Περιβαλλοντική Χημεία

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Περιβαλλοντική Χημεία"

Τίμω Ανδρέου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Περιβαλλοντική Χημεία Γενικές πληροφορίες για το μάθημα 2 ο Εξάμηνο 2017

2 ΔΙΔΑΣΚΩΝ Ομ. Καθηγητής Ευριπίδης Γ. Στεφάνου (Υπεύθυνος Μαθήματος) γραφείο A.204, τηλ Εmail: Συνεργάτες: Μάθημα & Ασκήσεις Δρ. Αντώνης Κουβαράκης Γραφείο A.212, τηλ Εmail: Μεταπτυχιακοί Συνεργάτης: Πράσινη Χημεία Καθηγητής Γιώργος Βασιλικογιαννάκης

3 ΧΗΜ405 - ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Γενικές Πληροφορίες Διαφάνειες Διαλέξεων Ασκήσεις Λύσεις Ασκήσεων

4 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) ΣΥΓΓΡΑΜΜΑ: «Περιβαλλοντική Χημεία», Ibanez et al. 2) S. E. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis Publishers 3) W. Lyman, W. Reehl and D. Rosenblatt, Handbook of Chemical Property Estimation Methods, ACS 4) W. Stumm and J. Morgan, Aquatic Chemistry, Wiley 5) J. I. Drever, The Geochemistry of Natural Waters, surface and groundwater environments, Prentice Hall 6) F.M.M.Morel, J.G.Hering, Principles and applications of aquatic chemistry, Wiley 7) J.F.Pankow, Aquatic chemistry concepts, Lewis

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΣΤ ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΟΔΟΙ Θα δοθούν 2 πρόοδοι: Α) Η πρώτη μετά το τέλος ή πριν τις διακοπές του Πάσχα, Β) Η δεύτερη μετά το τέλος διδασκαλίας του συνόλου της ύλης την περίοδο των

5 ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΣΤ ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΟΔΟΙ Θα δοθούν 2 πρόοδοι: Α) Η πρώτη μετά το τέλος ή πριν τις διακοπές του Πάσχα, Β) Η δεύτερη μετά το τέλος διδασκαλίας του συνόλου της ύλης την περίοδο των εξετάσεων Οι πρόοδοι είναι υποχρεωτικές!!!! Συνεισφέρουν 70% (κάθε μία στο 35%) του τελικού βαθμού. Όσοι από τους φοιτητές αποτύχουν στη διαδικασία των προόδων θα δώσουν το σύνολο του μαθήματος στην εξεταστική του Σεπτεμβρίου.

6 Ασκήσεις-Τεστ Θα δίνονται και θα λύνονται στη τάξη ασκήσεις μετά το τέλος της κάθε ενότητας ή κεφαλαίου Μετά το τέλος της κάθε ενότητας θα γίνονται τεστ γνώσεων: 1 πριν την κάθε πρόοδο = ΣΥΝΟΛΟ 2 Η συμμετοχή στα τεστ αποτελεί προϋπόθεση για την συμμετοχή στις προόδους και στις τελικές εξετάσεις του Σεπτεμβρίου. Τα τεστ συνεισφέρουν στο 30% του τελικού βαθμού. ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ Β = [1,5/10+3,5/10] Ι +[1,5/10+3,5/10] ΙΙ

7 Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική Χημεία

8 Αναγνώριση της σπουδαιότητας της Περιβαλλοντικής Χημείας Το βραβείο Nobel στη Χημεία το 1995 απενεμήθη στους: Paul J. Crutzen, Mario J. Molina and F. Sherwood Rowland "for their work in atmospheric chemistry, particularly concerning the formation and decomposition of ozone

9 ΜΟΝΑΔΕΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Η μεγαλύτερη μονάδα του γεωλογικού χρόνου: Μεγααιώνας διαιρείται διαδοχικά σε: Αιώνες Περιόδους Εποχές

10 Διεθνής Ενωση Γεωλογικών Επιστημών: Ζούμε στην εποχή του Ολόκαινου έτη πριν από το 2000 μ.χ.

