – вправо, в Южном – влево, т.е. в Северном отклоняется к востоку. Ближе к полюсам отклоняющая сила возрастает.
Геострофический ветер. В умеренных широтах сила градиента давления и сила Кориолиса уравновешиваются, при этом воздух не перемещается из области повышенного давления в область пониженного, а перетекает между ними параллельно изобарам. Градиентный ветер - это круговое движение воздуха параллельно изобарам под воздействием центробежных и центростремительных сил.
Воздействие силы трения. Трение воздуха о земную поверхность нарушает баланс между силой горизонтального барического градиента и силой Кориолиса, замедляет движение воздушных масс, изменяет их направление так, что поток воздуха движется не по изобарам, а пересекает их под углом.
С высотой действие трения ослабляется, отклонение ветра от градиента возрастает. Изменение скорости и направление ветра с высотой называется спиралью Экмана.
Средняя многолетняя спираль ветра у Земли составляет 9,4 м/с, она максимальна у Антарктиды (до 22 м/с), иногда порывы достигают 100 м/с.
С высотой скорость ветра увеличивается и достигает сотен м/с. Направление ветра зависит от распределения давления и отклоняющего действия вращения Земли. Зимой ветры направлены с материка на океан, летом – с океана на материк. Местные ветры называют бриз, фен, бора.
52. Химические и фотохимические реакции в атмосфере на примере атмосферного кислорода и озона. Озоновый слой его роль и строение.
Наиболее типичной фотохимической реакцией в верхних слоях атмосферы является
диссоциация молекул кислорода с образованием атомов и радикалов. Так, при действии
коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения, образующиеся возбуждённые молекулы
O2 *: O2 + hн O2*, диссоциируют на атомы: O2* O + O. Эти атомы вступают во вторичную реакцию с
O2, образуя озон: O + O2 O3. Образование озона проходит по обратимой реакции: 3O2 + 68ккал (285
кДж) - 2O3. Озон жадно поглощает ультрафиолетовое излучение в области от 2000 до 3000Е, и это
излучение разогревает атмосферу. Молекула О3 неустойчива и при достаточных концентрациях в
воздухе при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0оС) самопроизвольно за несколько десятков
минут превращается в O2 с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления
увеличивают скорость перехода в двухатомное состояние. При больших концентрациях переход
может носить взрывной характер. Озон - мощный окислитель, намного более
реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением
золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Также
повышает степень окисления оксидов. Озон в атмосфере, определяет характер поглощения
солнечной радиации в земной атмосфере. Содержится в ничтожном количестве: толщина слоя
озона, приведённого к нормальным условиям, в среднем для всей Земли составляет 2,5-3 мм.
Основная масса озона в атмосфере расположена в виде слоя - озоносферы - на высоте от 10 до 50
км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Озоновый слой, находящийся в верхней
атмосфере, служит своеобразным щитом, охраняющим нас от действия ультрафиолетового
излучения Солнца. Без этого щита развитие жизни на Земле в ее современных формах вряд ли
было бы возможным.
Озоновый слой - самый тонкий и легкий слой в атмосфере, находящийся на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. В разных широтах Земли озоновый слой находится на разной высоте, а
также имеет разную толщину. Но в целом концентрация озона в атмосфере ничтожно мала, если собрать весь озон в равномерный слой и покрыть всю планету, то его толщина будет составлять десятые доли миллиметра. Сам озон представляет собой одну из разновидностей молекул кислорода и состоит из трех атомов кислорода О3. Образуется озон в средних слоях стратосферы, под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения молекулы обычного кислорода О2 распадаются на два атома, которые затем вступают в реакцию с другими молекулами О2 и в результате получается трехатомный О3. Озоновый слой занимает важнейшее место в обеспечении условий для жизни на Земле. Именно этот слой блокирует пагубное для всех живых организмов излучение Солнца. Ультрафиолетовые лучи при длительном воздействии вызывают у людей рак кожи, ожоги сетчатки глаз, способствуют снижению иммунитета. Для животных и
растений УФ-лучи также очень вредны.
Если бы озоновый слой когда-то не сформировался, жизнь на Земле имела бы совершенно иной
облик и, вполне вероятно, существовала бы только в морях и океанах, скрываясь под толщей воды от опасной солнечной радиации.
53. Химические и фотохимические реакции в атмосфере на примере атмосферного кислорода и азота. Круговорот азота в природе.
