1. Czynniki kształtujące skład chemiczny wód naturalnych.
Każdy składnik chemiczny jest zanieczyszczeniem dla wody, gdy jest szkodliwy to
jest skażeniem - ma ujemny wpływ na wodę.
Podział:
czynniki naturalne - woda styka się z glebą, ze skałami, z minerałami, czyli z
litosferą, w której skład wchodzą substancje rozpuszczalne w wodzie, składniki te
krążą z wodą, póz
niej się w niej wytrącają. Wody powierzchniowe i podziemne
zawierają pewne związki chemiczne, które występują w dużych ilościach w
przyrodzie. Związki te występują w różnych wodach w różnych ilościach.
Substancja jest rozpuszczana wskutek dodatkowej reakcji chemicznej. Naturalne
procesy zachodzące w wodzie - reakcje chemiczne i biochemiczne - zachodzące z
udziałem organizmów wodnych (obumieranie ich i dalszy rozkład materii
organicznej, procesy wydalania związków).
czynniki antropogeniczne - woda dostaje się po zużyciu do kanalizacji i jest potem
oczyszczana. Ścieki z oczyszczania są głównym powodem zanieczyszczeń wód
powierzchniowych, dużo mniejszym jeśli chodzi o wody podziemne.
a) Ścieki miejskie (bytowe + przemysłowe) - punktowe z
ródło zanieczyszczeń,
najpoważniejsze skażenie + z
ródło skażenia wody.
b) chemizacja rolnictwa - dostarczanie na pola nawozów i pestycydów -
zanieczyszczenia obszarowe (wód powierz. i podz.)
c) transport (lądowy i wodny) - zanieczyszczenie liniowe - głównie materiały
napędowe
2.Główne kationy występujące w wodach naturalnych
Na2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, NH4+, metale ciężkie
1. Na2+ - jon sodowy
�� główny składnik wód śródlądowych
�� z
ródło:
o pokłady NaCl (woda morska)
bezpośrednie
o migracja jonu
pośrednie
o wydobycie użycie do wód ze ściekami
o chemizacja rolnictwa (np. saletra sodowa)
�� stężenie: kilkadziesiąt mg/l na ogół: 70�100 mg/l
(kilkanaście lub >200 rzadkie przypadki)
2. Ca2+ - kation wapniowy
�� w litosferze: CaCO3  węglan wapnia (związek słabo rozpuszczalny)
ż� obecność CO2 w wodach:
HCO3Ż - wodorowęglan wapnia
H2O + CaCO3 + CO2 "! Ca2+ + 2HCO3Ż
(dobrze rozpuszczalny)
reakcja aż do ustalenia stanu równowagi
2
-�
[�HCO3 ]� [�Ca2+�]�
stała równowagi (stężenie):
K =�
[�CO2]�
K = const, zatem jeśli rośnie w wodzie stężenie CO2, to musi
również wzrastać ilość rozpuszczonego węglanu wapnia.
Natomiast kiedy stężenie CO2 w wodzie maleje, węglan
wapnia się wytrąca.
�� Ca2+ powstaje również w wyniku rozpuszczania (wypłukiwania) innych
związków: takich, jak np. siarczan wapnia (= gips) (średnio rozpuszczalny)
�� inne z
ródła wapnia: ścieki (chlorek wapnia) i nawozy
�� stężenie: 60�100 mg/l (trochę mniejsze niż sodu)
3. Mg2+ - kation magnezowy
�� bardzo często towarzyszy wapniowi
�� obecność w wodzie związana z podobnymi procesami, jak w przypadku Ca2+
�� obecny w wodzie poprzez rozpuszczanie węglanów reakcja
rozpuszczania MgCO3 (identyczna, jak w przypadku wapnia):
H2O + MgCO3 + CO2 "! Mg2+ + 2HCO3Ż
�� pokłady: MgSO4, MgCl2 w glebie są z
ródłem Mg2+ w wodach
�� magnez może także dostawać się do wód ze ściekami �! MgSO4 stosowany
w medycynie, w przemyśle
�� w wodach naturalnych są zachowane pewne proporcje między stężeniami
Mg2+ i Ca2+ w naszej strefie klimatycznej Mg2+ jest w wodzie średnio 4 razy
mniej niż Ca2+
�� stężenie: zwykle kilka mg/l (rzadko >100mg) ale w krajach Płn. Afryki
magnez stanowi podstawowy składnik wód
4. Fe2+, Fe3+, Mn2+
�� występują w przyrodzie w rudach jako: węglany i tlenki
�� żelazo dwa stopnie utlenienia: Fe2+, Fe3+ (żelazo często występuje jako
mieszanina tych dwóch tlenków: MAGNETYT)
ian
FeO ��utlen��ie��Fe2O3
�� ��
�� tlenki  podstawowa forma Fe
�� FeCO3, Fe2(CO3)3  węglany te mogą rozpuszczać się w wodzie dając
wodorowęglany
H2O + FeCO3 + CO2 "! Fe2+ + 2HCO3Ż
reakcje zachodzą trudniej,
3H2O + Fe2(CO3)3 + 3CO2 "! 2Fe3+ + 6HCO3Ż
niż w przypadku wapnia
Fe2O3 + 3H2O + 6CO2 "! 2Fe(HCO3)3
�� w wodach podziemnych, gdy jest mała ilość O2, żelazo i mangan występują
w postaci jonów Fe2+ i Mn2+ (żelazo Fe3+ przy małej ilości tlenu ulega redukcji)
�� gdy woda podziemna  zawierająca wodorowęglan (np. wodorowęglan
żelaza)  wydostaje się na powierzchnię, zachodzi reakcja, w wyniku której
wytrąca się wodorotlenek (np. wodorotlenek żelaza):
Fe(HCO3)2 + H2O Fe(OH)2 + CO2
zielony
następnie żelazo w rozpuszczonym Fe(OH)2 pod wpływem tlenu utlenia się do Fe3+
powstaje Fe(OH)3 (związek bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie, wytrąca się
w postaci brunatnego osadu)
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
brunatny
�� powyższe reakcje są powodem, dla którego w wodach powierzchniowych
żelazo w postaci jonów praktycznie nie występuje nie ma go zatem prawie w
ogóle w wodzie, natomiast występuje w osadach dennych
�� w wodach żelazo może występować w postaci zawiesiny
�� żelazo może tworzyć połączenia ze związkami organicznymi, czyli tzw.
związki kompleksowe
�� mangan występuje w wodach w postaci zawiesiny
�� stężenie żelaza w wodach: 0.1 mg/l � kilka mg/l (nawet do 10mg/l)
�� manganu jest na ogół kilka razy mniej niż żelaza
5. NH4+ - jon amonowy
�� w wodach podziemnych praktycznie nie występuje
�� głównie w wodach powierzchniowych
�� nie ma pochodzenia naturalnego
�� pochodzenie antropogeniczne: główny składnik ścieków miejskich
(bytowych) oraz składnik nawozów
�� coraz więcej oczyszczalni usuwa azot coraz więcej oczyszczalni usuwa
azot, coraz mniej azotu dostaje się do wód ze ściekami
�� azot amonowy, tiosiarczan amonu �! z nawozów azotowych
�� niekiedy NH4+ występuje w wodach podziemnych (z opadami dostaje się do
gleby, ale gleba zatrzymuje dużą część jonów amonowych)
�� stężenie: bardzo małe ilości, ale bardzo duże znaczenie
6. Metale ciężkie
�� występują w bardzo małych ilościach: źg/l  z naturalnych z
ródeł (naturalny
poziom metali w wodach)
�� zbyt wysokie stężenie jest szkodliwe
�� metale ciężkie mogą pochodzić ze ścieków przemysłowych, także z gleb i
zanieczyszczenia powietrza
3.Główne aniony występujące w wodach naturalnych
Pochodzenie Występujące stężenia reakcje /znaczenie
Utlenienie Śr>100 mg/l Wpływ na odczyn wody
Węglanów wapnia, Nawet>200mg/l
 magnezu Istnieje w równowadze z
 żelaza CO2 w wodach;
Największa ilość w
porównaniu do innych
anionów;
3x więcej niż jonów Ca2+
-
3
HCO
węglowodany
 NaCl CaCl2 Od kilkunastu do
Występuje naturalnie w kilkudziesięciu mg/l
wodach (pokłady soli, ale Śr>100mg/l
również dostaje się do wód ze Rzadko>200mg/l
ścieków przemysłowych, wód
kopalniane; także ze ścieków
miejskich
Naturalnie występowanie; Od kilkunastu do
Ścieki miejski; kilkudziesięciu mg/l
Przemysł Zdarza się, że stężenie jest
większe od Cl-;
>200mg/l
Nie występują w przyrodzie Duże stężenia na terenach NaNO3 Nawozy
(nie są wiązane w skałach) użytkowanych rolniczo; saletra azotowe są
Zanieczyszczenia nawet do kilkudziesięciu sodowa bardzo mobilne
antropogeniczne: tj. rolnictwo mg/l; KNO3 (słabo
(nawozy szuczne;), (również w płytkich wodach saletra absorbowane
przemysł(zakłady azotowe) podziemnych;) potasowa przez glebę -
często: kilka mg/l NH4NO3sal szybko
Ścieki miejskie: nieznaczne (największe stężenie wiosną) etra wypłukiwane
ilości azotanów amonowa przez deszcz
dostają się do
wód
Główne z
ródło Mała ilość; Składnik mało mobilny,
zanieczyszczenia średnio: kilka mg/l wytrąca się fosforan wapnia
-ścieki miejskie(polifosforany
zawarte w środkach
piorących);
-rozkład białek (obecnie
usuwany w oczyszczalniach)
-nawozy fosforowe
(wodorofosforany wapniowe);
Nie występuje naturalnie;
Składnik wielu minerałów Małe ilości; Pierwiastek
Krzem w litosferze w kilka mg/l trudnowymywalny z gleb ;
ilości>20% Słabo rozpuszczalny
Redukcja azotanów, utlenianie Występują bardzo rzadko w Szkodliwy;
jonów amonowych wodach w ilościach <1mg/l Działanie toksyczne;
(źg/l) Obecność w wodzie
świadczy o dużym
zanieczyszczeniu
Pochodzenie naturalne ; Szeroki granice od 0 do
Przemysł (trawienie szkła  >1mg/l
HF)
Mikrozanieczyszczenia tj.; Jodki, bromki, borany(czteroborany), seleniany
Małe ilości (źg/l) ; trudne do stwierdzenia
Pochodzenie naturalne
5.Mikroskładniki mineralne występujące w wodach naturalnych.
Żelazo  w wodach jako węglan oraz tlenki; występuje jako Fe2+ i Fe3+. Bardzo
łatwo się utlenia. Występuje bardzo chętnie pod ziemią, gdyż jest tam dużo CO2. W
wodach podziemnych wskutek redukcji mamy Fe2+. Dostaje się do wód przede
wszystkim jako wodorowęglan. Woda podziemna po dostaniu się na powierzchnię
wytrąca żelazo. Może tworzyć w wodach związki kompleksowe.
Mangan  Występuje bardzo chętnie pod ziemią, gdyż jest tam dużo CO2.W wodach
podziemnych wskutek redukcji mamy Mn2+. Dostaje się do wód przede wszystkim
-
Cl
2-
4
SO
siarczany
chlorki
-
3
NO
2-
4
3 2
(SiO )
Jony fosforanowe
y
-
2
NO
-
F
fluork
azotyny
krzemian
HPO
wodorofosforany
azotany
i
jako wodorowęglan. Woda podziemna po dostaniu się na powierzchnię wytrąca
mangan.
Jon amonowy  NH4 w wielu wodach podziemnych praktycznie nieobecny,
występuje głównie w wodach powierzchniowych. Jest to ważny składnik wód.
Azotany  obecność w wodach z powodu stosowania nawozów sztucznych
Fosforany  Kiedyś dostawały się do wód ze ścieków miejskich. Dostają się tam też
z rozkładu białka. Są głownie zanieczyszczeniem antropogenicznym, stosuje się je w
nawozach. Jest to składnik mało mobilny.
Krzemiany  krzem w wodach naturalnych występuje w postaci koloidalnej jako
kwas meta lub poli krzemowy oraz w postaci zjonizowanej jako rozpuszczony
metakrzemian sodowy  produkt wietrzenia i erozji wodnej skał. Jest go w wodach
bardzo mało.
Azotyny  pośredni produkt utleniania jonów amonowych. Jony b.szkodliwe,
pochodzą od ścieków miejskich(gdy je wykryjemy można się spodziewać bakterii i
zanieczyszczeń w wodzie).
Fluorki  dostają się do wody ze z
ródeł naturalnych (pokładów geologicznych) lub w
wyniku odprowadzania ścieków. Najczęściej w postaci fluorku wapniowego.
Glin  niska zawartość w wodach naturalnych, nie jest to pierwiastek toksyczny,
oznacza się go głównie w wodach technologicznych
Bromki  mikrozanieczyszczenia
Jodki  mikrozanieczyszczenia
Czteroborany  mikrozanieczyszczenia
Seleniany  mikrozanieczyszczenia
6.Substancje biogenne w wodach naturalnych.
Do biogennych zalicza się te substancje, które są niezbędne do życia i rozwoju
żywych organizmów. Występują one w wodzie w postaci jonów oraz koloidów,
których skład w większości przypadków nie jest wyjaśniony.
Związki azotu
Nieorganicznymi formami zw. azotu w wodzie nat. są jony amonowe(NH4+),
azotanowe(III) (NO2-) i azotanowe(V) (NO3-). Cechuje je podobna geneza oraz to,
że mogą ulegać wzajemnej transformacji, przechodząc z jednej postaci w drugą.
