Keskkonnakeemia (3)

Keskkonnakeemia
Põhimõisted
Mateeria on kõik, mis täidab ruumi ja omab massi. Aine on mateeria vorm, millel on väga erinev koostis ja struktuur. Keemia on teadus, mis uurib aineid ja nendega toimuvaid muundumisi ja muudatustele kaasnevaid nähtusi. Keskkonnakeemia on keemia aladistsipliin, mis hõlmab meid ümbritsevas keskkonnas toimuvaid keemilisi ja füüsikalisi protsesse, kusjuures käsitletakse keskkonna seisundit mõjustavate faktorite toimet elukeskkonnas kulgevatele protsessidele. Keskkonnakeemias vaadeldakse toksiliste ja bioakumuleeruvate ainete mõju elukeskkonnale ning nende toime vähendamise võimalusi.
Puhas aine - süsteem, mis koosneb ainult ühesugustest molekulidest või kindlas vahekorras olevatest erinevatest ioonidest Segu - süsteem, mis koosneb kahest või enamast puhtast ainest. Homogeenne-koosneb ühest ühtlasest süsteemist, õhk Heterogeenne - koosneb mitmest erineva struktuuriga ainest
pH Sõltuvalt keskonna iseloomust on pH väärtused erinevad: neutraalne keskkond [H+] = [OH-] pH = 7 happeline keskkond [H+] > [OH-] pH 7 pH mõõdetakse ainult vesilahustes. pH on parameeter , mis iseloomustab vesinikioonide konsentratsiooni vesilahuses.
Lahus- süsteem, mis koosneb vähemalt 2-st komponendist ( lahustunud aine, lahusti). Lahus võib ollavedel või tahke(klaas). Lahusti- lahuse komponent , miis meid huvitavas protsessis ei oma toimet.
Biosfäärikeemia
Biosfäär on Maad ümbritsev elusloodust sisaldav kiht- hõlmab nii lito -, hüdro- kui ka atmosfääri. Atmosfäär - Maad ümbritsev gaasiline kiht, mille ülapiir ei ole täpselt määratav. Meteoroloogias loetakse ülapiiriks 1000 - 1200 km. Hüdrosfäär - Maa atmosfääri ja litosfääri vahel paiknev katkendlik kiht, mille moodustavad tahke ja vedel vesi. Litosfäär - Maa tahke väliskiht, mille ülemine osa on maakoor . Aineringe on ökosüsteemis toimuv keemiliste elementide tsükliline liikumine läbi lagundamis - ja sünteesiprotsesside orgaaniliste ühendite koosseisust anorgaaniliste ühendite koosseisu ja tagasi.
Hapnikuringe Vaba hapniku teke algas Maa atmosfääris ~3000 milj. aastat tagasi. Vaba hapnik tekkis siis, kui taimsed organismid hakkasid forosünteesima, lagundades selle käigus vee molekule. Atmosfäärset hapnikku kasutavad hingamisel kõik aeroobsed organismid ning selle tulemusena viiakse hapnik uuesti vee molekuli koostisesse. Peamiseks hapniku saamise allikaks on rohelistest taimedes kulgev fotosüntees: oluline osa langeb fütoplanktoni arvele, maismaataimedel väiksem osakaal. Hapniku sidumine toimub organismide hingamisel ( CH2O + O2 = CO2 + H2O), samuti toimub hapniku sidumine veekogude põhjasetetes, vulkaaanilistes protsessides (C+O2=CO2, S+O2=SO2) ja maasisestes protsessides (2Fe+3O2=2Fe2O3). Viimasega seotakse liikuv hapnik litosfääris. Kogu atmosfääri hapnik uueneb umbes 2000 aasta jooksul. nCO2 + nH2 2O)n + nO2 (valguse toimel; fotosüntees). Süsinikuringe Orgaanilise elu aluseks on süsinik. Ta on osalenud aineringes Maa tekkest alates. Selles ringes on kõige liikuvamaks komponendiks süsinikdioksiid, mille sidumine toimub peamiselt assimilatsiooni kaudu (fotosüntees). Vähesel määral toimub CO2 sidumine ka mikroorganismide ja maapõues mineraliseerumise - 2 tulemusena. Mineraliseerumine-karbonatiseerumine CO2 -> HCO3 -> CO2 -> CaCO3 CaCO3 lademed- lubjakivi , kriit. Loomade ja mikroorgansimide hingamise kaudu satub CO2 uuesti atmosfääri. Samuti toimub eluta orgaanilise aine mõningane oksüdatsioon. Selle tagajärjena jõuab CO2 atmosfääri ka settekivimitest. Organismid moodustavad surres eluta orgaanilise aine, mida jällegi teised organismid tarbivad toiduna. Eluta org. Aine võib mineraliseeruda ja sellisel kujul olla organismidele vajalik- vetikad , korallid , molluskid.
Lämmastikuringe 2 põhiahelat.1)lämmastiku sidumine, st tema liikumine eluta loodusest elusasse 2) lämmastiku vabanemine , st tema üleminek uuesti atmosfääri. Lämmastikuringes muutub lämmastiku oksüdatsiooniaste ja ta moodustab nii + - - org. kui anorg . ühendeid. Mullas toimub lämmastiku nitrifitseerimine NH 4 ->NO2 ->NO3 -> see on taimedele toiduks, denitrifikatsioon - mikroorganismide toimel satub vaba lämmastik jälle atmosfääri.
Väävliringe Väävel on elusates organismides üheks oluliseks elemendiks . Enamik väävlist on anorgaaniliste ühendite koostises. S on biosfääris aktiivne element. Maakoores leidub väävlit sulfaatsete või sulfiidsete mineraalide koostises. Atmosfääri satub eelkõige SO2 kujul(inimtegevus, vulkanism ). Atmosfääris neeldub SO2 taimedes või 2- veekogudes, lahustub vihmatilkades, oksüdeerub ja langeb koos vihmaga maapinnale ja taimedele SO4 kujul. 2- Mulda viiakse SO4 ka väetisega, pedosvääris see adsorbeerub. Mingi koguse väävlit omastavad ka taimed. Pinnases võime eristada 2 tsooni: aeroobne ja anaeroobne. Anaeroobses tekib väävelbakterite kaasabil H 2S, mis võib teiste bakterite toimel uuesti oksüdeeruda suklfaadiks.
Fosforiringe Ringes fosfori oksüdatsiooniaste ei muutu, esineb fosfaadina. Ei moodusta gaasilis ühendeid, ei osale atmosfääriprotsessides. On seotud litosfääri mineraalse osaga. Orgaanilise fosfori ringe on seotud taime-ja loomariigi elutegevusega. Organismide suremise produktid mineraliseeruvad ja moodustuvad fosfaadid . Ookeanis fosfor ringleb ahelas taim-kala-kala-taim. Lindude toiduna kantakse fosfor osaliselt ookeanist välja ja ta moodustab guaano lademeid.Samuti satub osa fosforit ookeanis madalaveeliste setete koostisesse, millest vetikate elutegevuse tulemusena läheb uuesti ringesse.
Veeringe Vee pidev ringlemine toimub päikeseenergia, raskusjõu, organismide elutegevuse vahendusel. Kogu veeringe koosneb väikesest, suurest ja bioloogilisest veeringest. Väikeses veeringes toimub vee aurumine ookeani pinnalt, selle kondenseerumine atmosfääris ja langemine sadmetena tagasi ookeani. Osa sademeid aurustub uuesti ja pöördub tagasi atmosfääri, teine osa toidab maismaa veekogusid või satub bioloogilisse ringesse. Maismaale sadenenud veest moodsutab pindimise ära voolu, teine läheb pinnasesse-põhjavette,kasutatakse organismide poolt. Kõik see kokku suur veeringe. Biloogiline ­ hõlmab vee otsest kasutamist organismide poolt. Veeringet isel ka veevahetusperiood-mis isel veevaru kesmist kestvust.
Atmosfäär
Maad ümbritsev gaasiline kiht (ülapiir ei ole täpselt määratav), Atmosfääri keskmine temperatuur Maa pinna lähedal on 14 °C Kihilise ehitusega temperatuuri muutumise järgi vertikaalsuunas: troposfäär 7 - 17 km kõrgusele; meie laiuskraadil 12 -14 km, temperatuur kõrguse kasvades langeb kuni ~-60°C stratosfäär alates 7-17 km kuni ~30 km, alaosa on külm, ülaosas temperatuur tõuseb päikesekiirguse neeldumise tõttu osoonis (~3 °C) Mesosfäär 50 ­ 80 (85) km Termosfäär 80 (85) kuni 640+km temperatuuri tõus Üle 80 km on ionosfäär, valdavalt laenguga osakesed Eksosfäär 500 (1000) km kuni 10 000 km Tropopaus , stratopaus, mesopaus , ionopaus Elutingimused õhuookeaani põhjas erinevad tunduvalt tingimustest atmosfääri ülakihtides .
