Czynniki chemiczne w środowisku

Czynniki chemiczne

w środowisku

dr Grażyna Chwatko

Katedra Chemii Środowiska

Wydział Chemii UŁ

Tematyka wykładów:

• elementy środowisko i krótka ich charakterystyka,
• rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w

środowisku,

• naturalne i antropogeniczne źródła zanieczyszczeń,
• chemia smogu,
• kwaśne deszcze,
• zjawisko dziury ozonowej – chemia

fluorowcowęglowodorów,

• efekt cieplarniany,
• eutrofizacja wód,
• odpady komunalne i przemysłowe,
• emisja zanieczyszczeń na terenie województwa

łódzkiego.

Tematyka ćwiczeń

Ćw. 1. Spektrofotometryczne oznaczanie metali w

wodzie.

Ćw. 2. Oznaczanie anionów z wykorzystaniem

kolorymetrii.

Ćw. 3. Oznaczanie kofeiny w produktach

spożywczych techniką HPLC.

Ćw. 4. Wysokosprawna chromatografia cieczowa

powszechnie stosowana technika w analizie

środowiskowej.

Ćw. 5. Technika HPCE w analizie środowiskowej.
Ćw. 6. Wykorzystanie spektrofotometru diodowego

w analizie.

Literatura

G.W. VanLoon, S.J. Dufny,

Chemia Środowiska

PWN Warszawa 2007.

2. S.E. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis

Publishers, Inc., Michigan, 1991.

3. P. O'Neill,

Chemia Środowiska, PWN, Warszawa -

Wrocław, 1998.

4. B.J. Alloway, D.C. Ayers, Chemiczne podstawy

zanieczyszczenia środowiska, PWN, Warszawa,
1999.

5. R. M. Harrison, Principles of environmental

chemistry, RSC Publishing, Cambridge, UK, 2007.

Środowisko

Ogół elementów znajdujących się zarówno
w stanie naturalnym, jak też
przekształconym w wyniku działania
człowieka

Składniki środowiska

• atmosfera
• hydrosfera
• litosfera
• biosfera

Liczba związków chemicznych

wprowadzonych do środowiska

przez człowieka

• 6·10

, w ciągu całej historii ludzkości,

• 60 000 – 95 000, obecnie stosowanych na skalę

przemysłową,

• 1000, syntezowanych corocznie nowych

związków chemicznych.

Rozmieszczenie substancji

chemicznych w środowisku

ATMOSFERA

ŚRODOWISKO

WODNE

ŚRODOWISKO

LĄDOWE

OSADY

Stan gazowy

Adsorpcja na cząsteczkach

Stan
rozpuszczony

Adsorpcja na zawiesinach

Od emisji do degradacji

Symptomy degradacji środowiska

Zmiana składu atmosfery

2. Skażenie wód oceanów

3. Skażenie wód gruntowych i głębinowych

4. Kumulacja substancji szkodliwych w

organizmach żywych

Zanieczyszczenie a skażenie

Zanieczyszczenie

substancja nie
powodująca żadnych
widocznych szkód w
ekosystemie

Skażenie

zanieczyszczenie

które jest źródłem

zagrożenia dla

gatunków żywych i

systemów

ekologicznych

Podział zanieczyszczeń

• Ze względu na naturę zjawiska

– naturalne
– antropogeniczne

•

Ze względu na zachodzące reakcje

– pierwotne
– wtórne

Związek Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

Oddychanie; utlenienie
naturalnego CO;
niszczenie

lasów

Spalenie oleju, gazu,

węgla,

drewna; wypalanie wapnia

Pożary lasu;
atmosferyczne utlenienie
naturalnych
węglowodorów i metanu

Niecałkowite spalenie: paliw
kopalnianych, drewna, w silnikach
spalinowych; niecałkowite
utlenienie węglowodorów;
procesy w piecu hutniczym

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze c.d.

Związek

Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

Jelitowa fermentacja u
dzikich zwierząt;
mokradła bagna,
naturalnie podmokłe
obszary; oceany

Jelitowa fermentacja u
udomowionych
przeżuwaczy;  pola ryżowe;
wycieki gazu ziemnego;
gazy kanalizacyjne; gazy
kopalniane;

Węglowodory
aromatyczne

Nieistotne

Spaliny silników
samochodowych; farby,
rozpuszczalniki

Freony,
halony

Brak

Media chłodzące w
lodówkach, zamrażarkach;
gaśnice

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze c.d.

