CHEMISTRY NG KAPALIGIRAN: LARANGAN NG PAG-AARAL AT APLIKASYON - KAPALIGIRAN - 2024

Ang kapaligiran kimika pag-aaral ang proseso ng kemikal na kumuha ng lugar sa antas ng kapaligiran. Ito ay isang agham na nalalapat ang mga prinsipyo ng kemikal sa pag-aaral ng pagganap ng kapaligiran at ang mga epekto na nabuo ng mga aktibidad ng tao.

Bilang karagdagan, ang mga disenyo ng kemikal sa kapaligiran ay nagdidisenyo ng diskarte sa pag-iwas, pag-iwas at remediation para sa umiiral na pinsala sa kapaligiran.

Larawan 1. Diagram ng terrestrial na kapaligiran, hydrosephos, lithosphere at biosfos. Pinagmulan: Bojana Petrović, mula sa Wikimedia Commons

Ang kimika sa kapaligiran ay nahahati sa tatlong pangunahing disiplina na:

1. Kemikal na kemikal ng kapaligiran.
2. Chemistry ng kapaligiran ng hydrosfos.
3. Chemistry sa kapaligiran ng lupa.

Ang isang komprehensibong diskarte sa kimika sa kapaligiran ay nangangailangan ng pag-aaral ng mga magkakaugnay sa pagitan ng mga proseso ng kemikal na nagaganap sa tatlong mga compartment na ito (kapaligiran, hydrosphere, lupa) at ang kanilang mga kaugnayan sa biosoffer.

Kemikal na kemikal ng kapaligiran

Ang kapaligiran ay ang layer ng mga gas na pumapalibot sa Earth; ito ay bumubuo ng isang napaka-kumplikadong sistema, kung saan ang temperatura, ang presyon at ang kemikal na komposisyon, ay nag-iiba sa taas sa malawak na saklaw.

Ang sunog ay nagbubomba sa kalangitan na may radiation at high-energy particle; ang katotohanang ito ay may napaka makabuluhang epekto sa kemikal sa lahat ng mga layer ng kapaligiran, ngunit sa partikular, sa itaas at panlabas na mga layer.

-Stratosphere

Ang mga reaksyon ng Photodissociation at photoionization ay nangyayari sa mga panlabas na rehiyon ng kapaligiran. Sa rehiyon sa pagitan ng 30 at 90 km ang taas na sinusukat mula sa ibabaw ng lupa, sa stratosphere, mayroong isang layer na pangunahing naglalaman ng ozon (O ₃ ), na tinatawag na ozon na layer.

Layer ng osono

Ang Oone ay sumisipsip ng mataas na enerhiya na radiation ng ultraviolet na nagmula sa araw at kung hindi ito para sa pagkakaroon ng layer na ito, walang nalalabing mga form sa buhay sa planeta.

Noong 1995, ang mga chemist ng atmospheric na sina Mario J. Molina (Mexican), Frank S. Rowland (Amerikano) at Paul Crutzen (Dutch), ay nanalo ng Nobel Prize in Chemistry para sa kanilang pagsasaliksik tungkol sa pagkawasak at pag-ubos ng ozon sa stratosphere.

Larawan 2. Scheme ng pag-ubos sa layer ng ozon. Mula sa nasa.gov

Noong 1970 ay ipinakita ni Crutzen na ang mga nitrogen oxides ay sumisira sa osono sa pamamagitan ng mga catalytic chemical reaksyon. Kasunod nito sina Molina at Rowland noong 1974, ay nagpakita na ang murang luntian sa mga chlorofluorocarbon compound (CFC's) ay may kakayahang sirain ang ozon na layer.

-Troposyon

Ang layer ng atmospera na malapit sa ibabaw ng lupa, sa pagitan ng 0 hanggang 12 km na taas, na tinatawag na troposfos, ay pangunahing binubuo ng nitrogen (N ₂ ) at oxygen (O ₂ ).

Nakakalasing gas

Bilang resulta ng mga aktibidad ng tao, ang troposfound ay naglalaman ng maraming karagdagang mga kemikal na itinuturing na mga pollutant ng hangin tulad ng:

• Carbon dioxide at monoxide (CO ₂ at CO).
• Methane (CH ₄ ).
• Nitrogen oxide (HINDI).
• Sulfur dioxide (KAYA ₂ ).
• Ozone O ₃ (itinuturing isang pollutant sa troposfound)
• Madulas na organikong compound (VOC's), pulbos o solidong mga partikulo.

