Miljökemi fält och studier

den miljökemi Den studerar de kemiska processer som sker på miljönivå. Det är en vetenskap som tillämpar kemiska principer för studier av miljöprestanda och effekterna av mänskliga aktiviteter.

Dessutom utformar miljökemi förebyggande, mildrande och reningsteknik för befintlig miljöskada.

Miljökemi kan delas upp i tre grundläggande discipliner som är:

1. Atmosfärens miljökemi.
2. Hydrosfärens miljökemi.
3. Miljömjordkemi.

Ett omfattande tillvägagångssätt för miljökemi kräver också studier av sambandet mellan de kemiska processer som uppträder i dessa tre fack (atmosfär, hydrosfär, jord) och deras relationer med biosfären.

index

• 1 Atmosfärens kemi
  • 1,1-Stratosfären
  • 1.2 -Troposfären
• 2 Hydrokärmens miljökemi
  • 2.1 - Färskvatten
  • 2.2 -Vattencykeln
  • 2.3 - Antropologiska effekter på vattencykeln
• 3 Miljömjordkemi
  • 3.1 jorden
  • 3.2 Antropologiska effekter på marken
• 4 Kemiska miljöförhållanden
  • 4.1 -Model Garrels och Lerman
• 5 Tillämpningar av miljökemi
• 6 referenser

Atmosfärens miljökemi

Atmosfären är det lager av gaser som omger jorden. Det är ett mycket komplext system, där temperatur, tryck och kemisk sammansättning varierar med höjd i väldigt brett område.

Solen bombar atmosfären med strålning och hög energi partiklar; detta faktum har väldigt signifikanta kemiska effekter i alla skikt av atmosfären, men i synnerhet i de högsta och yttre skikten.

-stratosfären

Fotocentrum och fotojoniseringsreaktioner uppträder i atmosfärens yttre områden. I området mellan 30 och 90 km i höjd mätt från jordens yta, i stratosfären, finns ett lager som mest innehåller ozon (ELLER₃), som kallas ozonskiktet.

Ozonskikt

Ozon absorberar ultraviolett strålning från högenergi som kommer från solen och om inte för förekomsten av detta skikt, ingen känd livsstil på planeten, kan det vara.

År 1995 Mario Molina atmosfär kemikalier (mexikanska), Frank S. Rowland (US) och Paul Crutzen (nederländska), fick Nobelpriset i kemi för sin forskning om förstörelse och utarmning av ozon i stratosfären.

1970 visade Crutzen att kväveoxider förstör ozon genom katalytiska kemiska reaktioner. Därefter visade Molina och Rowland 1974 att klor av klorfluorkarbonföreningar (CFC) också kan förstöra ozonskiktet.

-troposfären

Det atmosfäriska skiktet strax över jordens yta, mellan 0 och 12 km högt, kallat troposfären, består huvudsakligen av kväve (N₂) och syre (O₂).

Giftiga gaser

Som en följd av mänskliga aktiviteter innehåller troposfären många ytterligare kemikalier betraktas som luftföroreningar, såsom:

• Dioxid och kolmonoxid (CO₂ och CO).
• Metan (CH₄).
• Kväveoxid (NO).
• Svaveldioxid (SO)₂).
• Ozon O₃ (betraktas som en förorening i troposfären)
• Flyktiga organiska föreningar (VOC), pulver eller fasta partiklar.

Bland många andra ämnen som påverkar människors och växters och djurs hälsa.

Surt regn

Svaveloxider (SO₂ och så₃) och kväveoxider såsom kväveoxid (NO₂), orsaka ett annat miljöproblem som kallas surt regn.

Dessa oxider, som är närvarande i troposfären, huvudsakligen som förbränning av fossila bränslen i industriella verksamheter och transporter, reagerar med regnvatten som producerar svavelsyra och salpetersyra, med följd av sura fällningar.

Genom att fälla ut detta regn som innehåller starka syror, utlöser det flera miljöproblem såsom försurning av hav och färskvatten. Detta medför att vattenlevande organismer dödas. försurningen av jordar som orsakar grödans död och förstörelsen genom kemisk korrosiv verkan av byggnader, broar och monument.

Andra atmosfäriska miljöproblem är fotokemisk smog, främst orsakad av kväveoxider och troposfärisk ozon

Global uppvärmning

Den globala uppvärmningen produceras av höga koncentrationer av CO₂ atmosfäriska och andra växthusgaser, som absorberar mycket av den infraröda strålningen från jordens yta och fällningsvärme i troposfären. Detta skapar klimatförändringar på planeten.

Hydrosfärens miljökemi

Hydrósfera överensstämmer med alla jordens vattenkroppar: ytliga eller humedales - hav, sjöar, floder, fjädrar - och underjordiska eller akviferer.

-Färskvatten

Vatten är det vanligaste flytande ämnet på jorden, täcker 75% av jordens yta och är absolut nödvändigt för livet.

Alla livsformer beror på färskvatten (definierat som vatten med salthalt mindre än 0,01%). 97% av planetens vatten är saltvatten.