Związek

Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

Tlenki azotu
NO,
NO

Pożary lasów; tlenowe
procesy zachodzące w
glebie; wyładowania
elektryczne, bakterie
denitryfikujące

Spalenie, węgla, gazu
oleju;

Beztlenowe biologiczne
przemiany w glebie; rozpad
aminokwasów w odpadach
organicznych

Spalenie węgla i oleju
napędowego;
oczyszczanie ścieków

Aktywność wulkanów;
utlenienie siarkowodoru

Spalenie olejów i węgla;
prażenie ród siarki

Zanieczyszczenia pierwotne i wtórne

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera

• hydrosfera
• litosfera
• biosfera

Podział atmosfery

Z uwagi na skład chemiczny

•

homosfera

•

heterosfera

Z uwagi na znak gradientu temp. ze zmianą
wysokości

•

troposfera

•

stratosfera

•

mezosfera

•

termosfera

•

egzosfera

•

magnetosfera

Pozioma struktura
atmosfery

Chemiczny skład powietrza

Składniki

Udział objętościowy

[ppm]

w 1 m

Ar
CO

Ne
He
CH

Kr
N

780 900
209 500
9 300
       300
         28
           5,2
            2,2
            1,0
            1,0
              0,5
              0,08

780,9 dm

209,5 dm

9,3 dm

300 cm

28 cm

5,2 cm

2,2 cm

1,0 cm

500 mm

80 mm

bakteria,
pyły,
sole,
zarodniki roślin,
gazy: CO, SO

, SO

, HF,

, NO

węglowodory

a) Średni skład powietrza czystego

b) Inne składniki

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera

• hydrosfera

• litosfera
• biosfera

Woda w przyrodzie

• środowisko życia
• niezbędna do rozwoju roślin, zwierząt i

ludzi

• nośnik ciepła (wpływa na klimat)
• droga transportu na lądach i morzach
• źródło energii
• środek utrzymania higieny osobistej
• element krajobrazu decydujący o

możliwościach wypoczynku

Rozmieszczenie wód na Ziemi

Woda na Ziemi

1 360 mln km

Woda słona – 97,2 %

(oceany i morza)

Woda słodka – 2,8 %

Lodowce i wieczne

śniegi – 2,15 %

Grawitacyjna

– 0,025 %

(powierzchniowe)

•opad atmosferyczny
•rzeki
•jeziora
•sztuczne zbiorniki wodne

Gruntowa

– 0,625 %

Podskórne

Głębinowe

Globalny obieg wody (w km

/rok)

41 000

oceany i morza

361

100 tyś.km

(70,8%)

452 600

411 600

113 500

41 000

72 500

lądy

148

900 tyś.km

(29,2%)

Substancje występujące w wodach

powierzchniowych

Substancje

rozpuszczone

Substancje nierozpuszczone

gazy

sole

koloidy

zawiesiny

nieorganiczne

organiczne

mineralne biologiczne

ęglany

siarczki
krzemiany
chlorki
azotany (III)
azotany (V)

SiO

sole kwasów
humusowych,
t

łuszcze,

bia

łka

glina

piasek

plankton
ro

ślinny i

zwierz

ęcy

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera
• hydrosfera

• litosfera

• biosfera

Środowisko lądowe Ziemi

Powierzchnia

Całkowita powierzchnia lądu
Ląd pokryty lodem
Ziemia uprawna
Pastwiska i łąki
Lasy

Inne

148

17,2

14,8

31,5

40,9

43,6

100

Rozpowszechnienie pierwiastków i ich

tlenków w skorupie Ziemi (grubość ok. 32 km)

Pierwiastek Rozpowszechnie

nie [%]

Tlenek Rozpowszechnie

nie [%]

46,6

27,2

8,13

5,00

3,63

2,83

2,59

2,09

SiO

CaO

MgO

58,2

15,2

7,2

5,1

3,8

3,1

3,5

Udział podstawowych elementów

w glebie (w % obj.)

substancje

organiczne

woda

25%

części

mineralne

45%

powietrze

25%

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera
• hydrosfera
• litosfera

• biosfera

Drogi oddziaływania substancji

chemicznych na organizm człowieka

drogi oddechowe

drogi pokarmowe

skóra

substancje chemiczne

powietrze i kurz

woda

gleba

pożywienie i kurz

Cechy szkodliwości substancji

• toksyczność
• lipofilowość (biodostępność)
• trwałość

Wyznaczanie lipofilowości

gdzie: C

– stężenie substancji w oktanolu

– stężenie substancji w wodzie

Log K



3 lub 4 oznacza, że substancja jest 1000

lub 10000 razy lepiej rozpuszczalna w oktanolu
niż w wodzie. Oznacza to dobrą biologiczną
dostępność