Лекция 1. Введение в химию окружающей среды.

Химия окружающей среды
(Экологическая химия)
Лекции – 22 часа (11)
Практические занятия – 32 часа (16)
Итоговый контроль – зачёт, экзамен
1
Литература
Основная:
1. Хаханина Т.И. Химия окружающей среды: учебное пособие. – М.: Изд-во Юрайт,
2010.
2. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М. Мир, 2005.
Дополнительная:
3. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды. Ростов на Дону.
Феникс. 2004.
4. «Экологическая химия. Основы и концепция» под редакцией
Корте Ф. М. Мир. 1997.
5. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизиги А. «Введение в экологическую химию». М.
Высшая школа, 1994.
6. Шустов С.Б., Шустова Л.В. «Химические основы экологии». М. Просвещение, 1995.
5. Фелленберг Г. «Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию». М.
Мир. 1997.
6. http://www.nspu.net
2
Лекция 1
Предмет и основные понятия
Химии окружающей среды
Содержание лекции
1.
2.
3.
4.
Понятие, цель и задачи химии окружающей среды
Структура ХОС
Место химии окружающей среды в структуре современной
экологии
История и предпосылки возникновения ХОС
Что такое химия окружающей среды?
Химия
окружающей
среды
- наука,
изучающая
химические процессы в окружающей среде, миграции и
превращения всех химических соединений, в том числе и
загрязнителей.
Химия окружающей среды = Экологическая химия
.
4
Структура химии окружающей среды
ХОС – это комплекс научных дисциплин:
Химия
атмосферы
Геохимия (химия литосферы)
Гидрохимия (химия гидросферы)
Химия почв
Химия биосферы
Химическая токсикология
Химия загрязняющих веществ
Цель химии окружающей среды:
изучение изменений химического состава окружающей
среды и прогнозирование возможных экологических
последствий таких изменений
6
Основные задачи химии окружающей среды
1. Оценка
загрязнения
объектов
окружающей
среды,
прогнозирование
поведения загрязняющих веществ
под
влиянием различных факторов среды.
2. Разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий, сведение к
минимуму выбросов в атмосферу и гидросферу.
3. Повышение эффективности очистки выбрасываемых в атмосферу
газов и сбрасываемых в водоем сточных вод от наиболее вредных
веществ.
7
Глобальные
экологические проблемы




