内容提要及重点要求本章主要讲解了环境化学在环境科学...

第一章绪论内容提要及重点要求：本章主要讲解了环境化学在环境科学中和解决环境问题上的地位和作用。它的研究内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各图中的迁移转化过程。要求掌握对现代环境问题的认识以及对环境化学提出的任务，明确学习环境化学的目的。第一节环境化学地球的形成及其演化地球作为宇宙中较小的一分子，人们对其形成和演化过程的认识也有一个漫长的和递进的过程。“星云假说”在当时，18世纪占有重要的意义。由德国哲学家康德和法国数学家拉普拉斯先后独立提出来的第一个科学的天体演化理论，具有代表性的：俘获说、灾变说、星子说，大部分各有其合理的部分，以现有的事实为基础又提出一些任意的假说，思想上带有片面性。“星云假说”认为地球的形成是由星云状的物质凝聚的结果，这种星云是由尘埃和气体质点组成，它的体积很大，曾遍布在整个太阳系所占据的空间。质点分布不均匀，在引力收缩的过程中，大部分物质向中心集结，逐渐形成原始的太阳。同时，环绕在太阳周围的质点由于互相碰撞，向原始太阳的某一轨道面集中，而形成环绕太阳旋转的，包括地球在内的各个行星。因单纯建立牛顿力学的基础之上，含有形而上学因素随着科学技术的进步，人们思想认识不断发展，太阳系演化学说40多种。演化：在地球形成之后的漫长地质年代，地球逐渐冷却，内中的物质同时发生异作用。使地球逐步分出了不同的圈层，地核、地幔和地壳。三个圈层位于不同的深度，具有不同的物理性质。深度越深，密度、压力和温度越高。软流层：集中大量的放射性物质呈熔融状态，被认为是岩浆的发源地。由地幔顶部和地壳的坚硬岩石组成了厚约为70—100km的岩石圈同时地球上还分异出了水圈和大气圈。由于有了水、空气给生物的发生和发展提供了条件，形成了生物圈地球各圈层形成之后各个圈层之间并不是彼此独立，静止不变的，而是相互制约、相互渗透、相互影响、不断发展和变化的。原始大气成分（H、He）→部分C、N、O→CH→→→环境问题的产生和发展环境：对某一生物主体而言，环境指的是那些影响该主体生存、发展和演化的外来原因和后天性的因素。但是一般我们所提到的环境都指的是人类生存环境。人类生存环境：指的是围绕着人群的，充满各种有生命和无生命物质的空间，是人类赖以生存直接或间接影响人类生产、生活和发展的各种外界食物和力量的总和。环境污染：由于自然和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。自然因素-（人类活动的冲击破坏）-（包括自净能力在内的自然界动态平衡恢复能力）=（环境污染造成的危害）环境问题大多是指环境质量变化问题环境问题的产生：在人类漫长的改造自然的历史中，它的影响还没有超过自然界的物质平衡和生态平衡，自然界对人类反应也不明显。地球为人类提供了阳光、空气、水和土地以及大量的生物及矿物资源。但是人类的生活和生产活动不断地影响和改变着这些环境条件。在18世纪末到20世纪初产业革命产生的巨大生产力使人类在改造自然和发展经济方面建树了辉煌的业绩。同时又由于工业化过程中的处置不当，特别是对自然资源的不合理开发利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生产发展构成了现实威胁。环境问题的发展：20世纪60年代，环境问题=环境污染。主要指的是城市和工农业发展对大气、水、土壤、水质、固体废弃物和噪声污染，并未对土地沙化、森林破坏、某些野生物种的灭绝从战略上予以重视。不足表现在：并没有把环境问题与自然生态联系起来，低估了环境污染的危害性和复杂性。没有把环境污染同社会因素联系，未能追根溯源。1972年，人类环境会议的召开，明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度，而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭，同时宣告一部分环境问题是由贫穷造成的。并明确提出发展中国家须在发展中解决环境问题。第一次把环境问题同社会因素联系起来，但并未指明防治环境问题的根本途径，没有明确解决环境问题的责任，没有强调需要全球的共同行动。