Çevre kimyası çalışma alanı ve uygulamaları

çevre kimyası Çevresel düzeyde gerçekleşen kimyasal süreçleri inceler. Çevresel performans ve insan faaliyetlerinin yarattığı etkiler üzerine kimyasal prensipleri uygulayan bir bilimdir..

Ek olarak, çevre kimyası mevcut çevresel hasar için önleme, azaltma ve iyileştirme teknikleri tasarlar.

Çevre kimyası aşağıdaki üç temel disipline ayrılabilir:

1. Atmosferin çevre kimyası.
2. Hidrosferin çevre kimyası.
3. Çevre toprak kimyası.

Çevre kimyasına kapsamlı bir yaklaşım ayrıca, bu üç bölmede (atmosfer, hidrosfer, toprak) meydana gelen kimyasal prosesler ve bunların biyosfer ile olan ilişkileri arasındaki ilişkilerin çalışılmasını gerektirir..

indeks

• 1 Atmosferin çevre kimyası
  • 1.1 -Stratosfer
  • 1.2 -Toposfer
• 2 Hidrosferin çevre kimyası
  • 2.1 - Tatlı su
  • 2.2 -Su döngüsü
  • 2.3 - Su döngüsü üzerindeki antropolojik etkiler
• 3 Çevre toprak kimyası
  • 3.1 Toprak
  • 3.2 Topraktaki antropolojik etkiler
• 4 Kimyasal çevre ilişkisi
  • 4.1 -Model Garrels ve Lerman
• 5 Çevre kimyasının uygulamaları
• 6 Kaynakça

Atmosferin çevre kimyası

Atmosfer, Dünyayı çevreleyen gaz tabakasıdır; sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşimin çok geniş aralıklarda irtifa ile değiştiği çok karmaşık bir sistemdir.

Güneş, radyasyonu ve yüksek enerjili parçacıklar ile atmosferi bombalar; bu gerçek atmosferin tüm katmanlarında, özellikle de en yüksek ve dış katmanlarda çok önemli kimyasal etkilere sahiptir..

-stratosfer

Foto ayrışma ve fotoyonlaşma reaksiyonları atmosferin dış bölgelerinde meydana gelir. Dünya yüzeyinden ölçülen 30 ila 90 km yüksekliğindeki bölgede, stratosferde, çoğunlukla ozon içeren bir katman bulunur (VEYA₃), ozon tabakası denir.

Ozon tabakası

Ozon, güneşten gelen yüksek enerjili ultraviyole radyasyonu emer ve bu katmanın varlığı için gezegende bilinen hiçbir yaşam şekli geçemezse.

1995'te atmosferik kimyagerler Mario J. Molina (Meksika), Frank S. Rowland (Amerikan) ve Paul Crutzen (Hollandalı), stratosferdeki ozonun yok edilmesi ve tükenmesi üzerine araştırmaları nedeniyle Kimyada Nobel Ödülü'nü kazandı..

1970'de Crutzen, azot oksitlerin katalitik kimyasal reaksiyonlarla ozonu tahrip ettiğini gösterdi. Daha sonra Molina ve Rowland, 1974’te kloroflorokarbon bileşiklerinin (CFC’lerin) klorinin de ozon tabakasını tahrip edebildiğini gösterdi..

-troposfer

Dünya yüzeyinin hemen üzerindeki, 0 ile 12 km arasındaki, troposfer adı verilen atmosferik tabaka esasen azottan (N₂) ve oksijen (O₂).

Zehirli gazlar

İnsan faaliyetlerinin bir sonucu olarak, troposfer hava kirletici olarak kabul edilen birçok kimyasal madde içerir:

• Dioksit ve karbon monoksit (CO₂ ve CO).
• Metan (CH₄).
• Azot oksit (NO).
• Sülfür dioksit (SO)₂).
• Ozon O₃ (troposferde bir kirletici olarak kabul edilir)
• Uçucu organik bileşikler (VOC), tozlar veya katı parçacıklar.

İnsan ve bitki ve hayvan sağlığını etkileyen diğer birçok madde arasında.

Asit yağmuru

Kükürt oksitler (SO₂ ve SO₃) ve azot oksit gibi azot olanlar (NO₂), asit yağmuru denilen başka bir çevre sorununa neden.

Troposferde esasen fosil yakıtların endüstriyel faaliyetlerde ve ulaştırmada yanma ürünleri olarak bulunan bu oksitler, yağmur suyu üreten sülfürik asit ve nitrik asit ile sonuçlanan asit çökeltileri ile reaksiyona girer..