NO и NO2 всегда присутствуют в атмосфере в количествах, достаточных для протекания реакций
с их участием. 65% от общего количества связанного азота на Земле является результатом
деятельности азотфиксирующих микроорганизмов почвы, 25% приходится на промышленный
синтез аммиака. Оставшаяся часть (10%) - результат сгорания азота в его окись в атмосфере за счет
высокотемпературных (пожары, грозовые разряды) и фотохимических процессов в верхних слоях
атмосферы. Эти процессы составляют источник более или менее постоянных концентраций
оксидов азота в атмосфере, и их уровень является оптимальным для поддержания на постоянном
уровне химических явлений в атмосфере Земли, прежде всего постоянства концентрации озона.
Фотохимические реакции с участием оксидов азота протекают под действием солнечной
радиации и в верхних слоях атмосферы. Загрязнение стратосферы этими веществами происходит
в процессе работы реактивных двигателей самолетов и ракет. Кроме того, под действием
ультрафиолетовой радиации происходит фотохимическое окисление азота воздуха, продуктами
которого являются NO и NO2. С ними связаны процессы деструкции озона, причем в них
проявляется каталитическая роль этих веществ:
O+NO2 NO+O2 NO+O3 NO2 +O2
N2O+ON2 +O2, N2O + O 2NO
Исследования последних лет показывают постепенное повышение содержания закиси азота в
атмосфере. Это связано с тем, что при среднем времени жизни молекулы N2O в атмосфере около
180 лет и увеличении объемов антропогенного загрязнения отсутствуют пути естественного стока
N2O, за исключением фотохимических реакций в стратосфере:
Итак, оксид азота - важный фактор, определяющий состояние окружающей нас атмосферы и
внешние условия существования. Однако это же вещество является и мощным внутренним
биорегулятором.
Круговорот азота — Круговорот азота в биосфере связан с образованием таких важнейших органических соединений, как: белки, нуклеиновые кислоты, липопротеиды, АТФ, хлорофилл и другие. Азот, в молекулярной форме, содержится в атмосфере. Вместе с живыми организмами — это всего около 2% всего, имеющего на Земле азота. В таком виде он может употребляться только бактериями и сине-зелёными водорослями. Для остального растительного мира в молекулярной форме азот не может служить питанием, а может перерабатываться лишь в виде неорганических соединений. Некоторые виды таких соединений образуются во время гроз и с дождевыми осадками попадают в воду и почву.Самыми активными «переработчиками» азота или азотофиксаторами являются клубеньковые бактерии. Они поселяются в клетках корней бобовых и преобразовывают молекулярный азот в его соединения, пригодные для растений. После их
отмирания, азотом обогащается и почва.
Гнилостные бактерии расщепляют азотосодержащие органические соединения до аммиака. Часть его уходит в атмосферу, а другая иными видами бактерий окисляется до нитритов и нитратов. Те, в свою очередь, поступают в качестве питания для растений и нитрифицирующими бактериями восстанавливаются до оксидов и молекулярного азота. Которые вновь попадают в атмосферу. Таким образом, видно, что основную роль в кругообороте азота, играют различные виды бактерий. И если уничтожить хотя бы 20 таких видов, то жизнь на планете прекратится.
И опять установленный кругооборот был разорван человеком. Он для целей увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, стал активно применять азотосодержащие удобрения.Содержание азота в различных веществах сопоставляют с содержанием там углерода. Оборотные циклы этих двух элементов крепко связаны
54. Углекислый газ в атмосфере. Круговорот углерода в природе.
Участвует в процессе фотосинтеза: ежегодно из атмосферы растения поглащают 170 млрд т этого газа для синтеза 100 млрд т органического вещества. Его относят к так называемым "парниковым" газам, способным снижать излучение тепла земной поверхностью в космическое пространство. Возрастание концентрации углекислого газа за счет сжигания топлива, работы промышленных предприятий, транспорта, тепловых электростанций и др. приводит к возникновению "парникового эффекта", связанного с повышением температуры нижних слоев атмосферы и
глобальным потеплением климата.
По распространенности химических элементов элемент занимает 15 место. По важности — это один из основных участников геохимических реакций. Значение вещества в природе сложно недооценить. Оно переходит из неорганического состояния в органическое, строит живые клетки. Встретить его можно в:
• атмосфере (углекислый газ 0,04 % от общей массы воздуха);
• гидросфере (в виде растворенного в водах мирового океана СО2, в составе питающихся им
бактерий верхнего слоя);
• литосфере (полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, известняк, мел);
• биосфере (в составе любых живых организмов планеты).