Kabilang sa maraming iba pang mga sangkap, na nakakaapekto sa kalusugan ng tao at halaman at hayop.

Ulan ng asido

Sulfur oxides (KAYA ₂ at KAYA ₃ ) at mga nitrogen oxides tulad ng nitrous oxide (NO ₂ ) ay nagdudulot ng isa pang problema sa kapaligiran na tinatawag na acid rain.

Ang mga oxides na ito, na naroroon sa troposfera pangunahin bilang mga produkto ng pagkasunog ng mga fossil fuels sa mga pang-industriya na aktibidad at transportasyon, reaksyon sa paggawa ng tubig-ulan ng asupre acid at nitric acid, na may bunga ng pag-ulan.

Larawan 3. Scheme ng acid rain. Pinagmulan: Alfredsito94, mula sa Wikimedia Commons

Sa pamamagitan ng pag-ulan ng ulan na naglalaman ng mga malakas na asido, nag-uudyok ito ng maraming mga problema sa kapaligiran tulad ng acidification ng mga dagat at sariwang tubig. Ito ang sanhi ng pagkamatay ng mga organismo ng aquatic; ang acidification ng mga soils na nagiging sanhi ng pagkamatay ng mga pananim at pagkawasak sa pamamagitan ng kinakaing unti-unting pagkilos ng kemikal ng mga gusali, tulay at monumento.

Ang iba pang mga problema sa kapaligiran sa kapaligiran ay photochemical smog, na sanhi ng higit sa mga nitrogen oxides at tropospheric ozon.

Pag-iinit ng mundo

Ang pag-init ng mundo ay ginawa ng mataas na konsentrasyon ng atmospheric CO ₂ at iba pang mga gas ng greenhouse (GHGs), na sumisipsip ng karamihan sa infrared radiation na inilabas ng ibabaw ng Earth at init ng bitag sa troposfos. Nagbubuo ito ng pagbabago ng klima sa planeta.

Chemistry ng kapaligiran ng hydrosfos

Ang hydroster ay binubuo ng lahat ng mga katawan ng tubig sa Earth: ibabaw o wetlands - karagatan, lawa, ilog, bukal - at sa ilalim ng lupa o aquifers.

-Fresh tubig

Ang tubig ay ang pinaka-karaniwang likido na sangkap sa planeta, sumasaklaw ito sa 75% ng ibabaw ng lupa at talagang kinakailangan para sa buhay.

Ang lahat ng mga anyo ng buhay ay nakasalalay sa sariwang tubig (tinukoy bilang tubig na may nilalaman ng asin na mas mababa sa 0.01%). Ang 97% ng tubig sa planeta ay tubig ng asin.

Sa natitirang 3% na sariwang tubig, 87% ay nasa:

• Ang mga pole ng Earth (na natutunaw at nagbubuhos sa mga dagat dahil sa global warming).
• Ang mga glacier (din sa proseso ng paglaho).
• Lupa ng tubig.
• Ang tubig sa anyo ng singaw na naroroon sa kapaligiran.

Ang 0.4% lamang ng kabuuang sariwang tubig ng planeta ang magagamit para sa pagkonsumo. Ang pagsingaw ng tubig mula sa mga karagatan at ang pag-ulan ng ulan ay patuloy na nagbibigay ng maliit na porsyento.

Ang kimikal na kapaligiran ng pag-aaral ng tubig ang mga proseso ng kemikal na nagaganap sa siklo ng tubig o sikolohikal na siklo at nagkakaroon din ng mga teknolohiya para sa paglilinis ng tubig para sa pagkonsumo ng tao, ang paggamot ng pang-industriyang at urban na wastewater, ang desalination ng seawater, recycling at pag-save ng mapagkukunang ito, bukod sa iba pa.

