1 Хемија животне средине- предавање 2 8. Земљиште - земљиште представља површински растресити слој Земљине коре настао физичком и хемијском ерозијом геолошке подлоге уз учешће живих организама и климатских фактора - у земљишту се додирају и прожимају литосфера, атмосфера, хидросфера и биосфера - комплексна смеса неорганског и органског материјала - у порама се налазе ваздух и вода, а све је то заједно природна средина великог броја живих организама - колоидно-биолошки систем специјалних физичких, физичко-хемијских и хемијских карактеристика - кроз овај систем циркулишу разне супстанце у облику правих и колоидних раствора и одвија се мноштво реакција
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Хемија животне средине- предавање 2
8. Земљиште
- земљиште представља површински растресити слој Земљине коре настао физичком и хемијском ерозијом геолошке подлоге уз учешће живих организама и климатских фактора
- у земљишту се додирају и прожимају литосфера, атмосфера, хидросфера и биосфера
- комплексна смеса неорганског и органског материјала
- у порама се налазе ваздух и вода, а све је то заједно природна средина великог броја живих организама
- колоидно-биолошки систем специјалних физичких, физичко-хемијских и хемијских карактеристика
- кроз овај систем циркулишу разне супстанце у облику правих и колоидних раствора и одвија се мноштво реакција
2
Хемија животне средине- предавање 2
- миграција у облику раствора углавном наниже, под дејством силе Земљине теже
- земљиште се понаша као огромна хроматографска колона
- адсорпциони и десорпциони процеси
- резултат кретања супстанце, хемијских реакција и биолошке активности: слојеви одређених хемијских и биолошких карактеристика- хоризонти
- наука која проучава земљиште- педологија
- земљиште се ствара таложењем аутохтоног и алохтоног материјала
- материјал постао и постаје механичким, хемијским и биохемијским разлагањем матичних стена и биљних и животињских остатака
- дуготрајан процес, у крајевима са умереном климом z х 1000 година
- основни елементи: распадање (ерозија), таложење и преношење
3
Хемија животне средине- предавање 2
- преношење могуће водом, ветром или преко живих организама
- распадање (ерозија, разлагање) може да буде механичко, хемијско и биолошко.
- механичко се одвија под утицајем кретања материјала (ситњење), због промене температуре (грејање, мржњење) и под утицајем ветра који носи већ иситњени материјал и абразијом еродира матичне стене (еолска ерозија)
- хемијски процеси разлагања су разноврсни и често сложени
- оксидације, хидратације, растварање, карбонатизација, стварање комплекса, кондензације итд.
оксидација пирита ваздушним кисеоником:
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+
Fe(II) јон се оксидује у киселој средини и при довољно високом pH:
- биолошко разлагање обухвата физичко кидање и ситњење (корење биљака, глисте) и хемијско растварање под утицајем супстанци које луче корење и разни микроорганизми
- неки аеробни микроорганизми луче лимунску киселину која раствара разне карбонате и оксиде
- могућа и бактеријска оксидација нпр. пирита
5
Хемија животне средине- предавање 2
- земљиште је,због велике разнородности тешко хемијски дефинисати
- киселинске природе, делимично нерастворне, на њима адсорбовани и мали молекули и јони
- у састав хумусних супстанци улазе и P, N и S
- настају деградацијом биљних и животињских остатака под дејством микроорганизама и поновним спајањем насталих фрагмената низом реакција оксидације и кондензације
10
Хемија животне средине- предавање 2
- процес стварања хумусних супстанци назива се хумификација
- од биљних остатака главни прекурсорски материјал представља лигнин
11
Хемија животне средине- предавање 2
- осим лигнина, у састав хумусних супстанци улазе и делови полисахаридне природе који потичи од целулозе, као и друге супстанце (аминокиселине, аминошећери итд.)
