1

Czynniki chemiczne

w środowisku

dr Grażyna Chwatko

Katedra Chemii Środowiska

Wydział Chemii UŁ

2

Tematyka wykładów:

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

środowisku,

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

fluorowcowęglowodorów,

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

łódzkiego.

3

Tematyka ćwiczeń

Ćw. 1. Spektrofotometryczne oznaczanie metali w

wodzie.

Ćw. 2. Oznaczanie anionów z wykorzystaniem

kolorymetrii.

Ćw. 3. Oznaczanie kofeiny w produktach

spożywczych techniką HPLC.

Ćw. 4. Wysokosprawna chromatografia cieczowa

powszechnie stosowana technika w analizie

środowiskowej.

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

w analizie.

Literatura

1.

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

Chemia Środowiska

PWN Warszawa 2007.

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

Publishers, Inc., Michigan, 1991.

3. P. O'Neill,

Chemia Środowiska, PWN, Warszawa -

Wrocław, 1998.

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

zanieczyszczenia środowiska, PWN, Warszawa,
1999.

5. R. M. Harrison, Principles of environmental

chemistry, RSC Publishing, Cambridge, UK, 2007.

4

Środowisko

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

5

6

Składniki środowiska

• atmosfera
• hydrosfera
• litosfera
• biosfera

7

Liczba związków chemicznych

wprowadzonych do środowiska

przez człowieka

• 6·10

6

, w ciągu całej historii ludzkości,

• 60 000 – 95 000, obecnie stosowanych na skalę

przemysłową,

• 1000, syntezowanych corocznie nowych

związków chemicznych.

8

8

Rozmieszczenie substancji

chemicznych w środowisku

ATMOSFERA

ŚRODOWISKO

WODNE

ŚRODOWISKO

LĄDOWE

OSADY

Stan gazowy

Adsorpcja na cząsteczkach

Stan
rozpuszczony

Adsorpcja na zawiesinach

9

9

Od emisji do degradacji

10

Symptomy degradacji środowiska

1.

Zmiana składu atmosfery

2. Skażenie wód oceanów

3. Skażenie wód gruntowych i głębinowych

4. Kumulacja substancji szkodliwych w

organizmach żywych

11

Zanieczyszczenie a skażenie

Zanieczyszczenie

substancja nie
powodująca żadnych
widocznych szkód w
ekosystemie

Skażenie

zanieczyszczenie

które jest źródłem

zagrożenia dla

gatunków żywych i

systemów

ekologicznych

12

12

Podział zanieczyszczeń

• Ze względu na naturę zjawiska

– naturalne
– antropogeniczne

•

Ze względu na zachodzące reakcje

– pierwotne
– wtórne

Związek Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

CO

2

Oddychanie; utlenienie
naturalnego CO;
niszczenie

lasów

Spalenie oleju, gazu,

węgla,

drewna; wypalanie wapnia

CO

Pożary lasu;
atmosferyczne utlenienie
naturalnych
węglowodorów i metanu

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

13

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze c.d.

14

Związek

Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

CH

4

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

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

Węglowodory
aromatyczne

Nieistotne

Spaliny silników
samochodowych; farby,
rozpuszczalniki

Freony,
halony

Brak

Media chłodzące w
lodówkach, zamrażarkach;
gaśnice

Naturalne i antropogeniczne źródła

wybranych gazów śladowych w atmosferze c.d.

15

Związek

Naturalne źródła

Antropogeniczne źródła

Tlenki azotu
NO,
NO

2

,

N

2

O

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

Spalenie, węgla, gazu
oleju;

NH

3

Beztlenowe biologiczne
przemiany w glebie; rozpad
aminokwasów w odpadach
organicznych

Spalenie węgla i oleju
napędowego;
oczyszczanie ścieków

SO

2

Aktywność wulkanów;
utlenienie siarkowodoru

Spalenie olejów i węgla;
prażenie ród siarki

16

Zanieczyszczenia pierwotne i wtórne

17

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera

• hydrosfera
• litosfera
• biosfera

18

Podział atmosfery

a.

