Химия и экология
рязнения природной среды, дефицита пищи и энергии,
народонаселения был не случаен. Он явился естественной реакцией людей на
обострение взаимоотношений общества с природной средой.
Первой страной, ощутившей отрицательное влияние химического
загрязнения природной среды, стала Япония. В этой стране свыше 80 %
территории испытывает на себе непосредственное влияние промышленного
производства. Японцы первыми заговорили о проблеме «когай», означающей
опасность вреда от загрязнений окружающей среды. Вскоре с этой проблемой
столкнулись и в других странах.
Стратегия природопользования, опиравшаяся на идею могущества человека
и его растущей власти над природой в эпоху НТР, долгое время казавшаяся
незыблемой, на поверку оказалась всего лишь стратегией «яблоневой
плодожорки», пожирающей среду своего обитания. Осознание данной ситуации
способствовало постановке серьезнейших задач как в практической области,
так и в сфере фундаментальных научных исследований. Экологическими
проблемами стали заниматься представители самых разных наук, причем не
только естественных, но и гуманитарных. Обусловлено это тем, что наряду с
необходимостью разработки новой стратегии природопользования и создания
принципиально новых промышленных технологий встала задача экологической
перестройки сознания людей, широкой пропаганды экологических знаний.
Современная «большая» экология развивается в трех основных направлениях,
акцентирующих внимание, во-первых, на проблемах выживания человечества в
условиях обостряющихся противоречий его с окружающей средой, во-вторых, на
необходимости сохранения устойчивости биосферы Земли, испытывающей на себе
антропогенное давление и, наконец, в-третьих, на проблемах сохранения
здоровья человека, оказавшегося в условиях стремительно изменяющейся среды
его обитания. Каковы эти проблемы при более детальном рассмотрении, а также
пути их решения и стали объектом моей работы “Химия и Экология”.
Часть I. Проблемы и их решения
Фреоны и озонный щит планеты
В своей хозяйственной деятельности человечество использует насыщенные
газообразные или жидкие фторуглероды или полифторуглеводороды, часто
содержащие атомы хлора и брома, — так называемые фреоны или хладоны.
Наиболее распространенные фреоны:
CFCL — фреон 11,
CF2C12 — фреон 12,
CHC1F2 — фреон 22,
CF2ClCFCl2 — фреон ИЗ,
CF2ClBr — фреон 12В1,
CF3Br — фреон 13В1.
Все эти вещества в природе естественным путем не образуются,
исключение составляет фреон 11, небольшие количества которого обнаружены в
газовых выбросах вулканов на Курильских островах) и, следовательно,
появление их в атмосфере обусловлено антропогенным вкладом. Фреоны
характеризуются уникальным набором свойств, которые обеспечили им широкое
использование в промышленности. Эти вещества имеют низкие температуры
кипения, не ядовиты, негорючи, взрывобезопасны, химически инертны. Они не
действуют на распространенные конструкционные материалы, а в малых дозах
безвредны для людей. При высоких концентрациях некоторые фреоны обладают
наркотическим (фреон 12), а иногда удушающим действием (фреон 142, фреон
22).
Интенсивное применение фреонов началось в 50-е годы. Их получают реакцией
хлорированных углеводородов с SbF5, HF или KF:
ССl4 + 2HF SbF5 CCl2F2 + 2HCl[pic][pic]
Фреоны являются распространенными хладагентами в холодильниках и
кондиционерах, используются как носители активных химикатов (пропелленты) в
аэрозольных баллончиках, получивших широкое распространение в быту. В такой
удобной для дозировки упаковке выпускают множество продуктов — лекарства,
краски, косметические средства, моющие препараты, инсектициды и др. При
получении пенопластов фреоны применяют для формирования полостей и
пузырьков. Ряд фреонов используют как компоненты огнетушащих составов в
системах автоматического пожаротушения, например фреон 13В 1. Некоторые
фреоны являются незаменимыми растворителями C2Cl3F3. К 1975 г. мировое
производство фреонов достигло 800 тыс. т в год.
Трудно было предположить, что эти, казалось бы безвредные, соединения
могут представлять серьезную угрозу для биосферы в целом. Однако,
оказалось, что фреоны, будучи химически инертными соединениями, при
попадании в тропосферу не разрушаются в ней. Ученые установили, что время
удаления фреонов из океана, обусловленное гидролизом или микробиологическим
разрушением после перехода поверхности газ-жидкость, составляет для ферона
11 — 70 лет, фреона 12 — 200 лет. Действие почвенных микроорганизмов также
незначительно, так как время удаления фреонов из почвы под их воздействием
превышает 10 тыс. лет. Это означает, что попавшие в тропосферу фреоны
медленно диффундируют в стратосферу. Сами по себе фреоны не представляют
опасности для озонового экрана, так как эти вещества инертны по отношению к
озону. Однако специальные наблюдения с помощью воздушных шаров показали,
что свободно мигрирующие в тропосфере без больших потерь фреоны в
стратосфере на уровне более 20 км подвергаются фотохимическому распаду,
выделяя
CF2Cl2 hv CF2Cl* + Cl*
CFCl3 hv CFCl2* + Cl*
длина волны = 185-225 нм
Атомы хлора действуют как сильные катализаторы распада озона.