20世纪80年代突破性发展：提出了持续发展战略，指明了解决环境问题的根本途径，是从保护环境和资源，满足当代和后代的需要出发强调世界各国政府和人民要对经济发展和环保两大任务负起历史性责任。20世纪90年代：巩固和发展了持续发展战略这种指导思想形成了当代的环境意识。使环境保护和经济、社会协调发展以实现人类的持续发展作为全球行动纲领。环境化学环境科学的产生：自从20世纪五、六十年代起，环境问题越来越受到人们的关注，到了70年代初期，有较多的不同学科的科学工作者投入防治环境污染的研究领域，经长期孕育、发展过程，产生了一门以研究环境质量及其控制和改善为目的的综合性新学科——环境科学。由于相关学科的渗透和交叉，形成了许多分支由于大量的环境问题与化学物质直接相关。因此，环境化学在掌握污染物的来源、消除和控制污染，确定环保决策以及提供科学依据诸方面起着重要的作用。从而决定了环境化学的重要性。1定义环境化学的定义：研究环境中危机环境质量的化学物质，特别是污染物的来源、迁移、分布、反应、转化、效应、归宿以及人类活动对这些过程可能发生的作用和影响。环境化学的任务：研究环境质量其变化规律和改善环境质量的技术等发面有关化学问题。环境化学的内容：（1）有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态。（2）潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为。（3）有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性。（4）有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。环境化学的特点：（1）从微观的原子、分子水平上，来研究宏观的环境现象与变化的化学转化和效应。（2）所研究的环境本身是一个多因素的开放体系，变量的，条件较复杂，许多化学原理和方法则不易直接运用。（3）化学污染物在环境中的含量很低。（4）环境样品一般组成比较复杂，化学污染物在环境介质中还会发生存在形态的变化。（5）分布广泛，迁移转化速度较快，在不同的时空条件下有明显的动态变化。2环境化学的发展动向：当前我国的环境化学研究工作要围绕我国环保工作的需要进行。重点：防治环境污染和生态保护（1）以有机物污染为主的水质污染（2）以大气颗粒物和SO2为主的城市空气污染（3）工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染。第一节环境污染物环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物。一环境污染物的分类人类社会不同功能产生的污染物①工业：资源的过量开采，三废②农业：农药、化肥、水土流失、农业废弃物③交通运输：噪声、燃烧产物、有毒有害物的泄露、扬尘、污水④生活：三废、取暖和炊事的燃料、生活污水、废弃物化学污染物：①元素②无机物③有机化合物和烃类④金属有机和准金属有机化合物⑤含氧有机化合物⑥有机氮化合物⑦有机卤化物⑧有机硫化合物⑨有机磷化合物一．环境效应及其影响因素环境效益：自然过程或人类的生产和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，谓之环境效益。按环境变化的性质分：环境物理效应：由物理作用引起的。环境化学效应：在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应。环境生物效应：环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。二．环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介污染物的迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。转化的途径：物理作用：蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射性元素的蜕变。化学作用：光化学作用、氧化还原和配位络合、水解。生物作用：吸收、代谢。污染物可在单独环境要素圈中迁移和转化，也可以超越圈层界限实现的介质迁移，转化而形成循环。