Поведение химических веществ в окружающей среде: Пентан, Ртуть

Министерство образования Российской федерации

Самарский Государственный  технический университет

Кафедра «Химическая технология и  промышленная экология»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Химия окружающей среды»

 

Поведение химических веществ в окружающей среде:

 Пентан, Ртуть

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент: III – ХТ – 4а

                                                                                             Долганов А.А  _______

 

                       

                                                                           Консультант: Доцент

                                                                                           Смирнов Б.Ю.  _______

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САМАРА, 2005

Содержание

 

 

 

 

1. Введение
2. Физико-химические свойства

а) Ртуть

б) Пентан

3. Нахождение в природе.

а) Ртуть

    б) Пентан

4. Антропогенные источники поступления в биосферу

а) Ртуть

    б) Пентан    

5. Основные превращения в биосфере

а) Ртуть

   Влияние на окружающую среду

   Влияние на живые организмы

    б) Пентан

       Влияние на окружающую среду

       Влияние на живые организмы

6. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  1. Введение

 

 

     Возрождение  России, ее включение в мировой  процесс, направленный на реализацию  модели экологически устойчивого развития, непосредственно  связаны с решениями Конференции ООН по окружающей среде  и развитию, предоставленными в ее основных документах: “Декларация Рио-де-Жанейро” и “Повестка дня на XXI”.

      Объясняется  это тем непреложным фактом, что  человечество вступило в новую эру своего существования, когда потенциальная мощь создаваемых им химических, биологических и физических средств воздействия на среду обитания становится соизмеримой с силами природы.

     За XX век масштабы экономики выросли в 20 раз, использование природного топлива увеличилось в 30 раз, произошло расширение промышленности приблизительно в 50 раз.

     Деятельность  общества радикально трансформирует  химию биосферы. Причем большинство  специалистов связывают эти изменения   с процессами загрязнения твердой, жидкой и газообразной составляющих биосферы.

     Любые процессы, связанные с производством, характеризуются  не только преобразованием ресурсов  и получением нужных веществ,  но и образованием побочных  продуктов. В большинстве случаев  эти продукты чужды среде и являются ксенобиотиками. Попадая в “химическую лабораторию” растительной и животной клетки, ксенобиотики вызывают негативные изменения в организме, которые обнаруживаются на разных уровнях, например, на соматическом в самых разнообразных формах. Деятельность микроорганизмов в воде и почве все чаще затормаживается различными токсичными соединениями. К тому же в процессе производства образуется большое количество веществ, которые невозможно разложить биологическим путем, и они накапливаются в атмосфере, гидросфере и почве, нарушая деятельность большинства экосистем.

   Главными причинами  возникновения у нас экологических  проблем являются: длительное экстенсивное  развитие народного хозяйства,  несоответствие природопользования  природно-ресурсному потенциалу региона, слабое оснащение природоохранным оборудованием , невыполнение всего комплекса природоохранных мероприятий, включающего, в первую очередь, контроль химических, биологических и физических экологических факторов воздействия и реакцию на них природных и антропогенных экосистем.

   На территории  Росси выделяется довольно много  зон экологического бедствия, и  анализ этих зон дает основание  заключить, что экологические  ситуации в них по своему  охвату, остроте и воздействию  имеют не только межрегиональное значение, но и выходят на общенациональный и даже мировой уровень. В этих зонах, в первую очередь, необходимо проведение срочных  и кардинальных мер по контролю, оценке и прогнозу экологической ситуации и на этой основе оздоровлению окружающей среды.

     Я считаю, одной из главных задач человечества  является определение влияния  всевозможных загрязнителей на  окружающую среду, понятие всех  физико-химических процессов, происходящих  с этими веществами, а  также  создание и внедрение технологий по их обезвреживанию или же использованию в промышленных целях.

  

 

 

2. Физико-химические  свойства веществ

 

 

 

 

Ртуть:

  

   Единственный металл, жидкий  при обычных температурах, блестящего, серебристого цвета. Hg - наиболее тяжелая из известных жидкостей. Плотность 13,546 (20 ⁰), 13,594 (0 ⁰), 13,6954 (-38,85 ⁰), 14,193 (-38,9 ⁰ , -38, твердая). Температура плавления -38.89 ⁰ С; температура кипения 356,58 ⁰ С. При кипении обращается в одноатомный пар. Теплота плавления 2,82 кал/г, теплота испарения 69,7 кал/г. Давление паров ртути в мм. рт. ст. составляет: 0,00020 (0 ⁰), 0,00128 (20 ⁰), 0,277 (100 ⁰).