11 Όρος «ΑΝΘΡΩΠΟΚΑΙΝΟΣ» (Anthropocene): Σοβιετικοί επιστήμονες το το 1960 χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά τον όρο ως αναφορά Soviet Union appear to have used the term as early as the 1960s to refer to the Τεταρτογενή Περίοδο (Quaternary) (2,6 εκατ. έτη ως το παρόν). Eugene F. Stoermer χρησιμοποίησε τον όρο "ΑΝΘΡΩΠΟΚΑΙΝΟΣ τη 10ετία του 80s, σε θέματα Οικολογίας. Paul J. Crutzen εστίασε στη επιρροή του ανθρώπου ως ισχυρού γεωλογικού παράγοντα δεδομένου εδώ και 4,6 δισ. έτη στη Γη ουδένα άλλο Ον την επηρέασε όσο αυτός.

Η επιρροή του ανθρώπου µέσω των δραστηριοτήτων του διαφαίνεται ιδιαίτερα στην Ατµόσφαιρα (Φαινόµενο του Θερµοκηπίου, Κλιµατικές Αλλαγές κα.

12 Η επιρροή του ανθρώπου µέσω των δραστηριοτήτων του διαφαίνεται ιδιαίτερα στην Ατµόσφαιρα (Φαινόµενο του Θερµοκηπίου, Κλιµατικές Αλλαγές κα.), έχει όµως επηρεάσει και τη λιθόσφαιρα ώστε πρέπει πλέον να ορίσουµε µια νέα γεωλογική εποχή µετά την Ολόκαινο. Πρότεινε τον ορισµό µιας νέας γεωλογικής εποχής: την «Ανθρωπόκαινο» Η G.S.A. δεν αποδέχεται τον όρο για τον γεωλογικό χρόνο Working Group on the Anthropocene (WGA) voted to formally designate the epoch Anthropocene (1950???) Δείκτες για τη Ανθρωπόκαινο σε ιζήματα λίμνης διαφέρουν σημαντικά από αυτά που πρσοδιορίζονται στην Ολόκαινο Παρατήρηση σε απότομη στρατιγραφική μετάβαση: από προ των παγετώνων ιζήματα σε ιζήματα που δημιουργήθηκαν σε μη παγετώδη περίοδο: Συνδυασμός πλαστικών, τέφρας, ραδιονουκλεϊδίων, μετάλων, φυτοφαρμάκων κλπ. Αποτελεσματική οριοθέτηση της έναρξης της Ανθρωποκαίνου Colin N. Waters et al. Science 2016

Επηρεάζουν το κλίμα Οι κλιματικές αλλαγές επηρεάζουν επίσης τη σύνθεση της ατμόσφαιρας: Μείωση του στρώματος του όζοντος στη

13 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ-Κλιματικές Αλλαγές: Η σύνθεση του αέρα μπορεί να αλλάξει λόγω των φυσικών αλλαγών ή ανθρωπογενών εκπομπών. Οι αλλαγές αυτές επηρεάζουν τη συγκέντρωση των «αερίων του θερμοκηπίου» (μεθάνιο, το όζον, τους υδρατμούς), και τα αερολύματα. Επηρεάζουν το κλίμα Οι κλιματικές αλλαγές επηρεάζουν επίσης τη σύνθεση της ατμόσφαιρας: Μείωση του στρώματος του όζοντος στη στρατόσφαιρα Αύξηση καταιγίδων, Αύξηση αστραπών, Αύξηση σχηματισμού ΝΟ x, Αύξηση τροποσφαιρικού όζοντος. Επηρεάζουν το ενεργιακό ισοζύγιο.

14 ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ 1. Τι εννούμε με τον όρο Περιβαλλοντική Χημεία; 2. Γιατί είναι σημαντική η μελέτη της ; 3. Ποιά είναι τα επιστημονικά πεδία που την συνιστούν; ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ 1. Η μελέτη-έρευνα των χημικών διεργασιών στο περιβάλλον (υδρόσφαιρα, ατμόσφαιρα, λιθόσφαιρα) 2. Γιατί κατέχει κομβική θέση στη κατανόηση των περιβαλλοντικών φυσικοχημικών, χημικών και βιοχημικών διεργασιών, αλλά και στην αντιμετώπιση περιβαλλοντικών προβλημάτων. 3. Περιλαμβάνει όλα τα πεδία της Χημείας και τα εφαρμόζει στη κατανόηση των περιβαλλοντικών διεργασιών και προβλημάτων.

