2.5.2 Синтетичні органічні  сполуки Карбону

 

     Органічні сполуки, або сполуки вуглецю, відрізняються  від неорганічних численністю і  різноманіттям перетворень. Якщо неорганічних сполук налічується близько 200 тисяч, то органічних сполук відомо понад 2 мільйонів. Закони хімії керують поведінкою як неорганічних, так і органічних речовин. Однак органічні сполуки мають ряд відмінних. Так, більшість неорганічних сполук - тугоплавкі речовини, а для органічних сполук характерно стан газів, рідин та низькоплавких твердих тіл; більшість неорганічних сполук не горючі, органічні легше окислюються і горять, ніж неорганічні.

     В 60 – 70 рр. створені перші штучні волокна із полімерів з синтетичними особливостями, наприклад; термостійкі волокна, вуглеводневі волокна, фтороволокна. Застосування синтетичних волокон зменшило частку використання природних матеріалів і тим самим покращило екологічну ситуацію. Так виготовлення шовку з штучної сировини зменшило потребу у використанні коконів шовкопрядів, що не тільки істотно знизило ціну на вироби, але й вберегло популяцію шовкопрядів від вимирання.

     Але є і негативна сторона у  використанні синтетичних органічних сполук Карбону – це потреба у  великій кількості сировини. Крім великої кількості сировини для хімічної індустрії потрібно багато палива і енергії. Підвищеною електроємністю, зокрема, характеризується отримання синтетичного каучуку на базі ацетилену (до 15 тис. кВт / год на 1 т готової продукції) і фосфору шляхом електровозгонкі (до 20 тис. кВт / год). При виробництві синтетичних матеріалів у величезних кількостях поглинається теплова енергія - пар.[10]

     2.5.3 Глобальна проблема  потепління клімату.  “Парниковий ефект”.

 

     Образну назву «парниковий ефект» одержало природне явище суть якого полягає в тому, що атмосфера затримує теплове випромінювання яке йде від земної поверхні (подібно до плівки над городнім парником).

     Гази, що затримують теплове випромінювання і перешкоджають витіканню тепла  в космічний простір, називаються парниковими газами.

Завдяки парниковому ефекту середньорічна  температура біля поверхні Землі  за останнє тисячоліття складає  приблизно 15 °С. А без нього вона опустилася б до -18 °С, й існування  життя на Землі стало б неможливим. Основний парниковий газ — водяна пара, яка затримує до 60 % теплового випромінювання Землі. Вміст водяної пари в атмосфері визначається планетарним колообігом води і при сильних широтних і висотних коливаннях загалом є практично постійним.

     Інші 40 % теплового випромінювання Землі затримують інші парникові гази, у тому числі більше 20 % — вуглекислий газ.

     З початком епохи індустріалізації в  атмосферу почав надходити вуглекислий  газ, що утворюється в результаті спалювання викопного палива. За розрахунками фахівців, зараз атмосфера містить на 25 % вуглекислого газу більше, ніж його було накопичено за останні 160 тисяч років. На думку деяких учених, відбулося порушення біосферного вуглецевого кругообігу: надходження вуглекислого газу в атмосферу почало перевищувати його споживання живими організмами.

     До  інших парникових газів, поява яких в атмосфері в значній кількості o6умовлена господарською діяльністю людини, належать метан СН₄. Частка його впливу на посилення парникового ефекту складає 15%. Фторхлорвуглеці (фреони), витік яких відбувається на промислових га інших об'єктах, частка їх впливу 12—24%, нітроген оксиди, що потрапляють в атмосферу внаслідок спалювання палива в реактивних літакових і ракетних двигунах, застосування азотних добрив в сільському господарстві, частка їх впливу 5—6%

В даний  час від спалювання різного палива в атмосферу щорічно надходить 0,7% загальної кількості атмосферного CO₂. Середньорічна температура за останні 100 років зросла ~ на 0,5 ° С. Відповідно рівень Світового океану за цей період піднявся на 10-15 см за рахунок теплового розширення вод Світового океану і частково - таненням льодовиків. Все це свідчить про те, що людська діяльність (антропогенний чинник) робить все більший вплив на глобальні процеси, пов'язані з тепловим режимом нашої планети.

     За  останні роки відзначається поступове  зростання кількості цих парникових газів в атмосфері.

     Через це було введено термін вуглецевого  сліду (carbon footprint), що показує, скільки  коштує екології той чи інший продукт, послуга чи інша людська діяльність.[10]

 

3 Розрахункова частина

 

Дослідження біохімічного колообігу  вуглецю в біогеоценозах

     3.1 Завдання

 

1. На основі значення біомаси розрахувати кількість  трофічних рівнів у екологічній  піраміді.
2. Визначити максимально можливу кількість парних зв’язків у системі із 60 популяцій.
3. Розрахувати інформаційну ємність екосистеми із 4 трофічних рівнів за індексом Шеннона.
4. На основі рівняння фотосинтезу обчисліть кількість кисню (у кг), яка виділяється при поглинанні 250 кг вуглекислого газу рослинами-фотосинтетиками.
5. На основі рівняння фотосинтезу у зелених рослинах обчисліть кількість глюкози (C₆H₁₂O₆), яка запасається при розкладі 1,2∙10¹¹ т води.
6. Рослини земної кулі виділяють в атмосферу 440 млрд. т кисню. Оцініть кількість органічної речовини, яка утворюється зеленими рослинами щороку.