   Зависимость давления пара  ртути (в мм. рт. ст.) от температуры выражается  формулами: l og P=(-3212,5/T)+8,025 (в интервале от 0 ⁰ до 150 ⁰). Удельная теплоемкость  (кал/г*грд): 0,00525 (-263,3 ⁰ ); 0,0319 (-75,6 ⁰ ); 0,0337 (- 40 ⁰ ), 0,0339 (-36,7 ⁰ ); 0,03336 (0 ⁰ ); 0,03239 (140 ⁰ )

   Пары ртути в 7 раз тяжелее  воздуха, а ее максимально возможная  концентрация в воздухе 15,2 мг/м³ (20 ⁰).

    В соединениях ртуть, в отличие от металлов своей подгруппы , может быть как 2-х валентной, так и формально одновалентной. Как показывают результаты измерения электропроводности соединений ртути и рентгено-структурного анализа, на самом деле в соединениях Hg (I) содержится группировка атомов –Hg–Hg– . При электролитической диссоциации группировка эта не разрушается и в раствор переходит сложный ион Hg₂²⁺. Нормальные электродные потенциалы  ртути (в): 2Hg      (Нg₂)²⁺ + 2 e; (Нg₂)²⁺

2 Hg²⁺ + 2e; Hg       Hg²⁺ + 2e. Соответственно составляют: 0,80; 0,91; 0,86,

    Ртуть является химически  стойким элементом и занимает  по отношению к кислороду место,  наиболее близкое к благородным  металлам. Подобно последним чистая  ртуть в сухом воздухе не  изменяется и медленно окисляется кислородом лишь при повышенных температурах с образованием HgO. В присутствии следов примесей (Zn, Pb и др.) или во влажном воздухе покрывается серой пленкой окислов. С серой и галогенами ртуть взаимодействует сравнительно легко. Так, ртуть соединяется с S (при растирании обоих элементов в ступке) уже на холоду, тогда как взаимодействие ее аналогов Zn и Cd, с S требует предварительного нагревания. Ртуть не растворима в соляной и разбавленной серной кислотах, но растворяется в царской водке, азотной и горячей концентрированной серной кислоте.

    Hg + 2 H₂SO₄        HgSO₄ + 2H₂O + SO₂

    2Hg + 2H₂SO₄            Hg₂SO₄ +2H₂O + SO₂

  Вследствии высокого потенциала ионизации ртути ее соединение, как правило, непрочны и разлагаются при нагревании. Ртуть образует, подобно меди, закись и окись.

    4Hg + O₂            2Hg₂O

     2Hg + O₂           2HgO

  Гидраты окислов ртути весьма неустойчивы и отщепляют воду уже при своем образовании. С галогенами ртуть, подобно Cd, дает почти не диссоциирующие соединения. Из сернистых соединений ртути важен сульфид (HgS). При взаимодействии с металлами образует амальгаммы. Из солей ртути и обычных кислородных кислот наиболее важны сульфаты и нитраты (Hg₂SO₄ и Hg₂(NO₃)₂*H₂)). Со слабыми кислотами солей не дает или образует неустойчивые соединения типа карбоната Hg₂CO₃; последняя разлагается при 180 ⁰ на ртуть, ее окись и CO₂. Также, важным является соединение ртути с аммиаком Hg(NH₃)Cl₂ (диаминхлорид ртути).

 

    Растворимость ртути в воде очень мала и увеличивается с повышением содержания в последней О₂. Лучше растворяется в растворе NaCl, образуя двойные слои HgCl₂ и NaCl.

 В ходе реакции с P и Se образуются фосфиды и селениды ртути.

 

Пентан:

 

   В обычном агрегатном  состоянии представляет собой  бесцветную жидкость. Температура кипения 36 ⁰ С, температура плавления -129 ⁰ С, плотность 0,5572.

   Максимальная  концентрация паров 66% (16300 мг/м³) при 25 ⁰ С. Плотность воздуха, насыщенного парами пентана 1,98 г/см³. Пентан легко воспламеняется, в смеси с воздухом  взрывоопасен. Концентрационные пределы воспламенения 1,4 – 7,8 % (по объему). Существует три изомера: н-Пентан, 2-метилбутан (изопентан) и 2,2 – диметилпропан (неопентан). Температуры кипения и температуры плавления всех трех изомеров отличаются. (Т_кип:36,07 ⁰ С, 27,85 ⁰ С, 9,503 ⁰ С; Т_пл: -129 ⁰ С, -159,3⁰ С, -16,55⁰ С),Изопентан как и сам пентан представляет собой жидкость со слабым запахом, а неопентан – газ.

   Пентан растворим  в органических растворителях  и слабо растворим в воде  и в крови.

