Környezeti kémiai tanulmányi terület és alkalmazások

az környezeti kémia Tanulmányozza a környezeti szinten zajló kémiai folyamatokat. Ez egy olyan tudomány, amely kémiai elveket alkalmaz a környezeti teljesítmény és az emberi tevékenység által okozott hatások vizsgálatára.

Ezenkívül a környezeti kémia tervezi a meglévő környezeti károk megelőzését, enyhítését és kármentesítését.

A környezeti kémia három alapvető tudományágra osztható:

1. A légkör környezeti kémia.
2. A hidroszféra környezeti kémia.
3. Környezeti talajkémia.

A környezeti kémia átfogó megközelítése azt is megköveteli, hogy tanulmányozzuk az ezekben a három rekeszben (légkör, hidroszféra, talaj) előforduló kémiai folyamatok és a bioszféra közötti kapcsolatok közötti összefüggéseket..

index

• 1 A légkör környezeti kémia
  • 1.1 -Stratoszféra
  • 1.2 -Troposzféra
• 2 A hidroszféra környezeti kémia
  • 2.1 - Friss víz
  • 2.2 - A vízciklus
  • 2.3 - Antropológiai hatások a vízciklusra
• 3 Környezeti talajkémia
  • 3.1 A talaj
  • 3.2 Antropológiai hatások a talajra
• 4 Kémiai-környezeti kapcsolat
  • 4.1. Garrels és Lerman
• 5 A környezeti kémiai alkalmazások
• 6 Referenciák

A légkör környezeti kémia

A légkör a Földet körülvevő gázok rétege; ez egy nagyon összetett rendszer, ahol a hőmérséklet, a nyomás és a kémiai összetétel nagyon tág határok között változik.

A nap sugárzással és nagy energiájú részecskékkel bombázza a légkört; ennek a ténynek nagyon jelentős kémiai hatása van a légkör minden rétegében, de különösen a legmagasabb és a külső rétegekben.

-sztratoszféra

A fotodiszociációs és fotionizációs reakciók a légkör külső régióiban fordulnak elő. A föld felszínétől mérve a sztratoszférában a 30 és 90 km közötti magasságban lévő régióban főleg ózont tartalmazó réteg található (OR₃), az ózonrétegnek nevezik.

Ózonréteg

Az ózon elnyeli a napsugárzásból származó nagy energiájú ultraibolya sugárzást, és ha nem ez a réteg létezik, nem lehet ismert a bolygón élő életmód..

1995-ben Mario J. Molina légköri vegyészek (mexikói), Frank S. Rowland (amerikai) és Paul Crutzen (holland) nyerte el a kémiai Nobel-díjat a sztratoszférában az ózon megsemmisítéséről és kimerüléséről..

1970-ben Crutzen kimutatta, hogy a nitrogén-oxidok katalitikus kémiai reakciók révén elpusztítják az ózont. Ezt követően Molina és Rowland 1974-ben kimutatták, hogy a klór-fluor-szénhidrogén-vegyületek klórja (CFC) is képes az ózonréteg megsemmisítésére..

-troposzféra

A föld felszíne fölött 0 és 12 km magas, a troposzférának nevezett légköri réteg főleg nitrogénből áll (N₂) és oxigén (O₂).

Mérgező gázok

Az emberi tevékenységek eredményeként a troposzféra számos további vegyi anyagot tartalmaz, amelyek levegőszennyező anyagnak tekintendők, például:

• Dioxid és szén-monoxid (CO₂ és CO).
• Metán (CH₄).
• Nitrogén-oxid (NO).
• Kén-dioxid (SO)₂).
• Ózon O₃ (a troposzférában szennyezőnek tekintik)
• Illékony szerves vegyületek (VOC-k), porok vagy szilárd részecskék.

Számos egyéb anyag, amely befolyásolja az emberi és növényi és állati egészséget.

Savas eső

Kén-oxidok (SO₂ és SO₃) és nitrogént, például nitrogén-oxidot (NO₂), más környezeti problémát okoz, amit savas esőnek neveznek.

