Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
23
Добавлен:
23.01.2022
Размер:
3.11 Mб
Скачать

Химия и экология

Лекция №7

Большую экологическую опасность с учетом масштабности действия представляет диоксид серы —SO2, антропогенные суммарные выбросы

которого в мире составляют около 150 млн т/г. Наибольшее количество — до 70% — выбрасывают с дымовыми газами топливно-энергетические установки, перерабатывающие угли и мазуты с большим содержанием серы, а также предприятия цветной и черной металлургии (15%) при переработке сульфидных руд.

Cu2S + 2О2 →2CuO + SO2 4FeS2 +11О2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Наряду с массовыми загрязняющими выбросами медеплавильных заводов, при производстве серной кислоты, при травлении металлов, на литейных производствах, вредное влияние SO2 сказывается на нефтеперегонных,

кожевенных, суперфосфатных и др. заводах, при добыче нефти, в кузницах и котельных.

2

Пространственное

распределение концентрации диоксида серы в атмосфере неоднородно. В течение года более высокие концентрации наблюдаются вблизи крупных промышленных центров в зимние месяцы (максимальная нагрузка предприятий энергетики). В этот период среднемесячные концентрации диоксида серы в 3-6 раз превышают летние значения и составляют 8—16 мкг/м3.

Распределение по резервуарам (Мт) и миграционные потоки (Мт/год)

3

серы в географической оболочке Земли

 

Воздействие диоксида серы на окружающую среду проявляется в увеличении заболеваемости людей, снижении продуктивности сельскохозяйственных угодий, ускорении коррозии металлоконструкций, разрушении архитектурных сооружений и памятников культуры.

Химические соединения, участвующие в цикле серы. МО – процессы, осуществляемые микроорганизмами, ДМС – диметилсульфид CH3SCH3

По некоторым данным одна тонна выбрасываемой серы может причинить ущерб в размере 2000 долларов.

4

Основным окислителем соединений серы являются свободные радикалы. Сероводород последовательно в ряде стадий окисляется до SO2.

Полученный в результате диоксид серы, как и SO2,

поступающий из других источников, окисляется далее.

H2S + OH → H2O + HS; HS + O2 SO + OH; SO + H2O → SO2 + OH.

Окисление диоксида серы может протекать в газовой фазе — первый путь, в твердой фазе (окислению предшествует адсорбция) — второй путь и в жидкой фазе (окислению предшествует абсорбция) — третий путь.

Основной механизм процесса в газовой фазе (первый путь) связывали с образованием диоксида серы в возбужденном состоянии, который, реагируя с молекулярным кислородом, образует SO3.

Реакция с участием третьего тела М:

Образующийся SO3 вступает во взаимодействие с молекулой

воды:

SO3 + H2O → H2SO4

5

Соединения азота в тропосфере

Основное количество азота на Земле содержится в молекулярном состоянии в атмосфере — 75,6% (по массе, 3.87·106Гт) и только 0,01% приходится на литосферу. Азот имеется в почве, растениях и живых организмах, без азота не образуются белковые вещества, необходимые для построения протоплазмы клеток. Животные и большинство растений потребляют не свободный, а связанный азот, так как молекулы азота представляют собой чрезвычайно прочные и химически инертные частицы. В природе значительные количества молекулярного азота связываются в оксиды при естественных процессах — грозах, нитрификации почвы, лесных пожарах. Общее количество оксидов азота, образующихся в этих процессах, составляет около 770 млн тонн в год.

В атмосфере каждый год

Кратковременное действие

наблюдается до 3 млрд молний.

высоких температур и

Создаваемые ими высокие

быстрое охлаждение

температуры в несколько тысяч

продукта реакции — оксида

градусов инициируют процесс

азота (II) — препятствуют

взаимодействия молекулярного

протеканию обратной

азота и кислорода по

реакции его разложения. В

радикально-цепному механизму:

свою очередь оксид азота (II)

 

окисляется кислородом

 

воздуха до оксида азота (IV):

При взаимодействии с атмосферной влагой происходит образование азотистой и азотной кислот:

2NO2 + Н2O →HNO2 + HNO3

В почвах и водных экосистемах также происходит довольно быстрая нитрификация – окисление ионов аммония с образованием более доступных растениям нитритных и нитратных ионов:

4NH4++6O2→4NO2-+8H++4H2O 4NO2-+2O2→4NO3-

6

Соединения азота в тропосфере

Химические соединения, участвующие в цикле азота, отличающиеся по степени окисления