- од биљних остатака у земљишту најспорије се разграђује лигнин, па целулоза, па хемицелулоза, а најбрже глукоза
- лигнин је макромолекул чији су мономери разни пропенол-феноли
- кониферил-алкохол је мономер лигнина у четинарима, листопадном дрвећу и житарицама
- синапил-алкохол је мономер лигнина у листопадном дрвећу и житарицама
- p-кумарил-алкохол је мономер лигнина у житарицама
12
Хемија животне средине- предавање 2
- две теорије о настанку хумусних супстанци
- по једној, полимеризацијом и поликондензацијом мономера који су настали микробиолошком деградацијом лигнина, полисахарида и другог полимерног материјала
- по другој, настају из крупнијих фрагмената истих мономера који настају као резултат делимичног разлагања и оксидације
- хумусни материјал је хетероген, може се раставити у четири главне фракције, фулво-, химатомеланске, хуминске киселине и хумин
фулвокиселине, жуте супстанце, растварају се у киселинама и базама, као и у води при свим pH вредностима. Потпуном хидролизом дају супституисане пропенол-феноле, аминокиселине и угљене хидрате
химатомеланске киселине се најбоље растварају у поларним органским растварачима (нпр. етанолу), и у базама, при чему граде одговарајуће соли.
13
Хемија животне средине- предавање 2
хуминске киселине се не растварају у киселинама, ни у поларним органским растварачима, али се растварају у базама и граде соли-хумате. Чврсте су, воскасте супстанце, мрке боје. Најважнији су састојак хумуса. Са становишта х.ж.с., важне три особине: комплексирање катјона, јонска измена и везивање нискомолекуларних органских једињења. Хуминске киселине комплексирају катјоне јонском везом преко карбоксилних и фенолних група (резултат хумати), координационим везивањем преко амино група, имино група, кето група, тиоетарских група итд. (добијају се хелатна једињења), и везивањем преко водоничних мостова, нарочито преко терминалних функционалних група (добијају се адсорбати). Способне су да обављају јонску измену. Због свега овог су значајан фактор у везивању разних катјона у земљишту, њиховом транспорту итд. Не треба заборавити да катјони могу бити и загађивачи.
14
Хемија животне средине- предавање 2
хуминске киселине имају способност да везују и поликондензоване угљоводонике, киселине, алкане. Важан су фактор и у њиховом преносу, па могу утицати на загађивање. Најчешће се не могу одстранити из воде флокулацијом
хумини су нерастворни део хумусних супстанци, црне боје и хетерогене природе
- фулво киселине се разликују од хуминских по Н/С и О/С односу
- Н/С фулво 0,80-1,41; хуминске 0,56-1,10
- О/С фулво 0,6-0,8; хуминске око 0,4
- поред хумусних супстанци, земљиште садржи и друга орг. једињења
- мање површине, више људи→пољопривреда мора да се модернизује
- данас пољопривреда веома хемизована, користе се пестициди (хербициди-против корова, зооциди-против животиња, фунгициди-против гљивичастих оболења и микроорганизама, роденициди-против глодара, инсектициди-против инсеката), ђубрива итд.
- пестициди се примењују у свим фазама производње хране, од сетве до жетве
16
Хемија животне средине- предавање 2
- прехрамбене сировине и производи, након примарне производње, морају се сачувати од пропадања
- штите се разним средствима за конзервирање
- примењују се и разни адитиви, да би се поправио укус хране (ароме, зачини), изглед (боје, згушњивачи) итд.