Ezek az oxidok, amelyek a troposzférában főleg a fosszilis tüzelőanyagok ipari tevékenységekben és szállításban történő égetésének termékei, a kénsavat és a salétromsavat előállító esővízzel reagálnak, ennek következtében a savak kicsapódnak..

Az erős savakat tartalmazó eső kicsapásával számos olyan környezeti problémát okoz, mint a tengerek és az édesvizek savanyodása. Ez a vízi szervezetek halálát okozza; a talajok savanyodása, amely a növények halálát okozza, és az épületek, hidak és műemlékek kémiai korrozív hatásának megsemmisítése.

Egyéb légköri környezeti problémák elsősorban a nitrogén-oxidok és a troposzférikus ózon által okozott fotokémiai szmog

Globális felmelegedés

A globális felmelegedést a CO magas koncentrációja adja₂ légköri és egyéb üvegházhatású gázok (GHG-k), amelyek a Föld felszínén kibocsátott infravörös sugárzás nagy részét elnyelik, és a troposzférában hevertek. Ez éghajlatváltozást generál a bolygón.

A hidroszféra környezeti kémia

A hidrósferát a Föld összes víztestje követi: felületes vagy humedales - óceánok, tavak, folyók, források - és földalatti vagy víztartó rétegek.

-Az édesvíz

A víz a bolygón a leggyakoribb folyékony anyag, amely a föld felszínének 75% -át fedi le, és feltétlenül szükséges az élethez.

Minden életforma a friss vizetől függ (úgy definiálva, hogy a víz kevesebb, mint 0,01%). A bolygó vízének 97% -a sós víz.

A fennmaradó 3% édesvíz 87% -a:

• A Föld pólusai (amelyek a globális felmelegedés miatt olvadnak és ömlik a tengerbe).
• A gleccserek (az eltűnés folyamatában is).
• A talajvíz.
• Víz a gőz formájában a légkörben.

A bolygó teljes édesvízének csak 0,4% -a fogyasztható. Az óceánokból származó víz elpárolgása és az esőzések csapása folyamatosan biztosítja ezt a kis százalékot.

A víz környezeti kémiai vizsgálata a vízciklusban vagy a hidrológiai ciklusban előforduló kémiai folyamatokat, valamint az emberi fogyasztásra szánt víz tisztítására, az ipari és városi szennyvíz kezelésére, a tengervíz sótalanítására, az újrahasznosításra vonatkozó technológiákat fejleszt. és menteni ezt az erőforrást, többek között.

-A vízciklus

A Föld vízciklusa három fő folyamatból áll: párolgás, kondenzáció és csapadék, amelyből három áramkör származik:

1. A felszíni lefolyás
2. A növények evapotranszpirációja
3. A beszivárgás, amelyben a víz áthalad a föld alatti szintekre (talajvíz), kering a víztartó csatornákon keresztül, és kilép a rugókon, rugókon vagy kutakon keresztül.

-Antropológiai hatások a vízciklusra

Az emberi tevékenység hatással van a vízciklusra; Az antropológiai fellépés néhány oka és hatása a következő:

A földfelszín módosítása

Az erdők és az erdők pusztulásával járó mezők megsemmisítésével jön létre. Ez hatással van a vízciklusra az evapotranspiráció kiküszöbölésével (a vízen keresztül a növényeken keresztül, és visszatérve a környezetbe átáramlással és bepárlással) és a növekvő lefolyás.

A megnövekedett felszíni lefolyás növeli a folyók áramlását és árvizét.

Az urbanizáció is módosítja a földfelszínt, és hatással van a vízciklusra, mivel a porózus talajt cement és vízhatlan aszfalt helyettesíti, ami lehetetlenné teszi a beszivárgást.

Vízciklusszennyezés

A vízciklus magában foglalja a teljes bioszféra és ennek következtében az ember által keletkező hulladékot különböző folyamatokba építették be ebbe a ciklusba.

A levegőben lévő kémiai szennyeződések az esőbe kerülnek. A talajra felvitt agrokémiai anyagok vízszennyeződést és vízszennyeződést szenvednek, vagy folyókba, tavakba és tengerekbe jutnak.

A talajvízbe való beszivárgás hatására a zsírok és olajok és a hulladéklerakók kiszivárgása is elhúzódik.

