Tiểu luận Độc học môi trường - Biến đổi vô sinh trong môi trường

Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ M c tiêu h c t pụ ọ ậ • Hi u đ c vai trò c a các photon năng l ng m t ể ượ ủ ượ ặ tr i ờ nh ư là m t ngu nộ ồ năng l ng cho ph n ng hóa ượ ả ứ h c trong môi tr ng. ọ ườ • Mô t , nói chung, s năng đ ng c a tr ng thái kích ả ự ộ ủ ạ thích trong s n xu t ả ấ các s n ph m vàả ẩ đ nh yộ ạ hình nhả c a các ủ ch t ph n ng. ấ ả ứ • Hi u đ c chínhể ượ nh ng con đữ ng ph n ng hóa ườ ả ứ h cọ vô sinh trong môi tr ng.ườ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ M c tiêu h c t pụ ọ ậ • Mô t ả ái l c đi n tự ệ ử, ái l c h t nhânự ạ , th y ủ phân và ph n ng oxi hóa kh . ả ứ ử • Tóm l iạ các ph n ng c b n liên quan đ n ả ứ ơ ả ế hình thành các lỗ h ngổ trong các t ng ôzôn. ầ • Tóm l iạ các ph n ng liên ả ứ quan đ n vi c ế ệ hình thành h th ng thoát n c c aệ ố ướ ủ đá axit. Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ph n ng quang hóa.ả ứ • Ph n ng hóa h c ả ứ ọ thu nhi t môi tr ng có th ệ ườ ể nh n ậ đ cượ năng l ng c n thi t c a ph n ng t các ượ ầ ế ủ ả ứ ừ photon năng l ng m tượ ặ tr i. ờ • Năng l ng ượ tia c c tím (ự UV-Vis) đ m nh đ phá ủ ạ ể v m t s ỡ ộ ố liên k t ế hóa h c.ọ - Có s n trong quang ph m t tr i. ẵ ổ ặ ờ • E = 1,196 x 105 / λ kJ / Einstein E = 2,859 x 104 / λ kcal / mol photon. Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Quang ph đi n tổ ệ ừ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Quang ph đi n t .ổ ệ ừ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ H p th .ấ ụ • Photon h p th là m t s ki n "l ng t " và ấ ụ ộ ự ệ ượ ử các ngu n ồ năng l ng c th c n thi t cho s kích thích ượ ụ ể ầ ế ự và ph n ng là đ c tr ng c a phân t . ả ứ ặ ư ủ ử - IR h p th t ng ng v i kích thích rung đ ng các ấ ụ ươ ứ ớ ộ liên k t hóa h c. ế ọ • UV h p th t ng ng v i kích thích đi n t , thông ấ ụ ươ ứ ớ ệ ử th ng c p ườ ặ đ n đ cơ ộ ( nh ng ữ electron n ) ho c ặ phá ph n riêng r ầ ẽ electron π. - Nguyên t khác lo iử ạ , n → π * - Liên h p, ợ π → π * Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ph n ng quang hóa.ả ứ • Kích thích các phân tử có th tr i qua ể ả các ph n ngả ứ có m t phân t ộ ử ho cặ có hai phân tử. - Có m t phân tộ ử: phân ly; phá v liên k tỡ ế , qua h ệ th ng liên h v i nhauố ệ ớ . S quang phân tự r c ti p ự ế CH4 + hυ (λ <140 nm) → CH2 + H2 - Có hai phân tử: ph n ng hóa h c, năng l ng ả ứ ọ ượ chuy n nh ng.ể ượ Đ nh y c a th y ngânộ ạ ủ ủ Hg ( 1S0) + hυ (253 nm) → Hg * ( 3P1) Hg * (3P1) + CH4 → Hg ( 1S0) + CH3 + H Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Liên k t năng l ng – năng l ng ánh sáng ế ượ ượ Liên k tế Năng l ng ượ liên k t, E ế (KJ/mole) Năng l ng ượ ánh sáng, λ (nm) O – H H – H C – H C – O C – C C – Cl 465 436 415 360 348 243 257 274 288 332 344 492 Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ M c năng l ng và s chuy n ti p.ứ ượ ự ể ế Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S chuy n giao năng l ng gi a các phân t .