-Ang ikot ng tubig

Ang siklo ng tubig sa Earth ay binubuo ng tatlong pangunahing proseso: pagsingaw, paghalay at pag-ulan, kung saan nagmula ang tatlong mga circuit:

1. Ibabaw ang runoff
2. Ang evapotranspiration ng halaman
3. Ang paglusot, kung saan ang tubig ay pumasa sa mga antas ng ilalim ng lupa (phreatic), ay kumakalat sa mga daluyan ng aquifer at umalis sa mga bukal, bukal o balon.

Larawan 4. Ikot ng tubig. Pinagmulan: Wasserkreislauf.png: mula sa: Benutzer: Jooooderivative na gawa: moyogo, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

-Anthropological epekto sa ikot ng tubig

Ang aktibidad ng tao ay may epekto sa siklo ng tubig; ang ilan sa mga sanhi at epekto ng pagkilos ng antropolohiko ay ang mga sumusunod:

Pagbabago ng lupa sa ibabaw

Ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagkawasak ng mga kagubatan at mga patlang na may deforestation. Naaapektuhan nito ang siklo ng tubig sa pamamagitan ng pagtanggal ng evapotranspiration (paggamit ng tubig ng mga halaman at bumalik sa kapaligiran sa pamamagitan ng pawis at pagsingaw) at sa pamamagitan ng pagtaas ng runoff.

Ang pagtaas ng runoff sa ibabaw ay nagdaragdag ng daloy ng mga ilog at baha.

Binubuo din ng Urbanization ang ibabaw ng lupa at nakakaapekto sa siklo ng tubig, dahil ang porous ground ay pinalitan ng hindi mapipintong semento at aspalto, na ginagawang imposible ang paglusot.

Ang polusyon sa siklo ng tubig

Ang ikot ng tubig ay nagsasangkot sa buong biosmos at dahil dito, ang mga basurang nabuo ng tao ay isinama sa siklo na ito ng iba't ibang mga proseso.

Ang mga pollutant ng kemikal sa hangin ay isinasama sa ulan. Ang mga agrochemical na inilalapat sa lupa, nagdurusa ng leachate at paglusot sa mga aquifer, o tumakbo papunta sa mga ilog, lawa at dagat.

Gayundin ang pag-aaksaya ng mga taba at langis at ang mga leachates ng sanitary landfills, ay dinala sa pamamagitan ng paglusot sa tubig sa lupa.

Ang pagkuha ng mga suplay ng tubig na may overdraft sa mga mapagkukunan ng tubig

Ang mga overdraft na ito ay gumagawa ng pag-ubos ng tubig sa lupa at mga reserbang tubig sa ibabaw, nakakaapekto sa mga ekosistema at gumawa ng lokal na pag-asa sa lupa.

Chemistry sa kapaligiran ng lupa

Ang mga lupa ay isa sa pinakamahalagang mga kadahilanan sa balanse ng biosoffer. Nagbibigay ang mga ito ng mga anting-anting, tubig at sustansya sa mga halaman, na mga tagagawa sa terrestrial trophic chain.

Lupa

Ang lupa ay maaaring tinukoy bilang isang kumplikado at pabago-bagong ekosistema ng tatlong mga phase: isang solidong yugto na may suporta sa mineral at organikong, isang may tubig na phase ng likido at isang gas na phase; nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang partikular na fauna at flora (bakterya, fungi, virus, halaman, insekto, nematodes, protozoa).

Ang mga pag-aari ng lupa ay patuloy na binago ng mga kondisyon ng kapaligiran at sa pamamagitan ng biological na aktibidad na bubuo sa loob nito.

Mga epekto ng antropolohikal sa lupa

Ang pagkasira ng lupa ay isang proseso na nagpapababa sa produktibong kapasidad ng lupa, na may kakayahang gumawa ng isang malalim at negatibong pagbabago sa ekosistema.

Ang mga kadahilanan na gumagawa ng pagkasira ng lupa ay: klima, pisyograpiya, lithology, halaman at pagkilos ng tao.

Larawan 5. Nagwawasak ng lupa. Pinagmulan: pexels.com

Sa pamamagitan ng pagkilos ng tao ay maaaring mangyari:

• Ang pisikal na pagkasira ng lupa (halimbawa, pag-compaction mula sa hindi tamang pagsasaka at pagsasagawa ng ranching).
• Ang pagkasira ng kemikal ng lupa (acidification, alkalization, salinization, kontaminasyon sa agrochemical, na may mga effluents mula sa pang-industriya at urban na aktibidad, mga langis ng spills, bukod sa iba pa).
• Ang pagkasira ng biolohiko ng lupa (pagbawas sa nilalaman ng organikong bagay, pagkasira ng takip ng halaman, pagkawala ng mga micro-organismo ng pag-aayos ng nitrogen, bukod sa iba pa).