Постоянными источниками являются:
• живые существа, выдыхающие углекислоту;
• продукты разложения органических остатков (бактерии перерабатывают трупы животных,
гниющие растения, выделяется СН4);
• продукты горения природного (уголь, нефть, газ) или синтетического топлива;
• выбросы вулканических газов во время извержения (первичная углекислота в атмосфере);
• пожары;
• хозяйственная деятельность человека (выделение СО2 при производстве цемента: СаСО3- >СаО+СО2);
• повышение температуры мирового океана и высвобождение диоксида элемента.
Все оболочки Земли тесно связаны. Освобождение элемента, переход из одного вида в другой
происходит внутри каждой.
Молекулы проникают в соседнюю сферу. Описывая кратко круговорот углерода в природе, схема выглядит так:
это бесконечная незамкнутая цепь перехода вещества из органического состояния в неорганическое и обратно.
С одной стороны фотосинтезирующие растения и вода, с другой стороны — гетеротрофы, то есть потребляющие организмы (животные).
55. Вода и водяной пар в атмосфере. Круговорот воды в природе.
Гидрологический цикл
– это процесс регулярного перемещения жидкости в мировом
пространстве, а его изучение позволило понять механизм действия: энергия Солнца воздействует
на поверхность земли и океана, влага, нагреваясь, преобразуется в пар, молекулы которого
поднимаются в атмосферу и концентрируются в виде облаков. Попадая в зоны с холодной
температурой, молекулы конденсируются и выпадают вниз в виде осадков
. Так под влиянием
солнечной энергии и охлаждения процесс бесконечно повторяется.
Как происходит круговорот воды в природе? Полный гидрологический цикл включает в себя несколько важных этапов:
• испарение;
• конденсация пара в атмосферных слоях;
• выпадение его же в виде осадков на землю;
• фильтрация через почву;
• попадание жидкости в подземные потоки;
• всасывание растениями жидкости из почвы;
• участие в биохимических реакциях живых организмов.
Этапы круговорота иногда сводятся к минимуму:
• вода испаряется;
• концентрируется в атмосферных слоях;
• выпадает в виде жидкой, твердой или парообразной субстанции.
Такой круговорот часто бывает над поверхностью большого водоема, например,
океана. Гидрологический цикл кругообразный – это означает, что все этапы постоянно повторяются, обеспечивая таким образом непрерывное движение жидкости в природе.
Для него также характерны следующие процессы:
• осадки – это выпадение воды на землю в виде дождя, снега, града и тумана;
• перехват осадков – это процесс выпадения осадков не в почву или водоемы, а на деревья и
другие растения. Такая влага сразу испаряется, не попадая в почву;
• сток – это способ, с помощью которого вода передвигается по земле;
• инфильтрация – это попадание жидкости внутрь почвы и ее фильтрация;
• подземные потоки — это потоки под землей, которые располагаются в зоне аэрации;
• испарения воды – это переход молекул из жидкого состояния в парообразное;
• сублимация — переход молекул из твердого состояния в парообразное;
• отложение – переход молекул из парообразного состояния в твердое;
• адвекция – это перемещение водяных молекул (в любом состоянии) сквозь атмосферу;
• конденсация – формирование пара в тучи и облака;
• испарение – перемещение паров под воздействием солнечной энергии из почвы и растений в атмосферу;
• просачивание – перемещение воды сквозь почву под действием гравитации.
Гидрологический цикл – это сложный процесс, который занимает от нескольких суток до нескольких лет. Океан полностью обновляется за 3200 лет – это значит, что вся вода в нем испаряется и возвращается обратно за тот же срок.
56. Твердые частицы в атмосфере. Физические и химические процессы образования твердых частиц в атмосфере. Химический состав твердых частиц в атмосфере.
Из атмосферы на поверхность попадают твердые активные либо пассивные частицы. Они
могут действовать как депассиваторы, комплексообразователи, увеличивать
электропроводность пленки влаги и поглощательную способность (гигроскопичность)
продуктов коррозии, облегчать капиллярную конденсацию влаги (такой инертный
материал как песок). В атмосфере встречаются такие твердые частицы, как Na2SO4, NaCl,
(NH4)2SO4, частицы угля, различные соединения углерода, оксиды металлов и другие. Эти
вещества в виде твердых частиц или пыли контактируют с влажной поверхностью
металлоконструкции, образуют гальванические элементы, интенсифицируя процесс
коррозии.