В разрушении фреонов, кроме УФ-излучения солнца, участвует также
атомарный кислород в возбужденном состоянии, образующийся при
фотодиссоциации озона. По механизму действия на озоносферу к фреонам близки
и некоторые органические растворители, например ССl4 или CH3CCl3.
Галогензамещенные углеводороды, содержащие атомы водорода (CH3CCl3,
CHClF2 и др.), окисляются и гидроксильным радикалом НО и поэтому имеют
более короткое время жизни в атмосфере. Это время определяется как
отношение содержания данного вещества в определенном объеме к интенсивности
его уменьшения в этом объеме. Среднее время жизни, по данным ученых,
составляет для фреона 11 и 12 около 80 лет, СС14 — 50 лет, СН,СС13 — около
10 лет. Очевидно, что даже при гипотетическом полном прекращении всех
выбросов фреонов в атмосферу их содержание будет достаточно высоким еще и в
XXI в. При сохранении же современной скорости уменьшения выброса
галогенсодержащих углеводородов (на 10 % в год) к середине XXI в.
содержание активных соединений хлора в атмосфере увеличится в 10 раз и
более по сравнению с уровнем
50-х гг. до начала промышленного производства фреонов.
Осознание этой опасности побудило ряд государств значительно сократить
или вовсе прекратить производство и применение фреонов. Так, в качестве
пропеллентов для аэрозолей начали использовать пропан, который хотя и
горюч, но дешевле фреонов и не опасен по своим отдаленным последствиям. Для
холодильников предложены менее летучие фторхлорпроизводные углеводороды,
например фреон 113 (tКИП = 47,7 °С) вместо фреона 12 (tКИП = 29,8 °С).
Таким образом, человечество уже делает первые конкретные шаги для
сохранения озонного щита планеты.
Хлорароматические соединения как глобальные загрязнители
Химическая устойчивость ароматических углеводородов и их высокая
токсичность обусловливают повышенную опасность этих веществ при попадании
их в окружающую среду. В природе имеются микроорганизмы, способные
разрушать ароматические ядра до соединений, которые, включаясь в природный
круговорот, в конечном итоге превращаются в СО2 и Н2О. Однако
микробиологическому разрушению подвергаются кольца, содержащие по крайней
мере 2 гидроксильных заместителя в орто- или параположениях. Если же
ароматические углеводороды устойчивы к окислению, то опасность их при
попадании в природную среду резко возрастает из-за их способности
накапливаться в живых организмах. К таким веществам относятся бензол,
третбутилбензол, конденсированные ароматические углеводороды и т.д. Так,
известно, что первый представитель ароматических углеводородов — бензол
представляет опасность для человека. Продолжительное вдыхание даже
небольших количеств паров бензола вызывает хроническое отравление,
утомляемость, головные боли, сонливость, нарушение кровообращения и
нормального состава крови. Функциональные производные бензола также опасны
для живых организмов. Например, фенол является нервным ядом, обладает
прижигающим и раз-
дражающим действием. Фенол легко всасывается через кожу, при длительном
воздействии на кожу опасны
даже 2—3 %-е растворы фенолов и особенно его пары. Однако приоритетными
загрязнителями окружающей среды в настоящее время являются
хлорароматические соединения. Это обусловлено широким использованием в
сельском хозяйстве таких средств защиты растений от вредителей и болезней,
как ДДТ, линдан, гербициды на основе хлорфеноксикарбоновых кислот.
Источником хлорзамещенных ароматических углеводородов являются также
антисептики на основе
пентахлорфенола, полихлорированные бифенилы и полихлорнафталины,
применяемые в качестве него-
рючих изоляционных жидкостей в трансформаторах, пластификаторов, пластмасс,
лаков и лакокрасочных
материалов. Эти соединения используются также в качестве материалов-
носителей, растворителей пес-
тицидов.
Хлорароматические соединения обладают рядом общих свойств, которые
выделяют их среди других органических загрязнителей, острым токсическим
действием на человека и животных, устойчивостью к разложению при попадании
в почву, воду, воздух и способностью мигрирования в них, способностью
накапливаться самих хлорорганических соединений или их еще более токсичных
метаболитов в органах и тканях живых организмов.
При использовании дихлордифенилтрихлорметил-метана — ДДТ возникла
настоящая экологическая
пробл
| |  скачать работу |
Химия и экология |
