ĐỀ CƯƠNG hóa học môi TRƯỜNG

trong quá trình tạo mưa các oxyt này sẽ phản ứng với hơi nước trong khí quyển sinh ra axit H2SO4, H2SO3, HNO3 hoặc HCl, HNO2 làm các giọt mưa này mang tính axit pH dưới 5.. Quá trình hì

ĐỀ CƯƠNG HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG

CÂU 1: Thành phần và vai trò của khí quyển và thủy quyển, sơ đồ vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên.

a thành phần và vai trò của khí quyển:

Thành phần khí quyển trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị theo phương thẳng đứng Phần lớn khối lượng 5.1015 tấn của toàn

bộ khí quyển tập trung ở tầng đối lưu và bình lưu Thành phần khí quyển trái đất gồm chủ yếu là Nitơ, Oxy, hơi nước, CO2, H2, O3, NH4, các khí

trơ,ngoài ra còn có các hạt lơ lửng và bụi

Khí quyển là một yếu tố môi trường cần thiết cho sự sống của các sinh vật, giữ vai trò như lá chắn giúp sinh vật không bị ảnh hưởng bởi phóng xạ mặt trời, duy trì và cân bằng nhiệt cho trái đất, cung cấp các khí cho sự sống

…

b thành phần và vai trò của thuỷ quyển:

Thành phần của khí quyển bao gồm: nước chiếm 96% khố lượng chung Các ion bao gồm các chất khoáng và khí chiếm hơn 3% khối lượng của thủy quyển các chất huyền phù và các hạt keo chiếm tỷ lệ nhỏ Ngoài

ra, trong nước còn có rất nhiều chất rắn như: bùn, cát, các chất hữu cơ, tỷ lệ của các chất này rất nhỏ

Thành phần của nước sông và nước biển rất khác nhau Độ mặn trung bình của nước biển là 35 các hợp chất của Clo và Nat-tri chiếm ưu thế (88%) trong khi đó độ mặn trung bình của nước sông là 0,15 chủ yếu là các loại muối Cac-bo-nat

Về thành phần hoá học nước, phần quan trọng nhất của thuỷ quyển là hợp chất của hi-đrô (chiếm 11,11%) và o-xy (88,89%) Nước là vật chất duy nhất của Trái đất có thể thấy ở 3 trạng thái: lỏng, rắn và hơi tuỳ theo điều kiện nhiệt độ và có thể dễ dàng chuyển hoá từ trạng thái này sang trạng thái khác nhưng nước ở thể lỏng là chủ yếu

Nước có vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động sống của con người và sinh vật và là thành phần vật chất quan trọng nhất đối với sự sống trên trái đất

c sơ đồ vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên.

CÂU 2: Vẽ và trình bày sơ đồ cân bằng năng lượng của TĐ, MTrời, KQuyển.

Sơ đồ:

Giải thích sơ đồ: hàng năm mặt trời đưa xuống trái đất một nguồn năng

lượng khoảng 5,51.1024 J dưới dạng các tia tử ngoại, hồng ngoại và tia nhìn thấy dòng năng lượng này môt phần bị khí quyển của trái đất( mây, tầng

ôzôn) lọc và phản xạ lại mặt trời 1,4 1024J một phần lại được hấp thụ xuống

bề mặt trái đất với năng lượng 2,76.1024J

Năng lượng Mặt trời đi đến Trái đất làm nóng khí quyển, thủy quyển và măt đất, cũng như làm bay hơi nước và vận chuyển năng lượng năng lượng mặt trời đi đến trái đất được mặt đất và đai dương hấp thụ 2,48.1024J và phản xạ lại khí quyển 0,28.1024J, nhưng khí quyển lại bức xạ lại mặt đất và đại dương ngăn ánh sáng phản xạ lại làm trái đất luôn có sự ổn định nhiệt độ

Do vậy mà nhiệt độ ban ngày và ban đêm của trái đất luôn đươc cân bằng chỉ chênh lệch nhau rất ít

CÂU 3: hóa học của hiện tượng ô nhiễm khí quyển: mưa axit, quá trình hình thành và cơ chế phá hủy tầng ôzôn( suy giảm tầng ôzôn ) Các phản ứng trong hê trong ( NOx H2O CO, không khí ) các phản ứng của hidrocacbon trong khí quyển , khói quang hóa.