Твердые частицы (пыль, сажа, и др.), имеют размеры 0,0001-0,1 мм, находятся в воздухе
во взвешенном состоянии. Их химические свойства зависят от происхождения
(космическое, вулканическое, производственное, биологическое). В
сельскохозяйственном производстве твердые частицы образуются при обработке почвы,
уборке зерновых, сенокошении и других работах. Ежегодно в атмосферу поступает более
250 млн т пыли. Летом пыль задерживает до 20 %, а зимой - до 50 % солнечного света.
Гигиенический стандарт допускает суммарную запыленность 1,5 т/га, а в отдельных
промышленных районах она достигает 60 т/га. Влияние твердых частиц на живые
организмы зависит от их химического состава. Твердые частицы с содержанием тяжелых
металлов, например, свинца, подавляют рост, снижают интенсивность фотосинтеза у
растений. Пыли биологической природы могут содержать до 100 аллергенов и вызывать
аллергии.
57. Загрязнение атмосферы. Азотсодержащие неорганические загрязнители атмосферы: монооксид азота, диоксид азота, аммиак (источники, реакции в атмосфере, контроль).
По источникам загрязнения:
По характеру загрязнения атмосферы:
• естественное
• антропогенное
• физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное(различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.)
• химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые
металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы
• биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а так же
их токсинами и продуктами жизнедеятельности.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются:
• Природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльцу растений, выделения животных и др.)
• Искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:
• Транспортные — загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;
• Производственные — загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;
• Бытовые — загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой
бытовых отходов.
По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также можно разделить на несколько групп:
• Механические загрязнители — пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, стирающиеся автопокрышки и т. д.;
• Химические загрязнители — пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;
• Радиоактивные загрязнители.
Оксиды азота (оксид и диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота.
Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия — 14 %, на мелких потребителей и бытовой сектор — 3 %.
В целях борьбы с загрязнением атмосферы, и в частности с целью уменьшения выброса
углекислого газа многими странами в 1997 году был подписан Киотский протокол.
Борьба с загрязнением атмосферы включает задачу непрерывного контроля качества воздуха.
Целью этих анализов является предупреждение загрязнения атмосферного воздуха выше
предельно допустимой нормы, принятой в данной стране. Не менее важен и регулярный
контроль загрязненного воздуха производственных помещений, в контакте с которым люди
находятся в течение всего рабочего дня. Подобные задачи решают с помощью автоматических
газоанализаторов, предназначенных в основном для определения главных загрязнителей
атмосферы (оксиды углерода, серы и азота, оксиданты, углеводороды, пыль) и токсичных
химических веществ, характерных для того или иного производства.
58. Загрязнение атмосферы газообразными соединениями серы, фтора, хлора, (источники, реакции в атмосфере, контроль).
Атмосферные загрязнители можно разделить на первичные, поступающие прямо в атмосферу, и
вторичные, которые являются результатом метаморфозы последних.
сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или
переработки сернистых руд (до 70 млн т в год). Часть соединений серы может выделиться при
горении органических остатков в горнорудных отвалах. В США общее количество выброшенного в
атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
в) серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом
реакции становится 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 наблюдается при низкой облачности и высокой
влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1км от
таких предприятий, обычно бывают густо усеяны небольшими некротическими пятнами,
образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия
цветной и черной металлургии, а также ТЭС каждый год выбрасывают в атмосферу десятки
миллионов тонн серного ангидрида.
г) сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу отдельно или вместе с другими
соединениями серы. Основными источниками выброса становятся предприятия по изготовлению
искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие заводы, а также
нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями медленно
окисляются до серного ангидрида.
е) соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству
алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества
поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида
натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора
являются сильными инсектицидами.
ж) соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих
соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт,
хлорную известь, соду. В атмосфере наблюдаются как примесь молекулы хлора и паров соляной
кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.
