Најважније из лекције
Загађивачи и извори: Загађујуће супстанце мењају квалитет ваздуха, воде и тла, а улазе преко индустријских димњака, канализације и депонија.
Загађење ваздуха: \(\text{CO}_2\) и \(\text{CH}_4\) изазивају ефекат стаклене баште; \(\text{SO}_2\) и \(\text{NO}_x\) граде киселе кише (\(\text{pH} < 4,6\)) и смог; фреони оштећују озонски омотач.
Загађење вода: Прекомерни фосфати и нитрати узрокују еутрофикацију (бујање алги \(\rightarrow\) потрошња \(\text{O}_2\) \(\rightarrow\) помор риба). Пречишћавање се врши филтерима, биоремедијацијом (микроорганизми) и фиторемедијацијом (биљке).
Отпад и рециклажа: Управљање отпадом следи принципе 4R (Refuse, Reduce, Reuse, Recycle). Пластика се рециклира механички (гранулат), хемијски (мономери) или енергетски, док се органски отпад рециклира компостирањем.
Загађење ваздуха: \(\text{CO}_2\) и \(\text{CH}_4\) изазивају ефекат стаклене баште; \(\text{SO}_2\) и \(\text{NO}_x\) граде киселе кише (\(\text{pH} < 4,6\)) и смог; фреони оштећују озонски омотач.
Загађење вода: Прекомерни фосфати и нитрати узрокују еутрофикацију (бујање алги \(\rightarrow\) потрошња \(\text{O}_2\) \(\rightarrow\) помор риба). Пречишћавање се врши филтерима, биоремедијацијом (микроорганизми) и фиторемедијацијом (биљке).
Отпад и рециклажа: Управљање отпадом следи принципе 4R (Refuse, Reduce, Reuse, Recycle). Пластика се рециклира механички (гранулат), хемијски (мономери) или енергетски, док се органски отпад рециклира компостирањем.
Загађујућа супстанца: Свака супстанца која својим присуством и деловањем изазива нарушавање природног састава и квалитета животне средине.
Извор загађивања: Место на коме загађујућа супстанца директно улази у животну средину (нпр. фабрички димњаци, канализациони изливи, несанитарне депоније).
Хемија животне средине је научна област хемије која проучава порекло, расподелу, хемијске реакције и утицај хемијских елемената и једињења на живи свет и екосистеме.
Аеросоли: Дисперзни системи сачињени од финих чврстих честица или ситних капљица течности распршених у гасу (ваздуху), димензија од \(2 \cdot 10^{-4} \text{ μm}\) до \(500 \text{ μm}\).
Примери аеросола:
- Дим: Смеша гасова са честицама чађи (производима непотпуног сагоревања) и капљицама воде.
- Магла: Аеросол течних капљица насталих кондензацијом водене паре.
- Летећи пепео: Ситне честице пепела настале сагоревањем у термоелектранама.
Да ли су дим из фабричког димњака и магла аеросоли? Обраложите одговор.
Да, оба представљају аеросоле јер су дисперзни системи честица у ваздуху: дим се састоји од чврстих честица и капљица у гасу, док је магла сачињена од ситних кондензованих капљица течне воде у ваздуху.
Атмосфера има релативно малу масу у односу на друге геосфере (\(\approx 5,15 \cdot 10^{18}\text{ kg}\)), те врло мале количине загађујућих гасова значајно нарушавају њен састав.
Основни запремински састав сувог ваздуха:
\[
\begin{array}{lc}
\hline
\text{Гас} & \text{Запремински удео } (\varphi) \\
\hline
\text{Азот } (\text{N}_2) & 78,08\% \\
\text{Кисеоник } (\text{O}_2) & 20,95\% \\
\text{Аргон } (\text{Ar}) & 0,93\% \\
\text{Угљеник(IV)-оксид } (\text{CO}_2) & 0,037\% - 0,04\% \\
\text{Остали гасови у траговима } (\text{Ne}, \text{He}, \text{CH}_4, \text{Kr}, \text{H}_2) & < 0,04\% \\
\hline
\end{array}
\]
Главне глобалне последице загађења ваздуха:
- Ефекат стаклене баште и загревање планете: Гасови као што су \(\text{CO}_2\) и \(\text{CH}_4\) (метан) апсорбују инфрацрвено зрачење са загрејане површине Земље и спречавају његово одавање у свемир. Повећана концентрација \(\text{CO}_2\) настаје прекомерним сагоревањем фосилних горива (угаљ, нафта, гас).
- Киселе кише: Оксиди сумпора (\(\text{SO}_2\)) и азота (\(\text{NO}_x\)) из термоелектрана и издувних гасова у реакцији са атмосферском водом граде киселине (\(\text{H}_2\text{SO}_3\), \(\text{H}_2\text{SO}_4\), \(\text{HNO}_3\)). Снижавају природну \(\text{pH}\) вредност падавина са \(5,6\) на испод \(4,6\), уништавајући шуме, земљиште и водене екосистеме.