- последица је свеопште загађење пољопривредних производа и хране
- проблем озбиљан јер се загађивачи свакодневно уносе у организам
- иако су пестициди потенцијално најчешћи загађивачи хране, могућности њеног загађивања су велике, готово неограничене
- загађивање загађивачима из ваздуха,воде за наводњавање,земљишта
- загађене атмосферске падавине, загађен ваздух, загађена вода за наводњавање, загађено земљиште, агрохемијске мере (пестициди, ђубрива), процес производње и прераде хране, транспорт, складиштење и стајање хране, неодговарајућа амбалажа
17
Хемија животне средине- предавање 2
- хлеб може бити загађен од семена пшенице до хлеба у радњи
- млеко од сточне хране до производа у тетрапаку
- загађивачи хране се деле у две велике групе по својој природи, на:
биолошке загађиваче(микроорганизме и њихове ензиме,микотоксине)
хемијске загађиваче
- најчешћи и најштетнији хемијски загађивачи хране и пољопривредних производа су, по једном извештаја FAO:
жива и њена једињења (из ваздуха (термоелектрана и из електролизе NaCl), из земљишта (пестициди), отпадних вода, лекова)
једињења кадмијума (из дима цигарета, отпадних вода, пигмената, стабилизатора пластичних маса, конзерви (примесе у лиму))
хлоровани угљоводоници (из ваздуха, пијаће воде, пластичних маса)
18
Хемија животне средине- предавање 2
полихлоровани бифенили (из адитива за каучук и пластичне масе, адитива за боје, грејних флуида)
нитрити и нитрати (из сухомеснатих производа (адитиви), вештачких ђубрива, пијаће воде)
азбест (полимерни влакнасти силикат, Mg6(Si4O10)(OH)8 )(из цедила за алкохолна и безалкохолна пића, заптивача у водоинсталацији)
разни адитиви (из вештачких боја, вештачких арома, вештачких заслађивача, зачина)
хормони и антибиотици (додаци сточној храни → улазе у месо)
флуориди (из земљишта и летећег пепела термоелектрана из ваздуха)
микотоксини, попут алфатоксина Б1 који има канцерогено дејство (из плесниве хране, нарочито хлеба, ораха, кикирикија)
19
Хемија животне средине- предавање 2
12. Хемијска баријера
- вештачка ђубрива се користе свуда у свету
- враћају се супстанце које су биљке узеле у претходном вегетативном периоду
- и њихова примена негативно утиче на животну средину
- доказ за то су азотна ђубрива, у облику NO3-, NH4
+, карбамата
- биљке узимају азот у овако везаном облику (NO3-, NH4
+ и слично)
- независно од исхране биљака, у земљишту теку и други процеси
- део земљишта аеробан (ту дифундује кисеоник), део анаеробан
- у анаеробном делу микроорганизми редукују, због својих енергетских потреба, у присуству ензима, нитрате, преко нитрита до амонијака
- амонијак је такође користан биљкама, па његово стварање не смета
- истовремено са овим процесом теку и делимичне редукције до вишевалентног азота
20
Хемија животне средине- предавање 2
- један од споредних производа, не у великој количини, је N2O
- сам по себи није штетан
- када би реаговао са неком супстанцом у земљишту, не би стигао у атмосферу...
- ...када би дошао у атмосферу и реаговао са неком супстанцом, у атмосфери би се хемијски изменио
- међутим N2O је стабилна, хемијски инертна супстанца, као таква пролази кроз земљиште и кроз ваздух, нема хемијске врсте са којом би реаговао
- дакле, у ваздуху, у тропосфери, најнижем слоју атмосфере, слоју у коме живимо, нема хемијске баријере за N2O
- хемијска баријера је реакциони систем који може да реагује са одређеном супстанцом и да је трансформише, тј. да делује као филтер за ту супстанцу
21
Хемија животне средине- предавање 2
- како практично нема хемијске баријере за N2O ни у земљишту (истини за
вољу веома мало N2O се оксидује у земљишту у азотасту киселину),
ни у тропосфери, ово једињење “путује” све до озонског слоја и ту наилази на своју хемијску баријеру
N2O + О3 → 2NO2
- овом реакцијом се N2O троши
- проблем је што се троши и озон из озонског омотача
- свака супстанца која разара озонски омотач је са становишта животне средине загађивач
- то је и N2O који је у траговима нормалан састојак ваздуха, а има га, због употребе у пољопривреди, у високим концентрацијама у пољопривредним подручјима
- проблем уништавања озонског омотача од стране N2O који је потекао из
нитрата вештачких ђубрива је за сада нерешив
22
Хемија животне средине- предавање 2
- не можемо се одрећи азотних ђубрива, не можемо елиминисати микроорганизме из земљишта
- када би постојала хемијска баријера за N2O, не би било проблема
- сличан проблем би могао да ствара и SO2 који се добија
сагоревањем већине фосилних горива, тј. могућа је реакција
SO2 + O3 → SO3 + O2
- на срећу, за SO2 постоји хемијска баријера, па он и не стиже до
озонског омотача
- реагује у воденој фази (уз катализатор) стварајући сумпорасту и сумпорну киселину
2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4
SO2 + H2O → H2SO3 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4
23
Хемија животне средине- предавање 2
13. Хемодинамика загађивача
- свака супстанца у животној средини је подложна променама
- важно је знати понашање свих супстанци, па и загађивача
- хемодинамика је скуп процеса настајања, транспортовања и измена супстанце у животној средини
- важна три питања
Да ли постоје услови, и који су, под којим супстанца-загађивач може да дође у контакт са човеком, и како долази до контакта (преко воде, ваздуха, земљишта, хране...)?
