环境化学.docx

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环境化学

§1环境与环境科学

一：

环境的概念

环境：

指以人类为中心周围客观事物的总合，是直接、间接影响人类生存和发展的各种自然因素（自然环境）和社会因素（社会环境）的总体。

自然环境：

包括大气、水体、土壤、阳光、生物和各种矿物资源。

《环保法》规定：

环境是指大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉疗养区、自然保护区、生活居住区等。

二：

环境的分类：

迄今为止，人类还是主要居住于地球表层，但人类活动领域已经远远超出了地球表层。

不仅深入地壳深处，而且离开地球进入了星际空间，形成了多级分类系统。

1.聚落环境，人类聚集场所的环境,是人类有目的、有计划地利用和改造自然环境而创造出来的生存环境。

根据性质、功能和规模又可分为院落环境、村落环境和城市环境。

2.地理环境，位于地球表层，处于岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互交叉、互相渗透、相互转化的交错带上。

下起岩石圈的表层上至大气圈的对流层。

人类活动的基地。

3.地质环境，地幔以上的岩石圈，是在地理环境的基础上在星际环境的影响下发生、发展的。

4.星际环境，地球圈以外的部分，人类生存环境中的能源主要来自太阳。

另外，从自然科学属性上还可把自然环境分为：

物理环境、化学环境、和生物环境。

三：

环境科学的形成与发展

1.环境问题，广义是指包括一切形式的环境恶化或对生物圈一切不利影响（环境污染、生态破坏等）。

狭义是指环境污染，即有害物质在自然界积累，其数量达到或超过人类和生物正常生存和生活所允许的量。

产生原因：

①工业的发展②人口的增长③农业的发展

2.震惊世界的环境公害事件：

①比利时马斯（meuse）河谷烟雾事件1930年12月5-8日

②洛杉矶光化学烟雾事件20世纪40-50年代

③多诺拉烟雾事件1948年10月26-31日

④伦敦烟雾事件1952年12月5-8日

⑤四日市重油烟雾事件（哮喘病）1955年（1961年）

⑥骨痛病事件（富山县）1955年-1972年

⑦水俣病事件（熊本县）

⑧米糠油事件（北九州市、爱知县）1968年3月

⑨印度博帕尔市农药泄露事件1984年12月2日

⑩切尔诺贝利核泄露事件1986年4月26日

⑾瑞士巴塞尔市桑多兹化工仓库爆炸事件1986年11月1日

⑿二恶英鸡饲料事件1999年2月

⒀巴雅梅尔金矿堤坝漫水事件2000年1月底-2月初

⒁松花江水污染事件2005年11月13日

3.环境科学的产生，围绕着保护和改善环境应运产生。

①萌芽阶段，60年代前《寂静的春天》

②加强控制和治理，立法阶段，诞生第一个“环境法”，60年代初到60年代末

③防治结合、以防为主阶段，60年代末到70年代中期。

④合理布局、综合利用、可持续发展战略，70年代后。

4.环境科学的分类

基础环境学：

①环境数学

②环境物理学

③环境化学

④环境生物学

环境学：

①综合环境学

②部门环境学

③理论环境学

应用环境学：

①环境工程学

②环境经济学

③环境法学

④环境管理学

⑤环境医学

§2环境化学

一：

环境化学概念：

研究化学物质在环境介质中的存在形式、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学，是化学学科的一个分支也是环境科学的核心组成部分。