Puhta (kuiva) õhu keemiline koostis PÕHIGAASID : ~78 % N2, ~20,9 % O2, ~0,93 % Ar, ~0,0375 % CO2 LISANDGAASID : a) püsivad (ppm): He (5,2), Ne (18,0), Kr (1,1), Xe (0,086), H2 (0,5), N2O (0,25) Eluiga õhus aastaid ~4 (N2O, H2) kuni 107 ( inertgaasid ) aastat b) ebapüsivad, keemiliselt aktiivsed (ppm-parts per million): CO (0,21), CH4 (1,6), O3 (0,04) , NO2 (0,02), NH3 (0,006), SO2 (0,002) Eluiga õhus mõnest päevast kuni aastateni (CO ja CH4) Tüüpilises linnaõhus (saastunud piirkond) on kontsentratsioonid suuremad (CO 10 ppm, SO2 0,08 ppm, NOx 0,05 ppm) NB!!! H2O kontsentratsioon õhus varieerub ~0 - 5% keskmiselt (3000 ppb = 3 ppm)
Atmosfääri keemilise koostise muutused Maa atmosfäär koosneb ~99,93 % ulatuses lämmastikust, hapnikust ja argoonist. Inimtegevus ei muuda oluliselt nende kolme kogust. Olukord on oluliselt erinev lisand-komponentide osas. Viimase 100 aasta jooksul on metaani keskmine kontsentratsioon kasvanud ~2 korda, süsihappegaasi aga ~20%. Uued ühendid, nagu freoonid ehk kloorfluorsüsivesinikud ei eksisteerinud 100 aastat tagasi.
Inimene ja atmosfäär 3 Inimene hingab sisse päevas 10-15 m õhku 1 cm3 õhku sisaldab 2,69·1019 erineva aine molekuli, neist 1014 (~ 10 ppm) on lisandimolekulid ( ~10-3 %) ;1 cm3 õhus on ka ~106 radikaali ja ~106 aerosooliosakest. Inimene elab keskmiselt 22 000 päeva ja tarbib eluaja jooksul 22 000x10 = 2,2·105 m3 õhku. Saastunud ja anomaalsete parameetritega õhk mõjub tervisele. Inimene hingab sisse õhku, milles on 20,9% hapnikku O2 ja ~ 0,04% CO2. Väljahingatavas õhus on keskmiselt 15,8% O2 ja 4,0% CO2 (moolprotsendid). Lisaks on väljahingatavas õhus metabolismi jääkprodukte: ammoniaak ja aminoühendid, süsinikoksiide, aldehüüde, ketoone, väävliühendeid, rasvhappeid. Suletud ruumis on need ained ohtlikud! 80 % eluajast viibib inimene ruumides. Inimtegevusest tingitud (antropogeensed) keemilised ühendid õhus: · liiklusest (tolm, autode heitgaasid NOx, CO, bens (a)püreen, aromaatsed süsivesinikud ), · energia tarbimisest, katlamajadest (põlemise lõpp-produktid, mis sõltuvad kütusest ja põlemis-protsessist endast CO2, SO2), · tööstuse poolt tulevast saastest (sõltuvalt tootmisprotsessidest ja seal kasutatavatest ainetest), · põllumajandusest (väetiste kasutamine lennukitelt), · olmest (freoonid, sünteetiliste ainete laguproduktid). Toksiin - elusorganismide poolt toodetud toksiline ühend. Ksenobiootikum ­ elusloodusele võõrkemikaalid, sünteesitud väljaspool eluslorganismi. On teada ~40 000 keemilist ühendit, mis avaldavad inimesele kahjulikku toimet.
Süsinikuühendid CO- toksiline,ei oma lõhna ega värvust, kindlaks tegemine spetsiaalsete seadmetega. Looduslikes tingimustes 3 CO sisaldus kuni 0,2 mg/m . Sattudes inimorganismi, tõrjub ta hapniku hemoglobiinist välja, ühinedes ise seejures hemoglobiiniga(CO+Hb02 HbCO+O2). Toob kaasa organismis häireid, alates nägemisteravuse halvenemisega lõpetades surmaga. Satub atmosfääri-suitsugaaside, sisepõlemismootorid, gaasiliste kütuste ja söe gaasistamine. Olukorra parandamine: optimeerida põlemist kolletes-korstnate täiustamine, kasutada sisepõlemismootorites katalüütilist puhastamist-need annavad lõppsaaduseks CO2. CO2- loodusliku oksüdatsiooni lõppsaadus, mille hul atmosf on 0,03%, ei ole püsiv. Tekkeallikaks põlemine kõikides vormides ja organ elutegevus. Ei kuulu toksiliste ainete hulka, kuid võib tuua kaasa globaalseid muutuseid. Viimase 25 aastaga konsentratsioon tõusnud ligi 8%-metsade raiumine, fossiilsed kütused. Kuna co2 ei lase läbi Maalt peegeldunud infrapunast kiirgust, siis viib see temp tõusule atmosfääris, kasvuhooneefekt . Selline temp tõus võiv viia suure hulga jää sulamisele polaaraladel ja liustikel. Olukorra parandamine: adsorptsioon veega, moni-di-trietanoolmiinide kasutamine, tahkete adsorbentide kasutamine. CH2O + O2 = CO2 + H2O ( hingamine )
Lämmastikuühendid Õhus on lämmastik molekulaarsena N2. Anorgaanilised ühendid: N2, N2O, NO, NO2, HNO3 , NH3. Lämmastiku oksiidid on mürgised, välisõhus reeglina ülekaalus NO2, ka NO(neid tähistatakse NO x.Atmosfääris toimub ka NOx üleminek HNO3-ks, mis on ohtlik loodusele ja tehnilistele konstruktsioonidele. Looduslikeks saasteallikateks on metsade ja rohtlate põlengud. Tehslikud allikad on põlemine küttekolletes, sisepõlemismootorites(autotransport). Orgaanilised ühendid: Aminorühm ­NH2 on aminohapetes, valkudes Nitrorühm ­NO2 imiinid (püridiin jne).
Väävliühendid -Õhus on gaasilistena: *COS+ > *SO2+ > *H2S+ > *CS2+ [SO2] metsas ~10ppb, linnas ppm-des [H2S] ~10 ppb [COS] ~0,8 ppb -Lisaks DMS (dimetüülsulfiid), DMSO (dimetüülsulfoksiid) -COS (karbonüülsulfiid), H2S, (süsinikdisulfiid) CS2 jt oksüdeeruvad õhuhapniku toimel SO2 -ks Lahustuvus vees (cm3/cm3): SO2 ­ 39,37; H2S ­ 2,91; COS ­ 0,56; CS2 - 0,52 Aerosoolfaasis on [SO2]>[H2S]> [COS]>[CS2] SO2 + H2O + hv = H2SO4 Atmosfääris levinum vääveldioksiid SO2, tekib põhiliselt kütuse põlemisel, nafta töötlemisel, tselluloositööstuses. Mürgine. Mõjub hävitavalt silmadele ja hingamisteede limaskestadele. Niiskes õhus moodustab SO2 veega reageerides väävlishappe, mis on ohtlik taimedele, nende toimel intensiivistub ka metallide korrosioon , marmorkujude hävimine, muldade ja veekogude hapestumine. Koduloomadest on tundlikumad kassid. Kaasajal in erinevad meetoteid so2 kinnipüüdmiseks: ammoniaakmeetod, lubjameetod jt.
Osoon O3 Tekib troposfääri ülemistes ja stratosfääri alumistes kihtides ultraviolettkiirguse toimel.0 2+hv-> 0+0 ; O2+O->O3. Osooni on kõige rohkem osoonikihis, so 20-30km kõrgusel. Osoon on väga tugev oksüdeerija- tema toimel oksüdeeruvad atmosf paljud org ained-lämmastiku ja väävliühendid. On nn atmosf puhastaja . Kõrge keemilise 3 aktiivsuse tõttu on osoon organsimidele kahjulik. Max lubatud konsentratsioon on 100µg/m . Kõrgemate konsentratsioonde korral hakkab hemoglobiin lagunema. Mõõdukas- intensiivne taimede kasv, suureneb biomass. Fotolüüs. NO2 + hv -> NO + O NB!! O3 + M ; O3 + NO -> NO2 + O2 Osoon on tugev oksüdeerija troposfääris: O3 + SO2 -> SO3 + O2 ;2 NH3 + 4 O3 NH4NO3 + 4 O2 + H2O; H2S + O3 SO2 + H2O. Osoon on UV kiirguse neelaja stratosfääris
Orgaanika õhus CH4 ­ metaan VOC ­ lenduvad orgaanilised ühendid ( benseen , tolueen , diklorometaan jt.) POP ­ püsivad orgaanilised ühendid (kloroorgaanilised ühendid ­ PCB, DDT; furaanid ja dioksiinid. PAN peroksüatsetüülnitraat CH3C (O)O-ONO2, fotokeemiline sudu (NOx, O3, VOCs, aldehüüdid, PAN) Isopreen C5H8 (metüülbutadieen) CH2=C(CH3)-CH=CH2 Terpeen C10H16
Raskmetallid õhus Raskmetallid eralduvad välisõhku neid metalle sisaldavate kütuste põletamisel ja transpordil (kivisüsi, põlevkivi, turvas ). Plii tööstusettevõtetest ja autotranspordist. Kaadium heited tööstusest, suitsetamisest.