Głównym z
ródłem jonów NH4+, NO2- i NO3- są substancje organiczne
pochodzenia roślinnego i zwierzęcego zawierające w swym składzie białko. W
wyniku tego skomplikowanego procesu biochem. zachodzącego przy udziale
licznych bakterii i enzymów następuje wydzielanie się amoniaku
R-CHNH2-COOH + H2O->R-CHOH-COOH + NH3
Jon NH4+ może mieć również pochodzenie nieorganiczne. Zaobserwowano na
przykład jego obecność w wodach bagiennych, bogatych w substancje humusowe,
które zdolne są do reakcji azotanów do jonów amonowych. Azotany i azotyny mogą
być redukowane do jonów NH4+ także przez inne substancje np. siarkowodór i Fe
(II). Prócz tego jony amonowe często dostają się do zbiorników wodnych ze
ściekami przemysłowymi np. z fabryk nawozów azotowych oraz ściekami bytowo-
gospodarczymi i miejskimi.
W niewielkich ilościach jony amonowe wyst. w wodach podziemnych górnych
poziomów wodonośnych szczególnie w pobliży gruntów uprawnych, osiedli
ludzkich oraz w rzekach poniżej wielkich miast i obiektów przemysłowych. Z
powodu stosunkowo łatwej sorbcji w glebie jego ilość rzadko osiąga maksymalną
wartość do kilkudziesiątych mg/dm3.
W niezanieczyszczonych wodach podziemnych jony NH4+ występują prawie
zawsze, jednakże w ilościach nieznacznych-setne, dziesiąte części mg/dm3.
Prócz stanu jonowego(w postaci NH4+) grupa amonowa występuje w wodzie
naturalnej w złożonych zw., tworzących się podczas częściowego rozkładu
substancji organ., mających charakter koloidalny(azot albuminowy).
W wodzie nat. NH4+ jest stosunkowo nietrwały i pod wpływem czynników
fizyczno-chemicznych i biochemicznych przechodzi w inne postaci związków azotu.
W warunkach tlenowych, wskutek działania tzw. bakterii
nitryfikacyjnych(Nitrosomonas, Nitrobacter) jon NH4+ utlenia się do jonu
azotanowego(III) a następnie azotanowego(V). Proces ten to nitryfikacja i może być
przedstawiony za pomocą równań
2NH3 + 3O2->2HNO2 + 2H2O; 2HNO2 + O2->2HNO3.
Drugim ważniejszym z
ródłem bezpośrednio wód nat. w azotany są tlenki azotu,
tworzące się podczas wyładowań atmosferycznych, które po pochłonięciu ich przez
wodę atmosferyczną opadają na powierzchnię ziemi.
Jony azotanowe(III) są bardzo nietrwałe i w wyniku tego w wodach
powierzchniowych, gdzie istnieją optymalne warunki dla procesów utleniania
występują one w ilościach nieznacznych, podczas gdy w wodach podziemnych
zawartość NO2- zwykle jest znacznie wyższa zwłaszcza w górnych poziomach
wodonośnych.
Jony azotanowe(V) występują w wodach nat. w ilościach nieco większych niż jony
NO2-. Proces nitryfikacji zachodzący w glebie decyduje o mniejszej lub większej
zawartości NO3- w górnych poziomach wód gruntowych. W głębszych warstwach
wodonośnych azotany(V) występują w ilościach bardzo nieznacznych.
Azotany (V) są substancjami pokarmowymi dla org. roślinnych, które przyswajają je
z wodą, to też w ciągu okresu wegetacyjnego ilość azotanów w otwartych
zbiornikach wodnych wyraz
nie się zmniejsza aż do ich całkowitego zaniku. W
okresie zimowym w związku z obumieraniem organizmów następuje mineralizacja
subst. Organicznych a w jej wyniku regencja azotanów.
Związki fosforu
W stanie rozpuszczonym zw. fosforu występują w postaci jonów kwasu
ortofosforowego oraz w postaci związków w zespole organicznym.
W stanie jonowym w wodach nat. fosfor mineralny występuje przede wszystkim w
postaci HPO4-2 i w mniejszym stopniu jako H2PO- i PO4-3. Zawartość
poszczególnych form jonowych fosforu mineralnego zależy od odczynu środowiska
wodnego.
Rozpuszczony fosfor organiczny jest częścią składową złożonych zw. org.
Pierwiastek ten może znajdować się w odzie nat. nie tylko w stanie rozpuszczonym
lecz także w postaci cząstek zawieszonych zarówno pochodzenia mineralnego jak i
organicznego.
Związki fosforu mimo iż znajdują się w odach nat. w ilościach znikomych to należąc
do zw. biogennych mają duże znaczenie dla rozwoju świata roślinnego, a więc także
dla produkcji biomasy w zb. Wodnych.
Związki żelaza
Często występują w wyniku przejścia ich w roztwór z różnych skał w składzie
których żelazo jest bardzo rozpowszechnione. Przejście żelaza w roztwór może
zachodzić pod wpływem zw. utleniających(tlen) lub kwasów(węglowego,
organicznych). Także kwasy org. Występujące w wodach biogennych
przeprowadzają żelazo w roztwór w postaci złożonych zespołów humusowych. Z
tym związana jest stała obecność żelaza w wodach bogatych w substancje
humusowe.
Postacie pod którymi żelazo znajduje się w war. nat.: w wodach podziemnych
przeważa żelazo(II, Fe+2) które przechodzi w roztwór gł. w postaci wodorowęglanu
żelaza. Przy zawartości CO2 poniżej stanu równowagi i przy pojawieniu się
rozpuszczonego tlenu zachodzi hydroliza i żelazo przechodzi w trudno
rozpuszczalny wodorotlenek żelaza.
Fe+2 + 2HCO3- + 2H2O<->Fe(OH)2 + 2H2CO3
Wodorotlenek żelaza(II) dalej łatwo utlenia się i przechodzi w wodorotlenek
żelaza(III) nierozpuszczalny w wodzie.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O<-> 4Fe(OH)3
Proces utleniania Fe(OH)2 w wielu przypadkach przebiega przy współudziale
mikroorganizmów-bakterii żelazistych, które w procesie swej działalności życiowej
wykorzystują energię wydzielaną przy utlenieniu zw. żelazawych do żelazowych.
Wody zawierające żelazo mają zwykle odczyn kwaśny.
Żelazo(III) występuje prawie wyłącznie w wodach powierzchniowych. Żelazo(II) gł.
w podziemnych.
Związki krzemu
Krzem może występować w postaci zw. organicznych i mineralnych-kwas
krzemowy (IV) i jego formy jonowe, jest on bardzo słaby i dysocjuje w nieznacznym
stopniu:
H2SiO3<->H+ + HSiO3-
Dysocjacja na SiO3-2 może mieć znaczenie tylko przy odczynie silnie alkalicznym
raczej nie spotykanym w wodach nat.
Cześć krzemu występuje w stanie koloidalnym-w cząsteczkach o składzie
SiO2*H2O oraz w postaci kwasu polikrzemowego o składzie x*SiO2*y*H2O.
Powszechne rozprzestrzenianie krzemu w środowisku tworzącym większość skał
skorupy ziemskiej zapewnia ciągły dopływ krzemu do wód nat. w postaci
wyługowanego przez wodę kwasu krzemowego i jego soli alkalicznych. Dlatego też
największa ilość krzemu występuje w wodach podziemnych, najmniejsza zaś w
powierzchniowych warstwach otwartych zbiorników wodnych, gdzie krzem
zużywany jest przez rośliny. W wodach słabo zmineralizowanych zwłaszcza w
rejonach wysokogórskich krzem stanowi przeważający składnik wody.
7. Gazy występujące w wodach naturalnych.
Z gazów rozpuszczonych w wodzie największe znaczenie mają O2 iCO2.
Tlen.
Znajduje się w wodzie nat. w postaci rozpuszczonych cząsteczek. Jego obecność jest
warunkiem istnienia większości organizmów żyjących w zbiornikach wodnych. Na
zawartość O2 w wodzie wpływają dwa przeciwstawne procesy: jedne wzbogacają a
drugie zmniejszają zawartość O2. Stężenie O2 powinno być równe wartości
wynikającej ze stanu równowagi dynamicznej p=k*c. (k- rośnie wraz z temp., c-
maleje ze wzrostem temp.). Przy dużym zanieczyszczeniu spada ono poniżej
wartości stężenia nasyconego.
Do wzbogacających należą dyfuzja z atmosfery(reaeracja) oraz wydzielanie tlenu
przez rośliny wodne w procesie fotosyntezy. Dyfuzję ograniczają temperatura i
ciśnienie. Procesy te mogą zachodzić gł. w przypowierzchniowych warstwach
zbiorników wodnych, w głąb tlen przekazywany jest wskutek przemieszczania wody
przez falowanie, konwekcję i prądy poziome.
Zawartość O2 zmniejsza oddychanie organizmów, fermentacja- procesy te zachodzą
bez przerwy, zwiększając swoją intensywność przy wyższej temperaturze.
Stosunek natężenia obu grup procesów decyduje o zawartości O2, przy czym dąży
ona by osiągnąć ilość przy której woda w danej temp. i przy danym ciśnieniu byłaby
nasycona tlenem. Zawartość rozpuszczonego w wodzie O2 waha się od 0-14
mg/dm3. Jego rozkład zależy od pionowej stratyfikacji- im bliżej dna tym go mniej,
a w warstwach może występować jego deficyt. Tlen musi być dostarczany w sposób
ciągły, bo jest ciągle zużywany(oddychanie, biochemiczny rozkład zanieczyszczeń).
Osady denne ulegając rozkładowi również zużywają O2, jeśli jest mało
zanieczyszczeń, to O2 rozpuszcza się z powietrza i stężenie jest stale wyrównywane.
W przypadku rzek stężenie wyrównuje się podczas mieszania wody. W wodach
głębinowych mieszanie jest wolne więc liczy się głównie dyfuzja jest ona
czynnikiem limitującym mieszanie.
Do oceny względnej zawartości tlenu stosowany jest stopień nasycenia wody O2
(%).
Dwutlenek węgla.
Znajduje się w wodzie przede wszystkim w postaci rozpuszczonych cząsteczek
gazu(CO2). Część ich jednak wchodzi w reakcję z wodą, tworząc kwas węglowy:
CO2 + H2O <-> H2CO3. y
ródłem CO2 w wodach nat. powierzchniowych są
procesy utleniania substancji organicznej i reaeracja, natomiast w wodach
podziemnych procesy geochemiczne, zachodzące w głębokich warstwach skorupy
ziemskiej, związane ze zmianami zachodzącymi w skałach osadowych.
Pochłanianie CO2 z atmosfery obserwuje się prawie wyłącznie w morzach. Do
procesów zmniejszających zawartość CO2 w wodach nat. należą: 1. wydzielanie
CO2 do atmosfery z powodu przesycenia wody tym gazem, 2. zużywanie CO2 w
procesie rozpuszczania skał węglanowych CaCO3 + H2O + CO2 ->Ca2+ + 2HCO3-,
3. zużywanie CO2 przez roślinność wodną w procesie fotosyntezy.
Znane są różne formy występowania CO2 w wodzie. Ogólny CO2 dzieli się na
wolny, związany, agresywny i równowagi. Wolny występuje w wodach nat. w
postaci rozpuszczonego CO2 i kwasu węglowego. Stanowi on sumę CO2 równowagi
i CO2 agresywnego, przy czym układ ten nie jest stabilny. CO2 równowagi stanowi
część wolnego CO2 niezbędnego do utrzymania wodorowęglanów w roztworze,
zgodnie z reakcją:
Ca(HCO3)2<-> CO2 + CaCO3 + H2O. Pozostały CO2(nadmierny) może wykazać
działanie agresywne w stosunku do betonu, stali i niektórych tworzyw. Stąd określa
się go jako agresywny. Dwutlenek węgla związany występuje w wodach nat. pod
postacią(HCO3-).
Zawartość CO2 w wodach nat. waha się od kilku do kilkuset(wody podziemne)
mg/dm3.
Siarkowodór.
Jego obecność w wodach powierzchniowych jest zjawiskiem stosunkowo rzadkim,
gdyż łatwo ulega utlenieniu tlenem rozpuszczonym. Ze względu na zerowe ciśnienie
cząstkowe H2S w atmosferze, dłuższe zatrzymanie go w wodach powierzchniowych
jest niemożliwe. Występuje na ogół w warstwach przydennych, bo dobrze
rozpuszcza się przy dużym ciśnieniu.
Metan.
Jest bardzo słabo rozpuszczalny, ulatnia się dlatego tylko część pozostaje w wodzie.
Azot.
Gaz obojętny, nietoksyczny, potrzebny organizmom wodnym, ale nie w postaci N2,
a w związkach azotu.
Oprócz wyżej wymienionych w wodach nat. występuje wodór i gazy szlachetne.
8. Substancje humusowe i inne naturalne związki organiczne w wodach
naturalnych.
Jest znacznie mniej niż związków mineralnych ze względu na dużo mniejsze
rozpuszczanie.
Wśród zw. org. wyróżnia się: związki humusowe, białka, cukry (węglowodany), a
także prostsze substancje powstałe w reakcjach biochemicznych np. proste kwasy
organiczne (octowy, szczawiowy).
Pochodzenie:
- wypłukiwanie z wierzchnich, uprawnych części gleb,
- procesy życiowe w wodach: metabolity, produkty procesów rozkładu materii
organicznej,
- antropogeniczne  ścieki, spływy powierzchniowe (ogólnie z
ródła punktowe,
liniowe, powierzchniowe). Zazwyczaj są to skażenia.
Związki humusowe.
Są to pośrednie produkty procesów rozkładu materii organicznej  bakterie
rozkładają ją częściowo, a powstałe (złożone jeszcze) związki są powtórnie łączone.
Dzięki temu może powstać praktycznie niezliczona liczba różnych związków.
Dlatego nie można ich jednoznacznie zidentyfikować, nie ma też jakiegoś
dominującego.
