![]() |
|
|
Введение в химию окружающей средытв, 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 |
< 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] |
|
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.
|
|