Fotokeemilise sudu teke *Aluseks õhus olevad lämmastikoksiidid, süsivesinikud, mis tekivad kütuste põletamisel ja ka looduslikul teel. Reaktsioonideks on vajalik UV päikesekiirgus, vee aurud ja hapnik. NO2 + hv = NO + O O + O2 = O3 O3 + hv = O(1D) + O2 NO + O3 = NO2 + O2 O(1D)(singletne hapnik) + H2O = 2 OH. Hüdroksiradikaalid tekivad OH + O3 = HO2 + O hüdroperoksiradikaal tekib Nende radikalide reaktsioonid süsivesinikega (`CH') annavad peroksiatsetüülnitraadi PAN ehk CH3C(O2)ONO2 * Õhus tekivad metaanist CH4 metüül CH3., metoksi CH3O., metüülperoksi CH3O2. radikaalid, mis reaktsioonides annavad aldehüüde (-CHO) ja happeid (-COOH) ja alkohole : (HCHO, HCOOH , CH3OH) * Etaanist C2H6 lähtuvalt tekivad CH3CHO (etanaal ehk atseetaldehüüd), CH3COOH (äädikhape ehk etaanhape ) ja etüülpiiritus ehk etanool C2H5OH *Orgaanika (süsivesinikud, aldehüüdid, happed , radikaalid, nitraadid jne) koos osooni, hapniku ja vee ning tolmuosakestega annavadki fotokeemilise sudu.
Vihm ... uhab kaasa aerosooli osakesed, mis peegeldavad õhu saastatust. Lämmastiku ja väävli oksiidid lahustuvad vihmatilades ja muudavad need happelisteks. Tööstusrajoonides on vihm happelisem suurema väävli ja lämmastiku oksiidide konsentratsiooni tõttu. Puhta vihmavee happesuse määrab süsinikdioksiid (~350 ppm õhus): + - + 2- H2O + CO2 = H2CO3 = H + HCO3 = 2H + CO3 pH = 5,6 Happed tekivad oksiidide reaktsioonil veega: H2O + SO2 = H2SO3 H2O + SO2 + 1/2 O2 = H2SO4 Happevihmad Väävelhape on eriti ohtlik keskkonnale, ta lagundab lubjakivi!! H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + H2O + CO2 Ca- sulfaat on tahke, tema lahustuvus vees on suurem kui Ca-karbonaadil ja kivimid murenevad.
Ruumide õhusaaste allikad ja võrdlus välisõhuga. Tänapäeval veedab enamik inimesi suure osa ajast mitmesugustes siseruumides. Ameerikas läbiviidud uuring näitas, et elanikud veedavad ööpäevast keskmiselt 88% ruumides ja 7% sõidukis. Ainult 5% ajast veedetakse tegelikult värskes õhus ning seetõttu on ruumiõhul inimese tervisele ja enesetundele oluline tähtsus.
Ruumide õhusaaste allikad Allikad, mis tulenevad hoone elanike tegevusest. (Ained, mis erituvad õhku põlemisjääkidena, kütmise, toiduvalmistamise ja suitsetamise tõttu) Ehitus- ja viimistlusmaterjalid. Hoones kasutatud materjalidest võib õhku sattuda mitmesuguseid keemilisi ühendeid, olulisimad neist on lenduvad orgaanilised ühendid, formaldehüüd, asbest jms. Välisallikad. Välisõhu saasteained võivad kergesti ruumidesse tungida . Ka pinnasest või veest võivad majja sattuda mitmesugused tervisele ohtlikud ained (näiteks radoon). Peamised riskitegurid on vingugaas (CO), lämmastikoksiidid, tahked osakesed, vääveldioksiid (SO2), lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ) ja osoon. Bioloogilised allikad. Bioloogilised materjalid, mis oma elutegevuse käigus või lagunemise tagajärjel saastavad ruumiõhku. Tähtis on nende mõju immuunsüsteemile, nakkushaigustesse haigestumisele ja nende ainete otsene toksilisus.
Tubakasuits . Põhiliseks tubakasuitsu komponendiks on vaik , mis sisaldab kantserogeenseid aineid. Tubakasuitsus on umbes 3900 keemilist ühendit ( ketoonid , aldehüüdid, fenoolid , amiinid , eetrid jne). Neist ühenditest üle 40 on kantserogeenid Mõju tervisele: Tubakasuitsu seostatakse mitmete ägedate ja krooniliste haiguste tekkega, kõige tavalisemad ja "süütumad" keskkonna tubakasuitsu sümptomid on silma, nina ja kurgu ärritus ning pisaratevool. Rahvusvahelise vähiuuringute agentuuri andmetel on 30% kõikidest vähihaigete surmajuhtudest põhjustanud tubakasuits. 80% kopsuvähi juhtumitest seostatakse suitsetamisega.
Süsinikdioksiid (CO2) Ta tekib süsiniku ja tema mitmesuguste ühendite kuumutamisel piisava hulga hapnikuga, samuti hingamisel. Ruumides on CO2 põhiallikaks tihti inimene ise (väljahingatav õhk), CO2 on põhiline saasteaine gaasi, petrooleumi, puidu ja kivisöe põlemisel ahjudes. Mõju tervisele CO2 toimib kui hingamisteede ärriti, vähese CO2 sisalduse korral tekib ebamugavuse ja umbsuse tunne. Pideva kokkupuute korral võivad tekkida peavalu, peapööritus ja iiveldus . CO2 sisaldus suureneb öösel magamistoas ja ülerahvastatud ruumides(klassiruumid).
Süsinikmonooksiid ehk vingugaas (CO) on toksiline lõhnatu gaas , mis tekib mittetäieliku põlemise käigus. Põhilised CO allikad on ahjud ja pliidid , CO sisaldust õhus suurendavad sõidukite heitgaasid. Mõju tervisele CO on lämbumist tekitav gaas. Krooniline kokkupuutumine tekitab tihti tähelepanuta jäetavaid sümptomeid, nagu peavalu, väsimust, peapööritust ja iiveldust.
Tahm ja suits satuvad ruumiõhku põlemisprotsesside tagajärjel. sisaldab nii oma füüsikaliste, keemiliste kui ka toksiliste omaduste poolest erinevaid ühendeid (süsivesinikke, raskmetalle, nitraate, sulfaate jm). Mõju tervisele Sissehingatud osakesed võivad põhjustada hingamisteede ahenemist ning naha ja limaskesta ärritusnähte. Eriti tundlikud on lapsed ja kroonilisi hingamisteede haigusi põdevad inimesed.
Lämmastikoksiidid (NOx) tekivad kõrgel põlemistemperatuuril lämmastiku reageerimisel hapnikuga. Ruumiõhku satuvad lämmastikoksiidid gaasipõletitest ja ahjudest ning suitsetamise tagajärjel. Mõju tervisele Toimib ärritavalt kopsu limaskestale. Sümptomid avalduvad enim lastel ja astmahaigetel. NO2 on sageli astmahoo vallandaja ja suurendab inimese reageerimist teistele allergeenidele.