Związki te tworzone są głównie w glebie, a następnie wypłukiwane przez
wodę (w wodzie też może następować ich tworzenie). Mogą pochodzić również z
oczyszczonych metodami biologicznymi ścieków (humus ściekowy).
Budowa: związki bardzo skomplikowane, zawierają wiele połączonych ze sobą
pierścieni aromatycznych, między pierścieniami jest dużo łańcuchów alifatycznych,
a na zewnątrz makrocząsteczki znajdują się różne grupy funkcyjne. Wśród grup
funkcyjnych dominują grupy karboksylowe (COOH) oraz fenolowe. Ponadto są
grupy alkoholowe (OH), ketonowe, aldehydowe oraz grupy estrowe (COOR).
Mają masę cząsteczkową: 600  ponad 100 tys. g/mol. W zależności od masy dzieli
się na:
- kwasy fulwowe (fulwokwasy), poniżej 3000 g/mol
- kwasy hymatomelanowe, średnie masy
- kwasy huminowe, najcięższe
90% zw. hum. w wodzie stanowią kw. fulwowe, pozostałe 10% to związki cięższe.
Cięższe trudno się rozpuszczają i nie są dobrze wypłukiwane z gleby. Dlatego w
wodzie dominują związki lżejsze.
Rozpuszczalność w wodzie: Generalnie im mniejsza jest cząsteczka, tym lepiej się
rozpuszcza w wodzie. Rozpuszczalność ułatwia również obecność grup polarnych
(ww. grupy funkcyjne). Im więcej tych grup, tym rozpuszcz. jest większa. Polarność
jest większa w przypadku mniejszych cząsteczek, bo większy jest udział grup
funkcyjnych w stosunku do pierścieni aromatycznych.
Związki humusowe mają właściwości słabych kwasów organicznych ze względu na
obecność grup COOH. Związki z grupami COOH są dysocjowane, ale obniżenie pH
zmniejsza stopień dysocjowania. Przy obniżeniu pH do ok. 2 następuje wytrącenie
znacznej części zw. hum. Dysocjowane pozostaną tylko małe cząsteczki, które mają
dużo grup karboksylowych (w praktyce są to kwasy fulwowe). Wszystkie większe
nie rozpuszczają się w środowisku kwaśnym.
Barwa: żółta  ciemnobrązowa. W miarę wzrostu ciężaru cząsteczkowego barwa
pogłębia się (staje się ciemniejsza). Barwa zależy też od pH. Gdy cząst. są w stanie
dysocjowanym  mocniejsza, gdy w stanie niezdysocjowanym (niższe pH)  barwa
jaśniejsza.
Zawartość: Najczęściej kilka mg/l. Na terenach bagnistych  ponad 10 mg/l. W
jeziorkach po wydobyciu torfu  nawet powyżej 100 mg/l.
Co najmniej kilkadziesiąt razy więcej może być pojemność sorpcyjna w substancjach
humusowych niż w substancjach ilastych
Białka.
Ogólnie są to długie łańcuchy aminokwasów powstałe podczas polikondensacji.
Poszczególne aminokwasy połączone są wiązaniami peptydowymi. Oprócz C,O,H
zawierają N,S,P.
Jeżeli białko występuje w wodzie, to ulega hydrolizie pod wpływem organizmów.
Powstają aminokwasy, które ulegają dalszemu rozkładowi.
Zawartość: poniżej 1 mg/l, rzadko powyżej.
Cukry (węglowodany).
Pochodzenie  głównie jako składniki roślin (błonnik, celuloza, skrobia). Złożone
węglowodany (polisacharydy) hydrolizują do węglowodanów prostych np. glukoza,
fruktoza  dużo jest izomerów geometrycznych o tym samym wzorze sumarycznym.
Zawartość: poniżej 1 mg/l, ale może być więcej.
9. Surfaktanty w wodach naturalnych
Surfaktanty (detergenty, środki powierzchniowo-czynne), są stosowane w wielu
dziedzinach chemii gospodarczej jako środki myjące, piorące, dyspergujące,
emulgujące, pianotwórcze, itp. Związki te są związkami organicznymi
zawierającymi co najmniej jedną grupę polarną (hydrofilową), wykazującą
powinowactwo do wody, oraz grupę hydrofobową, nie wykazującą tego
powinowactwa. Cząsteczki detergentów gromadzą się na granicy faz, zmniejszając
napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika. Pozwala to uzyskać większą zwilżalność
oczyszczanego lub barwionego tworzywa. Ze względu na charakter chemiczny
grupy polarnej rozróżnia się detergenty anionowe (sulfoniany alkilowe RSO3-Na+,
estry alkilowe kwasu fosforowego ROPO32-), detergenty kationowe (aminy
alifatyczne) oraz detergenty niejonowe (alkilo-, alkilofenylo-polietylenoglikole).
Najczęściej stosowanymi surfaktantami są alkilobenzenosulfoniany, zawierające od
10 do 15 atomów węgla w cząsteczce.
 Masowe stosowanie surfaktantów powoduje coraz większą ich obecność w
ściekach komunalnych. Mimo że surfaktanty nie są silnie toksyczne w stosunku do
ssaków, często okazują się wysoko toksyczne dla organizmów wodnych, w tym
mikroorganizmów osadu czynnego w biologicznych oczyszczalniach ścieków.
Odporność detergentów na biochemiczną degradację jest jedną z przyczyn
zanieczyszczenia rzek i zbiorników wodnych tymi związkami
10. ChZT i indeks nadmanganianowy
Indeks nadmanganianowy i ChZT to dwa podstawowe wskaz
niki utlenialności
stosowane w badaniach mających na celu określenie ogólnej ilości związków
organicznych zawartych w wodzie lub ściekach. W metodach tych, na podstawie
ilości zużytego utleniacza możemy określić ilość związków organicznych zawartych
w wodzie. Związki organiczne występują w dużej różnorodności, jedne z nich
utleniają się łatwiej, inne trudniej, jedne potrzebują do utlenienia więcej utleniacza, a
inne mniej. Dlatego w przypadku dużych wahań ich procentowej zawartości metody
pomiaru utlenialności byłyby mało miarodajne. Na szczęście w wodach naturalnych
procentowy skład związków organicznych jest bardzo podobny i dlatego metody te
możemy stosować uzyskując dość dużą dokładność.
Metoda indeksu nadmanganianowego, zwana dawniej utlenialnością lub
chemicznym zapotrzebowaniem tlenu metodą nadmanganianową polega na
podgrzaniu roztworu wody i ściśle odmierzonej ilości utleniacza, którym jest
nadmanganian potasu. W metodzie ChZT rolę utleniacza spełnia dwuchromian
potasu. Po upływie określonej ilości czasu sprawdzamy, ile utleniacza uległo zużyciu
w wyniku reakcji utleniania. Metodą miareczkową określamy ile utleniacza zostało
w roztworze. Wiedząc, ile utleniacza dodaliśmy na początku, możemy określić ilość
zużytego utleniacza. Następnie przeliczamy gramorównoważnikowo ilość zużytego
utleniacza na ilość tlenu. W metodzie ChZT stosujemy o wiele ostrzejsze warunki,
dlatego metody tej używa się dla ścieków i wód zanieczyszczonych trudno
utleniającymi się związkami pochodzenia antropogenicznego, np. węglowodorami.
Metodę indeksu nadmanganianowego stosujemy dla czystych i lekko
zanieczyszczonych wód naturalnych. Stosunek ChZT do BZT daje 1,5:1 ( może się
zwiększyć nawet do 20:1).
ChZT do OWO jest 2.4:1
11.BZTn - dotyczy głównie ścieków i zanieczyszczonych wód. Ścieki poddajemy
biologicznemu oczyszczaniu .BZT jest miarą ładunku tych zanieczyszczeń, które
mogą być usunięte w oczyszczalni i ile ten proces będzie potrzebował tlenu ( Ilość
tlenu zużyta na procesy biochemicznego rozkładu. Nie powinna przekraczać 25&
jeżeli będzie przekraczać, to znaczy, że można je jeszcze poddać biologicznemu
oczyszczeniu). Szybkość procesów biochemicznych możemy zapisać za pomocą
równań. W wskaz
niku  n oznacza 5 (bo się tak przyjęło).
dL/dt = - K*L
Szybkość rozkładu całej materii organicznej jest wprost proporcjonalne do
sumarycznego stężenia tych składników.
dL/dt = - K*L
L = L0*e^(-K1*t)
y = BZTn
y = L0-L
L-zapotrzebowanie tlenu w danym czasie (BZT)
L0-całe zapotrzebowanie na tlen
dL/dt-przyrost zapotrzebowania na tlen
K-wartość tego zapotrzebowania
K1-przelicznik z e na 10
BZTn-BZT po dowolnym czasie n , ilość tlenu która została skonsumowana
y = L0-L0*e^(-K*t)
y = L0(1-e^(-K*t))
y = L0(1-10^(-K1)
12.OWO - ogólny węgiel organiczny-jego zawartość w lepszym stopniu niż indeks
określa zawartość pierwiastka węgla. W tym miejscu pojawia się problem różnej
zawartości procentowej węgla. Oznaczenie wymaga drogiej aparatury co powoduje
stosunkowo rzadkie oznaczanie.
13.AOX- adsorbujące się organiczne halogeny.
Mają złożona strukturę i są mało lotne i trudne do oznaczenia. Nie można ich
oznaczyć met chromatografii gazowej. Zalicza się min chlorowane ligniny. Są to
związki polarne. Oznacza się wszystkie związki zawierające halogeny. Stosowane są
w przemyśle chemicznym i ze ściekami mogą dostawać się do wód. Powstają
poprzez działanie halogenów na węglowodory (chlorowanie ścieków i wody,
bielenie papieru i tkanin). Pomimo małego stężenia są bardzo ważne, ponieważ maja
dużą toksyczność. Czasami zwane ubocznymi produktami dezynfekcji.
Trihalometany (THM) CHX3 X-halogeny F, Cl, Br, I. [1-100 um/dm3]. Właściwości
rakotwórcze
14.Ekstrakt eterowy- pewne związki pochodzenia antropologicznego jak tłuszcze i
oleje mineralne, nie rozpuszczają się w wodzie, ale za to rozpuszczają się w
węglowodorach (wyekstrahowuja się). Rozpuszczalność olejów maleje wraz że
wzrostem masy cząsteczkowej, a rośnie wraz ze wzrostem zanieczyszczenia.
Większe znaczenie mają oleje emulgowane. Oleje doprowadzane do wód tworzą
cienka warstwę na powierzchni wód. Oleje wprowadzane do wód podlegają
procesom stopniowej i powolnej biodegradacji. Przemiany te zależą od temperatury.
Oblepiają przedmioty zanurzone w wodzie, a także zawiesiny, które tworząc większe
aglomeracje, opadają na dno. Stężenie: 50-100 mg/dm3. Działanie: zmiany
organoleptyczne wody, śmierć organizmów przydennych. Oznaczanie: polega na
ekstrakcji olejów z wody za pomocą rozpuszczalnika organicznego (eter naftowy).
Po odparowaniu rozpuszczalnika zawartość olejów określa się wagowo. Jest to
metoda niespecyficzna. Oznacza się wszystkie substancje, które ulęgają ekstrakcji
min. Oleje mineralne, roślinne, tłuszcze, inne związki organiczne. Gdy
odparowujemy wodę w tym oznaczeniu, to brak suchej pozostałości oznacza, że
woda nie jest zanieczyszczona tymi związkami, ale może być zanieczyszczona
związkami innego pochodzenia.
15.Twardość  [mg CaCO3dm3] jest pojęciem umownym, określająca zawartość
kationów wapnia i magnezu. Im twardość wody jest wyższa, tym mamy do czynienia
z bardziej niekorzystnymi warunkami.
Rozróżniamy twardość:
-ogólna- całkowita wartość jonów Mg2+ i Ca2+
-węglanowa- zawartość węglanów i wodorowęglanów wapnia i magnezu. Jest ona
przemijającą, bo zanika pod czas gotowania wody, wytracając węglany wapnia,
magnezu i żelaza, tworząc niepożądany kamień kotłowy.
-niewęglanowa- różnica miedzy twardością ogólną, a węglanową. Określa zawartość
anionów dwuwartościowych.
Zasadowość  zdolność wody do zobojętniania silnego kwasu. Nadają ją zasady tj.
HCO3-, CO32-, OH-. Oznaczenie: miareczkowanie próbki wody silnym kwasem
wobec wskaz
ników lub posługując się pHmetrem.
CO32- + H+ Ł� HCO3-
HCO3 + H+ Ł�H2O +CO2
16. Równowaga węglanowa-
CaCO3 +H2O +CO2 ó�Ca2+ +2 HCO3-
Reakcja ta nie przebiega do końca i stali się pewien stan równowagi. Reakcja
zachodzi do momentu w którym nie przereaguje substrat (stary węglan wapnia, Co2),
stężenia tak muszą się ułożyć, by nastąpiła równowaga. Ustalone wartości stężeń
noszą nazwę Stałej równowagi chemicznej. Możemy założyć, ze stężenie H2O w
wodach jest stałe. CaCo3 tworzy oddzielna fazę i jest to zw. czysty . jeżeli w H2O
jest za dużo CO2, to stan równowagi nigdy nie zostanie osiągnięty z uwagi na brak
węglanów. Nadmiar CO2 po wydobyciu wody może on być agresywny dla
zanurzonych w wodzie elementów. CO2 agresywny (N) nadmiarowy- woda, która
zawiera dużo CO2, tak aby podtrzymać równowagę. CO2 agresywny, to
nadmiarowy. CO2 równowagi (R)- takie stężenie, które pozwala na zajście
równowagi. Ilość CO2 jest ograniczona jego rozpuszczalnością. W wodach
powierzchniowych CO2 może być ulatnianie do atmosfery. Po wystygnięciu wody
może ulatniać się wolny węglan. Praktycznie reakcja może nie zachodzić, bo woda
jest układem alkalicznym. Wartość K stałej równowagi zależy od temp. Dla różnych
związków wartość stałej się zmienia dla rożnych wartości temp. W wyższych temp
wartość K będzie mniejsza, szybkość reakcji się zwiększa. Cały wodorowęglan
wapnia ulegnie rozkładowi i powstanie węglan wapnia. W wodzie może pozostać
wapń z wolnymi zw. Reakcja wytrącania węglanu wapnia stwarza różne problemy-
wytrącanie kamienia kotłowego.