загрязнения атмосферы средства контроля газообразных сред подразделяют на.системы, приборы и другие технические средства контроля загрязнения (ТСКЗ) воздушного бассейна, при этом группируя их по особенностям анализируемой воздушной среды следующим образом:
• ТСКЗ атмосферы (атмосферного воздуха)
• ТСКЗ воздуха населенных мест и жилых помещений;
• ТСКЗ воздуха рабочей зоны и производственных помещений;
• ТСК выбросов и паро-воздушных смесей, поступающих в атмосферу.
При этом ТСКЗ атмосферы также традиционно подразделяют по степени их автоматизации - на автоматические газоанализаторы (средства измерения содержания 3В) и/или газосигнализаторы (средства индикации уровня загрязнения) и неавтоматизированные приборы или другие средства контроля паро-воздушных смесей и газовой среды (например, ручные экспрессные газоопределители)
59. Органические загрязнители атмосферы (источники, реакции в атмосфере, контроль).
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — вещества, которые используются в промышленности и в быту как моющие средства, загрязняют окружающую среду с отходами коммунально-бытовой деятельности. В состав ПАВ обычно входят одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих центров. Эти группы снижают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются, образуют стабильную эмульсию с частицами удаляемых
веществ, снижают жесткость воды. ПАВ по составу обычно делятся на три группы: анионоактивные, катионоактивные, неионогенные. Примером анионоактивных может служить алкилбензосульфонат, или линейный алкилсульфонат. Препарат содержит в своем составе полярную гидрофильную группу SO3 и гидрофобный органический радикал. Примером катионоактивных ПАВ являются четвертичные аммонийные соли, содержащие углеводородные радикалы, в том числе ароматические, а также галоген или кислотную группу. Примером неионогенных ПАВ могут служить бензол производные, содержание в качестве радикалов различные предельные углеводороды.
В состав ПАВ входят также связывающие компоненты. Они могут взаимодействовать с ионами кальция и магния, присутствующими в виде солей в жесткой воде, а также в составе твердых веществ. Наиболее распространено использование в качестве связывающих компонентов смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия.
ПАВ загрязняют природные воды. Они образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом. Фосфаты, входящие в состав ПАВ, могут вызывать эвтрофикацию водоемов, усиливая рост водных растений.
Способы очистки вод от ПАВ разрабатываются.
Летучие органические соединения (бензол, толуол, ксилол). В окружающую среду бензол поступает со сточными водами и газообразными выбросами производств органического синтеза, нефтехимических, химико-фармацевтических производств, предприятий по производству пластмасс, взрывчатых веществ, ионообменных смол, лаков, красок и искусственной кожи. Содержится он и в выхлопах автотранспорта. Выброс бензола в атмосферный воздух в России оценивается в 13—24 тыс. т в год (от стационарных источников).
Из водоемов бензол быстро испаряется в атмосферу. Есть сведения о транслокации загрязнителя из почв в растения.
Среднесуточная ПДК бензола в атмосферном воздухе — 100 мкг/м3, в питьевой воде — 0,01 мг/л. Бензол обладает канцерогенным, мутагенным, гонадотоксическим, эмбриотическим, тератогенным и аллергическим действием.
Толуолы и ксилолы поступают в окружающую среду со сточными водами преимущественно предприятий нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Они могут длительное время сохраняться и мигрировать в фунтовых водах. ПДК толуола в водах водоисточников составляет 0,5 мг/л, ксилолов — 0,05 мг/л.
Толуол — яд общетоксического действия, вызывающий особые и хронические отравления. Может проникать (и ксилолы так же) в организм человека и животных через неповрежденную кожу. Из- за высокой растворимости в липидах толуол накапливается в жировой ткани и преимущественно в клетках ценфальной нервной системы.
Ксилолы обладают эмбриофопным действием, нарушают процессы репродукции.
Фенол. Основными источниками поступления фенолов в окружающую среду являются металлургические и коксохимические заводы, предприятия кожевенной и мебельной промышленности, а также производства фенолформальдегидных смол, клеев, пластмасс. Фенол поступает с выбросами в атмосферу и со сточными водами в водоемы. ПДК загрязнителя в атмосферном воздухе (среднесуточная доза) составляет 3 мкг/м3, в воде водоемов — 1 мкг/л. Содержание фенолов в воздухе крупных промышленных городов часто превышает ПДК. Во многих поверхностных водах (бассейны Невы, Волги) отмечаются повышенные концентрации загрязнителя. Особенно высоким становится содержание фенола в воде при аварийных ситуациях (реки Белая, Амур). В этих случаях он может попадать во все звенья водной пищевой цепи и даже вызывать гибель отдельных ее компонентов.