Vääveldioksiidid (SO2) on värvitu, vees kergelt lahustuv tugeva lõhnaga gaas. Saasteainena on oluline nii SO2 ise kui ka tema happelised aerosoolid . Vääveldioksiid tekib väävlilisandeid sisaldava kütuse põlemisel Mõju tervisele Vees lahustuvuse tõttu absorbeerub ta kiiresti ninas ja ülemistes hingamisteedes ning tekitab kroonilisi kaebusi. Suure mõju korral võib täheldada kopsu funktsiooni vähenemist
Ehitus- ja viimistlusmaterjalidest vabanev õhusaaste: Lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ) Üks põhilistest näitajatest, mida kasutatakse ruumiõhu kvaliteedi hindamiseks, on lenduvate orgaaniliste ühendite sisaldus (LOÜ). See näitaja ühendab suurt rühma erinevaid keemilisi ühendeid (aromaatsed ja alifaatsed süsivesinikud, alkaanid , terpeenid jms). LOÜ-ühendid siseõhus on pärit peamiselt ehitus- ja viimistlusmaterjalidest, kuid ka välisõhust (heitgaasid) ja majapidamistöödest ( puhastusained ). Mõju tervisele Ühendid põhjustavad nii ägedaid haigussümptomeid kui ka kroonilisi haigusi. Põhilised sümptomid on silmade ja hingamisteede ärritus, pisaratevool ning öine õhupuudus. Suurte annuste korral avaldub ühendite narkootiline toime.
Formaldehüüdid on värvitu lenduv kirbe lõhnaga gaas. Peamine allikas kodus on puitlaastplaatidest viimistlus ( paneelid ) ning mööbel. Happe mõjul kõvenevad lakid, värvid, pinnatöötlemisvahendid, tekstiilid ja põrandakattevaibad võivad sisaldada formaldehüüde, kust see eraldub siseõhku. Formaldehüüd pärineb ka tubakasuitsust , põletamise gaasidest ja desinfektsioonivahenditest. Mõju tervisele Kahjulik tervisemõju tekib aine auru sissehingamisel ja temaga otsesel kokkupuutumisel. Vähese sisalduse korral põhjustab ta aevastamist, köha ja silmade ärritust, kuid ka naha ja ülemiste hingamisteede ärritusnähte. Formaldehüüd on tugev allergeen .
Asbest on kiuliste silikaatide hulka kuuluv mineraal . Kuna asbest on tule- ja ilmastikukindel, halva soojus -, elektri- ja mürajuhtivusega, suhteliselt suure tõmbetugevusega, elastne, vastupidav materjal on seda peetud asendamatuks mitmes majandusharus. Probleemid tekivad asbesti sisaldavate materjalide purunemisel, lagunemisel kulumisel, taaskasutamisel ja töötlemisel, kui asbestikiud võivad sattuda õhku. Mõju tervisele. asbestikiud on üliväikesed, tungivad nad sügavale inimese hingamisteedesse, põhjustades seal pikaajalise toime korral põletikku ja kasvajalisi protsesse. Otsene äge asbesti toime põhjustab nahaärritust, kuid palju tõsisemad on pikaajalised tagajärjed, nagu kopsuvähk ja asbestoos. Asbestile lisab ohtlikkust aine kumuleerumine. Haigus areneb ka pärast seda, kui kokkupuude asbestitolmuga on lõppenud.
Radoon- lõhnatu, maitsetu ja värvusetu radioaktiivne väärisgaas, mida tekib pidevalt maakoores ja kõigis kivimites . See on üks vaheprodukt uraani lagunemisel ja muutumisel pliiks . Siseõhku tungib radoon enamasti hoone all olevast maapinnast, majapidamisveest ning ehitusmaterjalidest. Mõju tervisele Seotuna õhus leiduvate tahkete osakestega satuvad radooni tütarisotoobid hingamisteedesse ning võivad põhjustada kopsuvähki ja leukeemiat. Suitsetajate risk haigestuda vähki on 20 korda suurem kui mittesuitsetajatel, kuna nad hingavad suitsetades sisse rohkem tahkeid osakesi. Välisallikatest ruumiõhku sattuvad saasteained: Osoon (O3) on ärritava toimega gaas. Seda esineb vähesel määral pidevalt välisõhus. Siseruumides on peamisteks osooniallikateks kontoritehnika ( printerid , laserprinterid) ja mõned valgustite tüübid. Mõju tervisele hingamisteede limaskestade tugeva ärritusega. Täheldatud on silmade ärritust, peavalu, peapööritust
Bioloogilised saasteallikad : mikroobid, viirused ; taimed (õietolm); seened, hallitusseened; lülijalgsed ( tolmulestad ); loomad (närilised, koduloomad, linnud ). mõju tervisele: allergiad ; parasiitide, viiruste või bakterite poolt põhjustatud nakkused ; mürgistavad ehk toksilised mõjud
Välisõhu saasteallikad Õhusaaste allikaid on mitmesuguseid ja need võivad olla nii inimtekkelised kui ka looduslikud. Looduslikeks saasteallikaiks võivad muu hulgas olla vulkaanid ja metsa-põlengud. Peamised inimtekkelised allikad on: energiamajandus ja tööstus; transport; põllumajandus; jäätmekäitlus. Energiamajandus ja tööstus Oluliseks õhusaasteallikaks on ka mitmesugused tööstuslikud protsessid, mistõttu on õhusaasteprobleemid keemia-, metalli-, paberitööstuse jt ettevõtete paiknemise piirkondades üldtuntud Ohud Fossiilsetest kütustest pärineb ~80% kogu maailmas õhku paisatavast CO2-st, globaalse soojenemise peamisest põhjustajast, kusjuures Euroopa riigid annavad sellest ligikaudu 1/3. Transport Autoliiklus annab kuni 80% CO2 ja 60% lämmastikoksiidide transpordisektorist pärinevast koguheitekogusest, samuti tuleb transpordist märgatav osa CO ja LOÜ heitkogusest Ohud Transpordist tulenev süsihappegaas on üks põhilisi kasvuhooneefekti põhjustajaid. Lämmastikoksiididel on oluline roll hapestumisprotsessides. Põllumajandus Ligikaudu 90% kogu Euroopa ammoniaagi (NH3) heitkogusest pärineb loomafarmidest. Ohud Taime ja viljakasvatuses kahjurite tõrjeks kasutatavad pestitsiidid satuvad aurustumisel õhku ja kuhjuvad oma pika eluea tõttu naabruses olevates ökosüsteemides, samuti levivad atmosfääri ning sademete kaudu kaugustesse, olles üheks piiriülese õhusaaste põhikomponendiks.
Hüdrosfäär on katkendlik kiht Maa atmosfääri ja litosfääri vahel, tahke ja vedel vesi. Kogumass on 1,4.1021 kg = 1,4.1018 tonni (~3/4 maismaast on mered ja ookeanid ) Kogu hüdrosfääri veevarust on ainult 0,8% kasutatav puhta veena. Hüdrosfäärikeemia ... on määratud vee molekuli füüsikalis-keemiliste omadustega ja piirpindade atmosfäär/hüdrosfäär ning litosfäär/hüdrosfäär keemiaga.
Vee molekuli füüsikalis-keemilised omadused * polaarne molekul, dipoolmoment on D = 1,84 D (suhteline laeng hapnikul on -0,34 ja kummalgi vesinikul +0,17) *moodustab vesiniksidemeid ja esineb dimeeridena (H2O)2, trimeeridena (H2O)3 ja stabiilsed on ka klastrid (H2O)20, (H2O)280 *allub autoprotolüüsile H2O + H2O = H3O+ + OH­ H3O+ on oksoonium-ioon, OH­ on hüdroksüülioon
Mõisteid seoses veega * Hüdrofiilne - vett "armastav", polaarsed ühendid * Nukleofiilne on tuuma, ka prootonit, "armastav". Alused on nukleofiilsed reagendid (OH­). * Elektrofiilne on elektroni (elektronpaari) "armastav" reagent (H+, Fe3+) *Hüdrofoobne - vett "eemale tõukav", mittepolaarsed ühendid (benseen, metaan, propaan jne) -------------------------------------------------------- * Steariinhappe CH3(CH2)16COOH pikk süsinike ahel CH3(CH2)16­ ehk C17H35 ­ on hüdrofoobne osa molekulist, ei lahustu vees karboksüülrühm ­COOH on hüdrofiilne osa molekulist, lahustub vees *Lahustuvuse " kuldreegel " - sarnane lahustub sarnases. Polaarne aine lahustub polaarses lahustis (alkohol vees). Mittepolaarne aine lahustub mittepolaarses lahustis (propaan C3H8 benseenis C6H6). Vee karedus ...Ca2+, Mg2+, Fe2+ ioonide olemasolu vees (Fe annab pruuni värvi). Eristatakse järgmisi kareduse liike: karbonaatne karedus (mööduv karedus) on vee karedus, mis on põhjustatud kaltsiumi- ja magneesiumi 2- - ühendite (CO3 ja HCO3 ) esinemist vees. Sellise vee karedus kaob vee keetmisel , ehk vesi muutub keemilise reaktsiooni käigus kaltsiumkarbonaadi ja magneesiumhüdroksiidi sadestumisel pehme(ma)ks. Karbonaatse kareduse kadumist (vee pehmenemist) iseloomustavad järgmised võrrandid ( reaktsioon toimub vee keetmisel): Ca(HCO3)2 -> CaCO3 + H2O + CO2 Mittekarbonaatne karedus ehk jäävkaredus on vee karedus, mis on põhjustatud erinevalt karbonaatsest karedusest kloriididest ja sulfaatidest, mis tasakaalustavad magneesiumi- ja kaltsiumiioone. Vee kuumutamisel (millele jäävkareduse nimi ka tuleb) sellise vee karedus ei kao. Üldkaredus on mittekarbonaatne ja karbonaatne karedus kokku. Üldkaredust mõõdetakse enamasti millimoolides liitri vee kohta (mmol/l). Magneesiumi- ja kaltsiumiühendite kontsentratsiooni järgi mingis vees saab rääkida karedast veest ja pehmest veest.