ự ể ượ ữ ử Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ng ắ ủ ấ ộ ườ Hình nh kích thích, C ả → C*. • Các quá trình v t lý (phân t không thay đ i). ậ ử ổ - Rung đ ng m t năng l ng (ộ ấ ượ truy n nhi t ề ệ ). - Năng l ng m t mát b i ánh sáng phát x (phát quang) ượ ấ ở ạ - Thúc đ y chuy n giao ẩ ể năng l ng m t electron trong ượ ộ m t loài hóa h cộ ọ khác ( đ nh y hình nh ộ ạ ả ). • Ph n ng hoá h c (s n ph m m i). ả ứ ọ ả ẩ ớ - Phân m nh. ả - S p x p l i ắ ế ạ n i phân t ộ ử . - S đ ng phân hóaự ồ , s nh trùng hóaự ị . - Lo i b nguyên tạ ỏ ử hidro. - Chuy nể electron. Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Năng su t ph n ng l ng t .ấ ả ứ ượ ử • Các ph n c a các phân t kích thích c a m t h p ầ ủ ử ủ ộ ợ ch t ấ đ c cho là ượ ph n ng b ng m tả ứ ằ ộ con đ ngườ v t ậ lý ho cặ hóa h cọ . Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Photon trong n c t nhiên.ướ ự Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S quang phân tr c ti p RQY.ự ự ế H p ch tợ ấ B c sóng,nm ướ λ Năng su t ph n ấ ả ng l ng t , ứ ượ ử Φr Phenanthrenen Anthracene Nitrobenzene 2,4,6- trinitrotoluene 313 313 313 313,366 1.0  10-2 3.0  10-3 2.9  10-5 2.1  10-3 Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S quang phân gián ti p. ự ế • Sự ph c t pứ ạ trong môi tr ngườ n c ướ và đ t, ch a bi t ấ ư ế ch t di p l cấ ệ ụ (UC) là chính các năng l ng m t tr i ượ ặ ờ h p ấ th ụ photon. • Oxy là ch t ấ ch p nh n quan tr ng nh t c a UC *. ấ ậ ọ ấ ủ (nhóm tr ng thái baạ ) 3O2 → (kích thích tr ng tháiạ đ n ơ ch tấ ) 1O2 Năng l ng c n thi t ch 94 kJ molượ ầ ế ỉ -1. • Năng l ng cao có đ nh y sáng, ượ ộ ạ các ch t ph n ng nh ấ ả ứ ả đi n tệ ử bao g m: ồ - Oxygen đ n ch tơ ấ , 1O2 - G c hố ydroxyl, HO • - G c Peroxy, ROO •ố Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ph n ng đ nh y c a tác nhân quang hóa. ả ứ ộ ạ ủ • Oxygen đ n ch tơ ấ , 1O2 - Th d p t t b ng n c. ể ậ ắ ằ ướ - S b t đ u m t ph n ng Diels-Alder. ẽ ắ ầ ộ ả ứ - N ng đ th p làm cho nó ít quan tr ng. ồ ộ ấ ọ • G c hố ydroxyl, HO • - S quang phânự c a nitrat là con đ ng chính. ủ ườ - Ph n ngả ứ r t caoấ , DOM l n chìm. ớ - H lo i b , hydroxy. ạ ỏ • G c peroxy, ROO • ố - Nhi u ề tr ng thái khác nhau.ạ -Cũng không l c s ch ch t b nọ ạ ấ ẩ b i DOM.ở Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Tiêu đi m: S suy gi m ozoneể ự ả • CFC's đ c ượ gi i phóngả . - Nh p vào t ng bình l u, n i ánh sáng m t tr i s n ậ ầ ư ơ ặ ờ ả xu t ấ ra các s n ph mả ẩ phân h y c a axit hydrochloric ủ ủ và nitrat clo. - Các ph n ng ả ứ không đ ng nh t trên các b m tồ ấ ề ặ đám mây t ng bình l u sau đó s n xu t Clầ ư ả ấ 2, là đ c ượ quang phân vào các g c cloố b ng tia c c tímằ ự (UV). - Các g c ố Clo t xúc tác vi c chuy n đ i Oự ệ ể ổ 3 thành O2. • Gi m m c đ ozone tăng b c x tia c c tím b ả ứ ộ ứ ạ ự ở ề m t trái đ t.ặ ấ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Các l th ng t ng ozon Nam C c.ỗ ủ ầ ự Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Các con đ ng ph n ng vô sinhườ ả ứ . • Ái l c đi n tự ệ ử. • Ái l c h t nhânự ạ . • Quá trình oxy hóa. • S khự ử. • Các con đ ng vô sinhườ khác. Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ái l c h t nhân và ái l c đi n t .ự ạ ự ệ ử • Liên k t c ng hóa tr gi a các nguyên t c a ế ộ ị ữ ử ủ đ ộ âm đi n ệ khác nhau là c c. ự - Thông th ng có ch a m t carbon âm đi n. ườ ứ ộ ệ R- CH2 (δ + ) - Cl (δ- ) - Phân t h u c này có th tr thành cácử ữ ơ ể ở n iơ cho ph n ả ng v i ứ ớ ái l c h t nhânự ạ ( đang chuy n đ ng h ng v ể ộ ướ ề + ) ho cặ nhóm ái l c đi n t ự ệ ử (đang chuy n đ ng h ng ể ộ ướ v -ề ). • Ph n l n ầ ớ các nhóm môi tr ngườ hóa ch t có th ph n ng ấ ể ả ứ hóa h c v i các phân tọ ớ ử h u c ữ ơ là ái l c h t nhânự ạ . Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ái l c h t nhân trong môi tr ng.ự ạ ườ • Đa s cácố ái l c h t nhân trong ự ạ môi tr ngườ là vô c và chúng ơ thì đa d ngạ . • Do s ự đa d ng ạ này, nên các ái l c đi n t t n t i ự ệ ử ồ ạ ng n ng i,ắ ủ và ph n ng c a các h p ch t h u c v i ả ứ ủ ợ ấ ữ ơ ớ các ái l c đi n t ự ệ ử th ng ườ là quang hóa ho c ặ nh h ng v m t ả ưở ề ặ sinh h cọ . Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Các ph n ng v i ái l c h t nhân.ả ứ ớ ự ạ • Nhóm ái l c h t nhânự ạ có m t ph n ho c toàn ộ ầ ặ ph n ầ (-). • Khi g p ặ ph i ả m t phân t h u c v i m t ộ ử ữ ơ ớ ộ liên k t ế c c, cácự nguyên t ử nhi u ề e c a ủ ái l c h t nhânự ạ có th hình thành m t liên k t v i các nguyên t ể ộ ế ớ ử thi uế e c a các phân t ủ ử h u ữ c . ơ - Phân t h u c th ng có m t nhóm "đử ữ ơ ườ ộ ể l i". ạ • N c (ướ OH -) là môi tr ngườ ái l c h t nhân ự ạ quan tr ng nh tọ ấ . - Ph n ng ả ứ th y phân bi n đ i các phân t h u c ủ ế ổ ử ữ ơ thành m t phân t ộ ử phân c c h n.ự ơ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S thay th ái l c h t nhân.ự ế ự ạ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ C ch th y phân.ơ ế ủ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Các ph n ng vô sinh khác.ả ứ • S ki m hóaự ề . - Các phân t ử béo t p trung ậ phát tri n ể m t c c ở ộ ự (+) có th là m t ể ộ ch tấ ki m hóa ề trong m t ph n ng ộ ả ứ ái l c đi n tự ệ ử v i m t ớ ộ ái l c h t nhânự ạ . • S lo i bự ạ ỏ β- - M t ộ carbon β lân c n b m t m t nhóm đ m t ậ ị ấ ộ ể ộ ph n ngả ứ ái l c h t nhânự ạ t i ạ cacbon α, ngày càng tăng trong đi u ki n ch a bão hòaề ệ ư . • Clo. - Ph n ng c a Clả ứ ủ 2 v i carbonyls béo và các amin.ớ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Quá trình oxy hóa. • S mự tấ đi c a m t eủ ộ - ho c ặ s ti p nh nự ế ậ c a O vào m t phân ủ ộ t . ử - S đự tố cháy = k t h p v i oxy. ế ợ ớ • Oxy hóa trong khí quy nể : th ng có ngu n g cườ ồ ố quang hóa; Có th hòa tan trong n c. ể ướ nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S kh .ự ử •Sự đ t đ c ạ ượ c a ủ e- ho cặ hydro hóa. • S khự ử các ch tấ t nhiên bao g m Feự ồ 2+, H2S, s t porphyrin, cácắ h p ch t sulfhydryl, hydroquinones, và ợ ấ các đi n t ng m ệ ử ậ n c. ướ • M t s các ph n ng bao g mộ ố ả ứ ồ : - S ự kh ử Clo. - S kh nhóm ự ử Nitro. Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ph n ng oxi hóa kh .