Av de återstående 3% färskvatten finns 87% i:

• Jordens poler (som smälter och häller sig i haven på grund av global uppvärmning).
• Glaciärerna (också i färd med att försvinna).
• Grundvattnet.
• Vatten i form av ånga närvarande i atmosfären.

Endast 0,4% av världens totala ferska vatten är tillgängligt för konsumtion. Förångningen av vatten från oceanerna och utfällning av regn ger kontinuerligt denna lilla procentandel.

Vattenets miljökemi studerar de kemiska processerna som uppstår i vattencykeln eller hydrologiska cykeln och utvecklar också teknik för rening av vatten för konsumtion, behandling av industriell och urban avloppsvatten, avsaltning av havsvatten, återvinning och sparar denna resurs bland annat.

-Vattencykeln

Vattencykeln på jorden består av tre huvudprocesser: förångning, kondensation och nederbörd, varav tre kretsar härrör:

1. Ytan avrinning
2. Evapotranspiration av växter
3. Infiltrationen, där vattnet passerar till underjordiska nivåer (grundvatten), cirkulerar genom vattenvägar och utgångar genom fjädrar, fjädrar eller brunnar.

-Antropologiska effekter på vattencykeln

Mänsklig aktivitet har inverkan på vattencykeln; Några av orsakerna och effekterna av den antropologiska verkan är följande:

Ändring av markytan

Det genereras av förstörelse av skogar och fält med avskogning. Detta påverkar vattnets cykel genom att eliminera evapotranspiration (tar vatten genom växterna och återvänder till miljön genom transpiration och evaporation) och ökad avrinning.

Ökad ytflod orsakar ökat flodflöde och översvämningar.

Urbaniseringen ändrar också markytan och påverkar vattnets cykel, eftersom den porösa marken ersätts av cement och ogenomtränglig asfalt, vilket gör infiltrering omöjligt.

Vattencykelförorening

Vattencykeln omfattar hela biosfären och följaktligen är det avfall som genereras av människan inkorporerat i denna cykel genom olika processer.

De kemiska föroreningarna i luften ingår i regnet. Agrokemikalier som appliceras på marken, lider urlakat och infiltreras till vattenförekomster eller rinner ut i floder, sjöar och hav.

Även slöseriet med fetter och oljor och deponeringsavfallet dras av infiltration till grundvatten.

Utvinning av vattenförsörjning med övertrassering i vattenresurser

Dessa metoder med övertrassering, producerar uttömning av grundvatten- och ytvattenreserver, påverkar ekosystemen och producerar lokal jordsänkning.

Miljömjordkemi

Jordar är en av de viktigaste faktorerna i balansen i biosfären. De ger förankring, vatten och näringsämnen till plantorna, som är producenter i de markbundna trofiska kedjorna.

Golvet

Jord kan definieras som ett komplext och dynamiskt ekosystem i tre faser: en fast fas av mineral och organiskt stöd, en vattenhaltig vätskefas och en gasfas; karakteriseras av att ha en viss fauna och flora (bakterier, svampar, virus, växter, insekter, nematoder, protozoer).

Jordens egenskaper förändras ständigt på grund av miljöförhållandena och den biologiska aktivitet som utvecklas i den..

Antropologiska effekter på marken

Jordförstöring är en process som minskar jordens produktionskapacitet, som kan ge en djup och negativ förändring i ekosystemet.

De faktorer som orsakar jordförstöring är: klimat, fysiografi, litologi, vegetation och mänsklig handling.

Genom mänsklig handling kan uppstå:

• Fysisk nedbrytning av jorden (till exempel kompaktering på grund av otillräcklig odling och bosättningspraxis).
• Kemisk nedbrytning av marken (försurning, alkalisering, salinisering, förorening med jordbrukskemikalier, avlopp från industriell och stadsaktivitet, oljespill).
• Biologisk nedbrytning av marken (minskning av organiskt materialhalt, nedbrytning av vegetationskåpan, förlust av kvävefixerande mikroorganismer, bland annat).

Kemisk miljö förhållande

Miljökemi studerar de olika kemiska processerna som sker i de tre miljöfacken: atmosfär, hydrokfär och jord. Det är intressant att granska ett ytterligare fokus på en enkel kemisk modell, som försöker förklara de globala överföringarna av materia som uppstår i miljön.

-Model Garrels och Lerman

Garrels and Lerman (1981) utvecklade en förenklad modell av jordens yta biogeokemi, som studerar interaktionerna mellan atmosfären, hydrokfären, jordskorpan och de biosfärkammare som ingår..

Modellen av Garrels och Lerman anser sju stora beståndsdelar av mineralen på planeten:

1. Gips (CaSO₄)
2. Pyrit (FeS₂)
3. Kalciumkarbonat (CaCO₃)
4. Magnesiumkarbonat (MgCO₃)
5. Magnesiumsilikat (MgSiO₃)
6. Järnoxid (Fe₂O₃)
7. Kiseldioxid (SiO)₂)

Den organiska substansen som utgör biosfären (både levande och död), representeras som CH₂Eller vilket är den ungefärliga stökiometriska sammansättningen av levande vävnader.