   Химические свойства подобны свойствам большинства предельных алифатических углеводородов.

 

Реакции замещения

 

1.Галогенирование (образуются галогеналканы)

Фотохимические свободнорадикальные  цепные реакции

 

C₅H₁₂+Cl₂                HCl + C₅H₁₁Cl                   хлорпентан

 

C₅H₁₂+2Cl₂                  2HCl+C₅H₁₁Cl₂                   дихлорпентан

 

C₅H₁₂+3Cl₂                   3HCl+C₅H₁₀Cl₃              трихлорпентан

 

C₅H₁₂+4Cl₂                  4HCl+C₅H₉Cl₄                тетрахлорпентан

 

2.Нитрование (образуются нитроалканы) - Реакция Коновалова

 

C₅H₁₂+HO-NO₂             C₅H₁₁NO₂+H₂O

 
(наиболее легко замещается атом водорода у третичного атома углерода)

 

3. Сульфирование (образуются алкансульфокислоты)

 

C₅H₁₂ + HO-SO₃H          C₅H₁₁-SO₃H + H₂O

Реакции окисления 

 

а) полное окисление (горение)

 

C₅H₁₂ + 8O₂         5CO₂ + 6H₂O

 

б) неполное каталитическое окисление

 
(образуются различные кислородосодержащие  органические соединения)

2C₅H₁₂ +6O₂          5CH₃COOH + 2H₂O

 

в) устойчивость к действию обычных  окислителей (раствор KMnO₄, бромная вода) Качественная реакция: С₅H₁₂ не обесцвечивает бромную воду и раствор KMnO₄

Реакции дегидрирования

 

C₅H₁₂         5C + 6H₂

 

C₅H₁₂              С₅H₁₀ + H₂

 

      Крекинг (образуется смесь алканов и алкенов)

 

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃               C₂H₆ + C₃H₆

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Нахождение в природе

 

 

 

Ртуть

Ртуть рассеянный элемент, концентрируется в сульфидных рудах. Небольшие количества ртути встречаются  в самородном виде. Среднее содержание ртути (10^-6 %): в земной коре 8, в гранитном слое коры континентов 3,3, в почве 1, в отложения 4, в сумме солей Мирового океана 0,43, в сухом веществе каменного угля 20, в золе растений 25, в сухой массе последних 1,2, в живой фитомассе 0,5. Суммарное количество ртути в океане 206 млн. т; в наземной биомассе 0,5 млн. т. В атмосфере содержится ( от 0,4 до 1 ) * 10^-9 г/м³ ртути (примерно в равных количествах в виде паров и в сорбированном аэрозолями состоянии). Равновесие между парообразной и аэрозольной формами ртути достигается за 5 суток. Общее количество элемента в атмосфере 300-350 т, причем концентрация над сушей на порядок выше, чем над океаном. Время жизни ртути в атмосфере составляет приблизительно 10 суток. Ртуть отличается высокой интенсивностью вовлечения в водную миграцию (К_з=17,58), высокими коэффициентами поглощения земной растительностью(7,58) и бурыми водорослями (200,0). Из водной среды растворимые формы ртути выводятся в донные отложения путем концентрирования в небиогенных глинистых илах с периодом полного удаления n*10⁴ лет. Ртуть прочно фиксируется почвой, образуя комплексы с гуминовыми кислотами. Период полувыведения ртути из почвы 250 лет. Вынос растворимых форм ртути с речным стоком с суши в Мировой океан 2,6 тыс. т/год; поступление паров ртути из земных недр 1,0; захват приростом растительности суши 2,0; включение в биологический круговорот 40, в том числе в водных экосистемах около 10 тыс. т/год. Из 1 м³ дождевой воды на Землю выпадает 200мкг ртути, что за год составляет всего более 100 000 т. Это в 15-20 раз больше, чем ее добывает человечество.

 Из растительных продуктов ртути более всего содержится в какао-бобах, а следовательно, и в шоколаде (до 0,1 мг/кг),

 При производстве хлора электролитическим методом возможно образование сточных вод, загрязненных хлором, ртутью и ее солями. Присутствие в таких водах ртути даже в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению в них всех биологических процессов. Это делает невозможной очистку воды на полях орошения, на сооружениях искусственной биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения, сбрасываемые в водоемы, имеют свойство накапливаться в рыбе, обычно пропорционально ее возрасту и размеру. Особенно велико содержание ртути в хищных рыбах. При этом метилртуть в рыбах составляет от 50 до 90% общей ртути, а кулинарная тепловая обработка снижает содержание ртути в рыбе лишь на 20%.