Да ли посматрана супстанца може да реагује са другим супстанцама у природи, и под којим условима?
Да ли се, и под којима условима, посматрана супстанца претвара у нешкодљиве или још шкодљивије супстанце?
24
Хемија животне средине- предавање 2
- промена концентрације неке супстанце зависи од емисије, процеса мешања, транспортовања, уклањања, као и реакција са другим супстанцама
- математички, промена концентрације неке супстанце са временом може бити изражена као
∆c/∆t = f (емисија, мешање, транспорт, реакције, уклањање)
- теоријски, нека супстанца се бесконачно дуго може задржати у животној средини
- теоријски, може и моментално по настајању да нестане
25
Хемија животне средине- предавање 2
14.Биоконцентровање
- догађа се да је загађивање последица борба против загађивања
- пример 1:класичан начин пречишћавања пијаћих вода је хлоровање, ради уништавања микроорганизама, тј. дезинфиковања
- хлоровање доиста дезинфикује пијаћу воду, али се хлорују и присутна органска једињења у води, која су иначе безопасна
- стварају се хлоровани угљоводоници који су мутагена и потенцијално канцерогена једињења
- вода која садржи органску супстанцу стога мора да се пропушта преко активног угља, што поскупљује њено пречишћавање
- пример 2:веровало се да је DDT (1,1-бис-4-хлорфенил-2,2,2-трихлоретан) инсектицид који ефикасно уништава инсекте и тако штити и човека и пољопривредне културе
26
Хемија животне средине- предавање 2
- синтетисао га је Цајдлер 1874. године
- 1939. Милер открио инсектицидна својства, 1948. године за то добио Нобелову награду (Цајдлера сви заборавили)
- САД почеле производњу током II светског рата, како би уништавали буве, маларичне комарце, стенице и сл.
- већ 1952. године се установило да се DDT нагомилава у масном ткиву човека и животиња и ту остаје
- ово сазнање покренуло даља испитивања
- више од деценије испитиван утицај DDT-ја на живи свет, данас се готово све зна
- време излучивања износи 3-7 година, најбрже преко млека дојиља
- одојчад се трују од почетка живота
- отпорна супстанца у ж.с., период полураспада 20 година
- друге супстанце се брже разлажу под дејством микроорганизама
27
Хемија животне средине- предавање 2
- осетљив на дејство сунчеве светлости, отцепљује се HCl, а ствара, као први интермедијер, још отровнија супстанца
- DDT је мутагена и потенцијално канцерогена супстанца, токсиколошки нарушава метаболизам, изазива срчана оболења
- негативно утиче на размножавање птица, љуске јајета тање, па се јаја разбијају у гнезду
- јастребови тровани DDT-јем се више не размножавају
- DDT негативно утиче и на фотосинтезу, умањује фотосинтетску моћ морског фитопланктона
28
Хемија животне средине- предавање 2
- почетком ’70-тих година прошлог века употреба у САД забрањена
- источноевропске земље и десет година после забране у САД
- DDT се преноси ланцем исхране, како се иде ка врху пирамиде, повећава се концентрација DDT-ја у организму