- Смог: Токсична смеша дима, магле, оксида азота и сумпора и високореактивних честица у индустријским и урбаним срединама.
- Озонске рупе: Оштећење заштитног стратосферског озонског омотача изазвано фреонима (хлорофлуороугљоводоницима) из старих расхладних уређаја и аеросол-боца.
Зашто природна кишница има благо киселу реакцију (\(\text{pH} \approx 5,6\)), а како индустријски гасови додатно снижавају ту вредност?
Природна кишница је благо кисела због растварања природног атмосферског \(\text{CO}_2\) при чему настаје слаба угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)). Када ваздух садржи индустријске загађиваче \(\text{SO}_2\) и \(\text{NO}_x\), њиховим растварањем настају јаче сумпорне и азотне киселине које драстично обарају \(\text{pH}\) испод \(4,6\) градећи киселе кише.
Слатке континенталне воде чине свега око \(2,58\%\) укупне воде на Земљи и лако се загађују индустријским отпадом, детерџентима, токсичним јонима тешких метала (\(\text{Pb}^{2+}, \text{Hg}^{2+}, \text{Cd}^{2+}, \text{Cr}^{3+/6+}, \text{As}^{3+/5+}\)) и испраним пестицидима.
Спирање нутријената: Вештачка ђубрива богата фосфатима и нитратима доспевају у језера и реке са пољопривредних површина.
Цветање воде: Обиље фосфата и нитрата доводи до неконтролисаног пренамножавања водених алги на површини.
Угинуће и разлагање: Након бујања, велика количина алги одумире; аеробни микроорганизми троше сав растворени кисеоник за њихову разградњу.
Гушење екосистема: Долази до дефицита кисеоника и масовног помора риба и других водених животиња (процес познат као еутрофикација).
Методе заштите и пречишћавања отпадних вода:
- Механичко-физичко: Постављање таложника, решетки и филтера.
- Хемијско: Неутрализација и превођење токсичних једињења у тешко растворна, нетоксична једињења.
- Биоремедијација: Употреба специфичних микроорганизама (бактерија и гљива) који користе загађујуће супстанце као храну и разграђују их.
- Фиторемедијација: Употреба биљака за упијање, акумулацију и уклањање загађујућих материја из воде и муља.
Шта је еутрофикација и који јони из вештачких ђубрива је директно покрећу?
Еутрофикација је процес прекомерног обогаћивања воде нутријентима који доводи до бујања алги, трошења кисеоника и помора риба. Покрећу је фосфатни и нитратни јони пореклом из минералних ђубрива и детерџената.
Земљиште се загађује неконтролисаним одлагањем чврстог комуналног и индустријског отпада, употребом пестицида (укључујући хербициде за сузбијање корова), испуштањем нафтних деривата и депоновањем пластичних маса.
Синтетичким пластичним масама (нпр. полиетилену) потребно је више од 500 година за спонтану разградњу. Разлажу се само под дејством ултраљубичастог (\(\text{UV}\)) зрачења, али су на депонијама често затрпане, што онемогућава деградацију.
Као замена за класичну пластику производе се биоразградиве кесе од материјала на бази кукурузног скроба или пластике са додацима који убрзавају разградњу на период од 1 до 4 године.
Зашто се обичне полиетиленске кесе на класичним депонијама не разграђују иако полиетилен може бити осетљив на сунчеву светлост?
Полиетилен се разлаже под дејством ултраљубичастог (\(\text{UV}\)) зрачења из сунчеве светлости. На депонијама су кесе обично затрпане другим слојевима отпада и земље, чиме су заштићене од зрачења, па процес разградње траје вековима.
Хијерархија 4R принципа:
- Refuse (Одбити): Избегавање коришћења непотребних материјала за једнократну употребу (нпр. узимање платнене торбе уместо пластичне кесе).
- Reduce (Смањити): Смањивање количине генерисаног отпада и рационализација потрошње ресурса.
- Reuse (Поново употребити): Вишекратна употреба истих амбалажа и предмета без њихове прераде.
- Recycle (Рециклирати): Сакупљање, раздвајање и прерада отпада у нове производе, сировине или енергију.
Компостирање: Биолошки облик рециклаже којим се органски (биоразградиви) остаци хране и биљака деловањем микроорганизама и глиста преводе у природно ђубриво – компост.
Три начина рециклаже полимера:
- У нове материјале: Сортирање, прање, млевење и топљење у пластични гранулат без промене структуре макромолекула.
- У сировине (хемијска рециклажа): Разградња полимера назад до основних мономера који служе за нове синтезе.