17) Atmosfera. Skład powietrza troposfery.
Atmosfera - cienka powłoka gazowa otaczająca Ziemię i utrzymywana przez siły
grawitacji. Gęstość atmosfery (największa przy powierzchni Ziemi) - maleje wraz ze
wzrostem wysokości w końcu staje się nieodróżnialna od gęstości gazu między
planetarnego.
W najniższej części atmosfery (troposfera do 10 - 17 km - w zależności od
szerokości geograficznej ) powietrze jest dobrze wymieszane w wyniku konwekcji.
Temperatura w tej strefie maleje z wysokością od 150 C średnia temp. na poziomie
morza do około - 500 C. W warstwie tej znajduje się około 75% całkowitej masy
atmosfery. W warstwie tej przebiegają wszystkie zjawiska związane z pogodą.
Troposferę kończy tropopauza.
Stratosfera - temperatura wzrasta do około 00 C na wysokości 50 -55 km. Wzrost
temp. z wysokością powoduje mniejszą podatność atmosfery na większych
wysokościach do mieszania w kierunku pionowym. Stratosferę kończy stratopauza.
Kolejna warstwa to Mezosfera ( temp. spad do około -800C na wysokości około 80 -
85 km). Mezosferę kończy mezopauza. Mezopauza przechodzi w termosferę.
Atmosferę podzielić można na homosferę i heterosferę.
Homosfera - część atmosfery do około 120 km w której następuje stosunkowo dobre
mieszanie się składników. W heterosfera (powyżej 120 km) mieszanie burzliwe jest
bardzo słabe i cząstki gazu mogą się rozdzielać pod wpływem sił grawitacyjnych.
Granica między homosferą i heterosfera nazywa się turbopauzą. Ze względu na
separację grawitacyjną w górnych warstwach następuje względna koncentracja
lekkich atomów (helu i wodoru), natomiast cięższych (azotu i tlenu) w niższych.
Skład chemiczny troposfery:
Ogólny skład nie zanieczyszczonego powietrza
Gaz Stężenie
Azot N2 78,084%
Tlen O2 20,946%
Argon Ar 0,934%
Para wodna H2O 0,5 - 4%
Dwutlenek węgla CO2 360 ppm
Neon Ne 18,18 ppm
Hel He 5,24 ppm
Metan CH4 1,7 ppm
Krypton Kr 1,14 ppm
Wodór H2 0,5 ppm
Ksenon XE 0,087 ppm
ppm -część na milion
18.Związki siarki w powietrzu atmosferycznym
Dwutlenek siarki jest bezbarwnym gazem o ostrej duszącej woni. Jest cięższy od
powietrza , charakt. się ograniczoną rozpuszcz. w wodzie. Stwierdzono toksyczność
dla ludzi, zwierząt mikroorganiz., niektórych bakterii i pleśni oraz dla roślin.
SO2 jest emitowany ze z
ródeł naturalnych i antropogennych. y
ródłami naturalnymi
so wybuchy wulkanów , procesy rozkładu materii organicznej , pożary lasów i
stepów oraz erozja gleb. SO2 pochodzący ze z
ródeł antropogennych powstaje główni
w wyniku spalania paliw kopalnych w trakcie którego utleniana jest siarka w nich
zawarta.
Dostaje się do atmosfery wraz ze spalinami , a następnie jest z niej usuwana w
wyniku suchej i mokrej depozycji, a także depozycji przez mgłę i kropelki chmurowe
.
Pod wpływem tlenu i obecnych w atmosferze katalizatorów , a także w reakcjach z
rodnikami, ozonem, i nadtlenkiem wodoru , SO2 utlenia się do H2SO4 . Kwas
siarkowy ulega dysocjacji elektr. w kropelkach wody , w wyniku czego powstają
jony SO4-2
i H+ , które stanowią gł. związki zakwaszające. Aerozol siarczanowy (SO4-2) ,
działając w kierunku jego osłabienia, przyczynia się do zmniejszenia widzialności
oraz ma bardzo szkodliwy wpływ na zdrowie ludzkie , wpływa również na zubożenie
warstwy ozonowej w stratosferze.. Zimą w obszarach wysoko uprzemysłowionych
SO2 przyczynia się do powstawania tzw. czarnego smogu , który ma bardzo
niekorzystny wpływ na środow. a szczególnie na zdrowie ludzkie.
Siarkę zawartą w węglu , zwaną siarką całkowitą dzieli się na siarkę palną, biorącą
udział w procesie spalania i na siarkę związaną wchodzącą w skład popiołu lotnego i
żużla. Podział ten jest umowny , gdyż siarka palna utleniona do SO2 I SO3 łączy się
częściowo w górnych partiach komory paleniskowej z cząstkami CaO i MgO
zawartymi w popiele lotnym , stając się siarką związaną.
Związki siarki. Zanieczyszczenie atmosfery powodują gazowe związki siarki - SO2,
SO3, H2S, kwas siarkowy H2SO4 i siarczany różnych metali.
Dwutlenek siarki (SO2 ) jest bezbarwnym, silnie toksycznym gazem o duszącym
zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze względu na duży ciężar
właściwy (2,93 kG/m3, gęstość względna 2,26). Powstaje m. in. w wyniku spalania
zanieczyszczonych siarką paliw stałych i płynnych (np. węgla, ropy naftowej) w
silnikach spalinowych, w elektrociepłowniach, elektrowniach cieplnych. Największy
udział w emisji SO2 ma przemysł paliwowo-energetyczny. Opalana węglem
elektrownia o mocy 1000 MW emituje do atmosfery w ciągu roku 140 000 ton siarki,
głównie w postaci SO2. Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i
w tym czasie może si przemieścić na bardzo duże odległości. W powietrzu SO2,
utlenia się do SO3, a ten z kolei łatwo reaguje z wodą ( z parą wodną zawartą w
powietrzu) tworząc kwas siarkowy - H2SO4, jeden ze składników kwaśnych
deszczów.
SO2 + 1/2 O2 => SO3 +H2O+ H2SO4
PRZYCZYNY I SKUTKI KWAŚNYCH DESZCZY
PRZYCZYNY SKUTKI
�� emisja związków siarki (np. z huty)
powoduje niszczenie biosfery
ponownego sadzenia drzew
�� -z
ródłem siarki w atmosferze mogą
być:
�� paliwa kopalne - spala się ich tak dużo
procesom przyspieszonego niszczenia w
każdego dnia, że następuje emisja
miastach o zasiarczonej atmosferze
milionów ton siarki do atmosfery w
(niszczenie budynków)
skali roku
jezior, zanim dotrą przechodzą przez warstwę
�� wulkany, bagna i morza również
gleby rozpuszczają wówczas glin, który
emitują związki siarki do powietrza i
normalnie byłby mocno związany z cząstkami
podobnie jak w przypadku paliw
gleby. Glin jest przenoszony do jeziora, gzie
kopalnych związki te mogą się
zatruwa niektóre organizmy wodne
przeobrazić w kwas siarkowy i
siarczany
gleby także w inny sposób, a mianowicie
wpływa na mikroorganizmy, które w
�� kwas siarkowy w opadach deszczu
pochodzi z dwutlenku siarki normalnych warunkach pomagają
emitowanego przez wszystkie kominy utrzymywać właściwości uprawne gleby, a
zakładów przemysłowych także na korzenie włosowate, które służą
roślinom do pobierania składników
�� większość siarki dostaje się do
pokarmowych
atmosfery podczas spalania węgla w
dużych elektrowniach lub przy
dawkom dwutlenku siarki może uruchomić
wytopie metali takich jak np. miedz

skomplikowany system odpornościowo-
genetyczny i doprowadzić do rozwoju
�� kwaśne deszcze zawierają oprócz
różnych zmutowanych formacji
kwasu siarkowego także kwas
azotowy; tlenki azotu powstają ze
powodu bezpośrednich uszkodzeń skrzeli i
spalania wszystkich paliw stałych w
innych narządów ciała spowodowanych
elektrowniach lub podczas innych
kwasem
procesów przemysłowych np. przy
i jakość ryb w jeziorach obniża się,
spalaniu w silnikach spalinowych
wiele gatunków nie jest w stanie przeżyć
głównie w samochodach, autobusach i
ciągnikach
�� elektrownia może wyemitować
dwutlenek siarki, różne tlenki azotu,
cząstki sadzy i innych substancji
�� samochód może być z
ródłem emisji
tlenku węgla, nie spalonych
węglowodorów, tlenków azotu
�� promienie słońca uderzające w tę
mieszaninę substancji mogą
wytwarzać ozon, nadtlenek azotu i
cały łańcuch bardziej
skomplikowanych substancji
chemicznych, które można odnalez
ć w
składzie miejskiego smogu
y
ródła emisji:
Uwalnia się przy spalaniu:
�� paliw kopalnych w elektrowniach
�� paliw kopalnych w paleniskach przydomowych
�� paliw w silnikach pojazdów.
Dwutlenek siarki jest przyczyną :
�� zwolnienia procesów fotosyntezy, oddychania i parowania,
�� małego przyrostu masy roślinnej,
�� uszkodzenia blaszek liściowych oraz zakłócenia ich rozwoju.
Dwutlenek siarki wchodząc w reakcję z parą
wodną tworzy kwas siarkowy (IV),
który opada w postaci kwaśnego deszczu.
Kwaśny deszcz zmienia chemizm gleby
i powoduje obumieranie lasu na znacznych
obszarach.
Szczególnie wrażliwe na zanieczyszczenia
powietrza SO2 są drzewa iglaste.
W tak popularnych regionach turystycznych jak
Karkonosze i Góry Izerskie obserwuje się
od pewnego czasu obumieranie lasów.
Badania powietrza w tym rejonie wykazały
bardzo dużą zawartość SO2.
Stopień zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego dwutlenkiem
siarki można określić na podstawie tzw. skali porostowej.
Pewne gatunki wykazują określoną wrażliwość na średnie roczne
stężenie SO2 w powietrzu.
Na niektórych obszarach występują tzw. pustynie porostowe.
19. Związki azotu w powietrzu atmosferycznym.
Gleby Ziemi są bogate w różnorodne związki azotu, co powoduje wytwarzanie wielu
śladowych substancji gazowych, zawierających ten pierwiastek. Można wymienić
mocznik (diamid kwasu węglowego NH2CONH2), jako typowy związek organiczny
wytwarzany biologicznie). W wyniku hydrolizy zachodzi przemiana NH2CONH2 w
amoniak (NH3) i CO2.
NH2CONH2 + H2O 2 NH3 + CO2
Jeśli gleba, w której przebiega hydroliza ma odczyn alkaliczny, może wydzielać się
gazowy amoniak, podczas gdy w środowisku kwaśnym amoniak reaguje z
wytworzeniem jonów amonowych(NH4+)
NH3 + H+ NH4+
Rośliny mogą pochłaniać glebowy NH3 lub NH4+ bezpośrednio, a niektóre
mikroorganizmy utleniają NH3, zużywając go jako z
ródło energii do oddychania.
Jedną z możliwych reakcji jest
2 NH3 + 2 O2 N2O + 3 H2O
Proces ten stanowi biologiczne z
ródło podtlenku azotu, trwałego gazu śladowego
występującego w troposferze. W przyrodzie przebiega wiele innych reakcji
związków azotowych w glebie, w których są wytwarzane gazy: NH3, N2, N2O i
monotlenek azotu (NO).
Ważnym z
ródłem azotu są także procesy spalania paliw. Obecne w paliwach
organiczne związki azotu podczas spalania łączą się z tlenem z powietrza tworząc
tlenki azotu (NOX). Reakcja między ditlenkiem azotu (NO2) i rodnikiem OH
prowadzi do powstania HNO3, który ma znaczący udział w kwaśnych deszczach.
20. Reakcje tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym.
NO2 + hv (długość fali poniżej 310 nm) O + NO
dysproporcja: 2 NO2 + H2O HNO3 + HNO2
powstawanie kwasu azotowego: NO2 + OHŁ HNO3
asocjacja: 2 NO2 N2O4
21.Kwaśne deszcze.
W warunkach naturalnych pH opadu atmosferycznego wynosi 5,6. Wartość
taką nadaje wodzie deszczowej proces rozpuszczania dwutlenku węgla.
CO2(g) + H2O(c)"!H2CO3(aq)
H2CO3(aq) "!H+(aq)+HCO-3(aq)
HCO-3(aq) "! H+(aq)+HCO-3(aq)
Opad, którego wartość pH jest niższa od 5,6 to kwaśny opad.
Głównymi substancjami które powodują zakwaszanie atmosfery, poniżej
naturalnego ph=5,6 a co za tymi idzie kwaśne deszcze są dwutlenek siarki i tlenki
azotu.
SO2(g)+H2O(c) "!H++HSO-3(aq)
2HSO-3(aq)+O2(aq)"!2H+(aq)+2SO2-4(aq)
H2O2+HSO-3 SO42-+H++H2O
O3+HSO3_SO42-+H++O2
NO2(g)+OH(g)"!HNO3(g)
N2O5+H20"!2HNO3
Naturalnym z
ródłem SO2 w atmosferze są wulkany. Istotną sprawą jest fakt,
że wulkany stanowią bardzo nieciągłe (w czasie i przestrzeni) z
ródło. Z tego względu
mogą one  jednorazowo wprowadzać stosunkowo duże ilości SO2. Dodatkowym
z
ródłem emisji są wulkaniczne pęknięcia i szczeliny łagodnie emitujące gazy przez
długi czas.
