Khimia_v_Ekologii_1 (1)

1. ХИМИЯ В ЭКОЛОГИИ

• Журавлева Юлия Игоревна
• 15 лекций (30 часов)
• Экзамен 1 курс, 1 семестр
• Тестирование (2 тестирования по 10 б)
• Реферат (30 б)

2. Темы рефератов (химия атмосферы)

1. Ионосфера как защитный экран от жесткого
ультрафиолета, роль фотохимических реакций.
2. Основные циклы реакций образования и разложения
молекул озона в стратосфере.
3. Озоновый шит планеты и возможность его истощения.
4. Каталитическое разложение озона оксидами азота и
атомным хлором фреонов.
5. Вертикальные воздушные переносы в атмосфере, их роль
в переносе поллютантов.
6. Фотохимические механизмы окисления диоксида серы в
атмосфере.
7. Химические процессы образования серной и азотной
кислот и их солей в атмосфере.
8. Воздействие кислотных дождей и туманов на почвы,
экосистемы, растения.
9. Фотохимические смоги и городе и пригороде.

3. Темы рефератов (химия атмосферы)

11. Воздействие смога на экосистемы, растения, животных,
человека.
12. Озон и пероксид водорода как токсичные компоненты
приземных слоев воздуха.
(химия гидросферы)
1. Определение органолептических свойств природных вод.
2. Определение биохимического потребления кислорода
(БПК)
3. Гидрологический цикл воды, его климатообразующая
роль.
4. Условия образования и выпадения, химический состав
природных атмосферных осадков.
5. Генезис природных пресных вод.
6. Растворение углекислого газа в атмосферных осадках.
7. Процессы разложения детрита в природных водоемах.

4. Темы рефератов (химия гидросферы)

8. Источники, пути миграции и стоки соединений фосфора в
природных водах.
9. Источники, пути миграции и стоки соединений азота в
природных водах.
10. Источники, пути миграции и стоки органических
соединений в природных водах.
11. Источники, пути миграции и стоки соединений тяжелых
металлов в природных водах.
12. Эвтрофирование природных водоемов.
13. Процессы самоочищения природных вод.
(химия литосферы)

5. Темы рефератов (химия литосферы)

1. Атмосфера и гидросфера как результат формирования
земной коры.
2. Химические особенности главных процессов
минералообразования.
3. Горные породы как итог минерализации элементов в
минералах.
4. Катионный и анионный состав почвенных растворов в
условиях антропогенного загрязнения.
5. Антропогенные источники загрязнения почв, пути их
устранения.
6. Основные химические формы миграции соединений
кадмия в различных природных средах.
7. Основные химические формы миграции соединений ртути
в различных природных средах.
8. Основные химические формы миграции соединений
свинца в различных природных средах.

6. Темы рефератов (химия литосферы)

9. Основные химические формы миграции соединений цинка
в различных природных средах.
10. Основные химические формы миграции соединений
хрома в различных природных средах.
11. Основные химические формы миграции соединений
никеля в различных природных средах.
12. Основные химические формы миграции соединений
меди в различных природных средах.
13. Основные химические формы миграции соединений
мышьяка в различных природных средах.
14. Химические процессы рассеяния, трансформации и
переноса пестицидов в природных средах.
15. Миграция нитратов в природных средах, образование
нитрозаминов.
16. Полихлорированные дибенздиоксины как
супертоксиканты. "Диоксиновая проблема".

7. ХИМИЯ В ЭКОЛОГИИ (введение) АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПОЛЛЮТАНТЫ ФАРМПОЛЛЮТАНТЫ

8. ПЛАН

1. Предмет и задачи ХИМИИ В
ЭКОЛОГИИ.
2. Экологические факторы.
3. Природная среда.
4. Антропогенное загрязнение природной
среды.
5. Фармацевтические поллютанты.

9.

• Экология - это наука о
взаимодействии живых
организмов и среды их
обитания.

10.

• Химия в экологии - это наука ,
изучающая химическую основу
экологических явлений,
• а точнее Химия в экологии : наука об
антропогенных (вызванных
деятельностью человека) загрязнениях
и механизмах их превращений в
окружающей среде, а также о
последствиях этих превращений.

11. СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

• Химия в экологии связана с
такими науками, как биология,
фармакология, аналитическая
химия, биологическая химия,
геология и др.