Фенол поражает нервную систему, оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки. Он быстро всасывается через кожу, дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, а затем концентрируется в печени и почках.
60. Антропогенные изменения в атмосфере. Парниковый эффект и глобальное потепление. Кислотные дожди, разрушение озонового слоя, смог.
Антропогенное загрязнение атмосферы по своим масштабам значительно превосходит природное. Оно оказывает воздействие на атмосферу различным образом, влияя непосредственно на ее состояние (нагревание, изменение влажности и др.), воздействуя на физико-химические свойства атмосферы (увеличивая концентрации диоксида серы, твердых частиц и т. п.), изменяя свойства подстилающей поверхности (сведение лесов увеличивает скорость ветров, распашка природных ландшафтов изменяет способность земной поверхности отражать солнечные лучи т. д.).
К основным антропогенным источникам загрязнения относят промышленные предприятия, отопительные системы зданий (котельные установки), транспорт, сельское хозяйство. Техногенные выбросы в атмосферу насчитывают десятки тысяч видов веществ. Более 90% их массы приходится на углекислый газ и пары воды. Другие наиболее распространенные загрязнители сравнительно немногочисленны: твердые пылевые частицы, окись углерода (СО), диоксид серы (SO2), окислы азота (NО и NO2), углеводороды, сероводород (H2S), аммиак (NH3), хлор (Сl), соединения фосфора, фтористый водород (HF).
Парниковый эффект – это способность атмосферы пропускать коротковолновую солнечную
радиацию, но задерживать земное тепловое длинноволновое излучение и тем самым
способствовать аккумуляции тепла Землей.
Солнечная энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли,
нагревает ее и выделяется в виде инфракрасного или теплового длинноволнового излучения.
Однако некоторые газы атмосферы его задерживают, поглощают, нагреваются и тем самым
нагревают атмосферу в целом. Эти газы называют парниковыми.
Парниковый эффект существует в природе вне деятельности человека,
и без него жизнь на Земле была бы невозможна. Если бы не было этого явления, на Земле
наблюдались бы сильные суточные и сезонные колебания температуры.
Основным парниковым газом является углекислый газ, на его долю приходится до 60%
парникового эффекта. Другими парниковыми веществами являются хлорфторуглеводороды,
метан, оксиды азота, тропосферный озон, а также аэрозоли, пары воды.
Экологическая проблема парникового эффекта заключается в том, что содержание
парниковых газов в атмосфере растет в связи с антропогенной деятельностью. В природной
биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его
поступление равнялось удалению. В связи с вырубкой лесов и сжиганием ископаемого топлива
это равновесие нарушается.
В настоящее время из-за парникового эффекта средняя температура на нашей планете
увеличилась, в среднем на 0,6о С. Если в дальнейшем будет сохранено существующее положение
с вырубкой лесов и сжиганием топлива, то концентрация углекислого газа к 2050 году может
удвоиться. Климатологи прогнозируют среднее потепление в таком случае на 1,5 – 4,5о С. Такое
потепление вызовет таяние полярных льдов и горных ледников, подъем уровня мирового океана
(уровень мирового океана может подняться на 1,5 м), что приведет к затоплению обширных
прибрежных территорий суши.
Влияние потепления также скажется на режиме осадков, по прогнозам в северных районах
их количество может снизиться на 40%, это может привести к развитию пустынь.
Глобальное потепление — процесс постепенного роста средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и Мирового океана, вследствие всевозможных причин
Кислотные дожди. Одной из важнейших экологических проблем, с которой связано закисление
природной среды, являются кислотные дожди.
Основными источниками кислотных дождей являются промышленные выбросы диоксида
серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную
кислоту.
Природные осадки имеют подкисленный характер, при отсутствии загрязнителей рh
дождевой воды равно 5,6. Кислотными называют любые осадки, кислотность которых, выше
природной, т. е. при рh < 5,6. В последнее время среднее значение рh осадков составляет 4 – 4,5,
а иногда оно опускается до 3 и даже ниже. Максимальная зарегистрированная кислотность
осадков в Западной Европе – рh = 2,3 (для сравнения, домашний уксус имеет рh = 2,8).