Antropogenicznym z
ródłem SO2 są z
ródła stacjonarne: kotły, palniki (w
tradycyjnych maszynach parowych), paleniska domowe, turbiny parowe oraz
elektrownie. Spalane w nich paliwo zawiera siarkę (np: węgiel 0,2-7,0; koks 0,3 - 0,9
; paliwa płynne 0,5 - 4,0% -masy) która utlenia się do SO2.Siarka częściowo
występuje w postaci pirytu FeS2.
4FeS2+11O28SO2+2Fe2+O3. Dodatkowo zanieczyszczenia metaliczne
zawarte w paliwach (żelazo lub mangan) katalizują przemianę rozpuszczonego SO2
do H2SO4.
W Europie przemysł  pompuje rocznie do atmosfery 34 mln ton dwutlenku
siarki i ok. 21 mln ton tlenków azotu. Obok spalania węgla, ropy naftowej,
naturalnych gazów, innych paliw kopalnych,  producentami kwasów do atmosfery
są konwencjonalne elektrownie, rafinerie ropy naftowej, zakłady chemiczne oraz
motoryzacja.
Kwaśne deszcze powodują zakwaszanie gleby, obumieranie dużej ilości
drzew, niszczenie runa leśnego i innych roślin (hamowanie fotosyntezy), a także
niszczenie budowli i innych obiektów stworzonych przez ciężką czasami
niewolniczą pracę człowieka. Jak wiadomo H2SO4 działa korozyjnie w stosunku do
elementów z żelaza i niszczy materiały budowlane.
Kwas siarkowy powoduje przemianę kamienia wapiennego w gips.
H2SO4+CaCO3+H2OCO2+CaSO4*2H2O
Gips jest rozpuszczalny pod wpływem wody deszczowej, ponadto gips zajmuje
większą objętość niż kamień wapienny i  eksploduje od wewnątrz .
22.Ozon w troposferze i atmosferze
Ozon (O3) w naturalny sposób powstaje na wysokości 30-50 km. Na wysokości
ok.25 km ozon już nie powstaje, jak również nie ulega rozpadowi. Powoli osiadając
tworzy maksymalną koncentrację na wysokości ok. 23 km. Ta warstwa atmosfery to
stratosfera, w której występuje prawie 90% ozonu. Do dolnych, gęstych warstw
atmosfery ozon przenika w niewielkich ilościach, gdzie szybko ulega rozpadowi.
Jest to troposfera, której pułap sięga (w zależności od szerokości
geograficznej)wysokości 8-17 km, zawierająca około 10% ozonu. W stratosferze
ozon stanowi swoistą "tarczę ochronną" chroniącą biosferę Ziemi. W troposferze jest
niepożądany, gdyż należy do gazów cieplarnianych. Ozon troposferyczny jest
zanieczyszczeniem wtórnym. Powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych
zachodzących w powietrzu zanieczyszczonym tlenkami azotu, węglowodorami i
tlenkiem węgla (są to głównie reakcje transformacji tlenowych związków azotu)
pochodzących ze z
ródeł antropogenicznych, głównie transportu drogowego.
Formowaniu ozonu sprzyja wysoka temperatura, duże nasłonecznienie i duża
wilgotność powietrza. Przy wyższych stężeniach ozon powoduje podrażnienia oczu,
głównie zapalenie spojówek, zmiany w parametrach widzenia, zmiany czynności
płuc (szczególnie u dzieci), zwiększoną częstotliwość ataków astmy oraz wzrost
zachorowalności na raka skóry.
Substancje które przyczyniają się do tworzenia ozonu przyziemnego w powietrzu
tlenki azotu, tlenek węgla, etan, etylen, acetylen, propan, propylen, butan, i-butan, 1-
buten, trans-2-buten, cis-2-buten, 1,3-butadien, pentan, i-pentan, 1-penten, 2-penten,
izopren, heksan, i-heksan, heptan, oktan, i-oktan, benzen, toluen, etylobenzen, m+p-
ksylen, o-ksylen, 1,2,4-trimetylobenzen, 1,2,3-trimetylobenzen, 1,3,5-trimetylobenzen,
formaldehyd, węglowodory inne niż metan ogółem
Powstawanie ozonu jest procesem fotochemicznym, w którym zużywana jest
energia, którą niesie światło. Dostateczną ilość energii , potrzebną do powstania
ozonu, zawiera promieniowanie nadfioletowe o dl fali mniejszej niż 242nm.
O2(g) + h Ł� O(g) + O(g)
h -foton promieniowania nadfioletowego
pojedyncze atomy tlenu powstałe w tej reakcji mogą reagować z O2
O2(g) + O(g) Ł� O3(g)
Wytwarzanie ozonu może być zrównoważone reakcją rozkładu O3(g) :
O3(g) + h Ł� O2(g) + O(g)
O3(g) + O(g) Ł� 2O2(g)
O(g) + O(g) + M(g) Ł� O2(g) + M(g)
gdzie M.   trzecie ciało (zazwyczaj cząsteczka O2 lub N2 , które unosi nadmiar
energii wyzwalającej się podczas reakcji.
23. Utleniacze w powietrzu atmosferycznym
Utleniacze są zanieczyszczeniami wtórnymi, powstałymi na drodze reakcji
chemicznych podstawowych zanieczyszczeń. Zalicza się do nich między innymi
ozon, który tworzy się w atmosferze pod wpływem światła słonecznego na skutek
reakcji pomiędzy tlenkami azotu a węglowodorami. Tlenek węgla (CO) powstaje
wskutek niezupełnego spalania i w mniejszym lub większym stopniu powstaje we
wszystkich procesach spalania. W atmosferze utlenia się do dwutlenku węgla (CO2).
Głównym z
ródłem emisji tlenku węgla jest transport drogowy, a w szczególności
pojazdy z silnikami benzynowymi. Innym dużym z
ródłem CO jest sektor komunalny
i rolnictwo oraz niektóre procesy przemysłowe (produkcja stali). Jest on gazem silnie
toksycznym jednak ze względu na małą gęstość (1,25 kg/m3) rozprzestrzenia się
szybko w powietrzu atmosferycznym. y
ródłem antropogenicznym dwutlenku węgla
(CO2), będącego głównym gazem cieplarnianym, są wszystkie procesy spalania
węgla, produktów naftowych, torfu i innych paliw.
Dwutlenek węgla nie jest gazem toksycznym i jego zawartość w powietrzu nie jest
normowana. Wyniki zawartości CO2 w powietrzu dają jednak informację o ogólnym
stanie jego zanieczyszczenia, ponieważ emisji dwutlenku węgla towarzyszy we
wszystkich procesach przemysłowych emisja innych zanieczyszczeń powietrza.
Jest gazem, który w największych ilościach wśród zanieczyszczeń gazowych
emitowany jest do atmosfery. Istnieje obawa, że dalszy wzrost koncentracji
dwutlenku węgla (a także pary wodnej, która jest najskuteczniejszym gazem
cieplarnianym) w powietrzu spowoduje podniesienie temperatury powierzchni ziemi
w wyniku spotęgowania efektu cieplarnianego, co wywoływać będzie dalsze
zwiększone parowanie, a to z kolei wymusza dalszy wzrost temperatury
Utleniacze fotochemiczne to grupa zanieczyszczeń powstających w wyniku reakcji
chemicznych zachodzących pod wpływem promieniowania słonecznego w powietrzu
zanieczyszczonym tlenkami azotu i węglowodorami. Głównym składnikiem tej
grupy jest ozon. Podwyższone stężenia ozonu mogą u osób wrażliwych powodować
podrażnienie górnych dróg oddechowych i oczu, kaszel i ból głowy. Zwiększa się też
prawdopodobieństwo występowania ataków astmy. Możliwe są uszkodzenia części
zielonych roślin. Stężenia ozonu w czystym powietrzu, w przyziemnej warstwie
3
, natomiast w obecności tlenków azotu
i węglowodorów (tzw. prekursorów ozonu) mogą być znacznie większe.
Formowaniu ozonu w dolnej atmosferze sprzyja wysoka temperatura powietrza oraz
duże natężenie promieniowania słonecznego. Stężenia ozonu zmieniają się
cyklicznie w okresie doby, tygodnia i roku. Na ich poziom największy wpływ mają
warunki meteorologiczne (zwłaszcza natężenie promieniowania słonecznego i
temperatura powietrza) oraz zmiany natężenia emisji i stężeń tlenków azotu i
węglowodorów.
24. Freony w powietrzu atmosferycznym  dziura ozonowa
Freony to gazy - chlorowe i fluorowe pochodne węglowodorów (CFC) - do
niedawna powszechnie stosowane w dezodorantach i w lodówkach jako materiał
chłodzący. CFC dzięki swej niemal całkowitej chemicznej bierności były uważane za
idealny surowiec. Jednak uwalniane w coraz większej ilości zaczęły się
przedostawać do wyższych warstw atmosfery ( stratosfery)- tam, gdzie jest ozon(ok.
90%). Pod wpływem pochodzącego ze Słońca promieniowania UV we freonach
pękają wiązania chemiczne i rozpadają się one - podobnie jak tlen - na poszczególne
atomy. Uwalniający się chlor powoduje, że cząsteczki ozonu rozpadają się.
Przerwany zostaje łańcuch reakcji, dzięki którym promienie UV nie docierają do
Ziemi. Reakcja fotodysocjacji dla przykładowego przebiega w następujący sposób:
CFCl3(g) + h Ł� CFCl2(g) + Cl(g)
CF2Cl2(g) + h Ł� CF2Cl2(g ) + Cl(g)
W reakcjach tych powstają atomy chloru, które reagują z O3
O3(g) + Cl(g) Ł� O2(g) + Cl(g) + ClO(g)
ClO(g) + O(g) Ł� O2(g) + Cl(g)
Co daje w sumie:
O3(g) + O(g)Ł� 2O2(g)
ClO które powstaje w wyniku reakcji atomów chloru z O3 nie musi reagowac z
tlenem, a zamiast tego może wchodzić w interakcje ze związkami azotu
ClO(g) + NO2(g) + M Ł� ClONO2(g) + M. M. -  trzecie ciało
W obecności cząstek stałych chlor może być uwolniony ponownie w reakcji:
ClONO2(g) + HCl Ł� Cl2(g) + HNO3(g)
Cl2(g) + h Ł� 2Cl(g)
2Cl(g) + 2O3(gŁ� 2ClO(g) + 2O2(g)
2ClO(g) + M. Ł� Cl2O2(g) + M
Cl2O2(g) + h Ł�ClO2(g) + Cl(g)
ClO2(g) + M.Ł� Cl(g) + O2(g) + M.
Po zsumowaniu wyżej wymienionych 6 reakcji otrzymujemy:
2O3(g) Ł� 3O2(g)
reakcje te przebiegają wyjątkowo szybko w niskiej temperaturze. Co w pewien
sposób może tłumaczyć dramatyczny spadek ilości ozonu, obserwowanego nad
kontynentem antarktycznym.
25. Budowa i skład skorupy ziemskiej.
W skład skorupy ziemskiej wchodzą:
- skały kwaśne krzemianowe
- skały zasadowe z piroksenu i oliwinu ??
Skład pierwiastkowy skorupy ziemskiej:
- minerały zawierające: O2  46.6%; Si  27.7%; Al  8.1%; Fe  5.6%; Ca  3.6%;
Na  2.8%; K  2.6%; Mg  2.1%; inne  1.4%
- woda i powietrze glebowe
Woda jest higroskopijnie związana siłami Van der Waalsa z cząsteczkami
glebowymi. Część wody jest związana trwale i nie może zostać pobrana przez
rośliny, a często występuje jako woda wolna zawierająca rozpuszczone związki
organiczne
Powietrze glebowe zawiera metan, siarkowodór, oraz zwiększoną ilość CO2
Skorupa ziemska od środka składa się z:
- jądra wewnętrznego
- jądra zewnętrznego
- płaszcza dolnego i górnego
- skorupy ziemskiej go 40km
Jądro wypełnione jest ciekłymi metalami: Ni, Si, Fe. W płaszczu dolnym są tlenki
magnezu i żelaza, płycej występują krzemiany magnezu i żelaza.
26. Skład glebowy (ogólnie).
Gleba zbudowana jest nie tylko z ciał stałych  minerałów, ale także z wody i
powietrza glebowego. Część wody jest higroskopijnie związana siłami Van der
Waalsa z cząstkami glebowymi. Część wody jest związana trwale i nie może zostać
pobrana przez rośliny, a część występuje jako woda wolna zawierająca rozpuszczone
związki organiczne. Wodę glebową ze względu na stopień związania dzielimy na:
- wodę gruntową  wypełnia wolne przestrzenie w gruncie, podlega ruchowi
- wodę grawitacjną  wypełnia szerokie przestrzenie między cząsteczkami gleby, jest
łatwo dostępna dla roślin, przyczynia się do przewietrzania gleb
- wodę kapilarną  wypełnia włosowate kanaliki glebowe i jest dostępna dla roślin
- wodę błonkowatą  tworzy się na powierzchni wody higroskopijnej, jest słabiej
związana niż woda higroskopijna. Bierze udział w procesach glebowych.
Powietrze glebowe zawiera siarkowodór, metan i zwiększoną zawartość CO2.
Wierzchnia warstwa gleby podczas suszy zawiera tylko kilka % wilgoci, podczas
gdy warstwa wodonośna do 50%.