Chemical - relasyon sa kapaligiran

Ang pag-aaral sa kimika sa kapaligiran ay nag-aaral ng iba't ibang mga proseso ng kemikal na nagaganap sa tatlong mga compartment ng kapaligiran: kapaligiran, haydrosismo at lupa. Ito ay kagiliw-giliw na suriin ang isang karagdagang diskarte sa isang simpleng modelo ng kemikal, na sumusubok na ipaliwanag ang pandaigdigang paglilipat ng mga bagay na nangyayari sa kapaligiran.

-Model Garrels at Lerman

Ang Garrels at Lerman (1981) ay binuo ng isang pinasimple na modelo ng biogeochemistry ng ibabaw ng Daigdig, na pinag-aaralan ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng kalangitan, hydrosphere, crust ng lupa at ang mga kasama na compartment ng biosmos.

Ang modelo ng Garrels at Lerman ay isinasaalang-alang ang pitong pangunahing sangkap na nasasakupan ng planeta:

1. Gypsum (CaSO ₄ )
2. Pyrite (FeS ₂ )
3. Kaltsyum karbonat (CaCO ₃ )
4. Magnesium carbonate (MgCO ₃ )
5. Magnesium Silicate (MgSiO ₃ )
6. Ferric oxide (Fe ₂ O ₃ )
7. Silicon dioxide (SiO ₂ )

Ang kinatawan ng organikong bagay ng biosmos (parehong buhay at patay), ay kinakatawan bilang CH ₂ O, na kung saan ay ang tinatayang stoichiometric na komposisyon ng mga nabubuhay na tisyu.

Sa modelo ng Garrels at Lerman, pinag-aaralan ang mga pagbabago sa heolohikal bilang mga paglilipat ng net ng mga bagay sa pagitan ng walong bahagi ng planeta, sa pamamagitan ng mga reaksyon ng kemikal at isang netong balanse ng pag-iingat ng masa.

Ang akumulasyon ng CO

Halimbawa, ang problema ng akumulasyon ng CO ₂ sa kapaligiran ay pinag-aralan sa modelong ito, na nagsasabi na: Kasalukuyan kaming sinusunog ang organikong carbon na nakaimbak sa biosimo bilang karbon, langis at likas na gas na idineposito sa subsoil sa mga panahon ng geolohiko .

Bilang isang resulta ng masidhing pagsunog ng mga fossil fuels, ang konsentrasyon ng atmospheric CO ₂ ay tumataas.

Ang pagtaas ng mga konsentrasyon ng CO ₂ sa kapaligiran ng Earth ay dahil sa ang katunayan na ang rate ng fossil carbon combustion ay lumampas sa rate ng pagsipsip ng carbon ng iba pang mga bahagi ng biogeochemical system ng Earth (tulad ng mga organisasyong fotosintesis at halimbawa, ang hydrosfro.

Sa ganitong paraan, ang paglabas ng CO ₂ sa kalangitan dahil sa mga gawaing pantao, ay higit sa regulasyon ng system na nagpapasaya sa mga pagbabago sa Earth.

Ang laki ng biosoffer

Ang modelo na binuo ng Garrels at Lerman ay isinasaalang-alang din na ang laki ng biosphere ay nagdaragdag at bumababa bilang isang resulta ng balanse sa pagitan ng fotosintesis at paghinga.

Sa panahon ng kasaysayan ng buhay sa Earth, ang masa ng biosmos ay nadagdagan sa mga yugto na may mataas na rate ng fotosintesis. Nagresulta ito sa isang net storage ng organikong carbon at paglabas ng oxygen:

CO ₂ + H ₂ O → CH ₂ O + O ₂

Ang paghinga bilang metabolic na aktibidad ng mga microorganism at mas mataas na hayop, nag-convert ng organikong carbon pabalik sa carbon dioxide (CO ₂ ) at tubig (H ₂ O), iyon ay, binabaligtad nito ang dating reaksiyong kemikal.

