1. Kationy występujące w wodach naturalnych – źródła obecności, występujące stężenia,  znaczenie

Na²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, NH₄⁺, metale ciężkie

Na²⁺ - jon sodowy

• główny składnik wód śródlądowych

• źródło:

• pokłady NaCl (woda morska)

• migracja jonu

• wydobycie → użycie → do wód ze ściekami

• chemizacja rolnictwa (np. saletra sodowa)

• stężenie: kilkadziesiąt mg/l → na ogół: 70÷100 mg/l (kilkanaście lub >200 → rzadkie przypadki)

Ca²⁺ - kation wapniowy

• w litosferze: CaCO₃ – węglan wapnia (związek słabo rozpuszczalny)

• obecność CO₂ w wodach:

H₂O + CaCO₃ + CO₂ ↔ Ca²⁺ + 2HCO₃^¯

reakcja aż do ustalenia stanu równowagi

stała równowagi (stężenie):

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 źródła wapnia: ścieki (chlorek wapnia) i nawozy

• stężenie: 60÷100 mg/l (trochę mniejsze niż sodu)

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⁺ + 2HCO₃^¯

• pokłady: MgSO₄, MgCl₂ w glebie są źródłem 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

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)

• tlenki – podstawowa forma Fe

• FeCO₃, Fe₂(CO₃)₃ – węglany te mogą rozpuszczać się w wodzie dając wodorowęglany

H₂O + FeCO₃ + CO₂ ↔ Fe²⁺ + 2HCO₃^¯

3H₂O + Fe₂(CO₃)₃ + 3CO₂ ↔ 2Fe³⁺ + 6HCO₃^¯

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

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

Metale ciężkie

• występują w bardzo małych ilościach: μg/l – z naturalnych źródeł (naturalny poziom metali w wodach)

• zbyt wysokie stężenie jest szkodliwe

• metale ciężkie mogą pochodzić ze ścieków przemysłowych, także z gleb i zanieczyszczenia powietrza

1. Aniony występujące w wodach naturalnych – źródła obecności, występujące stężenia,  znaczenie

	Pochodzenie	Występujące stężenia	reakcje /znaczenie
HCO3^- węglowodany	Utlenienie Węglanów wapnia, „ magnezu „ żelaza	Śr>100 mg/l Nawet>200mg/l Istnieje w równowadze z CO2 w wodach; Największa ilość w porównaniu do innych anionów; 3x więcej niż jonów Ca^2+	Wpływ na odczyn wody
Cl^- chlorki	NaCl CaCl2 Występuje naturalnie w wodach (pokłady soli, ale również dostaje się do wód ze ścieków przemysłowych, wód kopalniane; także ze ścieków miejskich	Od kilkunastu do kilkudziesięciu mg/l Śr>100mg/l Rzadko>200mg/l
SO4^2- siarczany	Naturalnie występowanie; Ścieki miejski; Przemysł	Od kilkunastu do kilkudziesięciu mg/l Zdarza się, że stężenie jest większe od Cl^-; >200mg/l
NO3^- azotany	Nie występują w przyrodzie (nie są wiązane w skałach) Zanieczyszczenia antropogeniczne: tj. rolnictwo (nawozy szuczne;), przemysł(zakłady azotowe) Ścieki miejskie: nieznaczne ilości azotanów	Duże stężenia na terenach użytkowanych rolniczo; nawet do kilkudziesięciu mg/l; (również w płytkich wodach podziemnych;) często: kilka mg/l (największe stężenie wiosną)	NaNO3 saletra sodowa KNO3 saletra potasowa NH4NO3saletra amonowa
Jony fosforanowe HPO4^2-wodorofosforany	Główne źródło zanieczyszczenia -ścieki miejskie(polifosforany zawarte w środkach piorących); -rozkład białek (obecnie usuwany w oczyszczalniach) -nawozy fosforowe (wodorofosforany wapniowe); Nie występuje naturalnie;	Mała ilość; średnio: kilka mg/l	Składnik mało mobilny, wytrąca się fosforan wapnia
(SiO3)2 krzemiany	Składnik wielu minerałów Krzem w litosferze w ilości>20%	Małe ilości; kilka mg/l	Pierwiastek trudnowymywalny z gleb ; Słabo rozpuszczalny
NO2^- azotyny	Redukcja azotanów, utlenianie jonów amonowych	Występują bardzo rzadko w wodach w ilościach <1mg/l (μg/l)	Szkodliwy; Działanie toksyczne; Obecność w wodzie świadczy o dużym zanieczyszczeniu
F^- fluorki	Pochodzenie naturalne ; Przemysł (trawienie szkła –HF)	Szeroki granice od 0 do >1mg/l

1. Gazy występujące w wodach naturalnych – źródła obecności, występujące stężenia,  znaczenie

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. Źródłem 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.

1. Substancje organiczne występujące w wodach naturalnych – źródła obecności, występujące stężenia,  znaczenie

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 źródła 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.

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.

1. Substancje biogenne występujące w wodach naturalnych – źródła obecności, występujące stężenia,  znaczenie

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 źródłem 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 źródłem 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 wyraźnie 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.

1. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu – przebieg procesu, czynniki wpływające na wartość BZT_n, interpretacja wyników

dotyczy głównie ścieków. 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. ). Szybkość procesów biochemicznych możemy zapisać za pomocą równań.