Stałe składniki mineralne gleby:
- kwarc SiO2
- krzemiany MeSiO3
- glinokrzemiany:
- skalenie
-ortoklaz K2O*Al2O3*6SiO2
-albit Na2O*Al2O3*6SiO2
-anortyt Ca2O*Al2O3*6SiO2
- miki
-muskowit K2O*3Al2O3*SiO2*2H2O
-wapień, kalcyt
Magnezyt
-dolomit
-gips, alabaster
-hematyt, syderyt, magnetyt
-diaspor, boksyt
-CaSiO3+2H2O->SiO2+Ca(OH)2
27. Woda i powietrze glebowe.
Powietrze glebowe występuje tylko w strefie areacji. Zawiera ono CH4, H2S, i
wyższe w stosunku do atmosfery stężenie CO2.
Wodę higroskopijną można podzielić ze względu na stopień związania z glebą:
- wodę higroskopijną, związaną siłami Van der Waalsa z cząsteczkami glebowymi i
nie może być pobrana przez organizmy żywe
- woda gruntowa  wypełnia wolne przestrzenie w gruncie i podlega ruchowi
- woda grawitacyjna  wypełnia średnie przestrzenie między cząsteczkami gleb. Jest
łatwo dostępna dla roślin i przyczynia się do przewietrzania gleb.
- woda kapilarna  wypełnia włosowate kanaliki glebowe i jest dostępna dla roślin
- woda błonkowa  tworzy się na powierzchni wody higroskopijnej, jest słabiej
związana niż woda higroskopijna. Bierze udział w procesach glebowych.
Powietrze glebowe zawiera siarkowodór, metan i zwiększoną zawartość CO2.
Wierzchnia warstwa gleby podczas suszy zawiera tylko kilka % wilgoci, podczas
gdy warstwa wodonośna do 50%.
25. Skład gleby gleba  kilkudziesięciocentymetrowa warstwa gruntu; struktura
gleby: porowata (dużo wolnych przestrzeni pomiędzy cząsteczkami (ziarnami) ciała
stałego)oprócz części stałych w glebie zawarte również powietrze i woda  ich
zawartość różni się w zależności od rodzaju gleby, woda penetruje glebę, wypełnia
wolne przestrzenie i zatrzymuje się na pewnych głębokościach (np. na glinie)
tworząc warstwę wodonośną (lustro wody) powyżej warstwy wodonośnej również
znajduje się woda, a także powietrze glebowe  o zmienionym składzie (zawiera
m.in. produkty rozkładu substancji organicznej np. CO2);
CZ
ŚCI STAA
E GLEBY: substancje mineralne  na pewnej głębokości w ogóle
nie ma części organicznych, tylko same mineralne np. piasek kwarc: SiO2
(krzemionka) krzemiany: augit, glaukonit glinokrzemiany:
skalenie; ortoklaz: K2O � Al2O3 � 6SiO2;albit: Na2O � Al2O3 � 6SiO2;anortyt:
CaO � Al2O3 � 6SiO2; miki (budowa blaszkowa);muskowit (illit, welmikulit):
K2O � Al2O3 � 6SiO2 � 2H2O;kalcyt, dolomit: CaCO3 � MgCO3;magnezyt:
MgCO3;syderyt: FeCO3; gips: CaSO4; hematyt: FeO3; magnetyt: FeO4 (FeO �
Fe2O3); diaspor: Al2O3
substancje organiczne  obecność związana z procesami biologicznymi, bo w
glebie żyją organizmy i rośliny, które ulegają rozkładowi  powstają produkty
przemiany m.in. związki humusowe (te są trwałe); może być nawet do 50%
związków organicznych (np. torf, czarnoziemy); piaski  b. mało substancji
organicznych
minerały: związki o budowie krystalicznej z ewentualnymi zanieczyszczeniami
(domieszkami); rozpad takich skał  nazywany procesem wietrzenia  powoduje
powstawanie gleby
gleby: zawierają minerały powstałe z rozpadu minerałów pierwotnych oraz z
wietrzenia skał
kwarc: ostateczny produkt wietrzenia; trwały związek chemiczny; podstawowy
składnik piasku
RODZAJE WIETRZENIA: utlenianie: ulegają mu siarczki i żelazo;
karbonatyzacja: w wyniku tego procesu powstają węglany CaCO3; kaolinizacja: w
wyniku tego procesu powstaje kaolinit Al2O3 � 2SiO2 � 2H2O; desilikacja: w wyniku
tego procesu powstaje SiO2 ; hydratacja: w wyniku procesu cząsteczki wody
przyłączają się do cząsteczek związku
27. Woda i powietrze w glebie Zawartość wody i powietrza w glebie jest różna w
czasie. Gleba ma strukturę porowatą, ma dużo wolnych przestrzeni pomiędzy
granulkami ciała stałego. Są one zajmowane przez wodę albo powietrze. Woda na
pewnej głębokości ma swoje lustro (warstwa wodonośna). Powyżej tez jest woda, ale
z powietrzem glebowym, które częściowo zostało przekształcone pod wpływem
procesów( głownie rozkład materii organicznej). Pod czas utleniania tlenu powstaje
CO2( pod wpływem temperatury nie zmienia objętości). Woda obecna w warstwie
wodonośnej jest niej lub bardziej związana z cząstkami stałymi.
W zależności od stopnia związania wodę dzielimy na:
-woda gruntowa- swobodna, nie związana z cząstkami gleby, płynąca, wypełnia
przestrzenie
-woda grawitacyjna- wypełnia szerokie przestrzenie pomiędzy cząstkami gleby, jest
łatwo dostępna dla roślin i przyczynia się do przewietrzania gleb. Znajduje się nad
lustrem wód gruntowych.
-woda kapilarna- wypełnia włoskowate kawałki glebowe, jest dostępna dla roślin
(siły kapilarne). Woda przylega do ścianek. Siły włoskowate powodują, ze ta woda
nie może spłynąć. Zostaje ona zatrzymana.
-woda błonkowata- tworzy się na powierzchni błonek wody higroskopijnej. Jest
słabiej związana niż woda kapilarna. Bierze udział w procesach glebowych.
-woda higroskopijna- jest związana siłami Van der Waalsa z cząstkami glebowymi
i nie może być pobrana przez mikroorganizmy i rośliny wyższe.
W wierzchniej warstwie gleby jeśli gleba jest sucha, to mamy tylko higroskopijną (
parę wodna %), która zawsze może wyparować. A przy słabym parowaniu wartość
jej może sięgać do 20%. Im głębiej tym zawartość wody w glebie rośnie. W
warstwie wodonośnej może jej być 50%, w zależności od porowatości gruntu.
28. Substancje mineralne gleb. Skorupa Ziemska składa się z wielu związków
chemicznych o różnych strukturach. Minerały obecne w skorupie : (zaw. 46,8%
tlenu); krzem  27,7% (krzemionki, krzemiany, glinokrzemiany); glin  8,1%;
żelazo  5%; wapń  3,6%; sód  2,8%; potas  2,5%; magnez  2,1%;pozostałe (
fosfor, mangan, bór, miedz
, molibden, kobalt) 1,4%. W zależności od stopnia
zwietrzenia części mineralne gleby dzieli się według wielkości na: części
szkieletowe (kamienie, żwir)  powyżej 1mm średnicy, części ziemiste  poniżej
1mm średnicy (piasek, pył), części spławiane  poniżej 0,02 lub 0,01mm, a wśród
nich ważne części ilaste (to znaczy ił koloidowy) - poniżej 0,0001 lub 0,0002mm.
Cząstki ziemiste, najczęściej połączone w agregaty, tworzą strukturę gleby,
określającą stosunki wodno-powietrzne w glebie. O strukturze gleby decyduje układ
cząsteczek mineralnych, zlepionych substancjami koloidowymi, tworzących różne
agregaty.
Minerały wchodzące w skład gleby ( pod względem chemicznym):
1)Krzemiany ( połączenie krzemionki z tlenkiem innego metalu) :kwarc ( SiO2) 
nie rozkłada się już do żadnego związku; augit; glaukonit 2)Glin ( tlenek glinu 
może tworzyć połączenie z tlenkiem zasadowym)W krzemianach w wyniku różnych
procesów krzem może być zastępowany glinem. Połączenia tlenków metali, glinu,
krzemu  to glinokrzemiany, proporcje tych połączeń są różne: a) skalenie np.:
ortoklaz K2O�Al2O3�6SiO2; albit Na2O�Al2O3�6SiO2; anostyt CaO�Al2O3�6SiO2 b)
miki, o budowie warstwowej np.: muskowit K2O�3Al2O3�6SiO2�2H2O. Wśród glinu
bardzo istotną rolę odgrywają substancje ilaste, są to glinokrzemiany pozbawione
trzeciego tlenku, charakteryzują się drobnymi rozmiarami < 0,2�0,4 źm >. Ze
skupisk iłów glinokrzemianowych powstają masy łupków ilastych. Gleba powstaje
ze skały macierzystej w procesie wietrzenia, które obejmuje między innymi
hydrolizę kwaśną , zachodzącą w obecności CO2. Końcowym etapem takiej reakcji
mogą być różne tlenki, przy czym tlenki glinu i krzemu są nierozpuszczalne w
wodzie. Z minerałów ilastych powstałych w wyniku wietrzenia glinokrzemianów
najważniejszymi są : kaolinit, haloizyt, montmorylonit, nontronit, beidelit, pirofilit i
alofauny. Minerały te stanowią główne składniki gleby. Kaolinit, wchodzący w skład
gliny, przedstawia glinokrzemian o stosunku krzemu do glinu 1:1. W strefie
podzwrotnikowej hydroliza glinokrzemianów doprowadza do powstania
koloidalnych osadów wodorotlenku glinowego i uwodnionej krzemionki, wskutek
czego tworzy się boksyt bądz
lateryt (boksyt zawierający znaczny procent tlenków
żelaza) i opal (uwodniona krzemionka). 3)Węglany wapnia i magnezu : kalcyt (
węglan wapnia); dolomit CaCO3�MgCO3 (jest to mieszanina chemiczna, nie
fizyczna); magnezyt MgCO3 ; gips CaSO4;diaspor ( wolny tlenek glinu ) Al2O3 4)
Żelazo  5% zawarte w litosferze
W wyniku hydrolizy soli żelazowych powstają skupienia koloidalnego osadu
Fe(OH)3. Osad ten przeobraża się w limonit (towarzyszy mu często kwas fosforowy)
i hematyt.- syderyt (żelazo) FeCO3 z wodą daje rozpuszczalny wodorowęglan i to
jest z
ródło żelaza w wodach podziemnych;- hematyt Fe2O3; - magnetyt Fe2O4. W
trakcie procesu wietrzenia może zachodzić utlenianie żelaza i manganu np.: Fe2O3 �
FeO + 2O2 6Fe2O3 (magnetyt przechodzi w hematyt)
Redukcja żelaza zachodzi w obecności reduktorów np.: siarkowodoru. Duża część
żelaza nie występuje w postaci krystalicznej tylko w koloidalnej. Skład mineralny
gleby ma wpływ na jej barwę np.: gleba zasobna w związki żelaza - barwa
czerwona.
29. glinokrzemiany. Materiały ilaste W przyrodzie występuje około 800 znanych
minerałów krzemianowych co czyni z nich najliczniejszą grupę minerałów.
Ilościowy udział krzemianów i glinokrzemianów w budowie skał wynosi około 75%
wagowych. Krzemiany, oprócz dominującego znaczenia skałotwórczego, mogą być
także z
ródłem wielu cennych metali (np. krzemiany Ni, Zn, Zr, Li), tworzą również
złoża wielu ważnych surowców mineralnych (kaolin, azbest, skalenie). Krzemiany,
w których część anionów [SiO4]4 - zastąpiona jest anionami [AlO4]5 - , określane są
jako glinokrzemiany. Glinokrzemiany, krzemiany glinu, podwójne tlenki o ogólnym
wzorze mAl2O3�" nSiO2. Najprostszemu wzorowi (Al2O3�" SiO2) odpowiadają:
andaluzyt, sylimanit, dysten. Ważniejszymi glinokrzemianami są także: kaolinit
Al2O3�" 2SiO2 i topaz Al2SiO4(OH,F)2.Andaluzyt, Al2[SiO]5, minerał, polimorficzna
odmiana krzemianu glinu. Krystalizuje w układzie rombowym, kryształy słupkowe,
prążkowane, w przekroju poprzecznym kwadratowe. Barwa różowawa,
czerwonawobrązowa, różowoczerwona, biała, białoszara, żółtawa, zielonkawa .
Używany do wyrobu ceramiki szlachetnej oraz materiałów ogniotrwałych
i kwasoodpornych. Znajduje również zastosowanie w jubilerstwie. Sylimanit,
sillimanit, Al2SiO5, krzemian(IV) glinu, minerał, modyfikacja polimorficzna
krzemianu glinu. Krystalizuje w układzie rombowym, w formie włóknistych lub
igiełkowych skupień. Barwa najczęściej biała, szarawa, brunatnawa lub zielonawa.
Częsty składnik skał metamorficznych (głównie gnejsów i łupków
łyszczykowych).Dysten, cyjanit, minerał, krzemian glinu (glinokrzemiany), o barwie
niebieskiej, zazwyczaj o szklistym połysku, składnik wielu skał metamorficznych.
Dysten stosowany jest do wyrobu materiałów kwasoodpornych i ogniotrwałych.
Kaolinit (Al4(OH)8Si4O10), pospolity minerał, składnik iłów i glin. Powstaje podczas
wietrzenia (kaolinizacji) skał zawierających znaczne ilości skaleni. Topaz,
Al2SiO4(OH, F)2, przezroczysty minerał o różnych odcieniach (głównie żółty lub
złocisty, czasem zielonawy, niebieski, czerwony). Wzorzec mineralogiczny w skali
twardości Mosha. Mullit, 3Al2O3�" 2SiO2, składnik materiałów ogniotrwałych
i elektroizolacyjnych (tzw. mullitowych). Otrzymywany w procesie wypalania
minerałów zawierających tlenek glinu i dwutlenek krzemu w odpowiednich
ilościach, np. sylimanitu, cyjanitu, andaluzytu, a także mieszanin kaolinu i tlenku
glinu.