Кислотные дожди выпадают во всех промышленных районах мира и воздействуют в целом
на экосистемы:
Нарушают восковой покров листьев, что делает их уязвимыми для насекомых, грибов и
других патогенных организмов.
Выщелачивают биогенные вещества из листьев, ветвей, почв и истощают их. Воздействие
кислотных дождей снижает устойчивость деревьев к засухам, болезням, загрязнением, что
приводит к еще более выраженной деградации их как природных экосистем.
Кислотные дожди выщелачивают также из почвы токсичные металлы – свинец, кадмий,
алюминий и др., растворяют их, а в последствии они усваиваются живыми организмами,
передаются по пищевой цепи и негативно на них воздействуют. Растворенные загрязнители легко
проникают в подземные и поверхностные воды.
Кислотные дожди воздействуют на почвенные организмы, замедляют их активность,
почвообразовательные процессы разложения и минерализации детрита.
Под действием кислотных дождей происходит закисление пресных вод. Особенно
интенсивно происходит закисление озер в Швеции, Норвегии, Финляндии, где коренные породы,
слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами не способными
нейтрализовать кислотные осадки, в отличие от осадочных пород, которые создают щелочную
среду и препятствуют закислению. Повышение кислотности влияет на популяции различных видов
рыб, приводит к гибели фитопланктона, различных видов водорослей и других его обитателей.
Кислотные дожди разрушают предметы, конструкции из металла (в городах коррозия
металла в десятки раз быстрее происходит, чем в сельской местности), также они воздействуют на
здания, сооружения, памятники архитектуры. Памятники и здания простоявшие сотни и даже
тысячи лет, сейчас разрушаются и рассыпаются в крошево.
Нарушение озонового слоя. Озон (О3) – представляет собой третью форму существования
кислорода, образуется в атмосфере естественным путем при воздействии на атмосферный
кислород солнечного ультрафиолетового излучения (которое можно обозначить hν):
О2 + hν О + О; О2 + О О
Наибольшая концентрация молекул озона находится в стратосфере на высоте 20 – 22 км (~в 10 раз выше, чем у поверхности Земли) и распространяется она примерно на 5 км по высоте, этот слой и называют озоновым слоем. Если весь озон сконцентрировать в один слой, то толщина его составит ~ 2,9 мм.
Озоновый слой задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение, губительное для всего
живого на Земле. Оно может вызвать большие изменения в организмах, чем гамма-излучение,
рентгеновское излучение и привести к заболеваниям иммунной системы, раку кожи, поражению
сетчатки глаза и другим заболеваниям.
В настоящее время озоновый слой нарушается, т. е. снижается концентрация озона в
озоновом слое.
Смоги. Слово смог происходит от английского smoke – дым, fog – туман. Смог - атмосферное
явление накопления в воздухе нижней тропосферы первичных антропогенных загрязнителей и
последующее вторичное загрязнение этих же масс воздуха продуктами реакций на основе
первичных загрязнителей и солнечной радиации. Смоги образуются в воздушном пространстве
больших городов, а в связи с развитием автомобильного и авиационного транспорта, стали
захватывать даже отдельные регионы.
Образуются смоги в безветренную погоду, при наличии большого количества
загрязнителей в атмосфере.
Различают следующие виды смогов: влажный, ледяной, фотохимический.
Влажный смог – ядовитая смесь в атмосфере газообразных продуктов сгорания твердого и
жидкого топлива (NОх, SO2, CO, в основном диоксида серы), частичек пыли, сажи и тумана.
Наблюдается чаще в осенне-зимний период и характерен для умеренных широт с влажным
морским климатом при неблагоприятных погодных условиях.
Этот смог называют лондонским т. к. в 1952 г. в Лондоне от смога с
3-го по 9-е декабря погибло более 4 тыс. человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. Влажный
смог вызывает отек слизистой, бронхов, легких, удушье, приступы бронхиальной астмы,
хронического бронхита, раздражение глаз и др. Благодаря принятым мерам по ограничению
пылегазовых выбросов, загрязнение атмосферного воздуха в Лондоне значительно снизилось.
Сильный туман, который образовался в декабре 1972 г., на этот раз не имел серьезных
последствий для населения. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) от смога погибло за 3 дня 156 человек.
Рассеять смог может только ветер, а улучшить ситуацию – сокращение выбросов
загрязняющих веществ.