Güçlü asitler içeren bu yağmuru hızlandırarak, denizlerin ve tatlı suların asitlenmesi gibi çeşitli çevresel problemleri tetikler. Bu, suda yaşayan organizmaların ölümüne neden olur; bitkilerin ölümüne neden olan toprakların asitlendirilmesi ve binaların, köprülerin ve anıtların kimyasal aşındırıcı etkisiyle tahribat.

Diğer atmosferik çevre sorunları, temel olarak azot oksitler ve troposferik ozonun neden olduğu fotokimyasal smog'dur.

Küresel ısınma

Küresel ısınma, yüksek konsantrasyonlarda CO ile üretilir.₂ Dünya yüzeyinden yayılan kızılötesi radyasyonun çoğunu emen ve troposferdeki ısıyı hapseden atmosferik ve diğer sera gazları (GHG'ler). Bu gezegende iklim değişikliği yaratır.

Hidrosferin çevre kimyası

Hydrósfera Dünya'nın tüm su kütlelerine uygundur: yüzeysel veya humedales - okyanuslar, göller, nehirler, yaylar - ve yeraltı veya akiferler.

-Tatlı su

Su gezegendeki en yaygın sıvı maddedir, dünya yüzeyinin% 75'ini kaplar ve yaşam için kesinlikle gereklidir.

Tüm yaşam formları tatlı suya bağlıdır (% 0,01'den daha az tuz içeren su olarak tanımlanır). Gezegenin suyunun% 97'si tuzlu sudur..

Kalan tatlı suyun% 3'ünde,% 87'sinde:

• Dünya'nın kutupları (küresel ısınmadan dolayı denizlere dökülen).
• Buzullar (ayrıca yok olma sürecinde).
• Yeraltı suyu.
• Atmosferde mevcut buhar şeklinde su.

Gezegenin toplam tatlı suyunun yalnızca% 0,4'ü tüketime açıktır. Suyun okyanuslardan buharlaşması ve yağmurların sürekli çökmesi bu küçük yüzdeyi sağlar.

Suyun çevre kimyası, su döngüsü veya hidrolojik döngüde meydana gelen kimyasal süreçleri inceler ve ayrıca insan tüketimi için suyun arıtılması, endüstriyel ve kentsel atıksuların arıtılması, deniz suyunun tuzunun giderilmesi, geri dönüşüm için teknolojiler geliştirir. ve bu kaynağın diğerlerinin yanı sıra saklanması.

-Su döngüsü

Dünyadaki su döngüsü üç ana işlemden oluşur: buharlaşma, yoğuşma ve yağış.

1. Yüzey akış
2. Bitkilerin evapotranspirasyonu
3. Suyun yeraltı seviyelerine (yeraltı suyu) geçtiği sızma, akifer kanallarında dolaşır ve kaynak, kaynak veya kuyulardan çıkar..

-Su döngüsü üzerindeki antropolojik etkiler

İnsan aktivitesinin su döngüsü üzerinde etkileri var; Antropolojik eylemin nedenleri ve etkilerinden bazıları şunlardır:

Arazi yüzeyinin değiştirilmesi

Ormanlar ve ormansızlaşan alanların tahribatı ile üretilir. Bu, buharlaşma transpirasyonunu ortadan kaldırarak (bitkiler içerisinden su alarak ve terleme ve buharlaşma yoluyla çevreye geri dönerek) ve artan akış miktarını artırarak su döngüsünü etkiler..

Artan yüzey akışı, nehir akışının artmasına ve sele neden olur.

Kentleşme aynı zamanda toprak yüzeyini de değiştirir ve su döngüsünü etkiler, çünkü gözenekli toprak, infiltrasyonu imkansız kılan çimento ve geçirimsiz asfalt ile değiştirilir.

Su döngüsü kirliliği

Su döngüsü tüm biyosferi içerir ve sonuç olarak, insan tarafından üretilen atık, bu çevrime farklı proseslerle dahil edilir..

Havadaki kimyasal kirleticiler yağmura dahil edilir. Toprağa uygulanan zirai kimyasallar, akiferlere sızıntı ve sızıntıya maruz kalır veya nehirlere, göllere ve denizlere akar..

Ayrıca, yağ ve yağ israfı ve atık su sızıntısı, yeraltı suyuna sızarak sürüklenir.