проблема
проблема
проблема
проблема
перенаселения
исчерпания ресурсов
загрязнения окружающей среды
исчезновения биологического разнообразия
Масштабы антропогенного воздействия на
биосферу (по Ю.И.Скурлатову, 1994)
Извлечение из биосферы
в год
Ископаемые – 100 млрд.т.
Металлы – 800 млн.т.
Поступление в биосферу
в год
Химические вещества – более 100
тыс.наименований
Синтетические материалы – 60
млн.т.
Минеральные удобрения – 500
млн.т.
Пестициды – 5 млн.т.
Металлы – 50 млн.т.
Жидкий сток – 500 млн.л
Отходы – 17, 4 млрд.т.
СО2 – 20 млрд.т.
SО2 – 150 млн.т.
Бытовые отходы
(на 1 горожанина – 300-320 кг в год)
Отходы
Бумага
Консервная банка
Фильтр от сигареты
Полиэтиленовый пакет
Пластмасса
Стекло
Скорость разложения в
биосфере
90 лет
Более 90 лет
100 лет
Более 200 лет
500 лет
Более 1000 лет
Экологическая химия возникла на стыке
экологии и химии
химия
биология
география
история экология
физика
социология
математика
Обе дисциплины, взаимно дополняя одна другую,
должны создать научные основы природопользования и охраны природы,
способствовать оптимизации взаимодействия человека с природой.
12
Предпосылки возникновения ХОС
Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) – французский
химик, который:
- впервые систематически применил химические методы исследования к биологии;
– установил, что О2 атмосферы потребляется животными и выделяется растениями;
- доказал, что дыхание человека и животных с химической точки зрения
представляет собой процесс окисления;
- ввел в химическую науку строгие количественные методы исследования;
1774-1777 доказал сложный состав атмосферного воздуха, содержащего кислород
и удушливый газ (азот);
-- доказал сложный состав воды, установив, что она состоит из «горючего воздуха»
(водорода) и кислорода совместно с франц. математиком Менье; 1785
синтезировал воду взаимодействием О2 и Н2.
13
Развитие инструментальных методов
(Физико-химические и физические методы анализа)
Электрохимические
Измерение
электрохимических
величин (измерение
напряжения, силы тока,
зависимости силы тока от
напряжения)
•
•
•
•
Потенциометрия
Кондуктометрия
Вольтамперометрия
Кулонометрия
Спектральные
Взаимодействие вещества с
электромагнитным
излучением
•
•
•
•
•
•
•
•
Инфракрасная
спектроскопия
Электронная
спектроскопия
Оптическая
спектроскопия
Комбинационное
рассеивание
Атомно-эмиссионная
спектроскопия
ЯМР-спектроскопия
Масс-спектрометрия
Хроматографические
Многократное повторение
сорбции и десорбции вещества
при перемещении его в потоке
подвижной фазы вдоль
неподвижного сорбента
(агрегатное состояние фаз,
способ относительного
перемещения)
•
•
•
•
•
Газовая хроматография
Жидкостная
адсорбционная
Тонкослойная
Ионнообменная
Газо-жидкостная
14
Когда экология стала
самостоятельной наукой?
Впервые термин
«экология» введен в
1866 году немецким
ученым, зоологом и
эволюционистом
Эрнестом Геккелем в
книге «Естественная
история миротворения».
Что такое экология?
ЭКОЛОГИЯ (греч) - oikos - жилище, убежище,
местообитание,Родина
logos – cлово, понятие, учение, наука.
ЭКОЛОГИЯ – это наука о доме или наука о местообитании..
.
Развитие понятия экология
Экология – это наука, которая изучает взаимоотношения организмов со
средой обитания. (Э.Геккель, 1866г.)
Экология - это наука об отношениях растительных и животных
организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей
средой.
(Советский энциклопедический словарь 1990г)
Экология – это наука о взаимоотношениях организменных и
надорганизменных (популяций, сообществ) систем между собой и
окружающей средой.
Экология – это учение об экосистемах, раскрывающее закономерности
их состава, структуры, функционирования и эволюции (Федотов
В.Д.,Гильманов Т.Г.)
17
Этапы развития экологии
1.
Период чисто биологического исследования
организмов между собой и окружающей средой.
связей
отдельных
2. Термин «экология» стали применять к исследованию сообществ
организмов ( с середины 1920-х гг.).
3. Введены понятия «экосистема» и «биогеоценоз», которые являются
определяющими для экологии как науки (к 50-м гг.).
4. Объект пристального изучения глобальная экосистема – биосфера (в
70-е гг.).
5. Признание ответственности человека (общества) за судьбу всей
биосферы (наст. время).
18
Сохранность равновесия
биосферы зависит от деятельности человека
В.И. Вернадский первым из ученых приводил доказательства
геологического по своим масштабам хозяйственного воздействия
человека на все природные процессы и предупреждал о
неизбежности возникновения экологических проблем
«Или человек сделает так,
что воздух станет чище,
или воздух сделает так,
что людей станет меньше…»
19
Структура современной экологии
общая
частная
аутэкология
Экология
растений
Юридическая
экология
Экология
человека
Химическая
экология
Экология
грибов
Экология
птиц
Медицинская
экология
демэкология
синэкология
Экология
города
прикладная глобальная
с/х
экология
Изучает влияние
на биосферу
антропогенных,
космических,
геофизичесих и
др. факторов
Социальная
экология
20
Водород
находит
очень
широкое
применение
в
промышленности, а в природе – это один из основных
химических элементов: "H2" – это самый простой и наиболее
часто встречающийся элемент во вселенной. По сравнению со
всеми видами топлива у него самая высокая энергетическая
плотность. 1 кг водорода обладает такой же энергией, как 2,8
кг бензина. Его использование не ведет в образованию
выбросов CO2, воздействующих на окружающую
среду. К
тому же его запасы практически неисчерпаемы. Водород
можно получать с использованием экологически чистых
методов благодаря энергии солнца, ветра, воды или тепла
Земли. Поэтому его производство не зависит от импорта
нефти. Производство водорода с помощью электролиза
позволяет,
как
это
сделано
в
Берлине,
использовать
возобновляемые виды энергии также и в транспортном
секторе.
Специалисты каких наук участвовали в
создании водородного двигателя?
21

Химия окружающей среды возникла на стыке химии и
экологии

Химия окружающей среды – это прикладная наука,
направленная на изучение изменений химического
состава окружающей среды и прогнозирование
возможных экологических последствий таких
изменений

Химия окружающей среды – одна из составляющих
рационального природопользования
22