Soolsus ja happelisus , leelisus Merevesi on: soolane aluseline so [OH­] > [H+] (pH = 7,5 - 8,5 (pH = -log [H+])) * Soolsus - 1 kilogrammis merevees olevate kuivade soolade hulk grammides. Kõige soolasem looduslik vesi maakeral on Vahemeres Kreeta ranniku lähedal. * Happelisus e. pH ­ vesinikioonide negatiivne kümnendlogaritm e. vesinikioonide kontsentratsioon (suurus mis iseloomustab vesinikioonide konsentratsiooni lahuses). Mida madalam on pH, seda rohkem H+ ioone on. Normaalne looduslik sademete pH=5,6, kuid võib kõikuda 4,6...5,6-ni. Kui pH on alla 3 või üle 9, kahjustuvad soontaimede juured otseselt kui ka kaudselt läbi toitainete ja kahjulike ainete liikumise. Kui pH on alla 4,0...4,5 lahustub toksiline Al3+ ja liigub taimejuurtesse, ka Mn2+ ja Fe3+. Probleem on selles, et siis uhutakse Ca, Mg ja K mullast välja. Leeliselises keskkonnas on vastupidi ning Al, Mn ja Fe on taimedele kättesaamatud. Seetõttu on enamikule taimedest sobilik mõõdukalt happeline keskkond (pH=6). *Vee leelisus so võime haarata H+-ioone (pH>7), iseloomustab vee võimet siduda H+ ioone (hapet - 2- neutraliseerivate osakeste hulk vees). Looduslikus vees vee leelisust põhjustavad: OH-, HCO3 , CO3 - + OH + H H20 - + HCO3 + H H2CO3 2- + - CO3 + H HCO3 - - 2- L=[OH ] + [HCO3 ] + 2[CO3 ]
Ühendeid merevees Heitvetega satub merre pestitsiide ja väetisi. Tulemuseks vetikate vohamine , mis takistab päikesekiirguse toimel toimuvat fotosünteesi. Hapnik-süsihappegaas vahekord muutub - loomsetel organismidel ei jätku hapnikku. Merevette satub heitvetega ka toksilisi ühendeid, näiteks dimetüülelavhõbedat (CH3)2Hg.
Hapnik vees Vees lahustunud hapnik O2 (LH) 25° C 8,32 mg/l 0°C 14,74 mg/l Kalad ja teised mereorganismid kasutavad hingamiseks umbes 4-5 mg/l hapnikku Vee biokeemiline hapniku tarve (BHT)- hapniku hulk, mis on vajalik: veetaimede lagundamiseks pärast nende "surma" ja mikroorganismide, mis sattusid vette heitvetega, lagundamiseks Puhas vesi BHT reostunud vesi BHT > 100 mg/l
Biokeemiline (bioloogiline) hapnikutarve (BHT) BHT ­ veekogu ökoloogilist seisundit, eeskätt vees olevate orgaaniliste ainete hulka iseloomustav näitaja. BHT on mg-des väljendatud hapniku hulk, mis kohanenud mikroobidel kulub ühes liitris oleva orgaanil . Aine lagundamiseks kindlates katsetingimustes. BHT kaudu hinnatakse vee reostatust biokeemiliselt lagundatava orgaanilise ainega.
Merepõhja keemia Merevee koostis sõltub biogeokeemilistest protsessidest, lahustunud ained - tahkesse olekusse. Merepõhja tahke koostis sõltub geograafilisest asukohast. Lisaks suubub merre voogudena tahkeid aineid, neist suurem osa on savimineraalid ­ illiit, kaoliniit , montmorilloniit, kloriit . Kivimid magnesiit MgCO3, hematiit Fe2O3, püriit FeS, galeniit PbS, dolomiit CaMg(CO3)2, lubjakivi CaCO3 mere põhjas
Aeroobsed ja anaeroobsed protsessid hüdrosfääris Aeroobne ­ hapniku (õhu) juuresolekul (hüdrosfääri pinnakihtides aeroobne hingamine) 1/4 "CH2O" + 1/4 O2 = 1/4 CO2 + 1/4 H2O Anaeroobne ­ ilma õhu (hapniku) juurdepääsuta (mere põhjas anaeroobne hingamine) 1/4 "CH2O" = 1/8 CO2 + 1/8 CH4 1/4 "CH2O" +1/4 H2O = 1/4 CO2 + 1/2 H2
Merepõhja ja merepinna keemilise koostise erinevus Pinnavees on: oksüdatsiooniaste keemilistel elementidel suurem (hapnik kui oksüdeerija "tegutseb"): O2, CO2, ­ ­ NO3 , SO42 , Fe(OH)3,MnO2 Orgaanika aeroobne lagunemine : ­ 2­ ­ + O2 -> CO2, H2O, NO3 , SO4 ,HPO4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- + Põhjavees on: keemilised elemendid taandatud vormis o.a on väike: CH 4, NH4 , H2S, Fe(OH) -> CH4, H2O, NH4 , H2S, PH3, NH3
Olmes või tootmises rikutud vesi, mida peab enne veekogusse või pinnasesse juhtimist puhastama , on reovesi . Kasutuses olnud ja loodusesse tagasi juhitav vesi on heitvesi . Heitvesi võib olla reostunud või mitte. Reovete jagunemine - olme- ehk kommunaalreoveed- suur orgaaniliste ainete sisaldus, kõrge bakterioloogiline saastus. - tööstuslikud reoveed - vett kasutatakse lahustina , puhastamisvahendina,gaaside puhastamisel, jahutusvedelikuna jne. Väetisetööstus, keemiatööstus, kaevandused , keraamikatööstus(mineraalsed saasteained). Orgaanilised saasteained- naftatöötlemistööstus, põlevkivi tööstus, tekstiili- ja nahatööstus, toiduainetööstus jne. Üha kasvav aatomienergia kasutamine on toonud kaasa ka radioaktiivse reovee . - põllumajanduslikud reoveed- mineraalse saasuse põhjustavad vale hoidmine ja kasutamine, loomapidamisfarmide kompleksid , pesititsiidid. - atmosfäärne reovesi- sademetest tingitud veevoolud kannavad laiali atmosfäärist kaasahaartud saasteaineid . Veekogudesse toodud lämmastiku ja fosforiühendud toovad kaasa vetikate ülemäärase kasvu.
Vee reostamine Koos heitveega satuvad veekogudesse mitmesugused saasteained, s.t. ained, mis pole veekogudele omased . Põllumajanduslikud kemikaalid , reovesi, tööstuslik ja kanalisatsiooni heitvesi võivad sisaldada orgaanilisi ühendeid, lämmastikku ja/või fosforit, mis kõik annavad oma panuse eutrofeerumisele. Eutrofeerumine on toitainete üleküllus veekogus, mis sageli põhjustab vee kvaliteedi halvenemist. Veeprobleemide lahenduseks oleks vee säästmine, mis üheltpoolt tähendab selle kokkuhoidu ja korduvkasutust, teiselt aga abinõusid vee reostumise vastu.
Mida võib veest leida? * Esiteks on seal kõige rohkem muidugi polaarseid vee molekule. Tänu vee polaarsusele toimuvad seal mitmed + - reaktsioonid. Kuna vee molekulid dissotsieeruvad, on seal ka dissotsiatsioonil tekkinud osakesi. (H2O: H OH + neid osakesi ei liigu eriti palju üksinda ringi vees, sest H on laenguga osake ja ta interakteerub e reageerib kiiresti teiste laetud osakestega või teiste vee molekulidega. + + *Palju rohkem on aga hoopis hüdroksooniumioone H2O + H = H3O Need ioonid ongi peamiseks põhjuseks, miks muutub looduslikus veekogus pH happelisemaks. *Kindlasti on vees gaase (mõned neist reageerivad veega, teised mitte). 2+ 3+ 2+ 2+ *Vees on alati mitmeid metalliioone: Fe , Fe , Ca ,Mg jne. Kui nende ioonide kontsentratsioonid on normaalsed, siis on nad loomulikud vee komponendid. Liiga suure kontsentratsiooni puhul tekitavad nad aga reostust. Saasteelementideks loetakse Co2+, Ni2+, Sr2+,Cd2+, Ba2+.