Цифрами обозначены процессы азотфиксации (1), нитрификации (2), включения в растительные ткани (3), аммонификации (4), денитрификации (5), стока из атмосферы при сухом и влажном осаждении на поверхность

(6) и осадконакопления (7)

7

Соединения азота в тропосфере

В природе молекулярный азот может также фиксироваться клубеньковыми бактериями бобовых растений, дрожжевыми и плесневыми грибками, сине-зелеными водорослями. Превращение молекулярного азота в состояние, усваиваемое растениями, происходит благодаря восстановительному процессу, в котором решающую роль играет фермент нитрогеназа:

N2+6e+8H+→2NH4+

Таким образом, в природе осуществляется азотфиксация и последующее включение атомов азота в неорганические молекулы и биомолекулы. После гибели растений и животных содержащие азот химические соединения подвергаются микробиологическому разложению и, как это показано на примере глицина, аммонификации:

H2NCH2COOH + 1,5O2 → NH3 +2CO2 +H2O

В не возмущенной человеком биосфере азотфиксация и нитрификация в масштабах планеты почти полностью уравновешиваются противоположным процессом, называемым денитрификацией. Денитрификация – это образование молекулярного азота из органических соединений, нитратов и нитритов в почвах и водных экосистемах в аэробных и анаэробных условиях.

Денитрификация не всегда приводит к выделению молекул N2. Она может также завершаться образованием оксидов азота:

[CH

O] + 2NO

3

- +6H+ → N O + CO

+ H

O,

 

2

 

2

2

2

 

 

[CH2O] + 4NO2- +4H+ → 4NO + CO2 + 3H2O

8

В связывании атмосферного азота большую долю составляет его промышленная фиксация в процессе производства аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений. На эти процессы расходуется примерно 100 млн тонн азота в год.

Важной задачей является познание экологических аспектов действия одних из наиболее опасных и масштабных загрязнителей окружающей среды — оксидов азота NOx (NO,

NO2).

В

результате

хозяйственной деятельности человека в настоящее время образуется около 60 млн т/год оксидов азота. Основным источником оксидов азота в промышленно развитых странах являются энергетика и транспорт, дающие около 90% выбросов; на долю химической промышленности приходится менее 5%.

Оксиды азота обладают выраженным общетоксичным и раздражающим действием. При контакте диоксида азота с влажной поверхностью легких происходит образование азотной и азотистой кислот, которые поражают альвеольную ткань, что приводит к отеку лёгких. С другой стороны, в организме может происходить образование солей этих кислот — нитратов и нитритов, которые вызывают значительные изменения в крови и влияют на сердечно-сосудистую систему. Кроме того, нитраты, поступающие в организм в повышенных дозах, способны повышать частоту инфекционных заболеваний, болезней кожи и подкожной клетчатки, лор-органов, ослабляют иммунитет.

9

При сжигании природного топлива оксиды азота могут образовываться как за счет высокотемпературного окисления азота воздуха по радикально-цепному механизму, так и в результате взаимодействия радикальных частиц, образующихся при пиролизе (пиролиз — разложение органических соединений при высокой температуре) с азотом воздуха:

N2 + НС· →HCN + N·

N· + OH·→H· + NO

Образование происходит через ряд промежуточных соединений. Одним из промежуточных продуктов окисления азота воздуха и азотсодержащих соединений топлива является такое чрезвычайно ядовитое вещество, как цианистый водород — HCN. Образование HCN отмечено при пиролизе пиридина и при окислении различных азотсодержащих соединений в смесях с топливом при недостатке кислорода. Независимо от природы азотсодержащей добавки (NO, NH3 CH3CN

или пиридин) связанный азот почти полностью переходит в HCN в реакционной зоне пламени. По мере удаления от этой зоны количество HCN уменьшается за счет превращения в N2 и NOX. В

продуктах сгорания азотсодержащего топлива при недостатке кислорода, наряду с HCN, N2 и

NOX, можно обнаружить также и аммиак. Описанные превращения могут быть представлены следующей схемой:

Азотсодержащие соединения, входящие в состав топлива (соединения основного

 

характера — производные пиридина, хинолина, акридина, а также различные амиды,

 

нитрилы, производные пиррола, индола, карбазола и другие), также являются

10

источниками образования оксидов азота при его сжигании.

Соседние файлы в папке Презентации