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 = BZT_n

y = L₀-L

L-zapotrzebowanie tlenu w danym czasie

L₀-całe zapotrzebowanie na tlen

dL/dt-przyrost zapotrzebowania na tlen

K-wartość tego zapotrzebowania

K₁-przelicznik z e na 10

BZT_n-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

1. Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu i Indeks nadmanganianowi – zasada oznaczenia, interpretacja

Indeks nadmanganianowy i ChZT to dwa podstawowe wskaźniki 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.

1. Azot Ogólny Kjeldahla i AOX

Azot ogólny stanowi sumę azotu organicznego, który występuje w białkach, polipeptydach, moczniku, aminach i innych związków. Wyróżniamy azot występujący w postaciach: azotyny, azotany, azydki, azozwiązki, oksymy, hydrazony oraz azyny. Oznaczamy metodą Klejdahala które polega na dwóch procesach destylacji i mineralizacji. Azot ogólny wykorzystuje się do określania wodnego bilansu tlenowego w wodach naturalnych.

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

1. Wskaźniki ogólnej zawartości substancji mineralnych

2. Związki siarki w atmosferze – źródła obecności, przemiany

W skali światowej 1/3 związków siarki wprowadzana jest do powietrza atmosferycznego przez źródła przemysłowe-sztuczne (powstaje głównie w wyniku spalania paliw kopalnych –węgla i ropy naftowej, w trakcie którego utleniana jest siarka w nich zawarta). Pozostałe 2/3 pochodzą ze źródeł naturalnych, czyli wybuchów wulkanów, procesów rozkładu materii organicznej, pożarów lasów i stepów oraz erozji gleb. Zanieczyszczenia pochodzące ze źródeł naturalnych są rozłożone równomiernie na dużych obszarach, co ułatwia ich niwelację w naturalnym obiegu, natomiast te pochodzące ze źródeł sztucznych koncentrują się w dużych ilościach na małych obszarach (głównie nad miastami lub fabrykami). Związki siarki stanowią liczną grupę zanieczyszczeń powietrza, a najważniejsze są dwutlenek i trójtlenek siarki oznaczane sumarycznie jako SO_x.. Znacznie większe ilości powstają dwutlenku siarki SO₂ niż trójtlenku SO₃. Istnienie SO₃ jest możliwe w atmosferze tylko przy braku obecności pary wodnej. Gdy tylko ona jest trójtlenek siarki szybko utlenia się do kwasu siarkowego(VI): SO₃+ H₂O → H₂SO₄. Kwas siarkowy ulega dysocjacji elektrolitycznej w kropelkach wody, w wyniku czego powstają jony SO₄^-2 i H⁺ , które stanowią główne związki zakwaszające. W ciągu dnia, przy małej wilgotności zachodzą procesy fotochemiczne (hv), które polegają na katalitycznym utlenianiu SO₂ w obecności tlenków azotu do SO₃. Reakcja przebiega następująco: 2SO₂ + O₂ → 2SO_3. Na skutek pochłonięcia wysoko energetycznego promieniowania słonecznego cząstka SO₂ ulega wzbudzeniu i reaguje z tlenem cząsteczkowym, w wyniku czego powstaje SO_3. Nocą, gdy wilgotność powietrza jest większa lub występują opady następuje sorpcja SO₂ na kropelkach wody (lub pyłów) z wytworzeniem siarczanów. Reakcja ta jest możliwa, gdyż obecność tlenków azotu znacznie zwiększa szybkość utleniania się dwutlenku siarki. Kolejnym, toksycznym związkiem siarki jest siarkowodór mający charakterystyczny zapach. Siarkowodór wydzielany jest w wyniku działalności wulkanicznej oraz z gorących źródeł jak również w wyniku beztlenowych procesów rozkładu substancji organicznych. W powietrzu atmosferycznym jest on szybko utleniany do dwutlenku siarki SO₂: H₂S + ³/₂O₂ → H₂O + SO₂. Innymi zanieczyszczeniami powietrza będącymi związkami siarki są: dwusiarczek węgla CS₂ oraz siarczek metylowy CH₃SCH₃

1. Tlenki azotu w atmosferze- źródła obecności, przemiany

Powietrze atm. składa się w 78% z azotu. Znane są związki azotu występujące w powietrzu w postaci: NO, NO₂, NH₃, N₂O, N₂O₅. Zasadniczą rolę jednak jako zanieczyszczenia pełnią NO-gaz bezbarwny i bezwonny oraz NO₂-o brunatnej barwie i duszącym zapachu określane jako NO_x. Tlenek azotu emitowany jest do atmosfery w znacznie większych ilościach niż dwutlenek azotu, gdyż powstaje w wyniku spalania w wysokich temperaturach według reakcji: N₂ + O₂ → 2NO. Przy stopniowym obniżaniu temperatury powstały tlenek azotu będzie ulegał dysocjacji na jony N₂ i O₂. Jeżeli temperatura zostanie obniżona gwałtownie wówczas tlenek azotu nie ulegnie rozpadowi i wystąpi w niskiej temperaturze. W temperaturze pokojowej azot i tlen nie wchodzą w reakcję. Bardzo wolno z tlenku azotu powstaje dwutlenek azotu, na co wpływ ma temperatura i stężenie. Wraz ze wzrostem temperatury szybkość tej reakcji maleje. W niższych temperaturach, gdzie szybkość tej reakcji powinna być większa obserwuje się negatywny wpływ stężenia i szybkość również maleje. Naturalnym źródłem tlenków azotu są procesy biologicznego rozkładu i są one rozłożone równomiernie, natomiast te pochodzące z przemysłu (spalanie węgla i paliw) mają układ nierównomierny i ich wartości są nawet 10000 krotnie większe. Tlenki azotu mają szkodliwy wpływ na środowisko również przez ich dużą rolę w tworzeniu się w procesie fotochemicznym utleniaczy stanowiących najszkodliwsze składniki smogu. Utleniacze te powstają gdy zostanie zaburzony naturalny cykl przemian tlenków azotu przez zanieczyszczenia docierające do atmosfery np. węglowodory. Zachodzą wówczas reakcje fotodysocjacji NO₂* NO₂, które absorbują ultrafioletowe promieniowanie zgodnie z reakcją: NO₂ → NO + O. Ta reakcja odgrywa dużą rolę w powstawaniu smogu fotochemicznego. Działa to niekorzystnie na mieszkańców miast, a szczególnie na osoby ze schorzeniami układu oddechowego. Naturalnym źródłem NO_x są procesy biologiczne, a zwłaszcza procesy przemiany materii niektórych bakterii, w wyniku których powstaje NO. Gleby Ziemi są bogate w różnorodne związki azotu np. mocznik (diamid kwasu węglowego NH₂CONH₂). W wyniku hydrolizy zachodzi przemiana NH₂CONH₂ w amoniak (NH₃) i CO₂: NH₂CONH₂ + H₂O → 2NH₃ + 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⁺ . Podczas wyładowań atmosferycznych azot wiąże się z wodą tworząc kwas azotowy HNO₃: 2NO₂+H₂OHNO₃+HNO_2, który duże znaczenie ma w procesie powstawania kwaśnych deszczy.