大气中：污染物通过扩散和被气流搬运而迁移，并通过光化学氧化或催化氧化反应而转化。水体中：污染物可通过溶解态随水流动或通过吸附于悬浮物而传输，同时通过氧化还原、络合水解和生物降解等作用发生转化。土壤中：生物降解对污染物迁移转化起着重要的作用。第二章大气环境化学主要介绍大气的结构，大气中的主要污染物及其迁移，光化学反应基础，重要的大气污染化学问题及其形成机制。了解大气层结构，主要污染物运动的规律、迁移过程。一些重要的环境问题的形成过程和机理。第二节大气中污染物的迁移一大气组成的演化地球上的大气是环境的重要组成要素，并参与地球表面的各种过程，是维持一切生命所必须的。大气质量的优劣，对整个生态系统和人类健康有着直接的影响。某些自然过程不断地与大气之间进行着物质和能量的交换，直接影响着大气的质量。尤其是人类活动的加强，对大气环境质量产生深刻的影响。研究大气受到的污染，是当前面临的重要环境问题之一。按地球形成的星云假说，地球星云由尘埃和气体质点凝聚而成。原始大气中氦、氖、氢是最普通的气体。氦和氖的化学惰性大，不易形成化合物，因此很快逃离地球而去。氢虽然比氦、氖轻但其容易与其它元素化合。大气的演化经历了以下几个过程：1.原始存在的氢和氦可通过核聚变反应而合成重元素上述反应释放出了巨大的能量，可引起进一步的核聚变反应1.晚近阶段，地球上形成的大量的水在太阳的辐照下发生光分解反应，从而生产了氧气：由于氧气的生产，地球上才可能产生生物，形成生物圈。另一方面大气与空气的区别与联系：通常所说的空气常作大气的同义词，二者没有实质性差别，一般习惯是将供人和动植物活动的某个场所的气体环境称为空气层。而大气常以大区域或全球性的气流为研究对象。另外目前各国制定的局部地区空气污染和区域性大气污染的标准和评价方法等方面仍存在着区别。对前者称空气污染而后者称大气污染。一大气的层间划分大气层受地球吸引，最大密度紧靠地球表面，随着高度的增加，逐渐变的稀薄。最后与星际气体没有什么区别。因此大气层没有明确的上限。如果从地球表面向上推移，可以划分出性质不同，物理现象和化学现象有很大差异的几个区域。我们如果想要了解大气，就必须了解这几个区域。1.大气温度层结由于地球的旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异。大气温度层结和大气密度层结：通常把静大气的温度和密度在垂直方向的分布称为大气温度层结和大气密度层结。根据大气的温度层结、密度层结和运动规律。可将大气划分对流层、平流层、中间层和热层，更远的地方称为逸散层，那里的气体已极其稀薄。（1）对流层大气的底层，某厚度随纬度和季节而发生变化，其平均厚度约为12km，几乎集中了大气质量的3/4，对人类的影响最大。在这一层中，由于地面吸收太阳能转化为辐射热，辐射热又返回大气，使大气产生热对流而引起大气垂直对流。该层内的主要热源为地面辐射热，故该层的气温随着高度的增加而降低。下部热膨胀气体向上运动，上部冷空气因冷缩而下降，使对流层中气体成分均匀化。这种对流运动有利于大气污染物的稀释、扩散。随高度升高气温的下降率称为大气垂直递减率。P=-dT/dZ因受地表影响的不同①1-2km一下受地表机械热力强烈作用的影响，为摩擦层或边界层。污染物绝大部分活动与此层②1-2km以上受地表影响小称自由大气层，主要天气过程的形成均出现于此层。在对流层中：平均而言dT/dZ0且P=0.6℃∕100m。大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中，污染物的迁移转化过程也主要发生在这一层内。（2）平流层位于对流层之上17-55km之间。层内气体状态稳定，在同温层25km以下的低层，随高度的增加气温不变或稍有上升。从25km往上随高度的增加而升高，到平流层顶时，温度可接近0℃.因为在15-35km范围厚约20km内存在一定臭氧层。其浓度在25km最大。平流层内的臭氧分子吸收太阳的紫外辐射而分解为氧原子和氧分子。当它们重新化合为臭氧分子时，便可释放出大量的热能，这就是平流层温度升高的原因。此层由于上热下冷，空气垂直对流运动很小，只能随地球自转而产生平流运动，故污染物进入此层后形成一薄层，使污染遍布全球。此层水汽、尘埃很少，大气透明度高，飞机多在此层飞，但尾气会破坏臭氧层，成为人们所关注的全球性的环境问