Ang pagkakaroon ng tubig, ang imbakan ng organikong carbon at ang paggawa ng molekular na oxygen ay pangunahing para sa pagkakaroon ng buhay.

Mga Application sa Chemistry ng Kalikasan

Nag-aalok ang kemikal ng kapaligiran ng mga solusyon para sa pag-iwas, pag-iwas at remediation ng pinsala sa kapaligiran na sanhi ng aktibidad ng tao. Kabilang sa ilang mga solusyon na maaari nating banggitin:

• Ang disenyo ng mga bagong materyales na tinatawag na MOF's (para sa acronym nito sa Ingles: Metal Organic Frameworks). Ang mga ito ay napaka-butas at may kakayahan na: sumipsip at mapanatili ang CO ₂ , kumuha ng H ₂ O mula sa singaw ng hangin sa mga lugar ng disyerto at itago ang H ₂ sa mga maliliit na lalagyan.
• Ang pag-convert ng basura sa mga hilaw na materyales. Halimbawa, ang paggamit ng mga pagod na gulong sa paggawa ng artipisyal na damo o soles ng sapatos. Gayundin ang paggamit ng basura ng pruning ng prutas, sa henerasyon ng biogas o bioethanol.
• Chemical syntheses ng CFC kapalit.
• Ang pag-unlad ng mga alternatibong energies, tulad ng mga selula ng hydrogen, para sa henerasyon ng koryente na hindi nagsu-polling.
• Ang kontrol ng polusyon sa atmospera, na may mga inert filter at reaktibong mga filter.
• Paglagay ng tubig sa dagat sa pamamagitan ng reverse osmosis.
• Ang pag-unlad ng mga bagong materyales para sa flocculation ng mga colloidal na sangkap na sinuspinde sa tubig (paglilinis ng proseso).
• Ang baligtad ng eutrophication ng lawa.
• Ang pagbuo ng "berdeng kimika", isang kalakaran na nagmumungkahi ng pagpapalit ng mga nakakalason na compound ng kemikal sa pamamagitan ng hindi gaanong nakakalason, at "mga pamamaraan ng kemikal na" friendly. Halimbawa, inilalapat ito sa paggamit ng mas kaunting nakakalason na solvent at hilaw na materyales, sa industriya, sa tuyo na paglilinis ng mga labahan, bukod sa iba pa.

Mga Sanggunian

1. Calvert, JG, Lazrus, A., Kok, GL, Heikes, BG, Walega, JG, Lind, J., at Cantrell, CA (1985). Mga mekanismo ng kemikal ng pagbuo ng acid sa troposfos. Kalikasan, 317 (6032), 27-35. doi: 10.1038 / 317027a0.
2. Crutzen, PJ (1970). Ang impluwensya ng mga nitrogen oxides sa nilalaman ng atmospheric. QJR Metheorol. Soc. Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Mga garrels, RM at Lerman, A. (1981). Phanerozoic cycle ng sedimentary carbon at asupre. Mga pamamaraan ng Likas na Academy of Science. USA 78: 4,652-4,656.
4. Hester, RE at Harrison, RM (2002). Pagbabago sa Pangkapaligiran sa Pandaigdigang. Royal Society of Chemistry. pp 205.
5. Hites, RA (2007). Mga Elemento ng Kemikal na Pangkapaligiran. Wiley-Interscience. pp 215.
6. Manahan, SE (2000). Kemikal na Pangkapaligiran. Ikapitong edisyon. CRC. pp 876
7. Molina, MJ at Rowland, FS (1974). Stratospheric lababo para sa chlorofluoromethanes: Chlorine atom-catalyzed na pagkasira ng osono. Kalikasan. 249: 810-812.
8. Morel, FM at Hering, JM (2000). Mga Prinsipyo at Aplikasyon ng Aquatic Chemology New York: John Wiley.
9. Stockwell, WR, Lawson, CV, Saunders, E., at Goliff, WS (2011). Isang pagsusuri ng Tropospheric Atmospheric Chemistry at Gas-Phase Chemical Mekanismo para sa Air Quality Modelling. Atmosfer, 3 (1), 1–32. doi: 10.3390 / atmos3010001