Экологические аспекты действия неорганических веществ

В настоящее время экологическую опасность создают металлы и их соединения, накапливающиеся в природных водах, диоксид серы и оксиды азота, загрязняющие атмосферный воздух.

Данные токсикометриии позволяют установить сравнительную токсичность всех металлов. Если токсичность натрия принять за единицу, то токсичность ионов ртути будет почти в 2300 раз выше. По степени токсичности все металлы можно разделить на 3 группы:

1) высокотоксичные – ртуть, уран, индий, кадмий, медь, таллий, мышьяк, золото, ванадий, платина, бериллий, серебро, цинк, никель, висмут.

2) умеренно токсичные – марганец, хром, палладий, свинец, осмий, барий, иридий, олово, кобальт, галлий, молибден, скандий, стронций, сурьма, рутений, родий, лантан, лантаноиды.

3) малотоксичные – алюминий, железо, германий, кальций, магний, стронций, цезий, рубидий, литий, титан, натрий.

Металлы расположены по степени токсичности их ионов в убывающем порядке.

Ионы высокотоксичных металлов вызывают в реальных условиях острые и хронические отравления. Это в основном самые тяжелые металлы, исключение бериллий.

Различная степень токсичности металлов определяется особенностями химических процессов при взаимодействии ионов металлов с живыми структурами. Особенностью высокотоксичных элементов является незаполненность электронами внешнего и предвнешнего энергетических уровней.

Все оксиды металлов менее ядовиты, чем их соли. Потенциально экологически опасным продуктом является СО_2, хотя он обычно не рассматривается как загрязнитель среды. Увеличение концентрации СО₂ в атмосфере может вызвать парниковый эффект. СО₂ не поглощает видимую и ближнюю ультрафиолетовые области солнечного излучения, доходящего до Земли. С другой стороны, длины волн излучения, испускаемого Землей, значительно больше, и некоторая часть этого инфракрасного излучения поглощается диоксидом углерода в атмосфере.

Поскольку температура Земли сбалансирована благодаря равновесию между энергией, получаемой от Солнца, и энергией, излучаемой обратно Землей, такое поглощение энергии диоксидом углерода может изменить климат Земли, даже вызвать таяние полярных льдов. Большую опасность представляют газовые выбросы диоксидов серы и азота при переработке различных руд и сжигании каменного угля. Взаимодействуя с атмосферной влагой, они создают кислотную среду ( отсюда термин «кислотные дожди»).

2SO₂ + 2H₂O + O₂ = 2H₂SO₄

4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃

Как правило значение рH дождевой воды составляет 5,6. Однако при сильных выбросах значение рH достигает 4,3 иногда даже 1,5. Повышение уровня кислотности озер и прудов в результате выпадения таких осадков делает невозможным разведение в них рыбы. Предполагается, что кислотные дожди оказывают неблагоприятное влияние также на урожайность зерновых культур и состояние лесов. Особенно опасны кислые осадки на безизвестняковых почвах, которые не обладают буферным действием. Подобное действие кислотных дождей проявляется и в том, что они переводят в раствор металлы из твердых оксидов, в том числе и токсичные металлы.

ZnO(т) + 2H⁺ = Zn⁺²(р) + H₂O

При работе двигателей внутреннего сгорания выделяются оксиды азота и образуется озон:

N₂ + O₂ = 2NO ( в цилиндре двигателя)

2NO + O₂ = 2NO₂

NO₂ + hv = NO + O

O + O₂ = O₃

которые загрязняют атмосферу. Образующийся в избытке этого процесса сильный окислитель озон обладает раздражающим действием.

Для повышения эффективности сгорания горючего для автомобилей используют алкильные соединения свинца. Чтобы избежать образования нелетучих соединений, загрязняющих двигатель, добавляют к бензину дибромэтан и дихлорэтан. При этом реакция горения происходит следующим образом:

(C₂H₅)₄Pb + C₂H₄Г₂ + 16O₂ = PbГ₂ + 10CO₂ + 12 H₂O

( Г = Cl или Br ).

Образующиеся в результате реакции летучие галогениды свинца создают в атмосфере аэрозоли в концентрации 10 – 50 мкг/м³ . В атмосфере некоторых районов содержание свинца в 1000 раз превышает естественный уровень.

Большую опасность представляют и другие токсичные металлы, например, ртуть, кадмий.