Ohtlikud ained vees *raskemetallid * muud anorgaanilised ühendid: fluoriidid, arseen , boor, tsüaniidid, tsüaniidid * aromaatsed süsivesinikud: benseen, etüülbenseen, tolueen, stüreen, ksüleenid, fenoolid, klorofenoolid *polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (PAH): antratseen, krüseen, fenantreen, naftaleen- *amiinid * pestitsiidid
Reovee puhastamine Reovee puhastamise all mõistame vee puhastamist sellise tasemeni, mis lubab seda lasta looduslikesse veekogudesse või korduvalt kasutada. puhastusmeetodeid: mehhaaniline, füsiko-keemiline, keemiline, elektrokeemiline , bioloogiline.
Naftareostus Igal aastal satub naftatranspordi tõttu merre enam kui 3 miljonit tonni naftat. Naftatransport Läänemerel on äärmiselt ohtlik, kuna meri peidab endas karisid ja Teise Maailmasõja aegset lõhkeainet.
Vee reostumise mõjud keskkonnale Veekogu, milles toimub vetikate vohamine on täis mürkaineid ning selle vee joomine on põhjustanud kariloomade hukkumist. Vetikate tekitatud hapnikureziimi kõikumise ning hapniku puudumise tõttu esineb kalade suremist. Vee reostumise mõjud inimesele Sinivetikate vohamine- sellises vees suplemine tekitavad inimese nahale kupla, mis hakkab kihelema. Vetikad eraldavad närvi- ja maksamürke. Närvimürgid peatavad signaali leviku ühelt närvirakult teisele, tulemuseks krambid; surm võib saabuda, kui hingamislihased ei tööta. Maksamürkide kahjustuste tunnuseks on nõrkus, kõhulahtisus ja külmavärinad, pikaajalise mõju tulemusena maksa kärbumine. Reostatud randades ujumine võib põhjustada seedetraktihaigusi, eriti alla 5 aastastel lastel, kuid ka silma-, hingamisteede- või nahahaigusi.
Kompleksühendid keskonnas *Kompleksühend on kompleksioone või neutraalseid komplekse sisaldav keemiline ühend Kompleks koosneb tavaliselt kesksest aatomist või ioonist, millega on seostunud mingi arv ioone või molekule (ligande). Kompleksühendid on keemias ja elus äärmiselt olulised: hemoglobiin, klorofüll, paljud ensüümid on kompleksühendid. Kompleksühendi värvus sõltub nii metallist kui ligandidest ja seetõttu kaasnevad vahetusreaktsioonidega sageli ka värvuse muutused.
2+ *Cu(H2O)6] ongi tüüpiliseks näiteks kompleksist ­osakesest, mis koosneb tsentraalsest metalliaatomist ja temaga koordinatiivse kovalentse sidemega seotud molekulidest või ioonidest. Komplekside teket mõjutavad: Metalliioonide samaaegne esinemine, Erinevate ligandide samaaegne esinemine, pH, Metalliioonid lahustumatutes ühendites. *Doonoraktseptorside ehk koordinatsiooni(line) side -keemiline side kompleksühendites, kus üks või mitu aatomit moodustavad suurema arvu sidemeid, kui seda võimaldab nende aatomite kõrgeim formaalne valents . * Molekule või ioone, mis liituvad kompleksi moodustumisel tsentraalse metalliiooniga, nimetatakse ligandideks. Iga ligand annab tsentraalaatomiga vähemalt ühe kovalentse sideme. *Kompleksis tsentraalaatomiga otseselt seotud ligandid moodustavad tsentraalaatomi koordinatsioonisfääri. *Sidemete arv tsentraalaatomi ja ligandide vahel on kompleksi koordinatsiooniarv, levinumad koordinatsiooniarvud on 6 ja 4. *Kelaat. Mõned ligandid annavad metalliga rohkem kui ühe sideme. Komplekse, kus ligand annab metalliga mitu sidet ja moodustab tsükli, nimetatakse kelaatideks(tsentraalatom on seotud ligandi mitme aatomiga). * Kompleksonomeetria: põhineb püsivate vees hästi lahustuvate sisekompleksühendite moodustumisel metallide katioonide ja kompleksoonide vahel. * Tiitrimine : meetod ainete/ioonide/elementide sisalduse määramiseks, mis põhineb analüüdi (tiitritav aine) reaktsioonil ainega, mille kontsentratsioon on täpselt teada ( titrant ). * Kareduse määramine. Kompleksonomeetriline tiitrimine. Üldkareduse (Ca2+ ja Mg2+ ioonide summarse sisalduse) määramine toimub nn kompleksonomeetrilise tiitrimise teel. Tiitritakse etüleendiammiintetraäädikhappe ( EDTA ) naatriumisoola ehk triloon-B lahusega, pH=10, Indikaatorina kasutatakse üldkareduse määramisel kromogeenmusta * EDTA eteendiamiintetraetaanhappe puhastav mõju seisneb mustuse ja raskemetalli sidumises. See ei ole kergesti lagunduv heitveepuhastusjaamades ega vee keskkonnas, sattudes keskkonda lahustub mürgisteks raskemetallideks ja võimaldab neil siseneda toiduahelasse. EDTA põhjustab silma ja naha ärritust. * Komplekseerumine muudab vees lahustumatud ained liikuvateks, mistõttu saavad need ained siseneda bioloogilisse aineringesse ning akumuleeruda, koguneda taimedesse ja organismidesse. * Huumus on maismaal toimuva orgaanilise aine lagunemise ja muundumise (humifitseerumise) saadus, maapinna lähedusse kõdukihi alla moodustunud pruuni või musta värvusega amorfne aine. Huumus muudab mulla viljakaks. Fulvohapped humiin humiinhapped *Fulvohapped (komplekssed , amorfsed orgaanilised ühendid (polümeerid), mis on tekkinud enamikus taime-, vähemikus loomajäänuste humifitseerumisel mullas ja setetes . Humiinained, erinevalt humiinhapetest, leelistes ei lahustu; lisaks ei lahustu mineraalhapetes ega vees. Sõltuvalt metallist, millega humiinained on seotud, eristatakse humiine (seotud kaltsiumiga) ja ulmiine (raua ja alumiiniumiga). *humiin- huumuse peamine, lahustumatu komponent. Olles lahustumatu, ei ole humiin taimedele toitainena omastatav. * Humiinhape - makromolekulide kompleks, fenoolse struktuuriga polümeerid, mis võimelised moodustama metallidega (eelkõige rauaga ) kelaate. Vees halvasti lahustuv pruun aine, leidub lisaks mudale ka pinnases, turbas, kivisöes. Humiinhapete allikaks on eelkõige hukkunud taimed, on taimede kasvuhormooniks; pinnases mineraalide transportimiseks. *Raua tähtsus bioelemendina Organismi elementkoostis on organismi ehituse ja talitluse alus. Elussüsteemide talitlueks on vajalik miinimum 27 keemilist elementi: 1. bioelemendid (H, C, O, N, P, S) ­ moodustavad 98% elusorganismide elementaarkoostisest 2. Ca2+, Na+, K+ - täitvad biofunktsioone. 3. Fe, Cu, Zn, Mn ­ eluks hädavajalikud mikrobioelemendid. Raud on tähtsaim biometall . Tema biotoime avaldub nii taimsetes kui loomsetes organismides. Tänu oma redoksomadustele vajalik ensüümide ja valkude ehituses. Inimiseorganismis esineb raud ainult seotud vormis, millena ta on lahustuv ja mittetoksiline. Seotud raud on organismis kahes oksüdatsiooniastmes: Fe2+ ( ferro ; hapelises keskkonnas) Fe3+ (ferri; netraalses ja aluselises keskkonnas) Hemiin omab positiivset laengut, mistõttu annab ta soolasid. Liitvalku, mille punane värvus tuleneb heemist ja milles valguliseks komponendiks on globiin, nimetatakse hemoglobiiniks. Ühes hemoglobiinimolekulis on 4 raua aatomit-seob ja transpordib hapnikku. Hemoglobiinis on rauda 1.36% Raua ööpäevane vajadus 10-15 mg.