I Garrels och Lerman-modellen studeras geologiska förändringar som nettoförsörjning av materia mellan dessa åtta komponenter på planeten, genom kemiska reaktioner och en nettoviktsbesparingsbalans.

Ackumuleringen av CO₂ i atmosfären

Till exempel är problemet med ackumulering av CO₂ i atmosfären studeras i denna modell och säger att: För närvarande bränner vi det organiska kolet som lagras i biosfären som kol, olja och naturgas som deponeras i undergrunden under tidigare geologiska tider.

Som ett resultat av denna intensiva förbränning av fossila bränslen är koncentrationen av CO₂ atmosfäriska ökar.

Ökningen av CO-koncentrationer₂ i den jordbundna atmosfären beror det på att den fossila kolförbränningsgraden överstiger koldioxidabsorptionen av de andra komponenterna i jordens biogeokemiska system (till exempel fotosyntetiska organismer och hydrofären).

På detta sätt kommer utsläpp av CO₂ till atmosfären på grund av mänskliga aktiviteter överträffar det regulatoriska systemet som modulerar förändringarna på jorden.

Storleken på biosfären

Modellen utvecklad av Garrels och Lerman anser också att biosfärens storlek ökar och minskar som ett resultat av balansen mellan fotosyntes och andning.

Under livets historia på jorden ökade biosfärens massa i steg med höga fotosyntesnivåer. Detta resulterade i ett nätlagring av organisk kol och syreutsläpp:

CO₂    +   H₂O → CH₂O + O₂

Andning som metabolisk aktivitet hos mikroorganismer och högre djur, omvandlar organiskt kol tillbaka till koldioxid (CO₂) och vatten (H₂O), det vill säga reverserar den tidigare kemiska reaktionen.

Närvaro av vatten, lagring av organiskt kol och produktion av molekylärt syre är grundläggande för livets existens.

Tillämpningar av miljökemi

Miljökemi erbjuder lösningar för förebyggande, minskning och sanering av miljöskador orsakad av mänsklig aktivitet. Bland några av dessa lösningar kan vi nämna:

• Utformningen av nya material som kallas MOFs (för sin akronym på engelska: Metalliska organiska ramar). Dessa är mycket porösa och har förmåga att: absorbera och behålla CO₂, få H₂Eller luftånga från ökenområden och lagra H₂ i små behållare.
• Omvandling av avfall till råvaror. Till exempel användningen av slitna däck vid produktion av artificiellt gräs eller skosålar. Också användningen av beskjutningsavfall, vid framställning av biogas eller bioetanol.
• Den kemiska syntesen av CFC-substitut.
• Utvecklingen av alternativa energier, såsom väteceller, för generering av ren el.
• Kontrollen av luftföroreningar, med inerta filter och reaktiva filter.
• Avsaltning av havsvatten genom omvänd osmos.
• Utvecklingen av nya material för flockning av kolloidala ämnen som är suspenderade i vatten (reningsprocessen).
• Återgången av eutrofiering av sjöar.
• Utvecklingen av "grön kemi", en trend som föreslår substitution av giftiga kemiska föreningar med mindre giftiga ämnen och "miljövänliga" kemiska förfaranden. Till exempel tillämpas det vid användning av mindre giftiga lösningsmedel och råvaror, inom industrin, bland annat bland annat tvättrengöring..

referenser

1. Calvert, J. G., Lazrus, A., Kok, G. L., Heikes, B. G., Walega, J. G., Lind, J., och Cantrell, C. A. (1985). Kemiska mekanismer för syreproduktion i troposfären. Nature, 317 (6032), 27-35. doi: 10,1038 / 317027a0.
2. Crutzen, P.J. (1970). Inverkan av kväveoxider på atmosfärsinnehållet. Q.J.R. Metheorol. Soc. Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Garrels, R.M. och Lerman, A. (1981). Fenerozoiska cykler av sedimentärt kol och svavel. Proceedings av Natural Academy of Sciences. USA 78: 4 652-4 656.
4. Hester, R.E. och Harrison, R.M. (2002). Global miljöförändring. Royal Society of Chemistry. s. 205.
5. Hites, R. A. (2007). Element av miljökemi. Wiley Interscience. s. 215.
6. Manahan, S.E. (2000). Miljökemi. Sjunde upplagan. CRC. s. 876
7. Molina, M.J. och Rowland, F.S. (1974). Stratosfärisk sink för klorfluormetaner: Kloratomkatalyserad förstöring av ozon. Nature. 249: 810-812.
8. Morel, F.M. och Hering, J.M. (2000). Principer och tillämpningar av vattenkemi. New York: John Wiley.
9. Stockwell, W. R., Lawson, C.V., Saunders, E. och Goliff, W. S. (2011). En översyn av troposfäriska atmosfäriska kemi och gasfas kemiska mekanismer för luftkvalitetsmodellering. Atmosfär, 3 (1), 1-32. doi: 10,3390 / atmos3010001