ả ứ ử • Tùy thu c vào các đi u ki n oxy hóaộ ề ệ khử, ch t nh n ấ ậ electron (ch t ấ oxy hóa) ho c các ặ ch t cho eấ (ch t ấ kh ) có th ph n ngử ể ả ứ v m t vô sinh ề ặ trong ph n ả ng nhi t thu n l i v i m t ch t hóa h c nh t đ nh, ứ ệ ậ ợ ớ ộ ấ ọ ấ ị có th ho c không th có m t trong s phong phú ể ặ ể ặ ự đ y đ (Schwarzenbach). ầ ủ - H u h t các ph n ng oxy hóaầ ế ả ứ khử trong môi tr ng ườ có tính sinh h c trung gian.ọ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Quá trình oxy hóa kh t nhiên.ử ự Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ L p b n đ ậ ả ồ v s n đ nhề ự ổ ị oxy hóa kh .ử • Các tr ng ườ n đ nh nhi t đ ng l c h c c a các ổ ị ệ ộ ự ọ ủ nhóm khác nhau có th đ c ể ượ ánh xạ nh là m t ch c năngư ộ ứ c aủ ti m năng ề oxy hóa khử (Eh) và đ pH. ộ - S đ Pourbaix. ơ ồ • Đi u ki n môi tr ng cu i cùng ề ệ ườ ố s ẽ xác đ nh ị nhóm. - Th n tr ngậ ọ : có th là m tể ộ quá trình làm ch mậ do đ ng l cộ ự ! Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S đ pourbaix – Pb.ơ ồ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ S đ pourbaix - Pb, 2ơ ồ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ng ắ ủ ấ ộ ườ T p trung khu v cậ ự : Các vùng đ t m b b ấ ỏ ị ỏ hoang. • Theo c tính c a Hoa Kỳ tr c đây ướ ủ ướ v cácề m , h n 12.000ỏ ơ d m c a các con sông, su i và ặ ủ ố h nơ 180.000 m u Anh c a h ẫ ủ ồ và h ch a là ồ ứ nh ng ữ b t l iấ ợ nh h ng b i ả ưở ở kim lo i b ạ ị th i raả và mỏ than, các m ch t th i ỏ ấ ả t ng ng ươ ứ và liên quan đ n ế h ệ th ng ố thoát n c m ướ ỏ acid (1990). • Hi n nay, có h n 500.000 m b b hoangệ ơ ỏ ị ỏ t i Hoa Kỳ.ạ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Ksp cho sulfua kim lo i , hydroxit kim lo i.ạ ạ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ng ắ ủ ấ ộ ườ S ự s n xu t ả ấ acid. • H th ng ệ ố thoát n cướ c a đá acidủ (ARD). - Tác đ ng ộ b t l i ấ ợ b ề m t n c, n c ng m và các ặ ướ ướ ầ khu v c ven sông. ự • V n đ th ng g p ấ ề ườ ặ ở các khu v c khai thác than, b ự ề m t h m m , và các m ặ ầ ỏ ỏ đá c ng.ứ • Hình thành khi pyrit (FeS2) ho c mascarite đ c ti p ặ ượ ế xúc v i đi u ki n th i ti t. ớ ề ệ ờ ế • Quá trình oxy hóa và th y phân.ủ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ H th ng thoát n c c a đá acid.ệ ố ướ ủ FeS2(s) + 7/2 O2 + H2O ↔ Fe 2+ + 2SO42- + 2H+ Fe 2+ + 1/4 O2 + H + ↔ Fe 3+ + 1/2 H2O Fe 3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 (s) + 3H + Ho c ặ FeS2 (s) +15/4 O2 + 7/2 H2 ↔ Fe(OH)3 (s, đ ) + 3Hỏ + T đ ng xúc tác pH d i 3,5 ự ộ ở ướ FeS2 (s) + 14 Fe3+ + 8H2O ↔ 15Fe2+ + 2SO42- + 16H + Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ng ắ ủ ấ ộ ườ H th ng ệ ố thoát n cướ c a đá acidủ , 2 • K t qu trong vi c hình thành ế ả ệ các Fe sunfat ng m ậ n cướ hòa tan và s n xu t axit. ả ấ • N c th i có gi i pháp nâng cao Fe, SOướ ả ả 4-2 , TDS cao và đ pH th p. ộ ấ • Các kim lo iạ khác. • Quá trình oxi hóa c a Fe ủ 2+ thành Fe 3+ s n xu tả ấ acid b sung ổ và s t oxyhydroxides đ y màu s c.ắ ầ ắ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ng ắ ủ ấ ộ ườ Vi sinh v t trong vòng tu n hoàn l u huỳnh.ậ ầ ư Ngnuyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ Nguyên t c c a ch t đ c môi tr ngắ ủ ấ ộ ườ