химический каталог




Введение в химию окружающей среды

Автор J.E.Andrews P.Brimblecombe T.D.Jickells P.S.Liss

тв, они развиваются там, где нет органических веществ, используя в качестве источника углерода (С) углекислоту (С02). Однако окисление железа не является эффективным способом получения энергии: для продуцирования 1 г клеточного углерода должно быть окислено примерно 220 г Fe2+. В результате там, где живут железо-окисляющие бактерии, образуются большие отложения оксида железа (III).

В середине 1980-х годов 10% ручьев, питаемых грунтовыми водами в северных Аппалачах (США), имели кислую реакцию из-за влияния кислых рудниковых дренажных вод. Подкислен-ние поверхностных вод, вероятно, усилится в таких странах, как Великобритания, где в результате энергетической политики правительства возникает большое количество заброшенных рудных разработок, часто в географически ограниченных областях.

Fe2Si04(„) + Vi 02W + 5H2Ow (фаялит) Fc(II)

Восстановленные железосодержащие силикаты, например некоторые оливины, пироксены и амфиболы, также могут претерпевать окисление, как было описано для богатого железом оливина, фаялита:

? 2Fe(OH)3(™) + ВДСчомш). Fe(!ll)

(3.9)

Продуктами являются кремниевая кислота (H4Si04; см. ниже) и коллоидный гидроксид железа [Fe(OH)3], слабое основание, которое при дегидратации дает ряд оксидов железа, например

'> Окисление железа при рН > 4 обычно осуществляют бактерии Galionella, Leptothrix с образованием минерала гидрата окиси железа — ферригидрита, который служит ключевым соединением в цикле железа. Ферригидрит спонтанно превращается в гетит. — Прим. ред.

86 ГЛАВА 3

НАЗЕМНАЯ СРЕДА 87

Fe20j (гематит — темно-красного цвета), FeOOH (гетит и лепи-докрокит — желтого цвета или цвета ржавчины). Частая встречаемость этих оксидов железа говорит об их нерастворимости в окислительных условиях земной поверхности.

Присутствие воды ускоряет окислительные реакции, о чем свидетельствует ежедневно наблюдаемое явление окисления металлического железа (ржавчина). Вода действует как катализатор, окислительный потенциал зависит от парциального давления газообразного кислорода и кислотности раствора. При рН 7 вода в контакте с воздухом имеет Eh порядка 810 мВ (см. вставку 3.5) — окислительный потенциал, намного больший того, который необходим для окисления закисного железа.

ВСТАВКА 3.6. Кинетика реакций, энергия активации и катализаторы

Некоторые восстановленные соединения могут быть устойчивыми в температурных условиях поверхности Земли, несмотря на присутствие атмосферного кислорода. Например, графит является восстановленной формой углерода, и можно ожидать, что он будет реагировать с кислородом, т. е.:

Сграфит + С*2(г) ~> СОзО). (1)

Хотя реакция кислорода с графитом энергетически выгодна, графит тем не менее существует, поскольку эта реакция протекает очень медленно кинетически. Многие природные соединения находятся вне равновесия с их окружающей средой и вступают в реакции крайне медленно. Эти вещества метастабильны. Метастабильность можно проиллюстрировать, используя энергетический график химической системы, в которой вещества А и В взаимодействуют с образованием веществ С и D (рис. 1). Для осуществления реакции А и В должны войти в тесный контакт, что обычно требует притока энергии (энергия активации). В холодных условиях (низкая энергия) лишь у небольшого числа молекул А и В случайно окажется энергия, достаточная для преодоления энергии активации, но это редкое явление, и реакция будет протекать медленно. Если повысить энергию реагентов (например, повысив температуру), реакция сможет протекать быстрее, поскольку большее число молекул А и В будут иметь требуемую энергию активации.

Альтернативным способом повышения скорости реакции является снижение энергии активации. Это можно осуществить с помощью катализатора, т. е. вещества, которое изменяет скорость реакции, само при этом не изменяясь. В нашей гипотетической реакции катализатор позволит молекулам А и В соединиться быстрее. В природной среде бактерии и их ферментативные системы часто катализируют реакции,

которые иначе не смогли бы протекать спонтанно из-за «нетических ограничений. Вода может также выполнять роль катализатора, способствуя более тесному контакту ионов, чем это было бы в ееотсутствие.

Энергия акпеации

Реакция А+В «C+D АВ

Рис. 1. Схематичное изображении энергии химической системы.

Окисление органического вещества. Окисление восстановленного органического вещества в почвах катализируется микроорганизмами. Опосредованное бактериями окисление мертвого органического вещества до С02 важно с точки зре-шя образования кислотности. В биологически активных (биотичных) почвах концентрация СО; может в 10-100 раз превышать ожидаемую при равновесии с атмосферным С02: приводя к образованию угольной кислоты (Н2СОз) и Н+ при ее диссоциации; чтобы упростить уравнения, органическое вещество представлено обобщенной формулой для углевода, СН20:

СНА,,, + 02(Г) -> CO№) + НАЖ), (3.10)

СОвд + H2Ow <-> Н2СО,(юдн), (3.11)

Н^СС^ВАДН) «-> Н(ВОДН) + НСО^ВОДН). (3.12)

Эти реакции могут понизить водный рН почв от 5,5 [зна

страница 27
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81

Скачать книгу "Введение в химию окружающей среды" (5.03Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
поселки новая рига с коммуникациями
широкоформатная печать на баннерной сетке цена
когда концерт руки вверх в москве 2017
мебель из стекла

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.07.2017)