15 Ι. Χημεία των Φυσικών Διεργασιών ΓΗ: Πολύπλοκος αντιδραστήρας στον οποίο συμβαίνουν ποκίλες φυσικές διεργασίες: Φαινόμενα μεταφοράς μάζας Ισορροπίες μεταξύ φυσικών φάσεων (χώρο-χρόνο) Χημικοί (βιοτικοί και αβιοτικοί) μετασχηματισμοί ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ

16 φωτόλυση Ο 2 ΝΗ 3,CΗ 4,CΟ 2, Η 2 Ο (SO 2, H 2 S, N 2 O) CΟ 2 ΥΔΡΟΣΦΑΙΡΑ οργανισμοί

17 ΙΙ. Χημεία των Διεργασιών Ρύπανσης ΓΗ: Πολύπλοκος αντιδραστήρας στον οποίο υφίστανται ποκίλες διεργασίες μέσω των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων: Φαινόμενα μεταφοράς μάζας ρυπαντών Ισορροπίες μεταξύ φυσικών φάσεων των ρυπαντών Χημικοί (βιοτικοί και αβιοτικοί) μετασχηματισμοί των ρυπαντών ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΝ

18 Ρύπανση του Περιβάλλοντος από ανθρώπινες δραστηριότητες: Απόρριψη στα «περιβαλλοντικά διαµερίσµατα» µη αφοµοιώσιµων µεγάλων ποσοτήτων ουσιών.

19 Ανθρωπογενείς Οργανικές Ενώσεις 1) Χημικές Βιομηχανίες Συνθετικές Χημικές Ενώσεις 2) Παραγωγή Ενέργειας Τοξικές Ενώσεις/Προϊόντα καύσης Ποιοτική Αύξηση: ενώσεις σε καθημερινή βάση και ο αριθμός αυτός αυξάνει κατά 1000 ενώσεις ανά έτος. Ποσοτική Αύξηση: Η παγκόσμια παραγωγή συνθετικών οργανικών ενώσεων ξεπερνά τους 300 εκ. τόνους ετησίως. Οι περισσότερες από τις ενώσεις που κατασκευάζει ο άνθρωπος έχουν χημικές δομές που δεν απαντώνται στη φύση: ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ Ενώσεις που τα ενζυμικά συστήματα των οργανισμών δεν αναγνωρίζουν

20 φωτόλυση Ο 2 ΥΔΡΟΣΦΑΙΡΑ ΝΗ 3,CΗ 4,CΟ 2, Η 2 Ο CΟ 2 οργανισμοί (SO 2, H 2 S, N 2 O) Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΕΣΩ ΤΩΝ ΑΠΟΚΑΛΟΥΜΕΝΩΝ ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΥΣΙΩΝ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΤΡΟΠΟΠΟΙΕΙ ΤΟΥ ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟΥΣ ΚΥΚΛΟΥΣ Ρύπανση του Περιβάλλοντος από ανθρώπινες δραστηριότητες: Απόρριψη στα «περιβαλλοντικά διαµερίσµατα» µη αφοµοιώσιµων µεγάλων ποσοτήτων ουσιών.

21 Ρύπος Ανοργανοποίηση Ανθεκτικότητα ή «Ενεργοποίηση» Μικρά και συνήθως αβλαβή ανόργανα μόρια Οι ουσίες παραμένουν τοξικές ή μετατρέπονται σε τοξικότερες Βιοσυσσώρευση σε οργανισμούς Βιοσυσσώρευση σε οργανισμούς ή μεταβολισμός: τοξική ή γονιδιοτοξική δράση στον οργανισμό

!!) Μετατροπή του επιφανειοδραστικού nonyl-phenol-ethoxylates - NPE κατά την

22 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΥΜΑΤΩΝ: Πόσο αποτελεσματική είναι; Χλωρίωση του φαρµάκου Acetaminophen κατά την επεξεργασία λυµάτων Acetaminophen Benzoquinone (τοξική!!!) Μετατροπή του επιφανειοδραστικού nonyl-phenol-ethoxylates - NPE κατά την επεξεργασία λυμάτων NPE Μη-τοξική υδρόφιλη ένωση NP Πιο τοξική από το κάδμιο, λιπόφιλη, ενδοκρινικός αποδιοργανωτής

DDT: «Nobel Prize in medicine and physiology» το 1948 «The World Health Organization

