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）－ττ＝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HO2CH3ONO＋hv → CH3O＋NOCH3O＋O2→ HO2＋H2CO3H2O2＋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＋CH3COO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 → 2HONO＋HO2→ NO2＋HO H2O＋hv → HO＋H （λ<238nm）PAN（过氧乙酰基硝酸酯）形成过程（乙烷-乙醛-乙酰基-过氧乙酰基-PAN）C2H6＋HO·→C2H5·＋H2O C2H5·＋O2→C2H5O2C2H5O2＋NO→C2H5O＋NO2 C2H5O＋O2→CH3CHO＋HO2CH3CHO＋hv → CH3CO＋HOCH3CO（乙酰基）＋O2→CH3C(O)OO（过氧乙酰基）CH3C(O)OO+NO2→CH3C(O)OONO2（PAN）烷烃与HO·和O ·发生氢原子摘除反应，生成烷基自由基RH＋HO·→ R·＋H2O RH＋O·→ R·＋HO臭氧保护地球生命的原理臭氧分子（吸收紫外光后发生）的光离解：O3＋hν→O2＋O (210nm＜λ＜290nm)消耗大部分紫外光，使地球上的生物免遭了紫外光的伤害。

大气中NO2、O2、O3、醛和HNO3/HNO2光离解特征(1)波长＜420nm的光可发生NO2光解NO2＋hv → NO＋O大气中唯一已知O3的人为来源O＋O2＋M → O3＋M （大气中O3的来源）NO2吸收光谱特征：290～410nm，连续吸收光谱；(2)亚硝酸(HNO2)的光离解：200～400nm的光有吸收初级反应：HNO2＋hv → HO＋NO HNO2＋hv → H＋NO2次级反应：HO＋NO → HNO2 HO＋HNO2 → H2O＋NO2 HO＋NO2 → HNO3 (3)硝酸的光离解:120～335nm的光有吸收初级反应：HNO3＋hv→ HO＋NO2次级反应：HO＋CO → CO2＋H H＋O2＋M→ HO2＋M 2HO2 → H2O2＋O2 (4)甲醛的光离解: 对240～360nm的光有吸收初级过程：H2CO＋hv → H＋HCO H2CO＋hv → H2＋CO次级过程：H+HCO → H2＋CO 2H＋M → H2＋M 2HCO → 2CO＋H2对流层中，有O2存在：H＋O2 → HO2 HCO＋O2 → HO2＋CO(5)波长<120nm的紫外光在上层大气引起N2光解N2+hv → N+N城市大气白天和夜晚HNO3的形成途径白天：NO2+HO → HNO3 晚上：RH+NO3 → R+HNO3光化学烟雾形成的简化机制（1）引发反应：NO2+hv → NO+O（λ＜430nm）O+O2+M → O3+ M NO+ O3→ NO2 + O2（2）自由基传递反应：RH＋HO → RO2＋H2O RCHO＋OH → RC(O)O2＋H2O RCHO＋hv → RO2＋HO2＋CO HO2＋NO → NO2＋OHRO2 ＋NO → NO2＋RCHO＋HO2RC(O)O2＋NO → NO2＋RO2＋CO2（3）链终止反应：HO＋NO2→ HNO3RC(O)O2＋NO2→ RC(O)O2NO2RC(O)O2NO2→RC(O)O2＋NO2二氧化硫的气相氧化（1）SO2的直接光氧化：低层大气中的SO2形成激发态SO2分子，而不直接离解两种跃迁形式：SO2＋hν→ 1SO2 (单重态) (290～340nm)SO2＋hν→ 3SO2 (三重态) (340～400nm)单重态能量高，不稳定，跃迁到三重态或基态SO2＋M→3SO2＋M （三重态）1SO2＋M→SO2＋M （基态）SO2直接氧化成SO3的机制：3SO＋O2→SO4→SO3＋O SO4＋SO2→2SO32（2）SO2被自由基氧化：与HO自由基的反应HO+ SO2→HO SO2(M)HO SO2+O2→HO2+SO3(M) SO3+H2O→H2SO4反应过程中生成的HO2，通过反应HO2+No→HO+NO2使HO再生，反应循环进行（3）被氧原子氧化平流层中O3生成的化学机理通常认为λ＜243nm的紫外光引起O2光解O2＋hv→ O＋O （λ≤243nm ）O＋O2+ M → O3 + M总反应:3O2＋hv+ M →2O3 + M ( λ≤243nm )M为第三种物质平流层中O3破坏的化学机理：（1）O3的光解O3+ h →O2+O (210nm＜λ＜290nm)这是臭氧保护地球生物不受紫外伤害的原因（2）生成O3的逆反应O3＋O →2O2氟氯烃与臭氧的反应CF2Cl2＋hv → CF2Cl＋Cl·（175 ＜λ＜220nm）Cl·＋O3 → ClO·＋O2 K=7.2×109ClO·＋O→Cl· ＋O2总反应O3＋O→2O2Cl 起催化剂作用, 1个氯原子可以耗掉10万个O3分子。