Экологическая химия процессов в биосфере 1. Устройство

Экологическая химия процессов в биосфере
1. Устройство биосферы и роль живого вещества.
Биогеохимические циклы.
2. Биогеохимические циклы некоторых элементов и
воды.
3. Удерживание и миграция ионов металлов в
биосфере.
4. Антропогенные воздействия на круговороты и
возможные климатические изменения (проблемы
парникового эффекта, озонового слоя, ядерной
зимы).
5. Green chemistry
Роль живого вещества
К.Бэр, «закон бережливости»:
«Атомы, вошедшие в какую-нибудь форму
живого вещества, захваченные единичным
жизненным вихрем, с трудом возвращаются, а
может быть и не возвращаются назад, в
косную материю биосферы» (В.И.Вернадский)
Химическая экология: исследование механизмов
таких круговоротов элементов, выявление общих
закономерностей движения вещества в биосфере,
характеристика основных путей движения
элементов.
Общая схема круговорота
Круговорот
азота
Круговорот
углерода
Техногенный СО2:
20х109 т
Круговорот
углерода
Модель цикла углерода, млрд. тонн
I – масса С в форме СО2 в атмосфере и океане
II – количество СО2, поступающего в атмосферу в процессах
окисления
III – количество окисленного органического вещества
Круговорот
фосфора
Круговорот
фосфора
Условные константы устойчивости фульватных
комплексов металлов состава Ме:ФК = 1: 1
Катио
н
Ca(II)
Sr(II)
Ce(III)
Y(III)
U(VI)
Fe(II)
Fe(III)
Hg(II)
Hg(II)
Hg(II)
Cu(II)
Sb(III)
Au(III)
Au(III)
Au(III)
Ru(IV)
Pt(IV)
Pd(II)
рН
lg β11
0 – 14
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
4.2
5.2
6.4
8.0
3.1
3.5
5.8
7.5
5.0
5.3
5.3
3.64
3.57
4.78
4.91
4.30
4.67
7.15
5.90
8.01
11.23
6.49
4.11
6.41
8.75
9.95
5.86
7.83
7.30
"Первый ангел вострубил: и сделались град и огонь, смешанные с
кровью, и были брошены на землю; и треть земли сгорела, и
треть деревьев сгорела, и всякая трава зеленая сгорела".
Откровение Иоанна Богослова, гл. 8
•Ядерная зима
• Парниковый эффект
•Разрушение озонового слоя
• Энергетический кризис
Распространение дыма и пыли в атмосфере над поверхностью в
первые 30 дней после ядерного конфликта ("0 дней" - начальная
локализация выбросов в Восточной Европе).
Изменение температуры воздуха у поверхности Земли через месяц
после конфликта (мощность взрывов - 10 000 Мт)
Поражение растений при "ядерной зиме" (июль)
Поражение растений при "ядерной зиме" (январь)
Парниковый эффект
Венера
Глобальное потепление
Озоновый слой
Разрушение озона в стратосфере
CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2
Двенадцать принципов зелёной химии
1. Лучше предотвратить потери, чем
перерабатывать и чистить остатки.
2. Методы синтеза надо выбирать таким образом,
чтобы все материалы, использованные
в процессе, были максимально переведены
в конечный продукт.
3. Методы синтеза по возможности следует
выбирать так, чтобы используемые
и синтезируемые вещества были как можно менее
вредными для человека и окружающей среды.
4. Создавая новые химические продукты, надо
стараться сохранить эффективность работы,
достигнутую ранее, при этом токсичность должна
уменьшаться.
5. Вспомогательные вещества при производстве,
такие, как растворители или разделяющие агенты,
лучше не использовать совсем, а если это
невозможно, их использование должно быть
безвредным.
6. Обязательно следует учитывать энергетические
затраты и их влияние на окружающую среду
и стоимость продукта. Синтез по возможности надо
проводить при температуре, близкой к температуре
окружающей среды, и при атмосферном давлении.
7. Исходные и расходуемые материалы должны
быть возобновляемыми во всех случаях, когда это
технически и экономически выгодно.
8. Где возможно, надо избегать получения
промежуточных продуктов (блокирующих групп,
присоединение и снятие защиты и т. д.).
9. Всегда следует отдавать предпочтение
каталитическим процессам (по возможности
наиболее селективным).
10. Химический продукт должен быть таким,
чтобы после его использования он не оставался
в окружающей среде, а разлагался на безопасные
продукты.
11. Нужно развивать аналитические методики,
чтобы можно было следить в реальном времени
за образованием опасных продуктов.
12. Вещества и формы веществ, используемые
в химических процессах, нужно выбирать таким
образом, чтобы риск химической опасности,
включая утечки, взрыв и пожар, были
минимальными.