Классификация химических опасных и вредных веществ

При проведении эксплуатационных процессов и хозяйственных работ на предприятиях АПК, применяется большое количество химически опасных и вредных веществ. К числу таких веществ относятся различные химические ве­щества - ядовитые технические жидкости и газы, удобрения и пестициды. При работе с ними возможны проявления следующих опасных и вредных факторов:

- повышенное содержание инертных газов в воздухе;

- пониженное парциальное давление кислорода в воздухе;

- воздействие химических веществ;

- повышенная концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Атмосферный воздух в своем составе содержит (% по объему):

Азота 78,08

Кислорода 20,95

аргона, неона и др. инертных газов 0,93

углекислого газа. 0,03

прочих газов 0,01

Воздух рабочей зоны редко имеет такой химический состав т.к. многие эксплуатационные и производственные процессы сопровождаются выделением в воздух хранилищ и сооружений комплексов вредных веществ - паров, газов и жидких продуктов. Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого оборудования, видов проводимых работ и применяемых жидких и твердых веществ. Вредные вещества проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, через кожу и с приемом внутрь вместе с пищей. Большинство применяемых веществ относится к химически опасным и вредным производственным факторам, поскольку они оказывают токсичное действие на организм человека. Эти вещества, хорошо растворяясь в биологических средах, способны вступать с ними во взаимодействие, вызывая нарушение нормальной жизнедеятельности. В результате их действия у человека возникает болезненное состояние - отравление, опасность которого зависит от продолжительности воздействия концентрации (мг/м3), химической структуры вещества, дисперсности, растворимости, температуры среды, путей проникновения в организм, физического состояния человека и индивидуальной чувствительности к действию вещества. Отравления, вызванные действием вредных веществ, могут быть острые и хронические. Острые отравления возникают при внезапном поступлении в организм больших доз вредного вещества.

Хронические отравления развиваются постепенно вследствие длительного воздействия вредных веществ малых концентраций и характеризуются стойкостью вызванных в организме изменений.

Изучение потенциальной опасности вредного воздействия химических веществ на живые организмы является предметом химикобиологической науки – токсикологии.

Токсикология изучает механизмы токсического действия химических веществ, диагностику, профилактику и лечение отравлений. Вредное вещество, вызывающее заболевание организма, является центральным понятием токсикологии. Область токсикологии, изучающая действие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, называется промышленной токсикологией.

1. По токсическому характеру воздействия на организм человека химически опасные вредные вещества подразделяются на:

общетоксические - вызывающие отравление всего организма;

раздражающие - вызывающие раздражение дыхательных путей - слизистых оболочек;

сенсибилизирующие - действующие как аллергены;

канцерогенные - вызывающие онкологические заболевания;

мутагенные - приводящие к изменению наследственной информа­ции, влияющие на репродуктивную (детородную) функцию.

Наряду с общей токсичностью вредные вещества обладают избирательной токсичночтью и тем самым представляют наибольшую опасность для определенного органа или системы организма.

По избирательной токсичности выделяют вредные вещества (яды):

а) сердечные с кардиотоксическим действием это –

- лекарственные препараты (валидол, нитроглицерин, карвалол);

- растительные яды;

- соли металлов (барий, калий, кобальт, кадмий).

б) нервные, нарушающие психическую активность

- угарный газ (СО);

- фосфорорганические соединения;

- алкоголь;

- наркотики;

- снотворные лекарственные препараты.

в) печеночные

- хлорированные углеводороды (дихлорэтан);

- ядовитые грибы;

- фенолы (аром. УВ (безолы) + ОН гидрос. группы);

- альдегиды (спирт лишенный водорода (муравьиный, уксусный)).

г) почечные

- соединения тяжелых металлов (ртуть, свинец);

- этиленгликоль;

- щавельная кислота (СООН)₂.

д) кровяные

- анилин и его производные (С₆Н₅NН₂ – бесцветная жидкость);

- нитраты;

- мышьяковый водород.

е) легочные

- оксиды азота;

- озон;

- фосген.

Такая классификация вредных веществ в известной мере услов­на, так как физиологическое действие многих из них меняется с из­менением концентрации или бывает комбинированным: sensiblis - чувствительный (lat), onkos - опухоль (lat), cancer - рак (lat).