Z uwagi na skład chemiczny

•

homosfera

•

heterosfera

b.

Z uwagi na znak gradientu temp. ze zmianą
wysokości

•

troposfera

•

stratosfera

•

mezosfera

•

termosfera

•

egzosfera

•

magnetosfera

19

Pozioma struktura
atmosfery

20

Chemiczny skład powietrza

Składniki

Udział objętościowy

[ppm]

w 1 m

3

N

2

O

2

Ar
CO

2

Ne
He
CH

4

Kr
N

2

O

H

2

Xe

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

780,9 dm

3

209,5 dm

3

9,3 dm

3

300 cm

3

28 cm

3

5,2 cm

3

2,2 cm

3

1,0 cm

3

1,0 cm

3

500 mm

3

80 mm

3

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

2

, SO

3

,

H

2

S,

O

3

, HF,

NH

3

, NO

X

,

węglowodory

a) Średni skład powietrza czystego

b) Inne składniki

21

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera

• hydrosfera

• litosfera
• biosfera

22

Woda w przyrodzie

• środowisko życia
• niezbędna do rozwoju roślin, zwierząt i

ludzi

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

możliwościach wypoczynku

Rozmieszczenie wód na Ziemi

Woda na Ziemi

1 360 mln km

3

Woda słona – 97,2 %

(oceany i morza)

Woda słodka – 2,8 %

Lodowce i wieczne

śniegi – 2,15 %

Grawitacyjna

– 0,025 %

(powierzchniowe)

•opad atmosferyczny
•rzeki
•jeziora
•sztuczne zbiorniki wodne

Gruntowa

– 0,625 %

Podskórne

Głębinowe

Globalny obieg wody (w km

3

/rok)

41 000

oceany i morza

361

100 tyś.km

2

(70,8%)

452 600

411 600

113 500

41 000

72 500

lądy

148

900 tyś.km

2

(29,2%)

Substancje występujące w wodach

powierzchniowych

Substancje

rozpuszczone

Substancje nierozpuszczone

gazy

sole

koloidy

zawiesiny

nieorganiczne

organiczne

mineralne biologiczne

O

2

N

2

CO

2

NH

3

H

2

S

w

ęglany

siarczki
krzemiany
chlorki
azotany (III)
azotany (V)

SiO

2

sole kwasów
humusowych,
t

łuszcze,

bia

łka

glina

piasek

plankton
ro

ślinny i

zwierz

ęcy

26

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera
• hydrosfera

• litosfera

• biosfera

Środowisko lądowe Ziemi

Powierzchnia

10

6

km

2

%

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

Inne

148

17,2

14,8

31,5

40,9

43,6

100

12

10

21

28

29

27

Rozpowszechnienie pierwiastków i ich

tlenków w skorupie Ziemi (grubość ok. 32 km)

Pierwiastek Rozpowszechnie

nie [%]

Tlenek Rozpowszechnie

nie [%]

O

Si

Al

Fe

Ca

Na

K

Mg

46,6

27,2

8,13

5,00

3,63

2,83

2,59

2,09

SiO

2

Al

2

O

3

Fe

2

O

3

CaO

Na

2

O

K

2

O

MgO

58,2

15,2

7,2

5,1

3,8

3,1

3,5

28

Udział podstawowych elementów

w glebie (w % obj.)

substancje

organiczne

5%

woda

25%

części

mineralne

45%

powietrze

25%

29

30

Charakterystyka ośrodków

przenoszących

• atmosfera
• hydrosfera
• litosfera

• biosfera

Drogi oddziaływania substancji

chemicznych na organizm człowieka

drogi oddechowe

drogi pokarmowe

skóra

substancje chemiczne

powietrze i kurz

woda

gleba

pożywienie i kurz

31

Cechy szkodliwości substancji

• toksyczność
• lipofilowość (biodostępność)
• trwałość

32

Wyznaczanie lipofilowości

K

ow

=

gdzie: C

o

– stężenie substancji w oktanolu

C

w

– stężenie substancji w wodzie

Log K

ow



3 lub 4 oznacza, że substancja jest 1000

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

C

o

C

w

33