MINERAA
Y ILASTE Minerały ilaste są uwodnionymi glinokrzemianami Al, Mg i
Fe, należącymi do krzemianów warstwowych. W zależności od wzajemnego układu
warstw oktaedrów i tetraedrów mogą one należeć do krzemianów: *
dwuwarstwowych o typie budowy 1:1, gdzie warstwa oktaedrów jest trwale i
jednostronnie połączona z warstwą tetraedrów ; * trójwarstwowych o typie budowy
2:1, gdzie warstwa oktaedrów zamknięta jest między dwoma warstwami tetraedrów
zwróconych do siebie wierzchołkami. Minerały ilaste na podstawie budowy dzieli
się na: dwuwarstwowe: grupa kaolinitu (kandyty) - kaolinit, hydrohaloizyt i dickit.
trójwarstwowe: grupa hydromik: illit i hydromuskowit, grupa montmorillonitu
(smektyty): montmorillonit i beidelit, grupa wermikulitu: wermikulit. allofany -
formy bezpostaciowe, Al2 . SiO2 . nH2O. Minerały ilaste powstają głównie w wyniku
wietrzenia chemicznego innych glinokrzemianów, mogą także krystalizować z
roztworu. Rodzaj powstających minerałów ilastych zależy od składu chemicznego
wietrzejącego minerału pierwotnego oraz od warunków środowiska (odczynu,
obecności różnych jonów itp.). Odczyn kwaśny sprzyja powstawaniu kaolinitu,
obojętny lub alkaliczny - montmorillonitu. Grupa minerałów ilastych wyróżnia się
zespołem charakterystycznych cech, do których należą: 1. Powierzchnia właściwa -
cząstki ilaste ze względu na ich drobne wymiary posiadają dużą powierzchnię
zewnętrzną , 2.Elektroujemne ładunki - cząstki ilaste posiadają zazwyczaj ładunek
ujemny. Powoduje on przyciąganie przez powierzchnię minerału ilastego ogromnej
ilości kationów. W ten sposób powstaje tzw. podwójna warstwa jonowa,
3.Właściwości fizyczne - w zależności od uwilgotnienia minerały ilaste wykazują
odmienne właściwości. W stanie wilgotnym są one plastyczne i maziste, zaś w
trakcie suszenia kurczą się, przechodząc w zwięzły i silnie scementowany materiał.
Właściwości te decydują o szeregu właściwości fizycznych gleb, takich jak
pęcznienie i kurczliwość, czy plastyczność i lepkość KAOLINIT Al4(OH)8(Si4O10) -
najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni) w
środowisku wilgotnym i w obecności CO2 (odczyn kwaśny). Proces kaolinizacji
rozwija się zwłaszcza w skałach granitowych i pokrewnych. Kaolinit jest głównym
składnikiem glin i iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w
których wchodzi w skład frakcji ilastej. ILLIT-najczęściej jest produktem wietrzenia
glinokrzemianów (głównie skaleni). Może również powstawać w procesach
przemian innych minerałów ilastych i muskowitu. Illit jest pospolitym składnikiem
iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład
frakcji ilastej. MONTMORILLONIT - powstaje w strefie wietrzenia ciemnych skał
magmowych: diabazów, bazaltów i gabra w warunkach alkalicznych. Jest on
głównym składnikiem iłów bentonitowych. W glebach występuje jedynie tam, gdzie
zaistniały warunki alkaliczne, niezbędne przy jego tworzeniu. WERMIKULIT jest
produktem wietrzenia lub hydrotermalnego rozkładu biotytu. Występuje
powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
Część substancji ilastej występuje w glebach w postaci amorficznej. Odnosi się to do
niektórych uwodnionych tlenków żelaza i glinu oraz części krzemionki, zwłaszcza w
glebach powstałych z popiołów wulkanicznych. Grupę tych związków określa się
wspólnym mianem allofanów, będących słabo dotychczas poznaną kombinacją
krzemionki i półtoratlenku glinu. Pojemność sorpcyjna allofanów jest bardzo duża.
Na szczególną uwagę zasługuje fakt, iż pojemność ta odnosi się nie tylko do
kationów (jak w przypadku pozostałych minerałów ilastych), ale również do
anionów. Mechanizm powstawania niezrównoważonych ładunków w tego typu
minerałach nie został jeszcze poznany, wiadomo jednak, iż mają one charakter
zależny od pH
30. Substancje organiczne gleb Zawartość w glebie 10%/suchą masę gleby; różna
dla różnych gleb. Powstają z procesów zachodzących na powierzchni Ziemi:
biochemicznych, życiowych, rozkładu resztek organizmów gł. roślin. Materia
organiczna w glebie: 1)substancje próchnicze (humusowe) 2)subst bitumiczne
3)węglowodory 4)białka 5)aminokwasy 6)nie do końca rozłożone cząstki org,
bakterie, fauna w ogóle. Rozkładające się rośliny rosnące na glebie powodują
powstanie subst humusowych. Są one produktami syntezy przejściowych produktów
utleniania zw org. Zanim do tego dojdzie, gleba zawiera wiele cząstek org, nieorg,
resztek organizmów, głównym składnikiem gleby jest próchnica. Próchnicę
stanowią: a)związki humusowe (głównie) i b)bituminy. Związki humusowe w glebie
zawierają: 1)kwasy fulwowe (łatwo wymywane > mało) 2)kwasy huminowe
(znacznie większy udział niż w wodzie) 3) huminy (zw o podobnej budowie
zawierające więcej części mineralnych czyli połączeń z metalami oraz mniej
związków hydroksylowych decydujących o rozpuszczalności). W kwasach
huminowych jest większy udział pierścieni aromatycznych, większa jest masa
cząsteczkowa i rozmiary, a mniejsza jest rozpuszczalność w wodzie (od kilku tys do
ponad stu tys), zawierają dużo połączeń z metalami. Jest to frakcja najmniej
przekształcona związków humusowych. Związki humusowe mogą ze sobą reagować
tworząc związki mieszane z iłem. W ile jest glin, a w zw humusowym wodór.
Cząstka humusowa może łączyć się z ilastą. Bituminy są to naturalne składniki
organiczne gleb, stanowią mieszaninę kilku różnych typów związków. Skład:
węglowodory alifatyczne (wysoka masa cząsteczkowa), w. skondensowane
aromatyczne, wielkocząsteczkowe estry. Węglowodory o m. cz. 40 i więcej: mogą
posiadać grupy COO- i rodnik; nierozpuszczalne w wodzie. Są to utlenione
węglowodory. Od typowych subst humusowych różnią się większą zawartością C, a
mniejszą tlenu.
31. Właściwości sorpcyjne gleb. Kompleks sorpcyjny. Właściwości sorpcyjne
gleby polegają na zatrzymywaniu w niej cząstek stałych, niektórych gazów i par, a
przede wszystkim różnych związków chemicznych i jonów. Rola zdolności
sorpcyjnych: odżywianie się roślin (pobieranie składników pokarmowych gleby);
nawożenie gleb (jego efektywność, wielkość strat składników i przenikanie jonów do
wód gruntowych i powierzchniowych; zatrzymywanie różnych związków, np. metali
ciężkich, pestycydów itp. 5 rodzajów sorpcji wg Giedroycia: 1.Sorpcja biologiczna
 polega na przetwarzaniu składników pokarmowych na własną materię organiczną
przez organizmy żywe. 2.Sorpcja mechaniczna  jest to zatrzymywanie cząstek
stałych, mineralnych mineralno-organicznych i organicznych w porach glebowych.
3.Sorpcja fizyczna  polega na pochłanianiu gazów, par i związków
niedysocjujących przez ich zagęszczanie na powierzchni fazy stałej. 4.Sorpcja
chemiczna  jest to zatrzymywanie nierozpuszczalnych wodzie soli powstających
wyniku reakcji chemicznych zachodzących w glebie. 5.Sorpcja wymienna  polega
na adsorbowaniu związków dysocjujących, tzn rozpadających się w wodzie na jony,
przez aktywną część fazy stałej gleby, zwaną kompleksem sorpcyjnym, z
zachowaniem zdolności do wymiany zasorbowanych jonów z roztworem glebowym.
Kompleks sorpcyjny  koloidalna część fazy stałej gleby wraz z zaadsorbowanymi
wymiennie jonami. Skład kompleksu sorpcyjnego: 1.koloidy mineralne-
glinokrzemiany;- krystaliczne wodorotlenki i tlenki żelaza oraz glinu-minerały
amorficzne czyli niekrystaliczne 2.koloidy organiczne:  głównie próchnica
glebowa; 3.koloidy organiczno-mineralne  tj kompleksowe połączenia próchnicy z
minerałami ilastymi
32. Metale w środowisku
Metale ciężkie  przyjmuje się, że to te których gęstość przekracza 6kg/dm3. Inne też
mogą mieć znaczenie ekologiczne. O istotności zanieczyszczenia decyduje jego
szkodliwość i ilość.
Dużo jest:
Zn (zużycie 1mln t/rok),
Ni(300tys),
Cd(22tys),
Hg(8tys),
Cu,
Pb,
Cr(800tys).
Mobilność pierwiastków: - ołów jest najmocniej wiązany w glebie, jego mobilność
jest b. mała; - Cd, Cu, Zn są najbardziej mobilne.
y
ródła:
1)naturalne (geochemiczne): pokłady rud, metali, z których są wymywane i
rozprzestrzeniane oraz wulkany.
2)antropogeniczne: przemysł wydobywczy, kopalnictwo, przetwórstwo, metalurgia,
użytkowanie, odpady (składowiska odpadów przemysłowych i wysypiska śmieci),
transport samochodowy (>metale w powietrzu).
Hg (naturalne stężenia: gleba 1mg/kg sm, wody: rzeki 0,01(g/l, morza 0,005 (g/l,
powietrze 0,06-0,6(g/m3), Cd (g. ponad 2, w. 0,1-5, p. 0,003-0,6), As (w. do 22), Pb
(g. do 40, w. do 20). Stężenia naturalne rosną wskutek migracji antropogenicznych
zanieczyszczeń. Im większe zużycie tym poziom zanieczyszczenia będzie większy
np. Zn (w Polsce kilkaset mg/kg sm) występuje w ilościach, proporcjach większych
niż wynikałoby to z zużycia (Cu  kilkadziesiąt; Cr zbliżony do Pb).
Formy występowania:
1)jonowa. Tak jak każdy metal w roztworze wodnym lub glebowym.
2)zw nierozpuszczalne (cząstki stałe)  wodorotlenki, węglany, fosforany (mniej),
siarczki (w osadach dennych wód, w warunkach beztlenowych), siarczan ołowiu.
3)organiczne połączenia metali (Hg, Pb, As, cyna).
Wskutek procesów biochemicznych w osadach dennych powstaje. aminy org.
reagujące z jonami metali, gr. CH3 odrywa się z tej struktury i powstają połączenia
org. np. (CH3)2Hg dimetylortęć, CH3Hg(+) kation dimetylortęciowy, CH3HgOH,
(CH3Hg)2S siarczek metylortęci, CH3HgCl chlorek m. Zdolność do tworzenia
połączeń metylowo-metanowych zależy od warunków utleniająco-redukujących i od
pH (niższe  mniej przyłączeń).
Przemiany metali: przenikanie Hg do różnych elementów środowiska: łatwo
przenika do rtęci metalicznej. Schemat: (atmosfera<)Hg<->Hg(2+) (woda) <-> 1)
HgS, 2)CH3Hg(+) (woda-osady) <-> (CH3)2Hg (>atm). Zdolność rtęci dostawania
się do atmosfery jest większa niż innych metali. Ołów:1)SO3(2-)+8H(+)+8e(-)>S(2-
)+3H2O. 2)Pb(2+)+S(2-) > PbS. 1 i 2 to redukcja siarczanów do siarczków (zamiast
Pb może być dowolny metal występujący w wodzie). 3) 3(CH3)3PbX
>2(CH3)4Pb+CH3X+PbX2  dowolna sól trimetyloołowiu> tetrametyloołów + sól
ołowiu. 4) 2(CH3)3Pb(+)+S(2-) >[(CH3)3Pb]2S. 5) 3[(CH3)3Pb]2S
>3(CH3)4Pb+3(CH3)2PbS. Ołów występuje na drugim i 4-tym stopniu utleniania.
Ołów może dawać sole i inne produkty. Metale mogą reagować ze zw hum. Chrom.
Może występować w anionie i w kationie. W praktyce dostaje się do środowiska jako
anion dwuchromianotlenkowy (6-wartościowy > bardziej toksyczny niż 3- w.)
Chromiany są silnymi utleniaczami, ulegają redukcji (szczególnie w środowisku.
wodnym) w Cr(3+) i wytrącają się do wodorotlenków. Arsen. Tworzy aniony i
kationy. Może być 3-w. i 5-w. As(3+), AsO4(3-), As)3(3-). As(3+) jest bardziej
szkodliwy od 5-w. Chętnie tworzy kation metylowy -trimetyloarsen. Ulega redukcji
dając arsenowodór AsH3  tak może dostawać się do atmosfery.
33. Ropopochodne węglowodory w środowisku Produkty naftowe stanowią
mieszaninę związków, głównie węglowodorów, o zróżnicowanych właściwościach
fizycznych, chemicznych i biologicznych. Obecność w środowisku węglowodorów,
nawet nietoksycznych, jest przyczyną niszczenia życia biologicznego wskutek
odcięcia dostępu powietrza i wody. Poszczególne ekosystemy wodne bądz
lądowe
stanowią jednostkę ekologiczną, w skład której wchodzą zespoły organizmów
tworzące pewną całość. Wprowadzenie do ekosystemów produktów naftowych
powoduje zaburzenia w przebiegu naturalnych cykli obiegu materii i energii.