1. Ozon w troposferze i stratosferze

Jest to niebieskawy gaz będący reaktywną odmianą tlenu, cięższy od powietrza, o charakterystycznym zapachu. Nawet w niewielkich stężeniach jest gazem toksycznym. Powstaje na dużych wysokościach w reakcjach fotochemicznych - jako odmiana alotropowa tlenu może powstawać z tlenu atmosferycznego pod wpływem wyładowań elektrycznych lub pod wpływem działania światła słonecznego na tlen. Powsatje gdy tlen cząsteczkowy zderzy się z tlenem atomowym. Ozon powstaje również nad miastami w wyniku reakcji fotochemicznych zachodzących w powietrzu zanieczyszczonym tlenkami azotu, węglowodorami i tlenkiem węgla. Stężenie ozonu w atmosferze zależy od wysokości. Ozon oraz jednoatomowy tlen O występują w górnych warstwach atmosfery - prawie 90% ozonu znajduje się w stratosferze na wysokości 23-25km.Największą wartość stężenie ozonu przybiera w stratosferze na wysokość 20 km (0,2 ppm). 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. Ozon ma szczególną właściwość do szybkiego absorbowania promieniowania ultrafioletowego w zakresie 200-300 nm, co chroni ziemię przed nadmiernym promieniowaniem nadfioletowym. Jako silny środek bakteriobójczy nie występuje w wodach naturalnych, ma jednak znaczenie przy uzdatnianiu wody jako substancja silnie utleniająca (ozonowanie stosowane coraz częściej zamiast chlorowania). Znaczny spadek stężenia tego gazu powodują: para wodna i tlenki azotu, które wchodzą z nim w reakcje oraz niszczące go freony a także wysoko latające samoloty odrzutowe. Termiczny rozkład ozonu przebiega zgodnie z równaniami: O₃ + M → O₂ + O + M; O + O₂ → O₃ + M; O + O₃ → 2O_2. Reakcja z tlenkiem azotu: NO + O₃→ NO₂ + O₂ +200 kJ równocześnie z fotolizą dwutlenku azotu: NO₂ → NO + O; O + O₂ → O₃ + M; NO + O₃ → NO₂ + O₂. Reakcja z dwutlenkiem węgla jest zdecydowanie szybsza niż pozostałe reakcje ozonu. Reakcja ozonu z dwutlenkiem węgla przebiega następująco: 2NO₂ + O₃ → N₂O₅ + O₂.

1. 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:

CFCl_3(g) + hν CFCl_2(g) + Cl_(g)

CF₂Cl_2(g) + hν CF₂Cl_{2(g )} + Cl_(g)

W reakcjach tych powstają atomy chloru, które reagują z O₃

O_3(g) + Cl_(g) O_2(g) + Cl_(g) + ClO_(g)

ClO_(g) + O_(g) O_2(g) + Cl_(g)

Co daje w sumie:

O_3(g) + O_(g) 2O_2(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) + NO_2(g) + M ClONO_2(g) + M. M. - „trzecie ciało”

W obecności cząstek stałych chlor może być uwolniony ponownie w reakcji:

ClONO_2(g) + HCl Cl_2(g) + HNO_3(g)

Cl_2(g) + hν 2Cl_(g)

2Cl_(g) + 2O_3(g 2ClO_(g) + 2O_2(g)

2ClO_(g) + M. Cl₂O_2(g) + M

Cl₂O_2(g) + hν ClO_2(g) + Cl_(g)

ClO_2(g) + M. Cl_(g) + O_2(g) + M.

Po zsumowaniu wyżej wymienionych 6 reakcji otrzymujemy:

2O_3(g) 3O_2(g)

reakcje te przebiegają wyjątkowo szybko w niskiej temperaturze. Co w pewien sposób może tłumaczyć dramatyczny spadek ilości ozonu, obserwowanego nad kontynentem antarktycznym.