12. Задачи ХИМИИ В ЭКОЛОГИИ

• 1. Разработка критериев и
нормирование содержания вредных
веществ в окружающей среде.
• 2. Конструирование новых экологически
безопасных материалов для
использования в технике, медицине,
косметике, сельском хозяйстве и др.
отраслях деятельности человека.

13. Задачи

• 3. Разработка новых химических
технологий, имеющих минимальное
негативное влияние на окружающую
среду (принципы ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ).
• 4. Создание технологий утилизации и
обезвреживания разного вида отходов,
методов очистки сточных вод и
восстановления загрязненных почв.

14. Основные разделы

• Исследование распространения
в окружающей среде
загрязняющих веществ и
продуктов их превращений.

15. Основные разделы

• Исследование проблем глобальных и
региональных изменений,
происходящих в результате
антропогенного нарушения
естественного химического равновесия
(кислотные дожди, смог и др.).
• Изучение особо опасных загрязнителей
(тяжелые металлы, диоксины и др).

16. Экологические факторы

• Экологические факторы (ЭФ) это условия среды,
оказывающее прямое или
косвенное влияние на живые
организмы.
• По происхождению ЭФ
делятся на 3 группы:

17. Абиотические, т.е. факторы неживой природы

• климатические: температура и
влажность воздуха, давление воздуха;
• эдафические: механический состав
почвы, воздухопроницаемость почвы,
кислотность почвы, химический состав
почвы;
• орографические: рельеф, высота над
уровнем моря, крутизна и экспозиция
склона

18.

• химические: газовый состав
воздуха, солевой состав воды,
концентрация, кислотность
• физические: шум, магнитные поля,
теплопроводность и теплоёмкость,
радиоактивность, интенсивность
солнечного излучения

19. Биотические - факторы, связанные с деятельностью живых организмов:

Биотические - факторы,
связанные с деятельностью живых
организмов:
• фитогенные - влияние растений
• микогенные - влияние грибов
• зоогенные - влияние животных
• микробиогенные - влияние
микроорганизмов

20. Антропогенные - факторы, связанные с деятельностью человека:

• физические: использование атомной
энергии, перемещение в поездах и
самолётах, влияние шума и вибрации
• химические: использование
минеральных удобрений и
ядохимикатов, загрязнение оболочек
Земли отходами промышленности и
транспорта

21.

• биологические: продукты питания;
организмы, для которых человек
может быть средой обитания или
источником питания
• социальные: связаны с
отношениями людей и жизнью в
обществе.

22. Природная среда

• Термин «природная среда», в
трактовке Н.Ф. Реймерса - это
комплекс абиотических и
биотических сред, влияющий на
человека и его хозяйство

23.

• Природная среда включает 4
составные части:
атмосфера, литосфера,
гидросфера и биосфера.

24.

• Атмосфера - это внешняя газовая
оболочка Земли, Гидросфера - водная
сфера, Литосфера - внешняя твердая
оболочка Земли, включающая грунты и
почвы,
• Биосфера - оболочка Земли, в
пределах которой существует
жизнь. Биосфера включает нижнюю
часть атмосферы (15–20 км), верхнюю
часть литосферы и всю гидросферу.

25.

Антропогенное загрязнение
природной среды – это
изменение природной среды в
результате деятельности человека.
Под влиянием хозяйственной
деятельности человека биомасса
природной растительности
континентов уменьшилась на 25%.

26. Наиболее опасные токсиканты

К наиболее опасным загрязняющим
окружающую среду компонентам
относятся:
1. соединения тяжелых металлов,
2. радионуклиды,
3. многие органические вещества, в
первую очередь – полиядерные и
полихлорированные.

27. Соединения тяжелых металлов

Решением Европейской экономической
комиссии ООН в группу наиболее
опасных (и приоритетных для целей
наблюдения, контроля и регулирования) тяжелых металлов включены:
ртуть, свинец, кадмий, хром,
марганец, никель, кобальт, ванадий,
медь, железо, цинк, сурьма, а также
мышьяк и селен.

28.

• Большинство из этих металлов, за
исключением цинка, кадмия,
ртути и свинца, относятся к d –
элементам. Наличие вакансии в
электронных оболочках d – элементов обуславливает легкость их
включения в комплексные
соединения, в том числе и с
биолигандами.

29.

