Введение

Современному специалисту в области охраны окружающей среды и рационального природопользования необходимо уметь предвидеть последствия внедрения новых технологий, знать особенности поведения различных химических соединений при их поступлении в окружающую среду, оценивать их воздействие на биосферные процессы.

Глобальные процессы, происходящие в окружающей среде и обусловленные как природными, так и техногенными факторами, свидетельствуют о тесной взаимосвязи между явлениями, протекающими с участием абиотических компонентов в различных геосферах, и биогеохимическими циклами.

Эту взаимосвязь изучает научное направление – химия окружающей среды, основателем которого по праву является В.И. Вернадский, изложивший основные положения новой науки в книге «Химическое строение биосферы Земли и ее окружение».

Данные методические указания предназначены для студентов специальности 280201 – Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов и включают краткие теоретические сведения по основным разделам дисциплины «Химия окружающей среды», рекомендации к выполнению лабораторных работ, контрольные вопросы для самостоятельной подготовки студентов.

Список пособий, монографий, статей, приведенный в каждом разделе, поможет студентам найти ответы на поставленные вопросы.

Данное издание является дополненным и переработанным лабораторным практикумом, где авторы учли сделанные замечания по совершенствованию методических указаний.

Авторы выражают глубокую благодарность профессору кафедры физической и коллоидной химии Слюсарю А.А. за ценные замечания и предоставленные дополнительные материалы при подготовке методических указаний.

I. ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ

Лабораторная работа № 1

Определение содержания азота и кислорода в атмосферном воздухе

методом газовой хроматографии

Атмосфера – газовая оболочка Земли, простирающаяся более чем на 1500–2000 км от ее поверхности. Она представляет собой механическую смесь различных газов, водяных паров и пылевых частиц. Суммарная масса воздуха, т.е. смеси газов, составляющих атмосферу 5,1...5,3·10¹⁵ т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль. Атмосфера защищает планету от губительных воздействий космического излучения и является переносчиком тепла и влаги на Земле. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также средой обитания многих живых организмов.

По сравнению с другими земными оболочками атмосфера имеет ряд присущих только ей свойств: высокую подвижность, изменчивость её компонентов, протекание сложных физико-химических превращений компонентов. Знание механизмов и кинетики образования конечных продуктов этих реакций необходимо для разработки методов защиты окружающей среды от промышленных загрязнений.

Для атмосферы характерен постоянный обмен веществом, энергией с гидросферой, литосферой, живыми организмами, а также с космическим пространством. Параметры, характеризующие атмосферу (температура, давление, химический состав и др.), изменяются, прежде всего, с высотой относительно уровня моря, а параметры, характеризующие нижние слои зависят и от географической широты. Так при нормальном состоянии тропосферы ей присущи снижение температуры воздуха с градиентом 6,5 ºС на 1 км высоты, которое в значительной степени зависит от содержания паров воды и СО₂. Иногда (при температурной инверсии) на отдельных высотах температура либо перестает изменяться с высотой, либо увеличивается, что нарушает нормальную циркуляцию воздуха и способствует накоплению загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Давление, так же как и плотность газов атмосферы, связаны с изменением сил гравитации по мере удаления от поверхности планеты.

По характеру изменения основных параметров в атмосфере можно выделить несколько слоев, разделенных узкими переходными зонами: тропосфера, тропопауза, стратосфера, стратопауза, мезосфера, мезопауза, термосфера (ионосфера), экзосфера (рис. 1).

Высота слоя тропосферы изменяется от 7–10 км над полюсами до 16–18 км над экватором. Тропосфера содержит почти половину всего водяного пара атмосферы, при конденсации которого образуется облачность.

Рис. 1. Строение атмосферы

Химический состав атмосферы – результат длительных эволюционных процессов в недрах Земли и на ее поверхности, причем решающим фактором была деятельность зеленых растений, животных и микроорганизмов. Данные о составе тропосферы приведены в табл. 1.

Таблица 1