1. Procesy fotochemiczne w atmosferze

Absorbancja fotonu A + hυ → A^x przez atom lub cząsteczkę lub wolny rodnik przy udziale światła w zakresie widzialnym i ultrafioletowym rozpoczyna każdy proces fotochemiczny. Wywołuje to wzbudzenie cząsteczki, która może następnie ulec takim przemianom jak: fluorescencja, dezaktywacja zderzeniowa, dysocjacja lub bezpośrednia reakcja. W powstawaniu smogu fotochemicznego obserwujemy dysocjację wzbudzonej cząsteczki i mówimy, że jest to pierwotna reakcja fotochemiczna. Natomiast gdy w kolejnych reakcjach biorą udział produkty powstałe w poprzednich mówimy, że są to wtórne reakcje fotochemiczne. Ilość reakcji fotochemicznych jest zależna od natężenia promieniowania słonecznego, które zależy od szerokości geograficznej, pory dnia i roku, zachmurzenia i zanieczyszczenia w atmosferze: E = hυ; c = λυ; E = hc/λ. Substancjami absorbującymi promieniowanie w zakresie 300-700 nm są np. ozon, tlen, dwutlenek siarki i azotu. Substancjami nie absorbującymi w tym zakresie są np. azot, woda, tlen i dwutlenek węgla. W okresie powstawania smogu fotochemicznego stężenia substancji absorbujących są na danym terenie zmienne. Wśród wtórnych reakcji fotochemicznych wyróżniamy reakcje: z udziałem trzeciego ciała (M), z tlenem atomowym, z ozonem oraz z wolnymi rodnikami.

1. Woda w glebie

Woda występuje w przyrodzie w trzech stanach skupienia: stałym (lód), ciekłym (woda) i gazowym (para). Znajduje się w nieustannym obiegu pomiędzy ziemią a atmosferą. Gleba ma strukturę porowatą, ma dużo wolnych przestrzeni pomiędzy granulkami ciała stałego. Są one zajmowane przez wodę albo powietrze. Woda to ważny element gleby dla rozwoju organizmów ale również z punktu widzenia wód podziemnych. Woda jest związana w różnym stopniu z cząsteczkami gleby. Niektóre minerały są uwodnione. Rozróżniamy wodę: higroskopijną, która jest związana siłami Van der Waalsa z cząstkami glebowymi i nie może być pobrana przez mikroorganizmy i rośliny wyższe; błonkowatą, która tworzy się na powierzchni błonek wody higroskopijnej. Jest słabiej związana niż woda kapilarna. Bierze udział w procesach glebowych; oraz kapilarną, która wypełnia włoskowate kawałki glebowe i jest dostępna dla roślin dzięki siłom kapilarnym. Woda przylega do ścianek, a siły włoskowate powodują, że nie może spłynąć i zostaje zatrzymana. Woda która nie jest zatrzymywana spływa w dół do wód gruntowych i jest to czwarty typ - woda grawitacyjna, która wypełnia szerokie przestrzenie pomiędzy cząstkami gleby, jest łatwo dostępna dla roślin i przyczynia się do przewietrzania gleb. Znajduje się nad lustrem wód gruntowych. Piąty typ jest to woda gruntowa, czyli swobodna, nie związana z cząstkami gleby, płynąca, wypełniająca przestrzenie.

1. Główne minerały glebowe

Gleba – kilkudziesięcio centymetrowa warstwa gruntu składa się głównie z wody, gazów, i ciał stałych. W glebie na pewnej wysokości nie ma części organicznych, są tylko mineralne. Skorupa Ziemska składa się z wielu związków chemicznych o różnych strukturach. Minerały obecne w skorupie to krzem – 27,7% (krzemionki, krzemiany, glinokrzemiany), glin – 8,1%, żelazo – 5%, wapń – 3,6%, sód – 2,8%, potas – 2,5%, magnez – 2,1% oraz pozostałe takie jak fosfor, mangan, bor, miedź, molibden, kobalt – 1,4%. W zależności od stopnia zwietrzenia części mineralne gleby dzieli się według wielkości na: części szkieletowe (kamienie, żwir) – powyżej 1 mm średnicy, części ziemiste – poniżej 1mm średnicy (piasek, pył), części spławialne – poniżej 0,02 lub 0,01mm, a wśród nich ważne części ilaste (to znaczy ił koloidowy) - poniżej 0,0001 lub 0,0002mm.

Krzemiany (połączenie krzemionki z tlenkiem innego metalu): kwarc ( SiO₂) – nie rozkłada się już do żadnego związku

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. Wśród glinu bardzo istotną rolę odgrywają substancje ilaste, są to glinokrzemiany pozbawione trzeciego tlenku, charakteryzują się drobnymi rozmiarami < 0,2÷0,4 μm >. 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, montmorylonit oraz illit. 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 bądź lateryt (boksyt zawierający znaczny procent tlenków żelaza) i opal (uwodniona krzemionka).

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

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) FeCO→ z wodą daje rozpuszczalny wodorowęglan i to jest źródło 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.