Ряд вредных веществ оказывает на организм человека фиброгенное действие, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения следствие плохой растворимости в биологических средах. В основном это пыль различной дисперсности, образующиеся при работе с твердыми и сыпучими вредными веществами (фибра – волокно, стекловолокно, асбест).

Многие вещества, которые считают нетоксичными, в определен­ных условиях способны оказывать токсическое действие на человека.

Например, инертные газы при атмосферном давлении вредны лишь в той мере, в какой они своим присутствием снижают содержание кислорода, а в условиях повышенного давления эти газы становятся сильными наркотиками. Действие вредных веществ в условиях высоких температур, шума и вибраций значительно усиливается, хотя коли­чественную оценку этого явления дать трудно. Так, например, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.

В целях предупреждения заболеваний и отравлений, согласно санитарно-гигиеническим требованиям, установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений.

2. По степени воздействия на организм человека вредные вещества разделены на следующие классы опасности:

I - чрезвычайно опасные;

2 - высоко опасные;

3 - умеренно опасные;

4 - мало опасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей (1500-быт. химия, 4000-лекарств, 5500-пищевые добавки):

По данным ООН в настоящее время известно более 7 млн. химических веществ и их соединений, из которых 60 тыс. используются в различных отраслях экономики. Ежегодно дополнительно в промыш­ленности внедряется и поступает для использования около 1000 но­вых веществ. Списки предельно допустимых концентраций вредных ве­ществ публикуются в 25 странах мира, а общее число нормативов для вредных веществ в воздухе рабочей зоны достигает более 1500. Действующий в настоящее время в СНГ список ПДК вредных газов, пы­ли и аэрозолей в воздухе рабочей зоны содержит >> 1410 химических веществ и соединений. В среднем ежегодно в СНГ устанавливают ПДК для 85 вредных веществ, что еще не вполне соответствует темпам внедрения в народное хозяйство новых химических соединений.

ЯТЖ (ядовитые технические жидкости) относятся к химическим опасным и вредным производственным факторам и классифицируются по двум признакам: химическому составу и пути проникновения в орга­низм.

Все ядовитые технические жидкости и газы по химическому со­ставу берут начало из простейших органических соединений. К прос­тейшим органическим соединениям относятся - углероды, состоящие из двух элементов: углерода и водорода (СН). К не органическим соединениям относятся – галогены (Cl, Fs, Br, I), соединения серы (S), соединения азота (N), cоединения фосфора (P), соединения мышьяка (As), соединения углерода (C), цианистые соединения (CN).Рассмотрим кратко углеводородные соединения.

Общие формулы углеводородных соединений:

С_nН_2n+2 - предельные углеводороды;

С_nН_2n - непредельные углеводороды;

С_nН_2n-2 - соединения ряда ацетилена;

С_nН_2n-6 - ароматические углеводороды.

Предельные углеводороды (алканы). Предельными углеводородами называются соединения, состав ко­торых выражается общей формулой С_nН_2n+2, где n- число атомов уг­лерода в молекуле. В молекулах предельных углеводородов атомы углерода связаны между собой простой одинарной связью, а все ос­тальные валентности насыщены атомами водорода. Алканы (междуна­родное название) называют также насыщенными углеводородами или парафинами.

Одновалентные радикалы образуются при отрыве атома водорода от молекулы алкана.

Гомологический ряд предельных углеводородов:

СН₄ - метан СН₃ - метил

С₂Н₆ - этан С₂Н₅ - этил

С₃Н₈ - пропан С₃Н₇ - пропил

С₄Н₁₀ - бутан С₄ Н₉ - бутил

С₅Н₁₂ - пентан С₅Н₁₁ - пентил

С₆Н₁₄ - гексан С₆Н₁₃ - гексил

С₇Н₁₆- гептан С₇Н₁₅ - гептил

С₈Н₁₈ - октан С₈Н₁₇ - октил

С₉Н₂₀ - нонан С₉Н₁₉- нонил

С₁₀Н₂₂ - декан С₁₀Н₂₁- децил

В гомологическом ряду наблюдается постепенное изменение фи­зических свойств углеводородов: повышается температура кипения и плавления, возрастает плотность. При обычных условиях (t = 22С⁰)

СН₄ - С₄Н₁₀ - газы, С₅Н₁₂ – С₁₀Н ₂₂ – бензины

С₅Н₁₂ - С₁₆Н₃₄ - жидкости С₁₆Н₃₄ - керосин,

С₁₇Н₃₆ - твердые вещества, С₁₇Н₂₀ - соляровые масла,

более тяжелые - мазут.

