浅谈化学对环境的影响

浅谈化学对环境的影响
化学是自然科学的一种，在分子、原子层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律，创造新物质的科学。

世界由物质组成，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。

它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志，当今社会已经完全离不开化学。

自有人类以来就开始了对化学的探索，因为有了人类就有了对化学的需求。

它与我们的生活息息相关，在我们的日常生活中无处不在。

我国著名化学前辈杨石先生说：“农、轻、重、吃、穿、用，样样都离不开化学。

”没有化学创造的物质文明，就没有人类的现代生活。

但是人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中也不断排放出大量有毒物质，为环境和人类的健康带来一定的危害。

例如，温室效应、酸雨、和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。

环境会影响到人们的生活质量、身体健康和生产活动，使人们的生活环境质量下降。

严重的污染事件不仅带来健康问题，也造成社会问题。

目前在全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，
具有全球影响的方面有大气环境污染、海洋污染、城市环境问题等。

就大气的环境问题而言，主要有酸雨、温室效应、臭氧层空洞，光化学烟雾等。

一、酸雨
人类发展离不开各种能源的利用，但是人们所利用的能源大多都是通过几万年的演变所生成的，是不可再生的能源，除此之外，这些能源对我们的生活环境是有很大的污染的。

造成雨水酸化的污染物很多，其污染来源大致分为两类：其一为自然物质，火山爆发喷出大量的硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放的硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使得雨水的pH值降至5.0左右，就是我们俗称的酸雨；二是人为物质，工业化后，燃料的大量使用，燃烧过程中产生一氧化碳、氯化氢、二氧化硫、氮氧化物及有机酸及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水之pH值降低，形成酸雨。

由于酸雨具有跨区污染的特性且属于二次污染物，以致影响层面相当广，局部的污染防治对于酸雨的防治助益不大，必须削减硫、氮氧化物的总量才能真正有效遏止酸雨的危害。

二、温室效应
温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的温室气体吸收，从而产生大气变暖的效应。

地球大气中起温室作用的气体称为温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷、臭氧、
一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。

它们几乎吸收地面发出的所有的长波辐射，其中只有一个很窄的区段吸收很少，因此称为"窗区"。

地球主要正是通过这个窗区把从太阳获得的热量中的70%又以长波辐射形式返还宇宙空间，从而维持地面温度不变，温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和品种，使这个70%的数值下降，留下的余热使地球变暖的。

空气中含有二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。

这是由于大气中的二氧化碳始终处于增长和消耗持平的动态平衡状态。

大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。

散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。

还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。

但是近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平，二氧化碳的产量巨幅增加。

而另一方面，由于对森林乱伐，大量的农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。

再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。

空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。

二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中，具有调节的
球气温的功能，如果没有二氧化碳，地球的年平均气温会比目前降低23℃。

但是，二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里。

气温逐渐升高，就形成“温室效应”。

三、臭氧层空洞
大气中的臭氧含氧量仅一亿分之一，但是离地面20至25公里的平流层中，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度气体总量的十万分之一。

臭氧层的臭氧含量极其微少，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能，可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV-B）。

由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在。

繁衍和发展。

2008年形成的南极臭氧空洞的面积到9月第二个星期就已达2700万平方公里，而2007年的臭氧空洞面积只有2500万平方公里。

2000年，南极上空的臭氧空洞面积达创记录的2800万平方公里，相当于4个澳大利亚。

臭氧层为什么会出现“空洞”？许多科学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用的结果。

氟利昂由碳、氯、氟组成，其中的氯离子释放出来进入大气后，能反复破坏臭氧分子，自己仍保持原状，因此尽管其量甚微，也能使臭氧分子减少到形成“空洞”。

我国科学家新近提出，仅仅是氟利昂的作用还不够，太阳风射来的粒子流在地磁场的作用下向地磁两极集中，并破坏了那里的臭氧分子，这才是主要原因。

（杨学祥，1999）而无论如何，人为地将氯离子送进大气，终是一种有害行为。

在现代经济中，氟利昂等物质应用非常广泛，要全面淘汰，必须首先找到氟利昂等的替代物质和替代技术。

在特殊情况下需要使用，也应该努力回收，尽可能重新利用。

目前，世界上一些氟利昂的主要生产厂家参与开发研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氢氯氟烃HCFC和含氢氟烷烃HCF等）及其合成方法，有可能勇做发泡剂、制冷剂和清洁剂等，但这类替代物也损害臭氧层或产生温室效应。

同时，也在开发研究非氟利昂类型的替代物质和方法，如水清洗技术、氟制冷技术等。

绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

绿色化学即是用化学及其它技术和去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。

其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，将反应物的原子全部转化为期望的最终产物，因此绿色化学既可以充分利用资源，又不产生污染。

传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。

绿色化学可以变废为宝，可使经济效益大幅度提高。

绿色化学已在全世界兴起，它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。

关于绿色化学可以从以下几个方面进行努力：
1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料
1.1 原料选择
工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生
活环境迅速恶化。

为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。

以塑料为例，我国大量使用塑料包装，而且在还广泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越来越严重。

解决这个问题的根本出路在于研制可以分解或生物降解的新型塑料，国际上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。

前者已经投入生产。

光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目，已取得一些进展。

1.2 溶剂的选择
大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。

最常见的是在反应介质，分离和配方中所用的溶剂。

在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。

但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。

因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。

1.2.1 固相反应
固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。

它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。

1.2.2 以水为溶剂的反应
由于大多数有机化合物在水中的溶解性差，而且许多试剂在水中会分解，因此一般避免用水作反应介质。

但水作为反应溶剂有其独特的优越性，因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。

此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的，有时可提高反应速率和选择性，更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。

水相有机合成在有机金属类反应，水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。

因此在某些有机化学反应中，开发利用以水作溶剂是大有可为的。

1.2.3 超临界流体作为有机溶剂
超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。

在无毒无害溶剂的中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界二氧化碳作溶剂。

超临界二氧化碳是指温度和压力在其临界点（31.10℃，7 477.79KPa）以上的二氧化碳流体。

它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。

而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度，溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。

其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。

1.3 催化剂的选择
许多传统的有机反到酸、碱液体催化剂。

如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身
危害和产生废渣污染环境。

为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸作为烷基催化剂。

其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。

2 化学反应的绿色化
为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成学研究中关注的焦点。

合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。

为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。

实现原子经济反应的有效手段很多，不作赘述。

3 生物技术的应用
生物是当代科学的前沿。

生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有潜力的产业之一，它将成为创造巨大财富的重要产业体系。

采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。

从发展绿色化学的角度出发，它最
大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。

因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。

绿色化学是人类的一项重要战略任务。

绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。

绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大，而且将为我国的与国际接轨创造条件。

化学与人类的生活息息相关，化学为人类带来了前所未有的便利但同时也为人类生存的环境产生了几乎不可逆转的破坏，化学本身是没有错的，人类谋求自身发展也没有错，但环境也容不得再被破坏，我们今后的发展应该是可持续发展，发展的化学也应该更加努力的向绿色化学靠拢。