Авраменко А.А., Рыков С.В. и др. Химия окружающей среды - файл n1.doc

приобрести
Авраменко А.А., Рыков С.В. и др. Химия окружающей среды
скачать (5222 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5222kb.08.07.2012 20:08скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7
Экологический центр ОВОП г.Москвы



А.А.Авраменко,С.В.Рыков, Н.Д.Хоменко, Л.И.Будник

О.А.Машкова, Р.С.Рыков,Е.К.Широкова

.

ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(Учебно-информационное пособие)
Москва 2009г.
УДК 614.9+159.9

ББК У9(2)248
Химия окружающей среды / А.А.Авраменко,С.В.Рыков, Н.Д.Хоменко, Л.И.Будник, О.А.Машкова, Р.С.Рыков,Е.К.Широкова ; Общество восстановления и охраны природы г.Москвы; Международная общественная академия экологической безопасности и природопользования, Дом научно-технического творчества молодёжи -- М.,2008.
ISBN 5-89522-013-12
Под редакцией докторахимических.наук Г.А.Никифорова (ИБХФ РАН)

Рецензенты:

Профессор, доктор технич.наук И.И.Павлинова (МИКХиС)

Доктор хим.наук В.В.Негребецкий( ВНИИ ХСЗР)
ISBN 5-89522-013-12

Общество восстановления и охраны природы г. Москвы ; 2009.

Международная общественная академия экологической безопасности и природопользования, 2009

Тема 1. Основные физико-химические процессы в атмосфере, гидросфере и почвенном слое.
Известно, что в основе процессов, обусловливающих современное состояние биосферы, лежат физико-химические превращения в литосфере, гидросфере, атмосфере и живых организмах. Эти превращения являются предметом изучения соответствующих разделов химии: геохимии, агрохимии, фотохимии, гидрохимии, биохимии и др. Однако глобальные процессы, происходящие в окружающей среде и обусловленные природными и антропогенными факторами, свидетельствуют о тесной взаимосвязи между явлениями, протекающими с участием абиотических компонентов в различных геосферах, и биогеохимическими циклами. Эту взаимосвязь подчеркивал В.И. Вернадский в книге «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения».

В 70-х годах XX в. возникло новое научное направление — химия окружающей среды. Химия окружающей среды базируется на основных законах и понятиях классической химии, однако объекты исследования в этом случае находятся в биосфере и других оболочках Земли.

1.1 Солнечное излучение и атмосфера


Все живое и неживое реагирует на изменение солнечного излучения. Солнечный свет и солнечное тепло создали условия для формирования биосферы, той поверхностной оболочки Земли, где сосредоточена среда обитания всех живых организмов. Пригодный для жизни на нашей планете климат поддерживается солнечным излучением и атмосферой.

Атмосфера представляет собой газовую оболочку, окружающую Землю слоем до 3000 км.

Атмосферу подразделяют на слои. В частности, в ней выделяют тропосферу, стратосферу и ионосферу.

Тропосфера - это ближайший к поверхности Земли слой воздушных масс толщиной в среднем 10 - 12 км, мощностью от 6 км у полюсов и до 15 - 18 км у экватора. В тропосфере сосредоточено почти 0,9 всей массы газов, входящих в состав атмосферы. В ней присутствуют азот, кислород, аргон, диоксид углерода и другие газы, а также почти все водяные пары. Здесь происходит образование облаков. Облака занимают 0,1 часть объема тропосферы, и всего лишь одну миллионную часть объема облаков занимает конденсированная вода. В тропосфере происходит тепловое движение воздуха. С удалением от поверхности земли температура резко понижается и на высоте 10-12 км она опускается до -50єС. В тропосфере также происходит постоянное перемешивание газов, что делает ее состав приблизительно однородным.

Стратосфера - следующий за тропосферой слой, распространяющийся до высоты 80 - 90 км.

Выше 12 км состав воздуха приблизительно такой же, за исключением того, что становится больше озона. Присутствие озона на высоте 30 - 55 км обусловливает повышение температуры до +50єС, но затем она снова понижается, достигая на высоте 80-90 км -60єС - -90єС. (По температурным характеристикам в атмосфере выделяют еще мезосферу и термосферу.)

Ионосфера - верхняя часть атмосферы, переходящая на высоте 3000 км в межпланетное пространство.

Ионосфера характеризуется низкой плотностью и высокой степенью ионизации составляющих ее газов (отсюда и название ионосфера). На высоте 220 км зафиксировано повышение температуры до нескольких сот градусов.

Когда солнечное излучение проходит через атмосферу Земли, энергия его уменьшается в результате процессов поглощения, рассеяния и отражения. Эти процессы обусловлены взаимодействием излучения с молекулами газов атмосферы и частицами пыли, встречающихся в естественном состоянии.