二：

环境化学的特点：

①研究对象体系开放的多组分综合体系，研究方法、手段多学科综合。

②污染物在环境里含量极低、分布广泛，监测和分析技术灵敏、准确、选择行好、速度快、自动化程度高。

三：

环境化学的分类：

①环境分析化学

②大气、水体、土壤环境化学

③污染生态学

④污染控制化学（环境工程化学）

四：

环境化学发展趋势

§3环境保护战略

一：

环境与发展的辩正关系

二：

环境保护战略的含义

三：

持续发展战略的形成

四：

持续发展战略的主要内容

五：

我国的可持续发展战略

§1概  述

一：

关于四个地球化学圈：

大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。

二：

地壳：

   ①岩石圈——地壳固体部分               约33公里

   ②水 圈——地壳间断的、被水填充的部分 的厚度。

③大气圈——地壳外表层气体部分—约100公里厚。

三：

地球化学圈的化学组成：

P12表2-1岩石圈的平均化学组成

P13表2-2地壳大气圈的化学组成

P14表2-3海水中元素（化合物）的组成

            §2岩石圈

一：

岩石圈：

指从地表（陆地地表和海底）深达莫氏面的壳

           层。

一般认为包括大陆地表下约35公里，大洋

           底面下约15公里处的地壳表层。

二：

丰度：

元素在地壳中的平均含量。

克拉克值：

各元素的

         相对平均含量；“重量克拉克值”和“原子克拉克

         值”。

用ppm或g/t表示。

         P17表2-4地壳中元素的丰度。

说明：

由于自然界的复杂性和科技发展的局限性所测克拉克值不代

      表元素在地壳中的真正含量，因为：

 ⑴地壳概念不统一。

 ⑵岩石圈的深度是人为确定的。

 ⑶数据不包括海洋地壳成分。

 ⑷未考虑地壳岩石成分随深度的变化。

规律：

⑴元素含量的分布相差很大。

  ⑵地壳中元素的分布随原子序数的增加而减小。

  ⑶偶数规则：

地壳中原子序数为偶数的元素含量高于

              原子序数为奇数的元素。

  ⑷四倍规则：

原子量除以4（质量数除以4），把元素

              分成四组即：

4q型；4q+3型；4q+2型；

              4q+1型。

  ⑸岩石圈中元素分布量取决于原子核的稳定性，而不

    取决于它们的化学性质。

三：

地壳中元素的地球化学分类：

P24表2-6地壳元素的地球化学分类。

按含量分为：

⑴主要元素（含量＞1%）。

           ⑵次要元素（含量=0.n%）。

           ⑶微量元素（含量<0.n%），又分为成矿元

           素和分散元素。

按化学亲和力分为：

亲氧岩石元素、亲铁岩石元素、亲

                 硫岩石元素（亲铜岩石元素）、贵金

                 属元素、亲水元素、亲气元素。

四：

化学元素在环境中的迁移：

即在地壳中的转移，指化学元素的分散或富集的再分配

过程。

⑴向内迁移-增加元素的集中程度。

⑵向外迁移-

降低集中程度造成分散。

 1：

元素迁移的内在因素：

取决于元素本身的原子结构及其

                       化学性质。

⑴元素及化合物的化学键的特征及键能的大小，影响元

 素及化合物的熔点、沸点、溶解度。

⑵元素及化合物的稳定性，化合物的生成热大稳定性大。

⑶地球引力作用所产生的重力性质影响元素在自然界的 

 迁移。

⑷元素的放射性引起元素化学性质变化导致元素迁移能

 力改变。

⑸金属离子和配位体生成络离子，增大在水中的稳定性。

⑹金属有机络合物和螯合物显著溶于水，对于转移金属

 元素进入水相有很大作用。

2：

元素的迁移的外部因素：

⑴温度：

在自然条件下地壳表层温度对元素的迁移作用

       较小。

温度影响CO2、O2的溶解度，因而水中的

       Eh和pH值变化。

⑵压力：

⑶浓度：

⑷酸碱性（pH值）：

水的pH值：

一般在3～9的范围变化

 河水：

近于中性（pH≌7）

 盐碱地带及碱湖水体：

pH=9         水体的低pH值

 海水：

pH=8                       通常和存在大

 富含有机酸的泥煤田的水体：

pH=3～5量的SO42-有关

说明：

①在低的pH值条件下，金属离子溶解能力增大造成迁移

 能力增加。

②pH值对元素迁移能力的影响和元素的氢氧化物的溶解

 度有关。

③P29表2-7水体的pH值及相应氢氧化物的沉积。

⑸氧化-还原电位（Eh）:

 原子从某一氧化态转变为另一氧化态，伴有电子电子

 的给出（氧化）或电子的获得（还原）。

  环境中常见的氧化剂：

O2、X2、S、Fe3+、Mn4+、S6+、As5+、

  Cr6+等，它们在水中能接受电子被还原；天然水中的还原

  剂：

Fe2+、Co2+、Mn2+、S2-及有机物。

说明：

①借助Eh可以判断微量元素迁移的可能形式并借以推

       断迁移的可能性和指出何种条件下进行沉积。

     ②Eh和pH值有密切的关系。

       例：

强酸介质（硫化矿氧化区、原始森林沼泽酸性

       区）亚铁氧化的Eh可由+0.4V→+0.6V，而在碱性介

       质（土壤和沙漠风化壳）Eh降到负值。

富含游离态

       可溶氧的水体Eh值=+0.150～+0.700；而地下水Eh

       值可由正值降到近于零；石油矿水体及富含有机物

      的海洋沉积物中的间隙水Eh值可降至负值（-0.50V）

     ③Eh值的改变引起元素价态的变化，随之使该元素的

       氢氧化物随之变化，引起该元素迁移能力的变化。

       例：

Fe2+→Fe3+促进形成Fe（OH）3沉积。

五：

水迁移系数Kx:

 А.И.ПepeлbМАН提出反映元素在水中迁移能力的系数

                 mx×100

           Kx=------------

                    a×nx

 其中：

mx=水中x元素的含量（mg/l）

       nx=矿物碎屑中x的含量（%）

       a=水中矿物碎屑的含量（mg/l）

说明：

①Kx是相对指标，比较所有化学元素的水迁移强度。

     ②P31表2-8根据水迁移系数Kx的元素地球化学分类

     ③该分类不考虑元素在水中的吸附作用。

六：

化学元素的生物迁移：

 1：

三个基本的化学迁移阶段，化学元素有特殊的迁移和    

   分散能力。

   ⑴生物因素作用下岩石分解形成一系列可溶性化合物。

⑵生物从空气和水摄取生物要素和微量元素在体内积

 累。

⑶死亡的生物碎屑积聚、分解和矿化作用。

 2：

生物体和大气圈、水圈进行交换的元素：

⑴必须元素：

H、O、C、N、Ca、Mg等。

⑵积聚各种微量元素。

富集微量元素的能力取决于生物

 体自身生活的需要和环境的地球化学特征。

 3：

生物体主要组分的化学元素的平均含量：

H--13000        Ca--18.9        Mg--8.2

C--6560         Cl--2.8         Na--1.6

O--6540         Si--8.6         Al--4.1

K--11.7         Fe--1.4         Mn--0.8

N--71.6          P--3.3          S--4.4

说明：

①生物体常用作生物居住环境的地球化学特征的指示

       物，反映该地区异常溶度微量元素的存在。

     ②植物体在土壤中摄取一定量的营养元素和微量元 

       素。

植物死亡后微量元素在表层土壤中富集。

     ③多次生物循环微量元素