1. Glinokrzemiany i substancje ilaste

Glinokrzemiany są to najbardziej złożone związki, składające się z krzemianów i związków glinu, mające budowę uporządkowaną np. skalenie (ortoklaz: KAlSi₃O₈, albit: NaAlSi₃O3). Ilościowy udział krzemianów i glinokrzemianów w budowie skał wynosi około 75%. Krzemiany, oprócz dominującego znaczenia skałotwórczego, mogą być także źródłem 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, czyli krzemiany glinu, podwójne tlenki o ogólnym wzorze mAl₂O₃⋅nSiO₂ (najprostszym wzorem jest Al₂O₃⋅SiO₂ odpowiadający: andaluzyowit oraz sylimanitowi). Ważniejszymi glinokrzemianami są także: kaolinit Al₂O₃⋅2SiO₂ i topaz Al₂SiO₄(OH,F)₂. Andaluzyt Al₂[SiO]₅ minerał, który krystalizuje w układzie rombowym, o barwie różowej, czerwonobrązowej, różowoczerwonej, białej, białoszarej, żółtej lub zielonej . Używany do wyrobu ceramiki szlachetnej oraz materiałów ogniotrwałych i kwasoodpornych. Znajduje również zastosowanie w jubilerstwie. Sylimanit Al₂SiO₅, krzemian(IV)glinu, również minerał, krystalizujący w układzie rombowym. Barwa najczęściej biała, szara, brunatna lub zielona. Częsty składnik skał metamorficznych (głównie gnejsów i łupków łyszczykowych). Topaz Al₂SiO₄(OH, F)₂, przezroczysty minerał o różnych odcieniach (głównie żółty lub złoty, czasem zielony, niebieski lub czerwony).

Substancje ilaste są to uwodnione glinokrzemiany Al, Mg i Fe np. montmorillonit, kaolinit czy illit. Decydują o plastyczności gliny, pęcznieją przy zetknięciu z wodą tworząc warstwy nieprzepuszczalne. Są wymieniaczami jonowymi, dzięki obecności H⁺. Minerały ilaste powstają głównie w wyniku wietrzenia chemicznego glinokrzemianów. Rodzaj powstających minerałów ilastych zależy od składu chemicznego wietrzejącego minerału pierwotnego oraz od warunków środowiska (odczynu, obecności różnych jonów). Odczyn kwaśny sprzyja powstawaniu kaolinitu, obojętny lub alkaliczny - montmorillonitu. Grupa minerałów ilastych wyróżnia się zespołem charakterystycznych cech, do których należą: powierzchnia właściwa - cząstki ilaste ze względu na ich drobne wymiary posiadają dużą powierzchnię zewnętrzną, 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, właściwości fizyczne - w zależności od wilgotności 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. Montorillonit - 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.

1. Substancje organiczne gleb

Substancje humusowe są to różnorodne pod względem budowy chemicznej będące mieszaniną wielu związków produkty powstałe w wyniku procesu humifikacji, czyli rozkładu związków organicznych zawartych w szczątkach roślinnych i zwierzęcych na związki wielocząsteczkowe o charakterze kwasów organicznych, a ich zawartość w glebie wynosi ok 10%. Cechują się silnym brązowym lub czarnym zabarwieniem, są trudno rozpuszczalne w wodzie i powoli biodegradują się w środowisku naturalnym. Wyróżniamy humus glebowy i wodny. Humus glebowy, czyli próchnica składa się z nierozłącznych pozostałości pochodzenia roślinnego takich jak: lignina, celuloza oraz białko. Zawartość humusu w glebie stanowi od 5-75%. Podczas tworzenia substancji humusowych zachodzą procesy syntezy, polimeryzacji i kondensacji, co sprawia, że związki te łączą w sobie dużą grupę różnych związków organicznych. Udział poszczególnych grup chemicznych w substancjach humusowych jest bardzo różnorodny i jest w pełni zależny od przebiegu biochemicznych reakcji rozkładu. Kwasy fulwowe i huminowe posiadają najczęściej występujące grupy funkcyjne: karboksylową (-COOH), fenolową (grupa hydroksylowa bezpośrednio związana z pierścieniem aromatycznym), alkoholowa (-OH), metoksylowa (-O-CH3), karbonylowa(>C=O), eterowa (≥C-O-C≤), estrowa (O≡C-O-C-R). Kwasy humusowe, rozpuszczalne w roztworach o charakterze zasadowym (ługach) i dające się strącić kwasami, są słabymi kwasami organicznymi mającymi charakter koloidów o ładunkach ujemnych (pH ok 3,5). W roztworach silnie zasadowych tworzą roztwory rzeczywiste. W ich cząsteczkach stwierdzono obecność związków aromatycznych, heterocyklicznych, chinoidowych a także pirydyny oraz puryny, a najczęściej występującymi grupami funkcyjnymi są: karboksylowe, hydroksylowe, fenolowe, alkoholowe oraz metoksylowe. Przeciętnie w cząsteczce kwasu humusowego występuje: 52 atomy węgla, 2,5 atomu wodoru, 30 atomów tlenu oraz 2,6 atomu azotu przez co masy cząsteczkowe tych związków sięgają często 1500 u. Kwasy fulwowe (fulwokwasy) natomiast są to pozostałości po wyługowaniu kwasów humusowych i hematometalowych, podobne do nich pod względem budowy, ale w większym stopniu zdysocjowane prze co bardziej kwaśne. Są to zatem ogromne amorficzne grupy związków organicznych polihetero z pewnymi grupami funkcyjnymi wysunięty na zewnątrz. Przeciętna zawartość atomów węgla wynosi 43, wodoru 5,5 a azotu 1,1, a ich masa cząsteczkowa jest mniejsza od kwasów humusowych. Posiadają złocistą barwę, lepszą rozpuszczalność w wodzie i chętnie hydrolizują w środowisku kwaśnym. Wykazują własności kompleksotwórcze, głównie dzięki obecności w nich grup karboksylowej i fenolowej. Przyjmuje się, że przy pH zbliżonym do 1 kwasy fulwowe rozpuszczają się zarówno w roztworach kwaśnych jak i zasadowych. Kwasy hematometalowe różnią się od humusowych rozpuszczalnością w alkoholach, posiadają mniejsze masy cząsteczkowe (do 800 u). Pod względem składu elementarnego niewiele różnią się od kwasów humusowych.

Substancje humusowe mają istotne znaczenie dla gleb, pozytywnie wpływając na ich strukturę. Ich zawartość zależy od rodzaju gleby, składu chemicznego i pH wody. Substancje te spotykamy głównie w wodach spływających terenów bagiennych. Mają one dużą zdolność tworzenia mało trwałych kompleksów z jonami metali (szybko wydzielane są z powrotem do wody) m.in.: Fe³⁺, Al³⁺, Cu³⁺. Stwierdzono, że substancje humusowe są źródłem nie tylko przykrego zapachu i mętnej barwy, ale również kumulują substancje toksyczne (przez tworzenie kompleksów z metalami ciężkimi), adsorbują związki organiczne np. pestycydy, ftalany i węglowodory halogenowe. Ponieważ wolno się rozkładają, długo pozostają w środowisku naturalnym, wpływając na smak i barwę wody (wzrost pH powoduje wzrost barwy)

1. Metale ciężkie w środowisku – źródła obecności, mobilność, aspekty ekologiczne

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. Źródła: 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.

1. Ropopochodne węglowodory – j.w.

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. Wprowadzenie do ekosystemów produktów naftowych powoduje zaburzenia w przebiegu naturalnych cykli obiegu materii i energii. W ropie naftowej w największej ilości występują węglowodory naftenowe (cykloparafinowe) - zawiera ich ok. 50%, a ich ilość rośnie wraz z temperaturą wrzenia. Następne w kolejności to węglowodory parafinowe, 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 o działaniu mutagennym i kancerogennym. 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) i 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 źródła 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.

1. Lotne węglowodory aromatyczne – j.w.

Węglowodory aromatyczne mają wiązania podwójne np. benzen, toluen i występują w składzie ropy naftowej. Lotne węglowodory aromatyczne są to m.in.: benzen C₆H₆, toluen oraz ksylen. Węglowodory aromatyczne są bardziej toksyczne od węglowodorów alifatycznych, w szczególności benzen, który ma właściwości rakotwórcze. Obecnie najczęściej stosowany jako rozpuszczalnik jest ksylen. Węglowodory aromatyczne dobrze rozpuszczają się w wodzie, bo mają budowę polarną. 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.

1. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne – j.w.

WWA to związki składające się z co najmniej kilku pierścieni aromatycznych (co najmniej dwa pierścienie z dwoma atomami węgla wspólnymi dla obu pierścieni – wspólne krawędzie), gdzie każdy atom węgla wytwarza podwójne wiązanie z innym atomem węgla w jednym pierścieniu. Powstają podczas przeróbki paliw, głównie węgla i ropy naftowej. Duże ilości WWA powstają w ściekach przemysłu petrochemicznego i miejskich, gdzie istotny wpływ ma spływ z dróg substancji będących produktem ścierania się opon i powierzchni asfaltowych oraz spalin wydzielanych przez pojazdy. WWA mogą być endogennie syntetyzowane przez rośliny i niektóre bakterie. Biosynteza tych związków może również zachodzić w bakteriach, grzybach i roślinach w warunkach zarówno tlenowych (aerobowych) jak i beztlenowych (anaerobowych), w osadach dennych zaś tylko w warunkach beztlenowych. WWA słabo rozpuszczają się w wodzie, gdzie występują głównie jako zawiesina. Obecność detergentów, czyli innych związków organicznych zwiększa tą rozpuszczalność. WWA występują głównie w ściekach miejskich i przemysłowych, ale również w rzekach w pobliżu miejsca dopływu ścieków petrochemicznych. Ich stężenie w wodach waha się od kilkudziesięciu μg/l w wodach mało zanieczyszczonych do nawet kilku tysięcy μg/l w wodach silnie zanieczyszczonych. WWA są szkodliwe dla organizmów żywych, niektóre z nich działają rakotwórczo (tlen rozbija wiązanie podwójne między węglami i ws ten sposób łączy się z łańcuchem DNA). Najbardziej niebezpieczny i najsilniej rakotwórczy jest benzo(a)piren, następnie benzo(b)fluoranten. Średnio aktywne/szkodliwe: benzo(a)antracen, perylen, benzo(e)piren, chryzen. Ze względu na małe stężenia WWA można wydzielić z wody i łatwo oznaczyć. Również ich rozkład nie jest szybki, więc łatwo można je wykryć. Ilość WWA w środowisku jest dość stała, gdyż na miejsce rozłożonych związków dochodzą nowe z pyłu

1. Lotne węglowodory chlorowane – j.w.

Jeżeli wprowadzimy atomy pewnego pierwiastka do związku chemicznego to rośnie toksyczność tego związku. Jeżeli natomiast zamiast wodoru wprowadzimy fluor albo chlor to ta chlorowcopochodna lub fluorowcopochodna jest bardziej groźna dla środowiska. Pochodne chlorowane są często stosowane jako rozpuszczalniki. Każdy rozpuszczalnik paruje, stanowiąc zagrożenie dla powietrza atmosferycznego. W ten sposób dostają się do ścieków (pralnia chemiczna, zakłady metalowe – do odtłuszczania metali). Są składnikami klejów, wyróżniamy m.in: CH₃Cl – chlorek metylu (bardzo lotny), CH₂Cl₂ – chlorek metylu (używane do ekstrakcji), CHCl₃ - chloroform (kiedyś używany do narkozy), CCl₄ (był stosowany w pralniach chemicznych i w gaśnicach). W skutek powodowania dziury ozonowej został wyeliminowany z użycia. Powyższe związki powstają na skutek chlorowania metanu. Związki chlorowane pochodzące od etylenu: CHCl = CCl₂ – trichloroetylen dobrze rozpuszcza tłuszcze, jest mniej szkodliwy; 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. Mają budowę najmniej polarną, są najmniej lotne, mają duże ciepło parowania. W skutek lotności związki te nie utrzymują się długo w środowisku. Dostają się do atmosfery, są cięższe od wody dlatego toną.