Часть падающего солнечного излучения никогда не достигает земной поверхности - приблизительно 30% солнечной энергии. Частично она отражается также снегом, песком, бетоном (благодаря этому отраженному свету можно видеть освещенную поверхность Земли из космоса). Почти четверть солнечной энергии, а именно – 23%:, берет на себя круговорот воды, непрерывно происходящий в природе. Всего лишь 0,02%: всей солнечной энергии приходится на фотосинтез - ключевой процесс для всего живого на нашей планете (0,2%: приходится на ветер).

Почти половина всей поступающей на Землю энергии солнечного света (около 47%) поглощается ее поверхностью, поступая на леса, поля, озера, ледники и пустыни на все экологические системы, входящие в состав биосферы. При этом нагреваются атмосфера, океаны и континенты и, таким образом, организмы, живущие на земной поверхности или вблизи нее, подвергаются воздействию потока энергии, состоящего из солнечного излучения и теплового излучения от близлежащих тел.

Солнечный свет, который распространяется в космическом пространстве и часть которого попадает на Землю, представляет собой электромагнитное излучение.

Электромагнитное излучение состоит из фотонов с определенной частотой и энергией. Чем выше частота, тем больше энергия фотона. (Фотон - частица или порция энергии электромагнитного излучения, в частности света.) Проходя через атмосферу, излучение экспоненциально ослабляется, при этом степень ослабления зависит от частоты света.

Когда прямое солнечное излучение достигает земной поверхности, его энергия становится существенно меньше вследствие того, что, например, озон атмосферы поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, водяные пары поглощают значительную часть излучения в ближней инфракрасной области спектра, углекислый газ - значительную часть излучения в средней инфракрасной области.

Из общего количества солнечного света, достигающего земной поверхности в ясный день, приблизительно 45%: составляет инфракрасное излучение, практически столько же - 45% - приходится на долю видимого света (который имеет цветовую гамму: в зависимости от интенсивности различают свет красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) и около 9-10:% составляет ультрафиолетовое излучение.

Воздействие электромагнитного излучения различных частей спектра различно. Так, инфракрасное излучение (частота 1012 -1014 Гц) заставляет быстрее колебаться молекулы, это приводит к нагреванию тел. (1 герц, или 1 Гц = 1 колебание в секунду.) Под воздействием видимого света, который имеет более высокую энергию (ему соответствует частота 1014 Гц), могут приходить в возбужденное состояние электроны некоторых химических связей. Один фотон передает энергию одному электрону одной связи. В частности, синий и красный свет поглощаются особенно сильно хлорофиллом, при этом обеспечивается энергией реакция фотосинтеза. Зеленые растения, сильно поглощая красные и синие лучи, зеленые поглощают слабее, совсем слабо поглощают ближнее инфракрасное излучение, а дальнее инфракрасное излучение сильно. (Таким образом, прохлада в лесу создается благодаря сильному поглощению красных и синих лучей видимого света листьями деревьев, а их влагой и водяными парами вокруг листа дальнего инфракрасного излучения.) Обладающие еще более высокой энергией ультрафиолетовые лучи (им соответствует частота 1014 -1016 Гц) способны разрушать простые ковалентные связи. Они представляют поэтому наибольшую опасность для живых клеток. С этой точки зрения весьма существенно наличие в атмосфере озонового слоя, играющего важную защитную роль.

Функционирование экосистем происходит при постоянном поступлении извне энергии солнечного света. Лучистая солнечная энергия улавливается хлорофиллом зеленых растений и превращается в химическую энергию, используемую растениями («работа зеленых растений») для синтеза более или менее сложных органических соединений, которые служат пищей животным организмам. Таким образом, одна форма энергии - энергия излучения, или энергия света - переходит в другую форму - химическую энергию, запасаемую в молекулах углеводов и других питательных веществ в виде энергии связей между входящими в их состав атомами.

Химическая энергия углеводов и других молекул переходит затем в процессе клеточного дыхания в биологически доступную форму энергии фосфатных (макроэргических) связей, используемую клеткой для работы механической (сокращение мышечных тканей), химической (синтез молекул в процессе роста) и т.д.

Дыхание - это процесс, обратный нормальному фотосинтезу. С помощью этого процесса все высшие растения и животные, а также большинство бактерий и простейших получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. В результате завершенного дыхания образуются диоксид углерода, вода и вещества клетки, однако процесс может идти не до конца и в результате такого незавершенного дыхания образуются органические вещества, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами. Часть синтезируемой пищи используется самими продуцентами, излишек, как и протоплазма продуцентов, используется затем консументами либо частично накапливается или переносится в другие системы.
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации