uzluga.ru
добавить свой файл


Лекция 11. Химия и окружающая среда






Ионизирующее излучение и окружающая среда

  • При работе ядерных реакторов образуются не существующие в природе радионуклиды более 40 элементов Периодической системы. Даже при безаварийной работе реакторов в окружающую среду поступают радиоактивный газ криптон (радионуклид 85Кг), а также небольшие количества 131I, трития и некоторых других радионуклидов.

  • Если попавший в окружающую среду 239Рu прочно фиксируется почвами и практически не переходит в пищевые цепи, то такие радионуклиды, как 137Cs, 131I и особенно 90Sr, по различным пищевым цепям могут оказаться в организме человека. Так как некоторые радионуклиды способны концентрироваться в определенных органах человека (например, 90Sr в костях, а 131I в щитовидной железе), то их накопление в этих органах может привести к тяжелым заболеваниям (например, раку щитовидной железы).



Активность радионуклида

  • Содержание радионуклида в объекте характеризуют через его активность. Единица активности — 1 беккерель (I Бк), 1 Бк отвечает одному распаду в 1 с. Ранее единицей активности было 1 кюри (1 Ки), 1 Ки = 3,7 х 10'° Бк. Сведения о средней активности 40К в воде, почве и некоторых продуктах питания приведены ниже:



Сведения о средней активности 40K в воде почве и некоторых продуктах питания



Составляющие средней годовой дозы излучения человека



РАДИАЦИОННЫЕ АВАРИИ

  • К особенно тяжелым последствиям с точки зрения распространения техногенных радионуклидов по поверхности Земли приводят аварии, которые происходили на ядерных реакторах (например, авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году), или аварии в местах хранения радиоактивных отходов (Кыштым, 1957 год).

  • Всего в атмосферу тогда попало около 300 различных радионуклидов, в том числе 90Sr, 137Cs, 131I ,95Zr, 140Ba.

  • Все перешедшие в окружающую среду сравнительно короткоживущие радионуклиды (131I, 95Zr, 140Ва) уже полностью распались.

  • Основные количества долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs оказались в донных отложениях. 137Cs подвержен миграции по поверхности Земли значительно слабее, чем 90Sr, (из-за образования растворимого в воде гидорокарбоната Sr(НСОз)2).

  • Поэтому в настоящее время наибольшую опасность представляет попадание с пищевыми продуктами в организм человека именно 90Sr.





Экологический мониторинг

  • Экология — наука о закономерностях взаимосвязей и взаимодействия организмов и их систем друг с другом и со средой обитания.

  • Экологическая химия изучает процессы, определяющие химический состав и свойства объектов окружаю­щей среды.

  • Экологический мониторингсистема наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экологических систем.

  • В экологическом мониторинге активно используют различные химические, физико-химические, физические и биологические мето­ды анализа.

  • Цель мониторинга: определение кон­центрации загрязняющих веществ в различных природных объектах.





Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (ПДК)

  • - определенные нормы концентрации загрязняющих веществ, не вызывающие нежелательных последствий в природной среде.

  • ПДК установлены для различных объектов — воды (питьевая вода, вода водоемов рыбохозяйственного значения, сточные воды), воздуха (среднесуточная концентрация, воздух рабочей зоны, максимально допустимая разовая ПДК), почв.



Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (ПДК)

  • Перечень и количество выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ включают около 400 тыс. наименований.

  • Прежде всего наблюдению должны подлежать вещества, выброс которых носит массовый характер, и, следовательно, загрязнение ими осуществляется повсеместно.

  • Это, например, SO2,, CO, пыль - для городского воздуха;

  • нефтепродукты, поверхностно-активные вещества - для природных вод;

  • пестициды - для почв.

  • Обязательно следует контролировать и самые токсичные вещества, отличающиеся наиболее низкими ПДК.



Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ

  • Большинство нормируемых загрязняющих веществ для воздуха имеет ПДК в пределах 0,005—0,1 мг/м3: V2O5, неорганические соединения мышьяка, Cr(6+), органические вещества: ацетофенон, стирол и др. Для небольшого перечня веществ ПДК еще меньше: Hg - 0,0003 мг/м3, Pb и его соединения -0,0007, карбонилникель- 0,0005, бенз[α]пирен- 0,000 001 мг/м3.

  • Основное коли­чество нормируемых загрязняющих веществ для воды водоемов имеют ПДК 0,1-1 мг/л. Для многих токсичных веществ (например, неорганические соединения Se, Hg). установлена ПДК 0,001—0,003 мг/л. Небольшое число веществ - соединения Ве, диэтилртуть, тетраэтилолово имеют ПДК 0,0001-0,0002 мг/л. Для особенно опасных токсичных веществ, таких, как растворимые соли H2S, активный хлор, бенз[α]пирен, N-нитрозоамины, диоксины, в качестве норматива установлено полное отсутствие их в воде.







Аналитическая химия

  • – наука о методах определения качественного и количественного состава веществ и материалов.

  • В данном случае речь идет об определении концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах: природных и сточных водах различного состава, донных отложениях, атмосферных осадках, воздухе, почвах, биологических объектах.

  • Принципиально важно, чтобы нижний предел обнаружения загрязняющих веществ аналитическими методами был не ниже 0,5 ПДК. В связи с чрезвычайно большим количеством выполняемых анализов все большее значение приобретают автоматические и дистанционные методы анализа.



Химические процессы в водах Мирового океана



Специфические характеристики общей загрязненности вод

  • Важнейшие из них - ХПК и БПК.

  • ХПК (COD - Chemical Oxygen Demand) — мера общей загрязненности воды содержащимися в ней органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Вычислив отношение ХПК к общему органическому углероду, получают показатель загрязненности сточных вод органическими веще­ствами.

  • БПК (BOD - Biochemical Oxygen Demand) - количество кислорода, требующееся для окисления находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов.



МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

  • спектроскопические методы анализа,

  • электрохимические методы анализа,

  • хроматографические методы анализа.



Электрохимические методы анализа

  • Потенциометрический метод базируется на измерении электродных потенциалов, которые зависят от активности (концентрации) ионов. Измерительная ячейка состоит из измерительного электрода и электрода сравнения, который не чувствителен к определяемому веществу.

  • Полярографический метод основан на измерении тока в зависимости от нарпяжения ячейки. Полярографическая кривая (полярограмма) имеет несколько изломов (волн) – в зависимости от числа разряжающихся в ячейке ионов. По значению потенциала полуволны определяется вид ионов, в по величине предельного тока – их концентрация. Таким образом, полярографический метод позволяет определять концентрацию нескольких ионов в растворе.

  • Кондуктометрические методы основаны на пропорциональности электропроводности разбавленных растворов концентрации электролита. Эти методы используются для определения общего содержания примесей в воде высокой чистоты.



Хроматографические методы

  • -основаны на многократно повторяющихся процессах адсорбции и десорбции; позволяют разделять и анализировать сложные смеси компонентов.

  • Высокоэффективную жидкостную хроматографию применяют при анализе смесей многих загрязняющих веществ, прежде всего нелетучих. Используя высокочувствительные детекторы: спектрофотометрические, флуориметрические, электрохимические, можно определять очень малые количества веществ.

  • При анализе смесей сложного состава особенно эффективно сочетание хроматографии с инфракрасной спектрометрией и особенно с масс-спектрометрией..

  • Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного составов вод.