Mưa axit:

Nước mưa có ph = 5 đến 5,6 là nước mưa của khí quyển sạch Nước mưa có pH thấp hơn đuuơc gọi là nước mưa axyt Trong thành phần không khí có SO2, hoặc NOx những oxyt này dễ hòa tan trong nước trong quá trình tạo mưa các oxyt này sẽ phản ứng với hơi nước trong khí quyển sinh ra axit

H2SO4, H2SO3, HNO3 hoặc HCl, HNO2 làm các giọt mưa này mang tính axit ( pH dưới 5 ) Những axit này dưới tác động của gió cùng mây di chuyển khắp nơi rồi rơi xuống mặt đất cùng với hạt mưa

Quá trình hình thành và cơ chế phá hủy tầng ozon

Ôzôn trong bầu khí quyển được tạo thành khi các tia cưc tím chạm phải

các phân tử oxy (O2), chứa hai nguyên tử ôxy, tạo thành hai nguyên tử ôxy đơn, được gọi là oxy nguyên tử Ôxy nguyên tử kết hợp cùng với một phân

tử ôxy tạo thành ôzôn (O3) Phân tử ôzôn có hoạt tính cao, khi bị tia cực tím chạm phải, lại tách ra thành phân tử ozon vì vậy chu kì của ozon trong khí quyển rất ngắn

Sự suy giảm tầng ôzôn là hiện tượng giảm lượng ôzôn trong taầng bình lưu Ôzôn có thể bị phá hủy bởi các nguyên tử clo, flo hay brôm trong bầu khí quyển Các nguyên tố này có trong một số hợp chất bền nhất định, đặc biệt là chlorofluorocacbon (CFC), đi vào tầng bình lưu và được giải phóng bởi các tia cực tím

các nguyên tử clo được tạo thành sẽ trở thành chất xúc tác hủy diệt các phân

tử ôzôn trong một chu kỳ khép kín Trong chu kỳ này, một nguyên tử clo tác dụng với phân tử ôzôn, lấy đi một nguyên tử ôxy (tạo thành ClO) và để lại

một phân tử ôxy bình thường Tiếp theo, một ôxy nguyên tử tự do sẽ lấy đi ôxy từ ClO và kết quả một phân tử ôxy và một nguyên tử clo, bắt đầu lại chu

kỳ Một nguyên tử clo đơn độc sẽ phân hủy ôzôn mãi mãi nếu như không có các phản ứng khác mang nguyên tử clo ra khỏi chu kỳ này bằng cách tạo nên các nguồn chứa khác như axít clohydric và clo nitrat (ClONO2)

Phản ứng của nguyên tử clo trong các nguồn chứa này thông thường chậm nhưng được gia tăng khi có các đám mây tầng bình lưu ở địa cực, xuất hiện trong mùa Đông ở Nam Cực, dẫn đến chu kỳ tạo thành lỗ thủng ôzôn theo mùa

Các phản ứng cộng trong hệ NO x , H 2 O, CO và không khí

Một trong các đặc trưng của khí quyển vùng thành phố có chứa nhiều oxyt nito là sự tạo thành lượng lớn ozon Trong không khí còn có 1 loạt các phản ứng khác có liên quan giữa NO2 với hơi nước và CO

Khi có mặt H 2 O, N 2 O 5 bị phân hủy tạo ra axit nitrit :

N2O5 + H2O  2HNO3

HNO3 cóthể oxi hóa NO:

2HNO3+ NO  3NO3 + H2O Các phản ứng sau cũng có thể xảy ra:

2HNO3 + NO  HNO2 + NO2 HNO3 + HNO2  NO2 + H2O Axit nito đươc tạo ra theo phản ứng:

NO + NO2 + H2O  2HNO2

Axit nito hấp thụ bức xạ và thực hiện phản ứng quang phân với tốc

độ nhỏ bằng 1/10 tốc độ quang phân NOx:

HNO2 + hv  NO + HO Phản ứng quang phân HNO2 rất quan trọng vì nó tạo ra gốc tự do hidroxyt HO có hoat tính cao, có tác dụng khơi mào cho một loạt các phản ứng khác, nito oxit dưới tác dụng của tia bức xạ với sự có mặt của một lượng lớn cacbon oxit CO sẽ bị oxihoa hoàn toàn thành NO2 quá trình lại hình thành gốc tự do mới là hidropeoxyl HO2 hoặc hydroxyl HO Các phản ứng diễn ra như sau:

HO + CO  CO2 + H+

H+ + O2 + M  HO2 + M

HO2 + NO  HO + NO2

HO2 + HO2  H2O2 + O2

CÂU 4: Các loại phản ứng xúc tác vi sinh trong nước

Vi khuẩn, vi trùng, nấm và tảo là những xúc tác sinh học cho một

số quá trình hóa học trong nước và đất

Các phản ứng oxy hóa khử mà vi khuẩn làm trung gian: vi khuẩn thu năng lượng và tiêu thụ các chất có trong môi trường để chúng có thể sinh trưởng thong qua một số phản ứng oxy hóa khử như sau:

CÂU 5: Cấu trúc, thành phần địa quyển, các quá trình phong hóa hóa học.

Địa quyển là phần vỏ cứng của trái đất và phần trên của vỏ trái đất ở độ sâu khoảng 70-100km lớp vỏ trái đất có gradient nhiệt độ khoảng

30ok/km đặc trưng của lớp vỏ ngoài đối với thành phần trái đất là hàm lượng cao của các nguyên tố thạch quyển ( O2, Si, Fe, Al, Ca, Na, K, Mg, Ti) toa thành các khoáng chất, chiếm đến 99% khối lượng vỏ trái đất, thành phần phổ biến của các khoáng là thach anh, fenspat, mica, amphiion, pyroxen

Vỏ trái đất có thể chia làm 2 phần:

+ phần đất: là phần từ bề mặt ngoài của trái đất tới phần bề đã bi phong hóa Là nơi tiếp xúc giữa địa quyển, khí quyển và thủy quyển, trong đó xảy

ra các quá trình trao đổi chất và năng lượng đồng thời là môi trường sống của các loài sinh vật dưới tác động của con người và thiên nhiên thì phần này có những biến đổi liên tục

+ phần cứng: chủ yếu gồm silicat và aluminum

Các quá trình phong hóa hóa học

1 Quá trình hòa tan và kết tinh

Những liên kết tạo thành bởi các ion trên vỏ trái đất có độ hòa tan tương đối lớn là NaCl, các muối halogen kim loại kiềm và thạch cao

CaSO4 hoặc anhydrit SiO2 là thành phần chính của địa quyển có thể tự hòa tan theo phản ứng sau:

SiO2(r) + 2H2O  H4SiO4 (l)

Quá trình hòa tan của các hydroxyt kim loại M(OH)n trong nước được biểu thị bằng phương trình cân bằng hòa tan sau đây;

M(OH)n ( r )  M(oq)n+ + n (OH)(aq)

Khi kết hợp với phương trình cân bằng phân ly nước

H2O  H+ + OH

-Thì ta thấy khả năng tạo thành phức chất dạng :

M(OH)n ( r ) + m(OH)-  [M(OH)M(OH)n+ m]

m-2 Quá trình cacbonat hóa

Cacbonat hóa là quá trình phản ứng hóa học của các chất trong vỏ trái đất với sự tham gia của nước và CO2

3 Qúa trình thủy phân:

Thủy phân là dạng đặc biệt của quá trình phân ly ion mô tả phản ứng giữa nước và các dạng hình thái hóa học khác nhau, dẫn tới việc phân tách liên kết OH trong phân tử nước

Qua quá trình thủy phân, các ion kim loại trong những phản ứng tiếp theo giải phóng năng lượng liên kết M- O từ các đá Dẫn tới sư thay đổi đá Đối với một số khoáng, khả năng phong thay đổi theo trình tự sau:

Liên kết Mg –O < Fe+2 – O = Mn+2 – O < Ca – O < Si – O < Al – O < Ti – O

ED(kJ/mol) 377 < 389 = 389 < 423 < 468 < 582 < 674

4 Quá trình phong hóa oxy hóa khử

Đối với những liên kết chứa các cation hay anion có tính khử hoặc oxi hóa diễn biến của quá trình phong hóa phụ thuộc vào dạng và độ lớn của thế oxy hóa tiêu chuẩn, cũng như gá trị pH của môi trường

Giữa Fe3+ và SO3-2 dưới tac dụng đệm của các proton:

2Fe3+ + SO32- + H2O  2Fe2+ + SO42- + 2H+

Quá trình phong hóa của các khoáng sắt fayalit xảy ra dưới điều kiện oxy hóa khi có mặt của CO2 như sau:

Fe2SiO4 + 4H2O + 4CO2  H4SiO4 + 2Fe2+ + 4HCO3

2Fe2+ + 0,5O2 + 2H+  2Fe3+ + H2O

Hệ quả của quá trình oxy hóa là xuất hiện môi trường axit mạnh, giá trị pH

sẽ càng nhỏ do phản ứng sau đây:

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O  15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

Những biến đổi tương tự cũng xảy ra đối với việc axit hóa nước ngầm tốc độ phong hóa đối với từng loại đá rất khác nhau và phụ thuộc vào nhiệt

độ, độ ẩm của không khí Sự phong hóa xảy ra nhanh ở vùng nhiệt đới, trước hết là với các khoáng kim loại kiềm hoặc kiềm thổ

CÂU 6: Hiệu ứng hóa sinh của 1 số chất độc: thủy ngân, chì, cacđimin,

CO, asen

Thủy ngân:

Thủy ngân là một kim loại nặng trong địa quyển thủy ngân tồn tại

chủ yếu dưới dạng sunfit và sẽ được biến đổi do các vi sinh vật từ Hg2+

thành Hg0 hoặc do quá trình metyl hóa hoặc đimetyl hóa

Quá trình oxy hóa Hgo thành Hg2+ rong nước ngầm chịu ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan trong nước, ngược lại quá trình khử sinh học của

Hg2+ có thẻ dẫn tới khả năng giải phóng thủy ngân dạng hơi từ vỏ trái đất Hợp chất của Hg2+ cố thể phản ứng với H2S tạo thành HgS khó hòa tan:

Hg2+ + H2S  HgS + 2H+

Và HgS có thể chuyển hóa lại nhờ quá trình oxy hóa vi sinh của các hợp chất sunfit

Quá trình metyl hóa sinh học của các hợp chất thủy ngân

Các dẫn xuất thủy ngân hữu cơ là chất tan trong mỡ và có thể tích tụ nhiều trong động thực vật thủy sinh Quá trình metyl hóa thủy ngân có thể xảy ra liên tiếp dưới những điều kiện yếm khí nhờ các co-emzym chứa Co( ) theo phản ứng:

Hợp chất thủy ngân Hg2+ và Hg nhờ quá trình biến đổi vi sinh đã chuyển hóa thành các metyl thủy ngân là chất tích tụ sinh học quá trình metyl hóa liên tiếp sẽ tạo ra đimetyl thủy ngân Đây là những hợp chất dễ đi vào khí quyển do áp suất hơi riêng phần của chúng khá lớn trong khí quyển chúng

sẽ tiếp tục biến đổi còn hợp chất HgS kết tủa ở lớp trầm tích do quá trình khoáng hóa sẽ làm giảm hàm lượng ion Hg2+ trong hệ sinh thái nước

Asen:

Asen có 3 tác dụng hóa sinh là làm đông tụ protein, tạo phức với coenzim và phá hủy quá trình sinh hóa photpho

+ Asen làm đông tụ protein: Asen III ở nồng độ cao làm đông tụ các protein

là do sự tấn công liên kết của nhóm sunfua bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3 + Asen tạo phức với coenzyme: Asen III sẽ tấn công lên các nhóm - SH của enzim, làm cản trở hoạt động của enzim

Các enzim này bị ức chế do việc tạo thành phức với As III dẫn đến việc sinh năng lượng ATP bị ngăn cản Phá vỡ việc sinh sản ATP, thông qua cơ chế:

ở cấp độ của acid citric, asen ức chế enzym pyruvat dehidrogenaza bằng cách cạnh tranh với phốt phát, nó tháo bỏ photphorylat, vì thế ức chế quá trình khử NAD+ có liên quan đến năng lượng, hô hấp và tổng hợp ATP, sản sinh peroxit hidro cũng tăng lên

+ Asen phá hủy quá trình sinh hóa photpho: do asen có TCHH trương tự P nên asen can thiệp vào 1 số quá trình hóa sinh làm rối loạn P như trong quá trình hình thành và phát triển của ATP là sự tổng hợp enzim của 1,3-

diphotpho glyxerat từ glyxerandehit - 3 – photphat Khi có mặt của asen thì

sẽ tạo thành 1 – aseno – 3- photpho glyxerat, chất này làm cản trở sự tổng hợp enzyme Nghĩa là sự photpho hóa thay bằng sự asen hóa

Chì:

CÂU 7: quá trình tiến triển môi trường của trái đất