В составе комплекса с биомолекулами
они участвуют в переносе кислорода,
алкильных групп и во многих других
жизненно важных процессах и
реакциях. Однако индивидуальная
потребность организмов в тяжелых
металлах очень мала. Поэтому
поступление из внешней среды
избыточных количеств этих элементов
приводит к различного рода
токсическим эффектам.

30.

Особенно опасными оказываются
металлы, не входящие в состав
биомолекул: ртуть, кадмий и свинец.
Они образуют прочные соединения с
концевыми тиогруппами белков, и
поэтому их называют тиоловыми
ядами. Попадание больших количеств
ртути в организм приводит к тяжелым
нарушениям в ЦНС (болезнь
Минамата). Нейротоксическое
действие также оказывают
соединения свинца. Кадмий
вызывает нарушение кальциевого

31. Тяжелые металлы в атмосфере

• Основным антропогенным источником
атомов тяжелых металлов для
атмосферы служат промышленные
предприятия и автотранспорт.
• Главным механизмом очистки
атмосферы от соединений тяжелых
металлов является гравитационное
осаждение - сухое и влажное.

32. Тяжелые металлы в водной среде

В водные экосистемы атомы тяжелых металлов
поступают из почв и горных пород в результате:
1) химического и микробиологического
выщелачивания минералов,
2) с паводковыми и дождевыми водами,
3) при осаждении из атмосферы пылевых
частиц и аэрозолей.

33.

• В природных водах атомы тяжелых
металлов присутствуют в ионных
и молекулярных формах. Формы
миграции атомов тяжелых
металлов в водных средах:
истинно растворенная,
взвешенная и коллоидная.

34.

• Важную роль в миграции атомов
тяжелых металлов играют
растворенные в воде органические
соединения – гуминовые и
фульвокислоты, аминокислоты и
белковоподобные вещества. В
природных поверхностных водах
высокой цветности в качестве основных
миграционных форм тяжелых металлов
выступают комплексы с гумусовым
компонентом.

35.

• Ионы тяжелых металлов
могут быть включены в
состав неорганических
полифункциональных
сорбентов – взвесей и
коллоидов.

36.

Органические загрязняющие
компоненты
В настоящее время в постоянном
пользовании человека находится
около 120 тыс. синтетических
органических соединений. Многие
из них не входят в естественный
биологический круговорот и
поэтому причисляются к категории
ксенобиотиков, т.е. соединений,
чуждых жизни.

37.

Часть из этих соединений обладает
нежелательной
устойчивостью
(персистентностью) к
биотическим и абиотическим
факторам и поэтому может
обуславливать загрязнение
природной среды на
крупнорегиональном и даже
глобальном уровнях.

38.

Загрязнение атмосферы
органическими соединениями
Интенсивное изучение состава
микропримесей атмосферы в 1970
– 1980-х гг. позволило установить
постоянное присутствие в ней
тысячи органических соединений.

39.

Наиболее подробно изучен состав
летучих органических компонентов
воздуха городов. Главный источник
загрязнения - автомобильный
транспорт.
1. Основная фракция летучих
компонентов воздуха – токсичные
ароматические углеводороды
(бензол и его гомологи),

40.

2. летучие карбонильные
соединения (формальдегид,
ацетон, бензальдегид и др.),
3. низшие спирты,
4.карбоновые кислоты,
5.некоторые дурнопахнущие
сернистые и азотсодержащие
соединения.

41.

Аэрозольная составляющая воздуха
городов
Более 500 органических соединений:
алициклические, циклические и
полициклические углеводороды,
производные углеводородов – альдегиды,
кетоны, спирты, кислоты и их эфиры, серо-,
азот-, и галогенсодержащие соединения.
Наибольшее внимание из всех этих
соединений привлекают полиядерные
ароматические углеводороды (ПАУ),
поскольку многие из них относятся к
канцерогенным веществам.

42.

Органические загрязняющие
вещества в поверхностных
водах
Разнообразие и большая
численность загрязняющих
поверхностные воды веществ
делают практически невозможным
контроль над содержанием каждого
из них.

43.

Выделяют группу приоритетных
загрязняющих веществ. Например,
в «черный список», составленный
еще в начале 1980 гг. Агентством
по охране окружающей среды
европейского сообщества, входит
около 180 соединений.

44.