- У енергију: Контролисано спаљивање отпада високе калоријске вредности ради добијања топлотне и електричне енергије.
Која је основна разлика између механичке рециклаже полимера у гранулат и хемијске рециклаже полимера у сировине?
Код механичке рециклаже полимери се уситњавају и претапају у гранулат без промене хемијске структуре полимерних ланаца. Код хемијске рециклаже се раскидају хемијске везе и полимери се разлажу на мономере (основне сировине).
Задаци за вежбање
1. (Лак ниво) Разврстајте следеће супстанце на оне које доминантно загађују ваздух, воде или земљиште: \(\text{SO}_2\), фреони, нитратна вештачка ђубрива, бачене полиетиленске кесе, јони живе (\(\text{Hg}^{2+}\)).
- Ваздух: \(\text{SO}_2\) (изазива киселе кише), фреони (оштећују озонски омотач).
- Воде: Нитратна вештачка ђубрива (изазивају еутрофикацију), јони живе \(\text{Hg}^{2+}\) (токсични тешки метал).
- Земљиште: Бачене полиетиленске кесе (неразградив чврст отпад), нитрати и јони живе (спирањем такође контаминирају тло).
2. (Средњи ниво) Повежите узрок и одговарајућу еколошку последицу:
1) Пораст концентрације \(\text{CO}_2\) и \(\text{CH}_4\)
2) Емисија \(\text{SO}_2\) и \(\text{NO}_x\) из термоелектрана
3) Спирање фосфата и нитрата у водена језера
4) Испуштање хлорофлуороугљоводоника (фреона)
Последице: А) Еутрофикација; Б) Ефекат стаклене баште; В) Озонске рупе; Г) Киселе кише.
1) Пораст концентрације \(\text{CO}_2\) и \(\text{CH}_4\)
2) Емисија \(\text{SO}_2\) и \(\text{NO}_x\) из термоелектрана
3) Спирање фосфата и нитрата у водена језера
4) Испуштање хлорофлуороугљоводоника (фреона)
Последице: А) Еутрофикација; Б) Ефекат стаклене баште; В) Озонске рупе; Г) Киселе кише.
Тачни парови:
1 \(\rightarrow\) Б (Ефекат стаклене баште)
2 \(\rightarrow\) Г (Киселе кише)
3 \(\rightarrow\) А (Еутрофикација)
4 \(\rightarrow\) В (Озонске рупе)
1 \(\rightarrow\) Б (Ефекат стаклене баште)
2 \(\rightarrow\) Г (Киселе кише)
3 \(\rightarrow\) А (Еутрофикација)
4 \(\rightarrow\) В (Озонске рупе)
3. (Средњи ниво) Објасните како се биолошки организми (биљке и бактерије) могу искористити за чишћење животне средине и како се ови поступци називају.
Поступци се деле на:
- Биоремедијација: Коришћење микроорганизама (бактерија и гљива) који користе загађујуће материје у свом метаболизму и разграђују их у мање штетне или нешкодљиве производе.
- Фиторемедијација: Коришћење виших биљака које преко корена усвајају, акумулирају или разграђују тешке метале и друге токсичне супстанце из загађеног земљишта и вода.
4. (Тежак ниво) Зашто се каже да је проблем загађивања једног дела животне средине уједно проблем за свеукупну животну средину? Илуструјте на примеру кружења сумпор(IV)-оксида кроз атмосферу, хидросферу и литосферу.
Све сфере Земље су међусобно повезане кроз кружење материје и енергије:
1. Атмосфера: Сагоревањем угља ослобађа се гас \(\text{SO}_2\) који загађује ваздух.
2. Хидросфера: У контакту са воденом паром и капљицама у облацима, \(\text{SO}_2\) реагује градећи киселе кише, чиме се загађење преноси у водене токове и снижава \(\text{pH}\) вредност река и језера.
3. Литосфера и биосфера: Падањем на тло, кисела вода раствара и ослобађа токсичне јоне (попут \(\text{Al}^{3+}\)) из минерала у земљишту, што уништава коренов систем шумског дрвећа и трује водени свет у који се слива.
1. Атмосфера: Сагоревањем угља ослобађа се гас \(\text{SO}_2\) који загађује ваздух.
2. Хидросфера: У контакту са воденом паром и капљицама у облацима, \(\text{SO}_2\) реагује градећи киселе кише, чиме се загађење преноси у водене токове и снижава \(\text{pH}\) вредност река и језера.
3. Литосфера и биосфера: Падањем на тло, кисела вода раствара и ослобађа токсичне јоне (попут \(\text{Al}^{3+}\)) из минерала у земљишту, што уништава коренов систем шумског дрвећа и трује водени свет у који се слива.