Все предельные углеводороды горят и могут быть использованы в качестве топлива. Метан в больших количествах расходуется как топливо и служит исходным сырьем для получения водорода, ацетиле­на, метилового спирта и других синтетических продуктов. Окисление высших предельных углеводородов с числом углеродных атомов 20...25 используется для получения и производства мыл, моющих средств, смазочных материалов и эмалей.

Непредельные углеводороды.Непредельными называются углеводороды, в молекулах которых имеются атомы углерода, связанные между собой двойной или тройной связями. Их также называют ненасыщенными углеводородами, так как их молекулы имеют меньшее число атомов водорода, чем насыщенные.

Кратные связи (двойные и тройные) сравнительно легко (легче, чем одинарные разрываются при химическом взаимодействии.

Соединения ряда этилена изображается общей формулойС_nН_2n,а их названия происходят от соответствующих предельных углеводоро­дов:

С₂Н₄ - этилен

С₃Н₆ - пропилен

С₄Н₈ - бутилен

С₅Н₁₀ - пентен (амилен)

С₆Н₁₂ - гексен (гексилен)

С₇Н_{14 -} гептен (гептилен)

С₈Н_{16 -} октен (октилен)

Соединения ряда ацетилена изображаются общей формулойС_nН_2n-2 их название производят также от предельных углеводородов и рассматривают как производные ацетилена:

С₂Н₂ - ацетилен;

С₃Н_{4 -} метилацетилен;

С₄Н₆ - этилацетилен.

По химическим свойствам этилен способен присоединять два одинаковых атома или радикала.

При присоединении водорода к углеродам ряда этилен и его произ­водные приводит к превращению непредельных углеводородов в пре­дельные

СН₂ = СН₂ + Н₂ ® СН₃ - СН₃; (С₂Н₄ + Н₂ ® С₂Н₆) этан

этилен

Присоединение галогенов приводит к образованию галогенопро­изводных соединений.

Например:

СН₂ = СН₂ + СI₂ ® CIСН₂ - CН₂CI - дихлорэтан

Присоединение воды к этилену в присутствии твердого катали­затора используют для получения этилового спирта из непредельных углеводородов.

СН₂ = СН₂ + Н₂О® СН₃ - СН₂ОН или С₂Н₅ОН; С₂Н₆О

Если этилен пропускать в водный раствор перманганата калия КМnО₄ - происходит реакция окисления этилена:

3СН₂ = СН₂ + 2КМnО₄ + 4Н₂О ® 3СН₂ОН - СН₂ОН + 2МnО₂ + 2КОН

этиленгликоль

Кроме того, этилен является исходным продуктом для получения полиэтилена, путем полимеризации одинаковых молекул в более круп­ные, тефлона, полистирола и синтетического каучука.

По химическим свойствам ацетилен во многом аналогичен этиле­ну. Для него характерны реакции присоединения, окисления и полиме­ризации.

Ацетилен используют в качестве исходного сырья для многих промышленных химических синтезов. Из него получают уксусную кис­лоту, синтетический каучук, поливинилхлоридные смолы, раствори­тель жиров и органических веществ.

Ароматические углеводороды. Это такие соединения, в молекуле которых имеется циклическая группа атомов с особым характером связи - ядро бензола.

Гомологический ряд бензола имеет общую формулу С_nН_2n-6

C₆Н₆ - бензол;

C₆Н₅-СН₃ - метилбензол (толуол);

C₆Н₄(СН₃)₂ - диметилбензол (ксилол);

C₆Н₅-С₂Н₅ - этилбензол.

Атомы углерода в молекуле бензола образуют правильный плос­кий шестиугольник.

СН

СН СН

║ ║

СН СН

СН