• Основную часть из них составляют
различные пестициды, хлор- или
бромфенолы, хлоранилины и
ароматические углеводороды.
• Галогенсодержащие органические
вещества отличаются высокой
персистенстностью и
липофильностью, поэтому
происходит их накопление в
водных экосистемах и
биоаккумулирование.

45. Фармацевтические поллютанты

• Поллютант - любое химическое
вещество или соединение, которое
находится в объекте окружающей
природной среды в количествах,
превышающих фоновые значения, и
вызывающее тем самым химическое
загрязнение.

46.

• Фармацевтические поллютанты
– это лекарственные средства и их
метаболиты, находящиеся в
окружающей среде (воде, почве,
воздухе) и вызывающие ее
загрязнение.

47.

• В подземные и поверхностные воды ФП
могут поступать через предприятия по
переработке сточных вод, путем
выщелачивания мест захоронения
отходов, а также в результате
несовершенных способов утилизации
ЛС (например, путем растворения и
слива в промышленную канализацию).

48.

• Лекарственные средства, пришедшие в
негодность у населения, удаляются в
коммунальный канализационный
коллектор или оказываются на
полигонах для бытовых отходов, откуда
они попадают в грунтовые воды.

49.

• Происходит сознательное загрязнение
человеком не только естественной
среды своегообитания, но и всей биоты,
особенно водной, которая очень
чувствительна к биологически активным
химическим загрязнителям. Появление
новых технологий производства,
разработка и поступление в продажу
новых ЛС повышают риски загрязнения
источников питьевой воды ранее
неизвестными химическими
соединениями с непредсказуемым
воздействием на состав воды.

50.

• Очистные сооружения не всегда
рассчитаны на такой тип загрязнителей
и существующие технологические
схемы очистки могут не обеспечить
достаточный уровень удаления
фармполлютантов. Хлорирование,
стандартная процедура при очистке
воды, напротив, способно усилить
токсичность некоторых содержащихся в
ней веществ. Например, парацетамол
образует при хлорировании несколько
токсичных продуктов реакций.

51.

• Так, в 1999 г. Агентство по охране
окружающей среды США обследовало
139 водных источников. В 80% из них
обнаружили анальгетики, антибиотики,
вещества гормональной природы и
средства для лечения артериальной
гипертензии

52.

• В 2003 г. рамках
исследовательского проекта ЕС на
очистных сооружениях Гётеборга
(Швеция) было найдено 14 ЛС. В
наибольшей концентрации (7
мг/дм3) обнаружен ибупрофен.

53.

• В 2010 г. Гринпис России провёл ВолгоБалтийскую экспедицию, в ходе которой
изучалось состояние рек
Ленинградской, Вологодской,
Ярославской и Московской областей. В
пробах вод очистных сооружений
Ярославля, Рыбинска и Москвы был
обнаружен фенобарбитал, а в
Ярославле ещё и карбамазепин. В 2012
г. карбамазепин был обнаружен в
сточных водах в штате Иллинойс (США)

54.

• По данным технического доклада ВОЗ
"Фармацевтические средства в
питьевой воде", опубликованного в
2012 г., уровни концентрации в
поверхностных водах, грунтовых водах
и в частично обработанной воде были,
как правило, ниже 0,1 мкг/дм3, а в
обработанной воде – ниже 0,05 мкг/дм3.
Сделано предположение о присутствии
фармацевтических веществ, хоть и в
ничтожно малых концентрациях, в
водных ресурсах многих стран, куда они
попадают из отводов сточных вод.

55.

• Хотя непосредственной угрозы
здоровью людей от незначительного
содержания ФП в питьевой воде не
обнаружено, однако основную
обеспокоенность вызывает опасность
ФП для окружающей среды, связанная
с их долговременным,
субтерапевтическим воздействием
(Jones et al., 2005), которое в настоящее
время еще не изучено.

56.

• В последние годы разработаны
Директивы ряда государств (Евросоюз,
США, Канада, Япония),
регламентирующие необходимость
определения экологической
опасности лекарственных средств для
окружающей среды. Проблема
определения экологических рисков
ЛС актуальна для всего мирового
сообщества и для Российской
Федерации, в частности, в связи с
увеличением потребления
лекарственных средств.

57.

• https://www.studmed.ru/science/ekologich
eskie-discipliny/ekologicheskaya-himiya
• https://studfile.net/preview/2465309/page:
6/