Skład węglowodorowy ropy naftowej. W ropie naftowej w największej ilości
występują węglowodory naftenowe (cykloparafinowe) - zawiera ona ok. 50%
naftenów, a ich ilość rośnie wraz z temperaturą wrzenia. Następne w kolejności to
węglowodory parafinowe (CnH2n+2]), które dominują we frakcjach benzynowych i są
podstawową grupą węglowodorów najstarszych rodzajów ropy. Parafiny o prostym
łańcuchu, zwane n-parafinami są chemiczne inertne, nie stwarzają zatem żadnego
zagrożenia dla środowiska. Kolejna grupa węglowodorów występujących w ropie
naftowej to węglowodory aromatyczne (areny). Zawierają one przynajmniej jeden
pierścień benzynowy. Jest to płaski, 6-węglowy pierścień zawierający naprzemiennie
podwójne i pojedyncze wiązania z sąsiednimi atomami węgla. Ropa naftowa rzadko
zawiera więcej niż 15% węglowodorów aromatycznych. Kancerogenność benzenu
oraz duża toksyczność jego alkilowych pochodnych, które są dobrze rozpuszczalne
w wodzie powodują, że jest to grupa węglowodorów bardzo niebezpieczna dla
środowiska.
działaniu mutagennym i kancerogennym. Biodegradacja produktów naftowych
Zanieczyszczenie gruntów i wód produktami naftowymi wpływa niekorzystnie na
produkcję roślinną. Stwarza zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt (większość
produktów naftowych działa toksycznie na organizmy żywe). Dlatego konieczne jest
przeprowadzenie szeregu zabiegów o charakterze fizycznym, chemicznym lub
biologicznym mających na celu oczyszczenie skażonych terenów.
Podstawowe metody postępowania z zanieczyszczeniami ropopochodnymi w
środowisku gruntowo-wodnym to:
�� unieruchomienie substancji ropopochodnych przez zastosowanie metod izolacji
(bariery fizyczne, bariery hydrauliczne, zagęszczenie materiału gruntowego)
�� likwidacja, inaczej dekontaminacja (m.in. utylizacja wysokotemperaturowa czyli
termiczny rozkład substancji ropopochodnych, płukanie i ogrzewanie gruntu).
W ostatnich latach coraz szersze zastosowanie znajdują technologie remediacji
oparte na metodach biologicznych. Podstawową rolę w procesie biologicznego
oczyszczania spełniają mikroorganizmy zdolne do wykorzystywania węglowodorów
(szczególnie niebezpiecznych składników produktów naftowych) w charakterze
z
ródła węgla i energii.
Węglowodory obecne w środowisku są degradowane biologicznie głównie przez
bakterie i grzyby. Mikroorganizmy, które rozkładają tę grupę związków występują w
środowisku naturalnym w większych ilościach, przede wszystkim w miejscach
zanieczyszczonych produktami naftowymi. Stwierdzono, że około 100 gatunków
mikroorganizmów ma zdolność rozkładu węglowodorów. W środowisku wodnym
dominują bakterie jako drobnoustroje biorące udział w rozkładzie węglowodorów.
Grzyby odgrywają nieco mniejszą rolę. W glebie - zarówno bakterie, jak i grzyby
rozkładające węglowodory występują licznie i biorą aktywny udział w procesie
biodegradacji.
34. Lotne węglowodory aromatyczne w środowisku. Węglowodory aromatyczne
mają wiązania podwójne, benzen, toluen występują do 20%w składzie ropy
naftowej. Benzen C6H6. zjawisko rezonansu umocnienie struktury benzenu= ciągły
obieg pary elektronów. Rezonans- krążenie wiązań podwójnych dookoła. rodzaje
ksylenów: 1-3 ksylen, 1-2 ksylen, para ksylen. Zastosowanie: rozpuszczalniki,
styren- substrat do produkcji wielu tworzyw sztucznych . BTX- lotne węglowodory
aromatyczne ( benzen, toluen, ksylen).Węglowodory aromatyczne są bardziej
toksyczne od węglowodorów alifatycznych. W szczególności benzen, który ma
właściwości rakotwórcze. Obecnie najczęściej stosowany ksylen. Węglowodory
aromatyczne dobrze rozpuszczają się w wodzie bo mają budowę polarną np. Benzen
700mg/l. Stanowią głównie zagrożenie dla środowiska wodnego i powietrza. W
środowisku glebowym pozostają krótko, gdyż zostają szybko wypłukane. Pokrywa
na powierzchni wody z np. ropy naftowej ogranicza dostępność tlenu.
35. WWA w środowisku. (Uwaga! Rysunki związków znajdują się na papierowym
załączniku!!!) Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne to związki składające
się z co najmniej kilku pierścieni aromatycznych, tzn. pierścieni, w których każdy
atom węgla wytwarza podwójne wiązanie z innym atomem węgla w pierścieniu.
WWA występują w sadzy powstającej przy spalaniu z niedoborem tlenu. Oznacza to,
że WWA emitowane są wszędzie, gdzie następuje spalanie paliw: zakłady
energetyczne (ponad połowa emisji), przemysł, stare silniki (kopcące), a także DYM
Z PAPIEROSÓW.WWA zawarte są też w ropie naftowej. Podczas destylacji
pozostają w najcięższej frakcji. Frakcja ta to smoła zawierająca oprócz WWA
asfalteny, węglowodory alifatyczne i in. Służy ona do wyrobu asfaltu drogowego (
ścieranie powierzchni asfaltowych powoduje ich emisję do powietrza. W powietrzu
utrzymują się w pyle, a wraz z nim mogą trafiać do gleby oraz do wód. Ze względu
na minimalną rozpuszczalność trafiają do osadów dennych, gdzie się kumulują (w
Polsce stężenie rzędu źgramów/ kg osadu). Ich rozkład nie jest szybki, więc można
je wykryć. Ilość w środowisku jest dość stała, gdyż na miejsce rozłożonych
związków dochodzą nowe z pyłu. WWA występują również w ściekach z przemysłu
petrochemicznego, rafinerii, baz transportowych. Podstawowe WWA nie są
szkodliwe: piren (zał.), fluoranten (zał.). Są też nieaktywne chemicznie. Jednak ich
kolejne pochodne są bardzo szkodliwe. Niektóre WWA mają silne właściwości
rakotwórcze, dlatego ich obecność w środowisku jest oznaczana. Najbardziej
niebezpieczny i najsilniej rakotwórczy jest benzo(a)piren (zał.). Następny to
benzo(b)fluoranten (zał.). Średnio aktywne/szkodliwe: benzo(a)antracen (zał.),
perylen, benzo(e)piren, chryzen. Działanie rakotwórcze polega na tym, że tlen może
rozrywać podwójne wiązania między węglami, a prze to cząsteczka WWA może się
połączyć z łańcuchem DNA.
36.Lotne węglowodory chlorowane w środowisku Jeżeli wprowadzimy atomy
pewnego pierwiastka do związku chemicznego to rośnie toksyczność tego związku.
Jeżeli zamiast H wprowadzimy Fluor albo chlor to ta chlorowcopochodna lub
fluorowcopochodna jest bardziej groz
na dla środowiska. Chlorowcopochodne są
bardzo toksyczne jednak potrzebne m.in. chlorowane pochodne węglowodorów
alifatycznych(gazy: metan, etan, propan, butan) Jeżeli w metanie zastąpimy jeden
wodór chlorem to będzie to ciecz. Pochodne chlorowane są często stosowane jako
rozpuszczalniki. Każdy rozpuszczalnik paruje, stanowiąc zagrożenie dla powietrza
atmosferycznego. One dostają się do ścieków ( pralnia chemiczna, zakłady
metalowe  do odtłuszczania metali czy do wielu innych). Są składnikami klejów,
do tych celów te rozpuszczalniki tj. :
CH3Cl  chlorek metylu ( bardzo lotny, małe zastosowanie ); CH2Cl2  chlorek
metylu ( często w laboratorium chem. Do ekstrakcji ); CHCl3  chloroform w
przemyśle częściej ( kiedyś do narkozy, stosowano go też jako rozcieńczalnik, do
farb, też w laboratorium); CCl4 - był stosowany w pralniach chem., w gaśnicach
tetrowych. W skutek powodowania dziury ozonowej został wyeliminowany.
Powyższe związki powstają na skutek chlorowania metanu. Związki chlorowane
pochodzące od etylenu : CHCl = CCl2  trichloroetylen dobrze rozpuszcza tłuszcze,
jest mniej szkodliwy; CCl2 = CCl2  nadchloroetylen; CCl3 = CH3  trichloroetan
mało toksyczny, stosowany do odtłuszczania i produkcji kleju. Wszystkie związki są
bardzo trudno rozkładalne, głównie tetrachlorek węgla ( najbardziej odporny na
rozkład biologiczny ) Mobilność w środowisku  im więcej atomów chloru tym
rozpuszczalność mniejsza, np. CH2Cl2 dobrze rozpuszczalny. CCl4  słabo
rozpuszczalny. Bo ma budowę najmniej polarną. Najmniej lotny, ma duże ciepło
parowania. W skutek lotności związki te nie utrzymują się długo w środowisku.
Dostają się do atmosfery, są cięższe od wody dlatego idą pod wodę. Trwałe w
środowisku.
38. Herbicydy to syntetyczne substancje chemiczne stosowane do zwalczania
chwastów upraw rolnych i leśnych oraz do oczyszczania z niepożądanych roślin
torów kolejowych i poboczy dróg. Najczęściej stosowane herbicydy można podzielić
na dwie grupy: 1. herbicydy triazynowe  Są to związki chemiczne będące
pochodnymi triazyny. Najczęściej stosowane to simazyna i atrazyna
2. pochodne kwasu fenoksyoctowego, np. kwas 2,4 dichlorofenoksyoctowy Czasem
kwas octowy zastępuje się kwasem propionowym Związki te powodują nadmierny
przyrost części naziemnej rośliny przy jednoczesnym zahamowaniu wzrostu systemu
korzeniowego, który nie nadąża z dostarczaniem składników pokarmowych i roślina
usycha. Herbicydy są przeważnie dobrze rozpuszczalne w wodzie, co wpływa na ich
dużą mobilność. Charakteryzują się średnim poziomem toksyczności. Współcześnie
stosowane preparaty są ponadto podatne na biodegradację co zapobiega ich
akumulowaniu się w środowisku.
39.Polichlorowane bifenyle w środowisku.(PCB) Wykorzystuje się je jako
składniki farb ,zwłaszcza drukarskich, jako plastyfikatory tworzyw sztucznych oraz
materiały izolujące w transformatorach, materiałów przylepnych, kalki maszynowej,
smarów. Na rynku są dostępne PCB o nazwach handlowych :aroclor, phenoclor,
clophen. Ogółem można wyróżnić 209 różnych |PCB, poczynając od chlorobifenylu
do całkowicie podstawionego dekachlorobifenylu.W1966r. stwierdzono, że
mieszaniny PCB są substancjami szkodliwymi, przy czym ich chromatogramy
gazowe wykazują duże podobieństwo do chromatogramów DT. Szacuje się, że na
świecie wyprodukowano dotychczas ok.1mln. ton PCB, z czego ok.40%
odprowadzono do środowiska. Polichlorowane bifenyle są związkami niejonowymi
bardzo małej rozpuszczalności w wodzie. Mają one właściwości lipofilne i są
rozpuszczalne w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Polichlorowane bifenyle są
związkami wolno rozkładającymi się i długo utrzymują się środowisku. Właściwości
hydrofobowe powodują, że PCB mogą gromadzić się na granicy faz woda-
powietrze co powoduje ich szybsze utlenienie się. Przy normalnym poziomie
narażenia PCB nie są bardzo toksyczne dla ludzi, przy większych stężeniach mogą
doprowadzić np. do chorób skóry.
40.Dioksyny w środowisku. DIOKSYNA - toksyczny związek chemiczny obcy
żywym organizmom dostający się do środowiska naturalnego wskutek działalności
produkcyjnej człowieka lub z odpadami. Toksyczne działanie dioksyn polega na
powolnym, ale skutecznym uszkadzaniu narządów wewnętrznych: wątroby, płuc,
nerek, rdzenia kręgowego lub kory mózgowej. Niebezpieczne dioksyny powstają
jako uboczny produkt podczas produkcji: pestycydów, herbicydów. Dioksyny
powstają również podczas spalania tworzyw sztucznych i olejów w naszych piecach.
Spalanie śmieci w spalarniach także powoduje powstawanie dioksyn i ich emisję do
atmosfery. Dioksyny są doskonale rozpuszczalne w tłuszczach, dlatego akumulują
się w tkankach tłuszczowych, ryb, ptaków, węży, a także ssaków. Jedyną metodą
wykrywania zawartości dioksyn jest monitoring środowiska. Na świecie spala się
rocznie setki milionów ton śmieci, jest to kolejne z
ródło ogromnego skażenia
środowiska dioksynami na całym globie. Badania kliniczne wykazały , że dioksyny
działają silnie mutagennie, naruszając właściwą strukturę kodu genetycznego,
rozmnażających się komórek żywych organizmów.
Z dotychczasowych badań wynika, że polichlorowane dioksyny ulegają rozkładowi
w świetle nadfioletowym (obecnym w świetle słonecznym) do dużo mniej
toksycznych związków. Główne z
ródła wnoszące niebezpieczne dioksyny do
środowiska to: 1. Odpady atmosferyczne (emisja szkodliwych gazów) 2. Ścieki
przemysłu tekstylnego i skórzanego 3. Przemysł metalowy. 4. Spalanie odpadów
szpitalnych. 5. Pralnie chemiczne. 6. Ruch uliczny (ścieranie opon i gazy
spalinowe)7. Przemysł papierniczy 8. Środki impregnacji drewna. 9. Środki ochrony
roślin. 10. Produkcja chloru przy użyciu elektrod grafitowych. 11. Produkcja miedzi.