A vízkészletek kitermelése folyószámlahitelekkel a vízkészletekben

A folyószámlahitelekkel kapcsolatos gyakorlat, a felszín alatti vizek és a felszíni víztartalékok kimerülése, az ökoszisztémákra gyakorolt ​​hatás és a helyi talajszilárdság kialakítása.

Környezeti talajkémia

A talaj a bioszféra egyensúlyának egyik legfontosabb tényezője. Horgonyzást, vizet és tápanyagokat biztosítanak a növényeknek, amelyek a szárazföldi trófiai láncok termelői.

A padló

A talaj három fázis komplex és dinamikus ökoszisztémája: ásványi és szerves hordozó szilárd fázisa, vizes folyadékfázis és gázfázis; egy bizonyos állatvilággal és növényvilággal jellemezhető (baktériumok, gombák, vírusok, növények, rovarok, nematódák, protozoonok).

A talaj tulajdonságai a környezeti feltételek és az abban kialakuló biológiai aktivitás következtében folyamatosan változnak..

Antropológiai hatások a földön

A talajromlás olyan folyamat, amely csökkenti a talaj termelési kapacitását, amely képes az ökoszisztéma mély és negatív változására..

A talajromlást előidéző ​​tényezők az éghajlat, a fiziográfia, a litológia, a növényzet és az emberi cselekvés.

Emberi cselekvés következhet be:

• A talaj fizikai lebomlása (például a nem megfelelő termesztés és állattenyésztési gyakorlatok következtében történő tömörítés).
• A talaj kémiai lebomlása (savanyítás, lúgosítás, szikesedés, mezőgazdasági vegyszerekkel való szennyeződés, ipari és városi tevékenységből származó szennyvíz, olajfoltok).
• A biológiai talajromlás (a szervesanyag-tartalom csökkenése, a növényzet borításának romlása, többek között a nitrogén-rögzítő mikroorganizmusok elvesztése).

Kémiai-környezeti kapcsolat

A környezeti kémia tanulmányozza a három környezeti elemben zajló különböző kémiai folyamatokat: légkört, hidroszférát és talajt. Érdekes, hogy egy további kémiai modellre összpontosítunk, amely megpróbálja megmagyarázni a környezetben előforduló anyag globális átadását.

-Garrels és Lerman modell

Garrels és Lerman (1981) a Föld felszínének biogeokémiájának egyszerűsített modelljét dolgozta ki, amely tanulmányozza a légkör, a hidroszféra, a földkéreg és a bioszféra részek közötti kölcsönhatásokat..

Garrels és Lerman modellje a bolygó hét fő összetevőjét veszi figyelembe:

1. Gipsz (CaSO₄)
2. Pirit (FeS₂)
3. Kalcium-karbonát (CaCO₃)
4. Magnézium-karbonát (MgCO₃)
5. Magnézium-szilikát (MgSiO₃)
6. Vas-oxid (Fe₂O₃)
7. Szilícium-dioxid (SiO)₂)

A bioszférát alkotó szerves anyag (mind élő, mind halott) a CH₂Vagy ez az élő szövetek közelítő sztöchiometrikus összetétele.

A Garrels és Lerman modellben a geológiai változásokat a bolygó nyolc összetevője közötti nettó anyagátvitelként vizsgálják, kémiai reakciók és nettó tömegmegőrzési egyensúly révén..

A CO felhalmozódása₂ a légkörben

Például a CO felhalmozódásának problémája₂ a légkörben ebben a modellben tanulmányozták, mondván, hogy: jelenleg a bioszférában tárolt szerves szenet szénként, olajként és földgázként a múltbeli geológiai időkben letétbe helyezett földgázként égetjük fel.

A fosszilis tüzelőanyagok intenzív égésének eredményeként a CO koncentrációja₂ légköri növekszik.

A CO koncentrációjának növekedése₂ a földi atmoszférában azért van, mert a fosszilis széndioxid-kibocsátás sebessége meghaladja a Föld biogeokémiai rendszerének egyéb összetevői (például a fotoszintetikus szervezetek és a hidroszféra) szén-abszorpciós arányát..