     3.2 Розрахунки

 

1. На основі рівняння кількості трофічних рівнів в екологічній піраміді визначаємо кількість трофічних рівнів (n):

 

n=1+lg(B_n/B₁)/lgk      (4.1) 

де n – кількість трофічних рівнів;

   B_n, B₁ – енергія на n-му та на 1-му рівні (або біомаса на цих рівнях);

   k – коефіцієнт передачі (зазвичай k=0,1). 

   n=1+ lg(4300/43000)/lg0,1=2  

2. Знаходимо максимально можливу кількість  парних зв’язків у системі із 60 популяцій:

 

k=60(60-1)/2=1770      (4.2) 

3. На основі розподілу популяцій по трофічним рівням розраховуємо інформаційну ємність такої екосистеми за індексом Шеннона:

 

      (4.3) 

де    S – загальна кількість трофічних рівнів.

    m_i – кількість особин і-го трофічного рівня,

    N – загальна кількість популяцій. 

H=-(0,5lg0,5+0,33lg0,33+0,13lg0,13+0,034lg0,034)=0,47 
 

4. На основі рівняння фотосинтезу розраховуємо кількість кисню (у кг), яка виділяється при поглинанні 250 кг вуглекислого газу рослинами-фотосинтетиками:

 

     250 (кг)                     х (кг)

6СО₂ + 6Н₂О    C₆Н₁₂О₆ + 6О₂            (4.4)

                   6´44 (г/моль)     6´32 (г/моль) 

     Складаємо пропорцію та знаходимо масу виділеного кисню: 

 

5. На основі рівняння фотосинтезу обчислюємо кількість глюкози (C₆H₁₂O₆), яка запасається при розкладі 1,2∙10¹¹  т води.

 

     1,2∙10¹¹ (т)        х (т) 

6СО₂ + 6Н₂О 

  C₆Н₁₂О₆ + 6О₂

                              6´18(г/моль)  180(г/моль) 

     Складаємо пропорцію та знаходимо масу глюкози (C₆H₁₂O₆): 

     

 

6. Оцінюємо  кількість органічної речовини, яка  утворюється зеленими рослинами  щороку:

                                             х (т)      440 млрд т

6СО₂ + 6Н₂О 

  C₆Н₁₂О₆ + 6О₂

                                     180(г/моль)     192 (г/моль)         

 

ВИСНОВКИ

 

     В даній курсовій роботі було досліджено:

     1. У першому розділі було досліджено  біохімічні кругообіги в біоценозі.  Було розглянуто структуру та  основні типи колообігів речовин  (колообіг води, вуглецю, кисню, азоту, фосфору, сірки) та основні методи кількісного вивчення біогеохімічних  колообігів.

        2. У другому розділі  було досліджено геохімічний  колообіг Карбону, а саме: знаходження та поширення Карбону в природі, було висвітлено біологічну роль елементу, хімічні та фізичні властивості Карбону та його основних сполук. Також було досліджено біологічний колообіг Карбону, колообіг Вуглецю в атмосфері, гідросфері та в ґрунті, шляхи накопичення енергії та органічних речовин рослинами, розглянуто рівняння фотосинтезу.

Було  досліджено антропогенний колообіг Карбону та особливо гострі проблеми сучасності, такі як:  вплив синтетичних органічних сполук Карбону на довкілля, глобальна проблема потепління клімату. “Парниковий ефект”, карбонатна твердість води та шляхи подолання даної проблеми.

      У розрахунковій частині було розраховано кількість трофічних рівнів у екологічній піраміді (n=2), визначено максимально можливу кількість парних зв’язків у системі із 60 популяцій (k=1770), розраховано інформаційну ємність екосистеми із 4 трофічних рівнів за індексом Шеннона (H=0,47), обчислено кількість кисню, яка виділяється при поглинанні 250 кг вуглекислого газу рослинами-фотосинтетиками (m(O₂)=182 кг), на основі рівняння фотосинтезу у зелених рослинах було обчислено кількість глюкози (C₆H₁₂O₆), яка запасається при розкладі 1,2∙10¹¹ т води (m(C₆H₁₂O₆,)=2∙10¹¹ т), було оцінено кількість органічної речовини, яка утворюється зеленими рослинами щороку (m(C₆H₁₂O₆,)=0,41∙10¹² т). 

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Кучерявий В.П. Екологія. Львів: Світ, 2000 – 500 с.
2. В. И. Вернадский. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. М.: Наука, 2001 г. – 376 с.
3. Р.Дажо. Основы экологии. М.: Мир, 1975.– 415 с.
4. Г.А.Новиков. Основы общей экологии и охраны природы. Л., 1979 – 121 с.
5. Карцев А.А. Основы геохимии нефти и газа. М.: Недра, 1969. 269 с
6. М.В. Євсєєва, О.А. Гордієнко, Н.С. Звуздецька. Хімія неметалів. Лабораторний практикум. Навчальний посібник – Вінниця: ВДТУ, 2003. – 73 с.
7. В.І. Саранчук, М.О.Ільяшов, В.В. Ошовський, В.С.Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. – с. 600
8. В.И.Вернадский. Живое вещество М.: Наука, 1978 г. – 358 с.
9. Л.І.Сидоренко. Сучасна екологія: наукові, етичні та філософські ракурси. Навчальний посібник – К.: Парапан, 2002. – 152 с.
10. Чибисова Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия. Учебное пособие. Калининград, 1998 г. 113 с.