Su kaynaklarının fazla çekilmesi ile su kaynaklarının çıkarılması

Aşırı çekme ile yapılan bu uygulamalar, yeraltı suyu ve yüzey suyu rezervlerinin tükenmesini sağlar, ekosistemleri etkiler ve yerel toprak çökmesi sağlar.

Çevre toprak kimyası

Topraklar biyosfer dengesindeki en önemli faktörlerden biridir. Karasal zincirlerde üretici olan bitkilere demir, su ve besin sağlarlar..

Kat

Toprak, üç fazlı karmaşık ve dinamik bir ekosistem olarak tanımlanabilir: mineral ve organik desteğin katı bir fazı, sulu bir sıvı faz ve bir gaz fazı; belirli bir fauna ve floraya sahip olmakla karakterize edilir (bakteri, mantar, virüs, bitki, böcek, nematod, protozoa).

Toprağın özellikleri çevresel koşullar ve içinde gelişen biyolojik aktivite nedeniyle sürekli değişmektedir..

Yerdeki antropolojik etkiler

Toprak bozulması, ekosistemde derin ve negatif bir değişim üretebilen toprağın üretim kapasitesini azaltan bir süreçtir..

Toprak bozulmasına neden olan faktörler: iklim, fizyografi, litoloji, bitki örtüsü ve insan etkisi.

İnsan hareketi ile oluşabilir:

• Toprağın fiziksel olarak bozunması (örneğin, yetersiz ekim ve hayvancılık uygulamalarından kaynaklanan sıkıştırma).
• Toprağın kimyasal olarak parçalanması (asitleştirme, alkalizasyon, tuzlanma, zirai kimyasal maddelerle kirlenme, endüstriyel ve kentsel faaliyetlerden atıklar, diğerlerinin yanı sıra yağ dökülmeleri).
• Biyolojik toprak bozulması (organik madde içeriğinde azalma, bitki örtüsünün bozulması, azot içeren mikroorganizmaların kaybı, diğerleri arasında).

Kimyasal çevre ilişkisi

Çevre kimyası, üç çevre bölümünde meydana gelen farklı kimyasal işlemleri inceler: atmosfer, hidrosfer ve toprak. Çevrede meydana gelen maddenin küresel transferini açıklamaya çalışan basit bir kimyasal modele ek bir odaklanmayı gözden geçirmek ilginçtir..

-Model Garrels ve Lerman

Garrels ve Lerman (1981), dünya yüzeyinin biyogeokimyasının basitleştirilmiş bir modelini geliştirdi; atmosfer, hidrosfer, yer kabuğunun ve dahil olan biyosfer bölmeleri arasındaki etkileşimleri inceliyor..

Garrels ve Lerman'ın modeli, gezegenin yedi ana kurucu mineralini ele alıyor:

1. Alçı (CaSO₄)
2. Pirit (FeS₂)
3. Kalsiyum karbonat (CaCO₃)
4. Magnezyum karbonat (MgCO₃)
5. Magnezyum silikat (MgSiO)₃)
6. Ferrik oksit (Fe₂Ey₃)
7. Silisyum dioksit (SiO)₂)

Biyosferi oluşturan organik madde (hem yaşayan hem de ölü), CH olarak temsil edilir.₂Veya, canlı dokuların yaklaşık stokiyometrik bileşimidir..

Garrels ve Lerman modelinde, jeolojik değişiklikler gezegenin bu sekiz bileşeni arasındaki maddenin kimyasal transferleri ve net kütle koruma dengesi aracılığıyla net transferleri olarak incelenmiştir..

CO birikimi₂ atmosferde

Örneğin, CO birikimi sorunu₂ atmosferde bu modelde çalışılıyor, şöyle diyor: Şu anda biyosferde depolanan organik karbonu, geçmiş jeolojik zamanlarda alt toprakta biriken kömür, yağ ve doğal gaz olarak yakıyoruz..

Fosil yakıtların bu yoğun şekilde yanması sonucu, CO konsantrasyonu₂ atmosferik artıyor.

CO konsantrasyonlarındaki artış₂ Karasal atmosferde, fosil karbon yanma oranının, Dünya'nın biyojeokimyasal sisteminin (örneğin fotosentetik organizmalar ve hidrosfer gibi) diğer bileşenleri tarafından karbon emilim oranını aştığından dolayıdır..

Bu şekilde, CO emisyonu₂ İnsan faaliyetleri nedeniyle atmosfere, dünyadaki değişimleri düzenleyen düzenleyici sistemi aşıyor.

