环境化学(概念+方程式+论述)

概念

环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。

有害化学物质即环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生变化，这种变化会直接或间接地有害于人类，这样的物质称为环境污染物

环境污染：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，就叫环境污染。

环境容量：在人类生存和自然生态不致受害的前题下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。

环境效应:自然过程或人类的生产生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化。

环境化学效应:在各种环境因素的影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应 ，分为土壤盐碱化 地下水硬度增高 光化学烟雾 地下水污染酸雨造成土壤酸化、建筑物受腐蚀

环境物理效应:由物理作用引起的环境效应，包括 噪声 地面沉降 热岛效应 温室效应 大气能见度降低

三大环境热门话题：全球气候变化 酸沉降 臭氧损耗

温度层结:大气的温度在垂直方向的分布

源：大气组分产生的途径和过程 汇：指大气组分从大气中去除的途径和过程

源强：进入大气的组分输入速率(Fi） 汇强：从大气输出组分的速率为（Ri）

某种组分在进入大气后到被清除之前在大气中停留的平均时间－称为平均停留时间或停留时间（存在时间、寿命）－τ τ ＝大气中的总贮量Mi / Fi 或者Ri

停留时间意义：某组分的停留时间越长，表明该组分在离开大气或转化成其它物质以前，在环境中存留的时间也越长；某组分的停留时间越长，表明该组分在大气中的储量相对于输入（出）来说是很大的，即使人类活动大大改变了该组分的的输入（出）速度，对其总量的影响也不明显；若组分停留时间越短，其输入（出）速率的改变就对总贮量很敏感。

环境本底值：指自然环境在未受污染的情况下,各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量,又叫环境背景值.

光化学烟雾：含有氮氧化合物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污

染物的混合所形成的烟雾污染现象。

形成的物理化学条件：氮氧化合物和碳氢化合物存在、有引起光化学反应的紫外线、烃类特别是烯烃的存在 自然条件：大气相对湿度较低 夏、秋季（气温24～32℃）晴天

洛杉矶容易发生光化学烟雾的原因：洛杉矶机车拥有量大(＞800万辆)，每天消耗2万吨以上的汽油，排出污染物占90%－充足的一次污染

物生成光化学烟雾；洛杉矶盆地，容易形成上热下冷的逆温现象.一年

有300天以上处于逆温，污染物不易扩散;夏季阳光非常强烈;

硫酸烟雾型污染：主要由燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧化

所形成的硫酸盐颗粒所造成的大气污染；从化学上看属于还原性混合物

－还原烟雾其中一次污染物是SO2和煤烟、二次污染物是硫酸雾和硫酸盐。 形成条件：气温较低－冬季 湿度较高 日光较弱

酸性降水：指通过雨、雪、雾和冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程，最常见的就是酸雨。这种降雨过程称为湿沉降。PH小于5.6的

降雨称为酸雨。5.0作为PH值界限。

干沉降：大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的过程。

总悬浮颗粒物 (TSP)：标准大容量颗粒采样器在滤膜上收集的颗粒物总质量(mg/m3),粒径一般小于100um，尤以10um以下的为最多。

可吸入颗粒物：通常粒径10um以下的颗粒物称为PM10，易于通过呼吸

过程进入呼吸道。

分配理论：在壤-水体系中土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶

质的分配过程，这一分配理论，即非离子性有机化合物可通过溶解作

用。

分配系数：非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水中含

量的比值称为分配系数

水中有机污染物的迁移转化：吸附作用 挥发~ 水解~ 光解~ 生物

富集 生物降解

生长代谢特点：有机毒物可以象天然有机化合物那样作为微生物的生长基质；微生物可以对有毒物质进行彻底的降解或矿化作用；具有去毒效应、对环境的威胁小。

共代谢：有机污染物不能单独作为微生物唯一的碳源和能源，必须有另外的化合物存在提供能源或碳源时，该有机物才能被降解；共代谢在那

些难降解的化合物代谢过程中其重要作用；

特点－不提供微生物体任何能量，不影响种群多少

同晶置换：在黏土矿物的形成过程中，常常发生半径相近的离子取代一部分铝(Ⅲ)或硅(Ⅳ)的现象，即同晶替代作用－P204。如Mg2+、Fe3+等

离子取代Al3+，Al3+取代Si4+，同晶替代的结果，使黏土矿物微粒具有

过剩的负电荷。此负电荷由处于层状结构外部的K+、Na+等来平衡。这

一特征决定了黏土矿物具有离子交换吸附等性能。

光化学第一定律：只有分子吸收的光，才能引起分子的化学反应 光子

的能量>化学键能时，才能引起光离解反应；并不是大于该分子化学键

能的光子都能引起该分子发生光化学反应。分子基态与激发态能量是不

连续的，受激分子从基态激到激发态所需的能量要与光子的能量相匹

配。分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能发生光化学反应。

光化学第二定律：在初级反应中，一个反应分子吸收一个光子而被活化

方程式

大气中重要自由基的来源及反应

（1）HO2主要来自醛的光解

H2CO＋hv → H＋HCO（λ＜360nm） H+O2＋M → HO2＋M HCO＋O2

→ HO2＋CO

亚硝酸酯和H2O2的光解也可生成HO2 CH3ONO＋hv → CH3O＋NO CH3O＋O2 → HO2＋H2CO3 H2O2＋hv → 2HO HO＋H2O2→ HO2

＋H2O

（2）R－烷基，量最大的是甲基，它主要来自乙醛和丙酮的光解

CH3CHO＋hv → CH3＋HCO CH3COCH3＋hv → CH3＋CH3CO

O和HO与烃类的反应也可生成烷基自由基

RH＋O → R＋HO RH＋HO → R＋H2O

（3）RO－烷氧基，以甲氧基为主（CH3O），主要来自甲基亚硝酸酯和

甲基硝酸酯的光解

CH3ONO＋hv → CH3O＋NO CH3ONO2＋hv → CH3O＋NO2

（4）RO2－大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而成 R

＋O2 → RO2

清洁大气和污染大气中OH的自由基来源

（1）清洁大气，O3的光离解是HO的重要来源

O3＋hv → O＋O2（λ＜230nm，发生在平流层） O＋H2O →

2HO

（2）污染大气，HNO2的光离解是HO的重要来源

HNO2＋hv → HO＋NO（200～400nm） H2O2＋hv → 2HO