23 Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΤΟΥ DDT: Η σύνθεση του DDT έγινε το 1874 από τον Βιεννέζο φαρμακοποιό Othmar Zeidler Το 1939 Paul Müller (Geigy) ανακάλυψε τις εντομοκτόνες ιδιότητες του DDT: «Nobel Prize in medicine and physiology» το 1948 «The World Health Organization estimates that during the period of its use approximately 25 million lives were saved»

25 Το DDT χρησιμοποιήθηκε παντού! Μέχρι που η Rachel Carson γράφει το 1962 το βιβλίο Σιωπηλή Άνοιξη

26 DDT DDE DDE

27 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΣΕ ΤΟΞΙΚΟΤΕΡΕΣ ΟΥΣΙΕΣ

28 ΑΒΙΟΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΛΩΡΟΑΙΘΥΛΕΝΙΟΥ

29 III. ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ: 1) Τα δείγματα να είναι αντιπροσωπευτικά, 2) έλεγχος της αναλυτικής διαδικασίας για αποφυγή επιμολύνσεων, 3) επεξεργασία δείγματος για να φθάσουμε σε χαμηλά όρια ανίχνευσης, 4) ταυτοποίηση ουσίας-στόχου σε πολύπλοκα δείγματα, 5) αξιολόγηση αποτελεσμάτων Παραδείγματα: Ι) Ανάλυση δείγματος νερού για Χημική Απαίτηση Οξυγόνου (COD): (C a H b O c )+Cr 2 O xh + aco 2 + 2Cr 3+ + yh 2 O Τιτλοδότηση περίσσειας Cr 2 O Fe H + 2Cr Fe H 2 O II) ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΕΔΑΦΟΥΣ

30 ΙV. Χημεία της αντιμετώπισης της Ρύπανσης Η οξείδωση του NH 4 + σε NO 3 - ΝΗ Ο 2 ΝΟ Η + + Η 2 Ο Το αμμωνιακό άζωτο (-III) μετατρέπεται σε μια μορφή αφομοιώσιμη, νιτρικό άζωτο (+V) από τα φύκη στο νερό. Η ταχύτητα οξείδωσης των λυμάτων είναι καθοριστική για την επεξεργασία τους. Fe(OH) $!#!" αδιάλυτος H + e O 2+ Fe + 3H 2 $!#!"! διαλυτός Απομάκρυνση Cd από τα λύματα μέσω Fe Cd 2+ + Fe Cd + Fe 2+

31 V. Πράσινη Χημεία Σχεδιασμός: Αντίδρασης, Διεργασίας, Παραγωγής Νέου Υλικού, με στόχο την ελαχιστοποίησης χρήσης επικίνδυνων ουσιών (διαλύτες), και παραγωγής παραπροϊόντων βλαπτικών για το περιβάλλον και τον άνθρωπο Περιβαλλοντικές προυποθέσεις ανακύκλωση, επαναχρησιμοποίηση, αντικατάσταση τοξικών με μη-τοξικά αντιδραστήρια, μείωση κατανάλωσης ενέργειας, μηδενικές απορρίψεις αποβλήτων, περιορισμός κινδύνων

32 VI. Σημασία της περιβαλλοντικής χημείας Η γνώση και η ανάπτυξη της περιβαλλοντικής χημείας απαραίτητη για την βέλτιστη κατανόηση των συνολικών διεργασιών στη φύση και των διαταραχών από την ανθρώπινη δραστηριότητα Αλληλεπιδράσεις χημικών ενώσεων οικοσυστημάτων Βιοτικές και αβιοτικές διεργασίες Φυσικοχημικές διεργασίες (διαλυτοποίηση, καταβύθιση, υδρόλυση, συμπλοκοποίηση, ιονοανταλλαγή, φωτόλυση, οξειδοαναγωγή, κα.) Βιοδιαθεσιμότητα Τοξικότητα, καρκινογένεση

Σχετικά έγγραφα

Περιβαλλοντική μηχανική

Περιβαλλοντική μηχανική 2 Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική μηχανική Enve-Lab Enve-Lab, 2015 1 Environmental Μεγάλης κλίμακας περιβαλλοντικά προβλήματα Παγκόσμια κλιματική αλλαγή Όξινη βροχή Μείωση στρατοσφαιρικού