25. Insektycydy chloroorganiczne – j.w.

26. Insektycydy fosforoorganiczne – j.w.

Są to pestycydy, czyli naturalne lub syntetyczne substancje stosowane w ochronie roślin, higienie sanitarnej i weterynarii, jako środki owadobójcze. W pestycydach organicznych można wymienić dwie najważniejsze grupy: chloroorganiczne i fosforoorganiczne. Do najważniejszych pestycydów chloroorganicznych należą: DDT( dichlorodifenylotrichlotoetan), czyli trwały środek owadobójczy, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie (dobrze w rozpuszczalnikach organicznych i tłuszczach), odporny na całkowity rozkład przez mikroorganizmy zawarte w glebie, wolno ulatnia się w powietrzu (ma niską prężność pary). W małych dawkach DDT i jego metabolity są prawie całkowicie wchłaniane przez człowieka przy spożyciu drogą pokarmową lub poprzez wdychanie i magazynowane w tkance tłuszczowej oraz mleku, HCH (heksachlorocykloheksan) przy którego produkcji uzyskuje się kilka izomerów o działaniu owadobójczym. Produkt zawierający 99% najsilniej dziłającego izomeru owadobójczego nosi nazwę lindanu, który w środowisku naturalnym ulega bardzo powolnej degradacji poprzez oddawanie kolejnych atomów chlorów. Aldryna oraz Metoksychlor (DMDT), który jest słabo rozpuszczalny w wodzie i słabo rozprzestrzenia się w większości gleb uprawnych. W warunkach normalnych nie stanowi zagrożenia dla środowiska. Do pestycydów fosforoorganicznych zaliczamy np. paration, malation oraz trichlorofon. Pestycydy jako związki na ogół słabo rozpuszczalne w wodzie występują w wodach w małych stężeniach (w osadach dennych większe stężenia). Ryby kumulują znaczną ilość pestycydów, znaczne ilości DDT wykrywa się również w tkance tłuszczowej człowieka. Rozkład pestycydów w środowisku naturalnym zachodzi głównie na drodze biochemicznej, niewielkie znaczenie ma rozkład chemiczny i fotochemiczny. Organiczne pestycydy dobrze rozpuszczalne w wodzie szybko hydrolizują, łatwo rozkładając się. Jednocześnie są one łatwo wymywane z pól uprawnych i terenów rolniczych. Trudno rozpuszczalne w wodzie pestycydy łatwiej można rozpuścić w tłuszczach, przez co są kumulowane w znacznych ilościach w tkankach tłuszczowych zwierząt i ludzi (stężenia w organizmach są tysiące razy większe niż w wodach). Wyróżniamy współczynnik biokumulacji pestycydów: WB = (Stężenie pestycydu w organizmie wodnym) / (Stężenie pestycydu w wodzie). Im większa wartość WB tym pestycyd ma większą zdnolność do gromadzenia się w organizmach żywych. Zdolność do biokumulacji zazwyczaj wzrasta wraz ze wzrostem rozpuszczalności w tłuszczach. Pestycydy mają zdolność i do adsorbowania na zawiesinach na obszarach dennych, dlatego tam występują ich znacznie większe ilości niż w wodach powierzchniowych. Ze względu na trwałość wyróżniamy: trwałe, rozkładające się nawet do 5 lat w środowisku naturalnym (np. DDT, jeden z izomerów HCH) – są przy tym bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie (rozpuszczają się w tłuszczach), umiarkowanie trwałe (do 2 lat) oraz nietrwałe rozkładające się w ciągu kilkunastu bądź kilku tygodni. Jako substancje toksyczne były modyfikowane w odpowiedni sposób, aby stac się selektywnie toksycznymi tzn. działały na owady toksycznie, nie szkodząc przy tym pozostałym organizmom. Nigdy tego nie osiągnięto, dlatego obecnie pestycydy są stopniowo wycofywane z użycia, głównie ze względu an ich długi czas rozkładu w środowisku naturalnym.

27. Herbicydy – j.w.

Herbicydy są jednymi z najczęściej stosowanych pestycydów. To syntetyczne substancje organiczne stosowane do zwalczania chwastów upraw rolnych i leśnych. Herbicydy triazynowe są to związki chemiczne będące pochodnymi triazyny. Najczęściej stosowane to simazyna i atrazyna, jak również pochodne kwasu fenoksyoctowego np. kwas 2,4 dichlorofenoksyoctowy, rzadziej kwas octowy (lub zastępowany 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. Znany herbicyd Dalapon jest związkiem alifatycznym skutecznym w tępieniu perzu, nietrwały i łatwo hydrolizuje do kwasu pirogronowego. 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.