Biyosferin büyüklüğü

Garrels ve Lerman tarafından geliştirilen model, biyosferin boyutunun fotosentez ve solunum arasındaki dengenin bir sonucu olarak arttığını ve azaldığını düşünüyor..

Dünyadaki yaşam tarihi boyunca, biyosferin kütlesi yüksek oranda fotosentez oranlarıyla artmıştır. Bu, organik karbon ve oksijen emisyonunun net depolanmasına neden oldu:

CO₂    +   'H₂O → CH₂O + O₂

Mikroorganizmaların ve daha yüksek hayvanların metabolik aktivitesi olarak nefes almak, organik karbonu tekrar karbondioksite dönüştürür (CO₂) ve su (H₂O) yani önceki kimyasal reaksiyonu tersine çevirir..

Suyun varlığı, organik karbonun depolanması ve moleküler oksijen üretimi yaşamın varlığı için temeldir.

Çevre kimyası uygulamaları

Çevre kimyası, insan faaliyetlerinden kaynaklanan çevresel zararın önlenmesi, azaltılması ve iyileştirilmesi için çözümler sunar. Bu çözümlerden bazıları arasında bizden bahsedebiliriz:

• MOF'ler adı verilen yeni materyallerin tasarımı (İngilizce olarak kısaltması için: Metal Organik Yapılar). Bunlar çok gözeneklidir ve aşağıdakileri yapma yeteneğine sahiptir:₂, H olsun₂Veya çöl bölgelerinden gelen hava buharını ve H mağazasını saklayın.₂ küçük kaplarda.
• Atıkların hammaddelere dönüşümü. Örneğin, suni çim veya ayakkabı tabanı üretiminde aşınmış lastiklerin kullanılması. Ayrıca, budama atıklarının biyogaz veya biyoetanol üretiminde kullanılması.
• CFC ikamelerinin kimyasal sentezi.
• Temiz elektrik üretimi için hidrojen hücreleri gibi alternatif enerjilerin geliştirilmesi.
• Atıl filtreler ve reaktif filtreler ile atmosfer kirliliğinin kontrolü.
• Deniz suyunun ters ozmoz ile tuzdan arındırılması.
• Suda asılı bulunan koloidal maddelerin topaklanması için yeni malzemelerin geliştirilmesi (arıtma işlemi).
• Göllerin ötrofikasyonunun tersine çevrilmesi.
• "Yeşil kimya" nın gelişimi, toksik kimyasal bileşiklerin daha az toksik olanlarla değiştirilmesini öneren bir eğilim ve "çevre dostu" kimyasal prosedürler. Örneğin, sanayide, çamaşırların kuru temizlemesinde, diğerleri arasında, daha az toksik çözücü ve ham madde kullanımında uygulanır..

referanslar

1. Calvert, J.G., Lazrus, A., Kok, G.L., Heikes, B.G., Walega, J.G., Lind, J. ve Cantrell, C.A. (1985). Troposferde asit oluşumunun kimyasal mekanizmaları. Nature, 317 (6032), 27-35. doi: 10.1038 / 317027a0.
2. Crutzen, P.J. (1970). Azot oksitlerin atmosferik içerik üzerindeki etkisi. Q.J.R. Metheorol. Soc Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Garrels, R.M. ve Lerman, A. (1981). Sedimanter karbon ve kükürtün feroerozoik çevrimleri. Doğa Bilimleri Akademisi'nin bildirileri. USA 78: 4,652-4,656.
4. Hester, R. E. ve Harrison, R. M. (2002). Küresel Çevresel Değişim. Kraliyet Kimya Derneği. pp 205.
5. Hites, R. A. (2007). Çevre Kimyasının Elemanları. Association & Wiley Interscience. pp 215.
6. Manahan, S.E. (2000). Çevre Kimyası. Yedinci baskı. CRC. pp 876
7. Molina, M.J. ve Rowland, F.S. (1974). Kloroflorometanlar için stratosferik lavabo: Klor atomunun ozonla katalizlenmiş yıkımı. Doğa. 249: 810-812.
8. Morel, F.M. ve Hering, J.M. (2000). Su Kimyasının İlkeleri ve Uygulamaları. New York: John Wiley.
9. Stockwell, W.R., Lawson, C.V., Saunders, E. ve Goliff, W.S. (2011). Hava Kalitesi Modellemesi için Troposferik Atmosferik Kimya ve Gaz Faz Kimyasal Mekanizmaları Üzerine Bir İnceleme. Atmosfer, 3 (1), 1-32. doi: 10.3390 / atmos3010001