1. Классификация химических превращений в окружающей среде Все химические превращения загрязняющих веществ в окружающей среде можно разделить на:

- абиотические;

- биотические.

К абиотическим процессам относятся:

- окислительные процессы – это реакции с молекулярным кислородом (автоокисление) и с реакционноспособными радикалами.

Молекула кислорода представляет собой бирадикал и реагирует с органическими соединениями следующим образом:

RH + O₂ → ROOH.

В этих реакциях реализуется радикальный механизм:

RH → R^• + H^•

R^• + ^.O-O^. → ROO^•

ROO^• + RH → ROOH + R^• ;

- восстановительные процессы. Протекают главным образом в анаэробной среде под действием осадочных материалов. Например, восстановление нитрогрупп в пентахлорнитробензоле до аминогрупп, восстановительное дехлорирование ДДТ, полное дехлорирование и ароматизация линдана до бензола;

- гидролитические процессы. Многие органические вещества в соответствии с их структурой легко гидролизуются до гидрофильных конечных продуктов. Хорошо исследовано, например, омыление пестицидов. Легко гидролизуются фосфорорганические инсектициды. Их гидролиз в природных условиях приводит к потере токсических свойств. Поэтому скорость гидролиза многих пестицидов в водных системах является важным критерием определения срока жизни этих веществ в окружающей среде.

- фотохимические реакции. Могут происходить различные процессы: как прямое превращение под действием излучения, так и взаимодействие фотоиндуцированных реакционноспособных частиц с молекулами загрязняющих веществ с образованием продуктов внутримолекулярной реакции. Например, окисление оксида азота до диоксида азота под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. К фотохимическим процессам относится также фотоминерализация, которая представляет собой полное разложение посторонних для окружающей среды веществ до небольших неорганических молекул (оксид углерода (II), оксид углерода (IY), вода, хлористый водород) под действием света. Фотоминерализация наблюдается главным образом для химических веществ, находящихся в адсорбированном состоянии. Например, многие хлорорганические пестициды, чрезвычайно устойчивые в воде и на воздухе, будучи адсорбированными на поверхности силикатных материалов, быстро минерализуются;

- реакции загрязняющих веществ с природными материалами. Процессы взаимодействия химических соединений антропогенного происхождения с природными материалами являются реакциями синтеза больших молекул. Реакции такого рода характерны для почвы. Во взаимодействие с загрязняющими веществами вступают реакционноспособные предшественники гуминовых веществ. Гуминовые вещества образуются в результате процессов поликонденсации природных фенолов (продукты распада растений или синтезируются микроорганизмами) и природных аминов. Вместо естественных мономеров в реакциях поликонденсации могут принимать участие ксенобиотики (чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот, и, как правило, прямо или косвенно порождённые хозяйственной деятельностью человека), например, хлорфенолы или хлоранилины. Встраиваясь в гуминовые вещества они образуют часть "связанного остатка" в почве. Небольшая часть ксенобиотиков в результате разложения гуминовых веществ и их перестройки под действием микроорганизмов может освобождаться и вновь активно взаимодействовать с окружающей средой;

- реакции между различными ксенобиотиками. Различные химикаты, поступающие в окружающую среду, могут реагировать между собой в атмосфере и воде, образуя новые вещества. Такие реакции достаточно редки, т.к. концентрации антропогенных химических веществ достаточно малы. Однако имеется целый ряд примеров этих процессов. Фотолитический процесс взаимодействия оксидов азота и озона с углеводородами, который приводит к образованию пероксиацетилнитратов (ПАН) - наиболее токсичной составляющей фотохомического смога. Возможны реакции хлора, используемого для дезинфекции воды, с содержащимися в ней органическими соединениями (таких как фенол, амины, бифенилы, бензол) с образованием соответствующих хлорпроизводных.

К биотическим процессам относятся:

- превращения соединений металлов. Ферментативные превращения неорганических химических веществ приводят к включению как металлов (например, ртути, олова, свинца), так и неметаллов (например, мышьяка) в органические соединения. В большинстве случаев, это повышает токсичность. Так, биологическое метилирование ртути происходит во всех организмах, включая человеческий. Органические соединения ртути обладают липофильными свойствами и способны накапливаться в жировых тканях;

- окислительные процессы. Окислительные процессы представляют собой наиболее распространенные ферментативные реакции изменения посторонних веществ в окружающей среде. Наиболее распространенные ферментативные реакции с участием химических токсикантов имеют место как в организмах животных, так в растениях и микроорганизмах. Примеры: производные бензола, полихлорбифенилы, бенз(а)пирен, ДДТ подвергаются С-гидроксилированию; хлоранилины подвергаются N-окислению Большинство таких реакций протекает в равной мере, как о организме животных, так и в растениях и микроорганизмах. В растительных тканях, богатых пероксидазами и фенольными соединениями должна проявляться повышенная окислительная активность. Действительно, в растениях метаболиты посторонних для окружающей среды веществ – это преимущественно продукты окисления. Это значит, что в окружающей среде, и в особенности в продуктах питания, присутствуют окисленные вещества повышенной биологической активности (эпоксиды, фенолы), но в то же время в результате последовательного окислительного разложения (расщепления связей С-С) устойчивых веществ с помощью растений происходит постепенное улучшение состояния окружающей среды;

- восстановительные процессы. Примеры: восстановительное дехлорирование ДДТ и хлорпроизводных; восстановление нитрогруппы в пентахлорнитробензоле, в 4-нитробензойной кислоте;

- гидролитические процессы. Примеры: гидролиз эфиров карбоновых кислот (карбофос); гидролиз нитрилов до амидов (2,4-дихлорбензонитрил);

- вторичные процессы. Это реакции, идущие с участием продуктов окислительных, восстановительных и гидролитических процессов и соединений живых организмов. Т.о. происходит встраивание (коньюгация) продуктов первичных превращений в материалы, входящие в живые организмы. У растений в качестве связывающей макромолекулы чаще всего выступает лигнин. У животных связывающими материалами являются белки и нуклеиновые кислоты.