28. Polichlorowane bifenyle i chlorobenzeny – j.w.

Polichlorowane bifenyle jak i chlorobenzeny należą do chlorowanych związków aromatycznych i stanowią istotne zagrożenia dla środowiska naturalnego żyjących w nim organizmów żywych. Polichlorowane bifenyle (PCB) są mieszaninami izomerów o różnej liczbie atomów chloru i rozmieszczeniu w pozycji orto (podstawniki Cl w 1 i 2 pozycji pierścienia). Są to związki niejonowe o bardzo małej rozpuszczalności w wodzie, a wraz ze wzrostem liczby atomów chloru ta rozpuszczalność maleje (mają właściwości lipofilne - dobrze rozpuszczają się w związkach organicznych). Dostają się do wód naturalnych głównie wraz ze ściekami pochodzącymi z przemysłu, ponieważ stosowane są głównie przy produkcji tworzyw sztucznych, plastyfikatorów, smarów, materiałów przylepnych oraz farb ochronnych. Produkowane PCB są związkami wolno rozkładającymi się i długo utrzymującymi się w środowisku (nawet do kilkudziesięciu lat). Pomimo małej lotności dosyć szybko wyparowują z wody, a ich właściwości hydrofobowe powodują szybsze gromadzenie się na granicy faz powietrze-woda, co powoduje szybsze utlenienie). PCB adsorbują na cząstkach stałych, głównie materii organicznej, a dużą zdolność do ich adsorbowania wykazują substancje humusowe. Są bardzo toksyczne dla ludzi, przy większych stężeniach powodując poważne chorób skóry. PCB obecnie są coraz mniej używane, jednak ich obecność w środowisku naturalnym jest wciąż duża ponieważ są to związki trudno rozkładalne. Do wód powierzchniowych dostają się głównie wraz ze ściekami a także z wodami opadowymi. Ponieważ łatwo adsorbują na zawiesinach gromadzą się głównie w osadach dennych (ich stężenia wynoszą nawet kilkunastu tysięcy μg/l). Pomimo małych stężeń w wodzie PCB mają zdolność do biokumulowania w organizmach wodnych np. w małżach jak również w łańcuchach pokarmowych. PCB nie wykazują silnej toksyczności, lecz działają bardzo niekorzystnie na rośliny poprzez hamowanie procesu fotosyntezy i zmniejszanie zawartości chlorofilu. Ponieważ wykazują szkodliwe działanie na organizm człowieka, przyjmuje się ograniczenia w ich spożyciu, w jadalnych rybach, czy w wodzie pitnej.

Chlorowane benzeny natomiast są to związki stosowane głównie jako półprodukty w syntezie chemicznej bądź jako rozpuszczalniki. Charakteryzują się dużą lotnością.

29. Dioksyny – j.w.

Pod tą nazwą mieści się 75 polichlorowanych di-benzo-o-dioksyn (PCDD). Wyróżnia się związki o zawartości od 1 do 8 atomów chloru w cząsteczce: izomery monochlorowe (MCDD), dichlorowe (DCDD), trichlorowe (T3CDD), tetrachlorowe (T4CDD), pentachlorowe (P5CDD), heksachlorowe (H6CDD), heptachlorow (H7CDD) i oktachlorowe (OCDD).Wraz ze wzrostem liczby atomów chloru w cząsteczkach zmniejsza się zdolność do rozkładu dioksyn w środowisku naturalnym. PCDD nie są specjalnie produkowane, ani nie mają konkretnego zastosowania. Są one produktem ubocznym (niepożądanym) podczas produkcji pestycydów, herbicydów, albo wskutek spalanie śmieci w spalarniach. Do wód powierzchniowych dostają się wraz ze ściekami przemysłowymi (rolnictwo, chemiczny, papierniczy). Dioksyny występują głównie w środowisku wodnym, gdzie są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie i trudno rozkładalne (nawet do kilku lat). Są natomiast doskonale rozpuszczalne w tłuszczach, dlatego akumulują się w tkankach tłuszczowych, ryb, ptaków, węży, a także ssaków. Jak substancje absorbujące się na zawiesinach gromadzą się głównie w osadach dennych. Najbardziej toksyczną dioksyną jest 2,3,7,8-TCDD - może powodować zatrucia i zmiany w układzie nerwowym i w wątrobie. Ich działanie polega na powolnym, ale skutecznym uszkadzaniu narządów wewnętrznych: wątroby, płuc, nerek, rdzenia kręgowego lub kory mózgowej. Badania kliniczne wykazały, że dioksyny działają silnie mutogennie, naruszając właściwą strukturę kodu genetycznego, rozmnażających się komórek żywych organizmów. Jedyną metodą wykrywania zawartości dioksyn jest monitoring środowiska.

30. Ftalany – j.w.

Są to diestry kwasów ftalowych, inaczej zwanych benzenodikarboksylowymi, które występują jako izomery orto (podstawniki COOH w pozycjach 1 i 2 pierścienia), meta (podstawniki COOH w pozycjach 1 i 3) i para(podstawniki COOH w pozycjach 1 i 4). Do najważniejszych należą np. DMP (ftalan dimetylu), DEP (dietylu), DBP (dibutylu). Są one głównie stosowane do produkcji tworzyw sztucznych, DMP stosowany jest jako środek odstraszający komary i owady ale również jako plastyfikatory do produkcji tworzyw sztucznych. Do wód naturalnych dostają się wskutek wymywania z butelek lub przewodów polietylenowych. Ich właściwości fizyczne są różne np. temperatura topnienia DMP wynosi 0-2°C, natomiast dla DEP -40°C, temperatura wrzenia: DMP = 230°C, DEP = 290°C, rozpuszczalność w wodzie DMP = 0,4 g/100g w temperaturze 25°C, a DEP = 0,15. Ftalany bardzo powoli rozkładają się w środowisku wodnym mimo iż ich stężenia nie są wysokie i wynoszą od kilku μg/l w wodach powierzchniowych i rzekach do nawet kilkudziesięciu mg/l w osadach dennych. Nie stwierdzono szkodliwego oddziaływania na organizmy żywe żyjące w wodzie.