Ледяной смог – смесь газообразных загрязнителей (в основном диоксида серы), частичек
пыли, сажи и мельчайших кристалликов льда. Он образуется в городах, расположенных в
северных широтах, при температурах ниже – 300С и наличии высокой влажности воздуха.
Капельки водяного пара превращаются в мельчайшие кристаллики льда (размером 5 – 10 мкм) и
впитывают загрязнители. Образуется белый густой туман, при таком тумане дышать практически
невозможно. Образованию высокой влажности в атмосфере способствуют аварии на
теплотрассах, незамерзающие водохранилища из-за сброса не достаточно охлажденных
промышленных сточных вод, которые при такой температуре постоянно парят.
Фотохимический или Лос-анжелесский смог не менее опасен, чем лондонский. Он
образуется в районах с сухим и жарким климатом при интенсивном воздействии солнечной
радиации.
Основными первичными загрязнителями этого смога являются оксиды азота и углеводороды
(автотранспорт, ТЭС, промышленность). При безветрии в атмосфере происходят сложные реакции
с образованием новых загрязнителей – фотооксидантов (органические перекиси, нитраты,
тропосферный озон и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного
тракта, легких, бронхов, органов зрения.
Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях в течение
длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на
животных, птиц, состояние растений и экосистем в целом. В экологической литературе описаны
случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах веществ большой
концентрации.
61. Понятие об экспертизе. Основные объекты экспертизы природного происхождения: биоорганические вещества, пищевые продукты, питьевая вода. Особенности их пробоотбора и пробоподготовки.
Экспертиза — исследование, проводимое лицом, сведущим в науке, технике, искусстве или
ремесле, привлечённым по поручению заинтересованных лиц, в целях получения ответа на
вопросы, требующие специальных познаний.
Экспертиза может быть плановой и внеплановой. Плановая проводится в соответствии с планом
работы СЭУ, а внеплановая – в случаях пищевых отравлений, инфекционных заболеваний,
связанных с употреблением продуктов питания, нарушениях технологического процесса, при
решении спорных вопросов, по иску следственных органов и т.д.
Анализ воды — метод исследования свойств и качеств воды. Применяется для определения
количества различных веществ в составе воды, находящейся в контакте с человеком в
промышленных и бытовых целях, либо в научных.
62. Понятие об экспертизе. Основные объекты экспертизы техногенного происхождения: лекарственные препараты, спиртосодержащие жидкости, нефтепродукты, пластмассы, синтетические моющие средства, лаки, краски, строительные материалы, стекло и керамика.
Эксперти́за— исследование, проводимое лицом, сведущим в науке, технике, искусстве или ремесле, привлечённым по поручению заинтересованных лиц, в целях получения ответа на вопросы, требующие специальных познаний.
Экспертиза производится по вопросам, возникающим в правоотношениях между субъектами права, с целью разрешения спорных ситуаций, установления фактических данных. Экспертиза проводится специально привлекаемым для этого лицом — экспертом, обладающим специальными познаниями, которыми её инициаторы не обладают.
Экспертное исследование оформляется мотивированным заключением эксперта, в котором описывается ход исследования и даются ответы на поставленные вопросы. Полученное заключение является доказательством, свидетельствующим о наличии / отсутствии интересующих фактических данных в разрешении того или иного вопроса или становится основанием для судебного разбирательства.
Виды экспертиз
Экспертиза спиртосодержащих жидкостей проводится для того чтобы определить специфические характеристики представленного объекта, и исходя из полученных данных установить классификационную принадлежность объекта исследования, определить соответствие установленным стандартам качества, выявить наличие различного рода примесей.
Спиртосодержащие жидкости – это различного рода алкогольные напитки, с различным процентным содержанием этилового спирта.
Основные задачи экспертизы спиртосодержащих жидкостей:
1. Установление соответствия процентного содержания спирта.
2. Определение вида спирта, использованного в спиртосодержащих жидкостях.
Этиловый спирт может быть трех видов:
• Технический (производится из отходов сульфитно-целлюлозного производства);
• Пищевой (получают из натурального сырья, содержащего крахмал. Возможно так же производство и из некоторых фруктов, таких как яблоко или виноград. При производстве пищевого спирта необходимо очистить его от всевозможного рода примесей, именно от этого зависит качество готового продукта);
• Синтетический (получают при помощи обработки природных газов, содержащих этилен, а также газов, получаемых при нефтепереработки).