Химия и экология

Курс лекций по общей химии

Доцент В. Р. Зайлалова

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМ:

1. Введение. Химия и экология.

2. Строение атома.

3. Периодическая система (ПС) и периодический закон Д.И. Менделеева.

4. Химическая связь.

5. Энергетика химических процессов.

6. Химическая кинетика.

7. Химическое равновесие.

8. Растворы.

9. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов.

10. Растворы электролитов.

11. Ионномолекулярные уравнения.

12. Произведение растворимости.

13. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

14. Гидролиз солей.

15. Дисперсные системы.

16. Химическая идентификация и анализ вещества.

17. Окислительно-восстановительные реакции.

18. Электрохимические процессы.

19. Электролиз.

20. Коррозия и защита металлов от коррозии.

21. Общие свойства металлов.

22. Жесткость и умягчение воды.

23. Определение качественного состава природных вод.

24. Общая характеристика металлов 1 группы побочной подгруппы ПС. Медь.

25. Общая характеристика металлов 2 группы побочной подгруппы ПС.Цинк.

26. Общая характеристика металлов 6 группы побочной подгруппы ПС.Хром.

27. Общая характеристика металлов 7 группы побочной подгруппы ПС.Марганец.

28. Физические и химические свойства железа. Получение. Нахождение в природе. Применение. Соединения железа..

29. Общая характеристика металлов 3 группы главной подгруппы ПС.Алюминий.

30. Общая характеристика металлов 4 группы главной подгруппы ПС.Олово, свинец.

31. Комплексные соединения.

32. Классификация неорганических соединений.

33. Полимеры.

ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ

При рассмотрении законов химии, химических реакций и свойств различных веществ ваше внимание обращалось на токсичность неко­торых веществ, на возможные экологические последствия тех или иных процессов. Однако это были в основном разрозненные сведе­ния. Имеется необходимость в сжатой форме представить основные взаимосвязи химических реакций и экологии, потенциальные и реальные вредные последствия химических процессов, используемых в различных областях техники, а также возможности химии в решении экологических проблем общества. Этой цели и служит данная глава.

. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЩЕСТВА

Загрязнение окружающей среды. Научно-технический прогресс, улучшая качество жизни человека, одновременно порождает и опре­деленные, в том числе экологические, проблемы. В результате дея­тельности человека в окружающую среду попадает большое число вредных веществ. К наиболее токсичным относятся тяжелые металлы и неметаллы II, V и VII групп таблицы Д.И. Менделеева. Наиболее опасными из них являются бериллий, ртуть, свинец, кад­мий, мышьяк, сурьма и теллур. Токсичные элементы принимают уча­стие в природном кругообороте, заканчивающимся на жи­вотных и человеке, в организме которых эти элементы могут накап­ливаться. К группе опасных элементов нужно отнести фтор и хлор из-за их токсичности и газообразного состояния при обычных условиях. Кроме того, хлор реагирует со многими веществами с образованием очень токсичных веществ, например диоксина. Деятель­ность человека порождает также большое число токсичных неорга­нических и органических соединений, попадающих в окружающую среду, например, печально известный пестицид — ДЦТ, полицикли­ческие ароматические углеводороды и др.

Некоторые из них вызывают массовое отравление людей, например, при аварии в Бхопале (Индия) из-за утечки токсичного полупродукта метилизоцианата погибло более 2500 человек. Другие действуют в течение длительного времени, например, вредные пестициды. Неко­торые токсичные вещества в природе разлагаются и их токсичность постепенно снижается. Однако, уже известны и явления противопо­ложного характера. Ртуть под воздействием некоторых бактерий об­разует очень токсичные органические соединения, например, диметилртуть Hg(CH₃)₂, способные проникать сквозь мембраны клеток организма и оказывать вредное длительное воздействие. Некоторые морские растения могут синтезировать из ароматических угле­водородов канцерогены, например бензапирен. В настоящее время деятельность человека заметно влияет на литосферу, атмосферу и гидросферу, причем изменения принимают планетарный характер.

Высокими темпами расходуются сырьевые ресурсы. Так, напри­мер, в 1990 годах в мире потреблялось в год (в миллионах тонн ус­ловного топлива*) нефти — 4700, угля — 3100 и газа — 2600. Еже­годно на поверхности Земли возрастает количество различных ве­ществ, в том числе токсичных, например: фосфора — на 7, 4 млн. т, свинца — на 5, 7 млн. т, урана — на 230 тыс. т, мышьяка — на 190 тыс. т, ртути — на 79 тыс.т.

Электростанциями, транспортом и предприятиями выбрасывается Ев атмосферу огромное количество вредных веществ, причем выброс этих веществ постоянно возрастает. Поступающие в атмосферу вещества взаимодействуют с окружающей средой не только на месте выброса, но и в районах, куда они переносятся в виде газа, капелек жид­кости и твердых частиц воздушными течениями. За последние годы во многих районах земного шара выпадают дожди, у которых рН значительно ниже 7 («кислотные дожди»).

Большое количество вредных компонентов сбрасывается в вод­ные бассейны. Основными причинами загрязнения гидросферы является сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными, коммунальными и сельскохозяйственными пред­приятиями. Реки и моря загрязняются токсичными металлами, по­верхностно-активными веществами, нефтепродуктами и т.д. Расход чистой воды на Земле составляет около 40% речных стоков. Если сох­ранятся существующие темпы загрязнения водных бассейнов, то к 2010 г. все мировые ресурсы пресных вод могут оказаться исчерпанными. Ущерб, наносимый загрязнением окружающей среды, огромен. Поэтому экологические проблемы находятся в центре внимания че­ловечества. Этот вопрос рассматривался на мировом форуме в Рио-де-Жанейро, принявшем декларацию о необходимости устойчивого (без кризисов) развития человечества на Земле, и других мировых конгрессах.

Роль химии в решении экологических проблем. Химические процессы играют важнейшую роль в экологической проблеме. Подав­ляющее большинство вредных выбросов электростанций, транспорта, промышленных и сельскохозяйственных предприятий являются про­дуктами различных химических реакций: окисления (горения), восста­новления, разложения и т.п. Понимание специалистами этих реакций способствует принятию правильных решений по снижению или пол­ному устранению вредных последствий.

Источником вредных воздействий на природу является и химиче­ская промышленность. К настоящему времени в окружающую среду выброшено около 3 млн. новых химических соединений, к которым природа не приспособлена. Следует, однако, отметить, что использова­ние достиженийхимии является важным условием решения экологиче­ских проблем. Химическая промышленность производит ряд реаген­тов, адсорбентов, ионообменных смол и других веществ, без которых невозможна очистка сточных вод и других выбросов.

Неотъемлемой чертой химической промышленности является по­вышение степени комплексного использования исходного сырья. На базе использования законов химии удается решить многие экологи­ческие задачи не только в химической, но и в других отраслях про­мышленности. Наиболее перспективный метод решения экологиче­ских проблем заключается в создании безвредных и безотходных процессов.

Итак, воздействие человека на литосферу, гидросферу и атмосфе­ру принимает планетарный характер, поэтому необходимы адекват­ные меры по предотвращению экологических катастроф планетарных масштабов.