Ily módon a CO kibocsátása₂ az emberi tevékenység miatt a légkörbe kerül, felülmúlja a szabályozási rendszert, amely modulálja a Föld változásait.

A bioszféra mérete

Garrels és Lerman által kifejlesztett modell szerint a bioszféra mérete a fotoszintézis és a légzés közötti egyensúly következtében növekszik és csökken..

A Föld történetében a bioszféra tömege fokozatosan nőtt a fotoszintézis magas arányával. Ez a szerves szén és az oxigén kibocsátás nettó tárolását eredményezte:

CO₂    +   H₂O → CH₂O + O₂

A mikroorganizmusok és a magasabb állatok metabolikus aktivitásaként lélegezve a szerves szenet szén-dioxiddá alakítja (CO₂) és víz (H₂O), azaz megfordítja az előző kémiai reakciót.

A víz jelenléte, a szerves szén tárolása és a molekuláris oxigén előállítása alapvető fontosságú az élet létezéséhez.

A környezeti kémiai alkalmazások

A környezeti kémia megoldásokat kínál az emberi tevékenység által okozott környezeti károk megelőzésére, enyhítésére és helyreállítására. Néhány ilyen megoldás közül megemlíthetjük:

• Az új anyagok neve MOF (akronim angolul: Fém szerves keretek). Ezek nagyon porózusak és képesek: a CO elnyelésére és megtartására₂, kap H₂Vagy levegőgőz a sivatagi területekről és H tárolására₂ kis konténerekben.
• A hulladék nyersanyaggá történő átalakítása. Például a kopott gumiabroncsok használata a mesterséges fű vagy a cipő talpának gyártásában. Szintén a növényi metszési hulladékok használata a biogáz vagy bioetanol előállításában.
• A CFC-helyettesítők kémiai szintézise.
• Alternatív energiák, például hidrogéncellák fejlesztése a tiszta villamos energia előállításához.
• A légköri szennyezés szabályozása inert szűrőkkel és reaktív szűrőkkel.
• A tengervíz sótalanítása fordított ozmózissal.
• A vízben szuszpendált kolloid anyagok flokkulálására szolgáló új anyagok kifejlesztése (tisztítási folyamat).
• A tavak eutrofizációjának visszafordulása.
• A "zöld kémia" kifejlesztése, amely a mérgező kémiai vegyületek kevésbé mérgező anyagokkal való helyettesítését javasolja, és a "környezetbarát" kémiai eljárások. Például, kevésbé mérgező oldószerek és nyersanyagok felhasználására használják, többek között az mosoda vegytisztításában..

referenciák

1. Calvert, J. G., Lazrus, A., Kok, G. L., Heikes, B. G., Walega, J. G., Lind, J. és Cantrell, C. A. (1985). A savképződés kémiai mechanizmusai a troposzférában. Nature, 317 (6032), 27-35. doi: 10,1038 / 317027a0.
2. Crutzen, P.J. (1970). A nitrogén-oxidok hatása a légköri tartalomra. Q.J.R. Metheorol. Soc. Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Garrels, R.M. és Lerman, A. (1981). Az üledékes szén és a kén phanerozoikus ciklusai. A Természettudományi Akadémia eljárásai. USA 78: 4,652-4,656.
4. Hester, R. E. és Harrison, R. M. (2002). Globális környezeti változás. Királyi Kémiai Társaság. 205. oldal.
5. Hites, R. A. (2007). A környezeti kémia elemei. Wiley Interscience. 215. oldal.
6. Manahan, S. E. (2000). Környezeti kémia. Hetedik kiadás. CRC. 876. oldal
7. Molina, M.J. és Rowland, F.S. (1974). A klór-fluor-metánok szteroszférikus mosogatója: Az ózon klóratom-katalizált elpusztítása. Nature. 249: 810-812.
8. Morel, F.M. és Hering, J.M. (2000). A vízi kémia alapelvei és alkalmazásai. New York: John Wiley.
9. Stockwell, W. R., Lawson, C. V., Saunders, E. és Goliff, W. S. (2011). A troposzférikus légköri kémia és a gázfázisú vegyi mechanizmusok áttekintése a levegőminőség modellezéséhez. Légkör, 3 (1), 1-32. doi: 10,3390 / atmos3010001