Redoksprotsessid keskkonnas Keemiline reaktsioon on aine muutus, millega kaasneb aatomitevaheliste keemiliste sidemete teke või katkemine. Näiteks: 1) nitraadid nitoosamiinideks metabolismi käigus fermentide abil. Meie organism toodab nn toksiini. ­ 2 NO3 + X RR'N-N=O, mis mürgine 2) Vihmavee happesuse tekkimine CO2 + H2O H2CO3 4) Äikese ajal reaktsioon õhusN 2 + O2 NO2 Keemiline termodünaamika ... käsitleb erinevate energiavormide vastastikust üleminekut keemilises protsessis. Keemiline termodünaamika (t-d) vaatleb protsesse nende võimalikkuse, kulgemise suuna ja lõpptulemuste seisukohalt uurib süsteeme,uurib üldomadusi, laskumata süsteemi sisemise ehituse üksikasjadesse. Reaktsiooni keskkond kui süsteem on kas a) avatud, b) suletud või c) isoleeritud vastavalt energia või/ja massi vahetuse olemasolule ümbritseva keskkonnaga. Kõigis neis süsteemides võib muutuda rõhk(p), ruumala(V) ja temperatuur(T).
Olekuparameetrid (OP) ja olekufunktsioonid (OF) OP on tavaliselt mõõdetavad suurused: temperatuur T, rõhk P, ruumala V, ainehulk n OF on funktsioon, mis sõltub ainult süsteemi olekust, olekuparameetritest, mitte aga selle oleku saavutamise teedest ( Hessi seadus - reaktsiooni soojusefekt ei sõltu reaktsiooni teest)
Redoksreaktsioon - keemiline reaktsioon, mille juures elektronid lähevad üle redutseerijalt oksüdeerijale ning esimese oksüdatsiooniaste suureneb, teise oma samal ajal väheneb (elektronide üleminek ühelt aatomilt teisele). Oksüdatsiooniaste on elemendi aatomi laeng ühendis, eeldusel, et ühend koosneb ioonidest ühe elemendi kaupa. Ainet või iooni, mille koostises olevad aatomid loovutavad elektrone, nimetatakse redutseerijaks, see aine ise seejuures oksüdeerub (tema oksüdatsiooniaste kasvab). vesinik , süsinikoksiid, süsinik, metallid. Ainet või iooni, mis seob oma struktuuri elektrone, nimetatakse oksüdeerijaks, aine ise seejuures redutseerub (tema oksüdatsiooniaste kahaneb). kloor , broom, hapnik,lämmastikhape, kaaliumpermanganaat .
Redoksreaktsioonid keskkonnas *Reovee puhastamine (orgaanilised saasteained) + O2 CO2 + H2O (aeroobne keskkond) *Fotosü + O2 2+ * Metallide korrosioon: M M +2 * CH4 +H2O (anaeroobne) *toitainete ärastamine veest: nitrifikatsioon / denitrifikatsioon *Metalle sisaldava vee omadused: 2+ 3+ 6+ 3+ Fe lahustub vees, Fe vähelahustuv (Fe(OH)3), Cr kantserogeenne , Cr vajalik biometall
Redokspotentsiaal Redoksreaktsioonides toimub elektronide üleminek ühelt elemendilt teisele ­ vastavalt oksüdatsioon ja reduktsioon. Ainete oksüdeerimis-ja redutseerimisvõime kvantitatiivseks iseloomustamiseks kasutatakse elektrokeemilisi redokspotentsiaale E (ka elektroodipotentsiaal) ­ elektronide üleminekule (o.a. muutusele) vastab elektriline potentsiaal, mis näitab elektronide liitmise võimet. Redokspotentsiaalide abil on võimalik arvutada redoksreaktsiooni Gibbsi energia muut, mis omakorda võimaldab määrata reaktsiooni iseenesliku kulgemise suunda.
Elektroni aktiivsus Elektroni aktiivsus defineeritakse järgmiselt: H2 2H+ + 2 E° = 0 V + Kui H ühikulise kontsentratsiooniga lahuses on tasakaalus H2 rõhul 1 atm on selles keskkonnas elektronide 0 aktiivsus 1. pE =0--- pE = -log a. Mida suurem a seda väiksem on pE => redutseeriv keskkond, Mida väiksem a seda suurem on pE => oksüdeeriv keskkond. pE iseloomustab mulla/vee süsteemi redokstingimusi.
Metallide korrosioon Korrosiooniks nim metallide keemilist hävinemist väliskeskonna toimel. See on mistahes reaktsioon teise ainega. Korrosiooni põhjustavad keskkonna füüsikalised ja keemilised mõjutused. Korrosioon toimub õhus, looduslikes vetes ja pinnases. Metallidekorrosioon on iseeneslikult kulgev oksüdatsioon. Korrosioon on alati redoksreaktsioon. Keemiline korrosioon Keemilise korrosiooni puhul hävib metall ümbritseva keskkonna mõjul iseenesest, kusjuures metall reageerib keemiliste ainetega osaliselt. Keemiline korrosioon esineb mitteelektrolüütide ( bensiin , nafta, õlid) kokkupuutel metalliga. Elektrokeemiline korrosioon (metall + elektrolüüt) Elektrokeemilist korrosiooni iseloomustavad järgmised kaks tingimust:Kokkupuutes peavad olema kaks metalli või metall ja mittemetall või metall ja keemiline ühend. Keskkond peab olema elektrolüüt (ka nõrk elektrolüüt). Redoksreaktsioonid toimuvad metalli pinnal olevas elektrolüüdi lahuses, toimub kaks reaktsiooni: 1.metalli aatomite oksüdeerumine 2. oksüdeerija tarvitab ära vabanenud elektronid.
Korrosioonitõrje *Metalli isoleerimine väliskeskonnast ( Alumiiniumi kattumine oksiidi kihiga mis väldib edasist oksüdeerumist, värvimine, lakkimine , emailimine, katmine õliga) *Metalli pind passiveeritakse oksüdeerimise teel * Metallkonstruktsioonide ühendamine vooluallika negatiivse poolusega (katoodkaitse) *Elektrokeemiline kaitse ­ kaitstav seade ühendatakse juhtmega aktiivsemast metallist raudplaadiga, aktiivsem metall oksüdeerub ja mööda juhet liiguvad vabanenud elektronid kaitstavale seadmele, millel kulgeb redutseerumisreaktsioon. Kaitse mõjub kuni protektori täieliku oksüdeerumiseni. *Katmine korrosioonikindlama metalliga (Cr, Ni, tsinkplekk) * Inhibiitorite kasutamine
Korrosioonitõrje vahendid *polümeeri vesilahus (polümeeri kiht ei lase hapnikku ega vett) * vahekiht (takistab ioonide liikumist). Kemikaalid reageerivad metalli pinnaga ja tekkib vahekiht metalli ja polümeerse kihi vahele Metallist esemete säilimine pinnases sõltub: *Metalli liik *Pinnase mehhaanilised ja keemilised omadused *Niiskusreziim *Õhu juurdepääs
Püsivad orgaanilised saasteainedkeskkonnas. Bioakumulatsioon Mürk on aine, mis organismi sattudes pôhjustab juba suhteliselt väikestes annustes tugevaid, organismile kahjulikke talitlushäireid vôi surma. Doos ­ s.o. aine kordselt manustatud hulk. Tavaliselt mõõdetakse doosi mg/kg (mg ainet organismi kehakaalu
Aine toksilisuse väljendamiseks on loodud näitajad LD (L ­ lethal) ja ED (E - effect ). LD ­ teatud protsendi katseloomade surma põhjustav aine kogus. LD50 ­ põhjustab 50% katseloomade surma. ED50 ­ põhjustab 50% katseloomadest mõne elutähtsa funktsiooni häirumise. IARC klassifikatsioon Rahvusvahelise Vähiuurimiskeskuse (IARC) järgi on liigitatud akrüülamiid 2A gruppi kantserogeeniks. IARC järgi klassifitseeritakse ained nende ohtlikuse järgi nelja gruppi: 1 grupp: kantserogeensed inimesele 2A grupp: ühendid, mis on tõenäoliselt kantserogeensed inimesele. 2B grupp: ühendid, mis võivad olla kantserogeensed inimesele. 3 grupp: ühendid, mille kantserogeenne toime inimesele pole teada. 4 grupp: ühendid, mis tõenäoliselt pole kantserogeensed inimesele.
Bioakumulatsioon on nähtus, kus organismi kogunevad toksilised ained suurema kiirusega kui need metabolismi käigus organismist eritatakse. Seega, mida pikem on mingi aine bioloogiline poolestusaeg, seda suurem on risk kroonilisele mürgistumisele. Bioakumuleerumise näiteks on pliiühendite akumuleerumine inimorganismi, mis mingi kontsentratsiooni juures hakkab negatiivselt mõjutama inimorganismi, ja mille lõpptulemusena inimene võib surra. Kantserogeensed nitrosoamiinid Mõned lämmastiku ühendid (nt. N-nitrosoamiinid, aminoasoühendid, tsüklilised amiinid, karbamadid jt.) on tugevad kantserogeenid. Nitrosoühendid ja nende lähteühendid sattuvad inimese organismi õhu, vee ja toitu kaudu. Rohkem kui 300 nitrosoühendi seas on 87% kantserogeense toimega, nad tekitavad pahaloomulisi kasvajaid 40 loomaliigil peaaegu kõigis elundites ja kudedes. Keemilise struktuuri alusel nirosoühendid: sümmetrilised, mittesümmeetrilised, nitrosamiinid funktsionaalsete rühmadega, tsüklilised nitrosamiinid, nitrosamiidid. N-nitrosoamiinide sisaldus õhus põhiliselt sõltub tehnoloogilisest inimtegevusest (automagistraalid, tööstused ja loomakasvatus ). Amiinide moodustamine mullas toimub keemiliste ühendite või orgaaniliste ainete lagundamisel. Nitrosoühendid mullas on stabiilsed, eriti happelises keskkonnas. Põhilised nitrosoühendite ja lähteühendite allikad vees on tööstusettevõtete, põllumajandusettevõtete jäätmed, lämmastiku väetised ning mürkkemikaalid, eriti stabiilsed vesikeskkonnas . Nitrosoühendite kontsentratsiooni võib oluliselt vähendada toiduainete tehnoloogilisel töötlemisel. Nitrosoühendite sisaldus toiduainetes on seotud toiduainete töötlemisega. Tehnoloogiline töötlus, suitsutamine , praadimine, konserveerimine , soolamine ja kuivatamine kiirendavad nitroseerimisreaktsiooni. Nitritide hulk vorstides väheneb hemiinkloriidi ja naatriumaskorbaadi toimel. Juustu on võimalik valmistada nitriteid kasutamata või siis kombinatsioonis mingi inhibiitoriga, mis pidurdab nitrosoühendite spontaanset sünteesi.
Muld Maakoor on maa raadiusega võrreldes väga õhuke ulatub 5km ­ 80km · Koosneb tard -, sette- ja moondekivimitest · Kivimid murenevad ilmastiku toimel · Muld on kivimite järjest peenemateks fraktsioonideks murenemise produkt · Muld on sillaks elusa ja eluta aine vahel
Mullaks nimetatakse maakoore pealmist/pindmist kobedat kihti, mida aktiivselt kasutavad kõrgemad taimed ja mikroorganismid ning mida muudetakse organismide ja nende jäänuste laguproduktide poolt. Mullas on 50% tahket osa ( mineraale 45%, orgaanilist ainet 5%), 25% õhku ja 25% vett.
Mulla keemiline koostis · olulised on mulla viljakust määravad lämmastikuühendid,fosforiühendid. · mikroorganismide toiduressursiks on tselluloos ja teised sahhariidid . · lahustunud mineraalained esinevad mullas enamasti ioonidena · Mulla viljakust määravat orgaanilist ainet e. huumust on mullas ruumalalt vähem kui 5 % · Muld koosneb seega mineraalsetest, orgaanilistest ja organomineraalsetest ühenditest. · Taimed vajavad ­ makroelemente nagu lämmastik, kaalium , fosfor, kaltsium , magneesium , raud ja väävel suurtes kogustes. Mikroelemente ­ vask, mangaan , tsink, koobalt , molübdeen jt. ­ vajavad taimed üliväikestes kogustes. · Toitained on mullas tahkes, vedelas ja gaasilises olekus. Taimed omastavad neid vees või nõrkades hapetes lahustunud ühenditena. · Toitainete varud sõltuvad mulla lõimisest · Eriti kahjulik on naatriumkarbonaat.
Mulla orgaaniline koostis · Mulla orgaaniliseks osaks on taimed, loomad, seened ja mikroobsed organismid · Orgaanilise aine loomine fotosünteesil on produktsiooniprotsess, mida kannab roheline taim · Produktsiooniprotsessis loodud orgaanilisest ainest osa jääb pärast taimede surma kasvukohta · Tänu humiinhappele on erinevad mullad erineva happesusega C187H186O89N9S1
Mulla mineroloogiline koostis · Mineraal on maakoores leiduv keemiliselt ühtlane element või ühend · Mineraalil on kindel keemiline koostis ja iseloomulikud omadused · On olemas settekivimid ja tardkivimid · Muld koosnebki mineraalidest, mis on koos orgaanilise ainega Mulla füüsikalis-keemilised omadused · Ära määratud mulla kolloidide poolt · Kolloid on peendispersne aine · Kolloidide vaesed on liivmullad , rikkad aga savimullad · Mulda saab oma keemilise koostise lähtekivimilt · Mulla iseloomustamisel on tähtis happesus · Kui pH on alla 7, on tegemist happelise mullaga, kui aga üle 7, siis on tegemist aluselise mullaga. · Alumiiniumi hüdrolüüs keskmiselt või nõrgalt happelises mullas tõstab selle happelisust · Selline hüdrolüüs mullas on iseloomulik niisketele savimuldadele · Happelised mullad on rikkad kaltsiumi ja magneesiumi poolest · Kaltsium ja magneesium võivad sadestuda sinna karbonaatidena suurendades puhverdusvõimet
Mullas esinevad saasteained · Mulla puhverdusvõime määrab saastetaluvuse ja väetuskoormuse · Mitmesuguseid saasteaineid satub mulda eri allikatest · Atmosfääri kaudu leviv saaste võib muldi kahjustada väga ulatuslikult · Suur osa mullas olevad saasteained on POS-id ehk püsivad orgaanilised saasteained- sünteetilised ühendid · POS-id sisaldavad enamasti kloori ühendeid, on püsivad, mürgised ja bioakumuleeruvad (nt. DDT) · Bioakumulatsioon on nähtus, kus organismi kogunevad toksilised ained suurema kiirusega kui need metabolismi käigus organismist eritatakse.
Raskemetallid · Põllumuldade raskemetallisisaldus on piirkonniti erinev · Mulla raskemetallide sisaldus kõigub suuresti, sõltudes selle metalli sisaldusest lähtekivimites, mullatekketingimustest ja ka inimtegevuse mõjutustest · Raskemetallide lahustuvus sõltub konkreetsest elemendist, tema iooni laengus, lahuse pH-st ning teiste ioonide ja mitmete teiset ühendite olemasolust keskkonnas · Metallid kui elemendid keskkonnas ei lahune, nende liikuvus väheneb, kui seotakse neid kompleksidesse · Raskemetallid on mullas kinni hoitud humiinainete poolt
Peamised saasteained, mis mulda satuvad on: raskmetallid, lenduvad orgaanilised ühendid (VOC), polükloreeritud bifenüülid (PCB) ja radionukleiidid . Peamised allikad nende saasteainete tekkeks on järgmised: looduslike protsesside tulemusena või siis inimtegevuse tagajärjel. Inimtegevusel on siin kõige suurem roll, sest palju on tehaseid ja tiheda asustusega alasid, mis väga suuresti paigutavad saasteaineid mulda iga päev. Taimekaitse vahendite ebaõige kasutamine võib põhjustada, et preparaate satub vette või akumuleerub mullas. Inimese seisukohalt on kõige ohtlikumadtoiduks tarvitavatesse taimedesse kogunenud pestitsiidide jääksisaldused.
Ainehulk- füüsikaline suurus, mis näitab aineosakeste arvu ühes massiühikus. Tihedus on füüsikaline suurus, mis näitab ühikulise ruumalaga aine massi. Aatommass (Ar) näitab elemendi aatomi massi süsinikuühikutes, s.t mitu korda on antud elemendi aatom raskem 1/12 süsiniku aatomist. Molekulmass (Mr) on võrdne ainet moodustavate elementide aatommasside summaga , näidates sisuliselt mitu korda on molekuli mass suurem 1/12 süsiniku aatomi massist, ja on samuti ühikuta suurus. · Mool (n, mol) on ainehulk, mis sisaldab 6,02 x 1023 osakest (molekuli, aatomit, iooni, elektroni). · Molaarmass (M, g/mol) on ühe mooli aine mass grammides. · Molaarne kontsentratsioon ehk molaarsus iseloomustab lahuse kontsentratsiooni ning näitab, mitu mooli ainet on lahustatud 1 liitris lahustis. mõõtühik on: 1M = 1mol/l --> ühe molaarne lahus ehk üks mool ainet/ühes liitris lahuses. Molaarse kontsentratsiooni leidmine: , kus c = lahuse molaarne kontsentratsioon [M -molaarne]; n = aine moolide arv [mol]; V = lahuse ruumala [l ­ liiter ].