Поведение химических веществ в окружающей среде. Пропан, оксид кремния

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО                                                        ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ                                                                                                      «САМАРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»                                                                 _____________________________________________________________________________________

Кафедра «Химическая технология и промышленная экология»

                                                  

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине «Химия окружающей среды»

 

Поведение химических веществ  в окружающей среде.

Пропан, оксид кремния.

 

 

 

Выполнил: студент 

Консультант:

к.х.н., доцент

 

 

 

 

САМАРА 2011 г.

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………………………………………..

Оксид кремния:

Физико-химические свойства…………………………………………………………………………..

Природные источники……………………………………………………………………………………..

Антропогенные источники………………………………………………………………………………

Действие на организм………………………………………………………………………………………

Превращения в биосфере……………………………………………………………………………….

Пропан:

Физико-химические свойства …………………………………………………

 

Действие  на организм…………………………………………………………..

 

Природные источники………………………………………………………….

 

Антропогенные источники…………………………………………………… 

 

Основные  превращения в биосфере миграция………………………………. 

 

Заключение……………………………………………………………………....

 

Список  литературы…………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одним из научных направлений  и отраслей современной экологии является экологическая химия. Это  наука о химических процессах  и взаимодействиях в окружающей среде, а также о последствиях таких взаимодействий.

В середине XX столетия резко обострились проблемы, связанные с химическим загрязнением биосферы, нередко приводящим к острым токсико-экологическим ситуациям. Это вызвало расширение и интенсификацию исследований масштабов и темпов загрязнения окружающей среды, поиск эффективных приемов охраны атмосферного воздуха, природных вод, почвенного покрова, предусматривающих как снижение потоков химических загрязняющих веществ, поступающих в биосферу с выбросами промышленности, транспорта, с бытовыми отходами, так и ограничение или полное устранение токсичного действия различных веществ техногенного происхождения на растительный и животный мир и главным образом предотвращение отрицательного их влияния на здоровье человека.

  Цель моей курсовой работы – изучение естественных и антропогенных источников оксида кремния и пропана, а так же  процессов их миграции и трансформации в различных частях биосферы и определение их влияния на живые организмы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оксид кремния.

Физические и  химические свойства.

       Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов выступает группа [SiO_4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO_4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO_4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Оксид кремния является жестким  минеральным полимером (Si0₂)*. Для Si0₂ существуют кристаллические модификации кварц, тридимит и кри- стобалит, а также отвердевший в аморфном состоянии расплав Si0₂ (кварцевое стекло). Поэтому горные породы и технические камни, когда-либо подвергавшиеся высокотемпературным воздействиям (например, огнеупоры), всегда содержат наряду с кварцем или без него другие кристаллические модификации кремнезема и стекло. Реже встречающиеся кристаллические модификации Si0₂: волокнистый кремнезем, китит, коэзит, стишо- вит (последний имеет октаэдрическую структуру).

При механическом измельчении Si0₂ на поверхности образующихся частиц возникают дефекты кристаллической решетки, вплоть до возникновения слоя резко нарушенной структуры («псевдоаморфный слой»). Кристаллический Si0₂ обладает свойствами пьезоэлектрика и полупроводника. Свободные валентности незавершенных кремнекислородных тетраэдров на поверхности частицы Si0₂ гидратируются в водной или в содержащей водяные пары воздушной среде с образованием силанольных групп =Si(OH) и =Si(OH)₂ либо образуют связи с атомами металлов или же с органическими радикалами. Атомы металлов могут входить также в структуру кристаллической решетки кремнезема в виде незначительных примесей, которым, однако, придается существенное биологическое значение.

При так называемом «растворении»  Si0₂ в воде происходит гидратация поверхностного слоя кремнекислородных тетраэдров с переходом в раствор молекул монокремниевой кислоты и их последующей полимеризацией. Псевдоаморфный слой подвергается этому процессу быстрее, чем слои неповрежденной кристаллической структуры, что дает начальную фазу относительно быстрого «растворения» Si0₂, которая отсутствует, если частицы были предварительно протравлены щелочью или плавиковой кислотой, разрушающими в первую очередь псевдоаморфный слой. «Растворимость» Si0₂ в водных средах падает при сдвиге рН в кислую сторону: при рН 10,6 она равна 1120мг/л, а при рН 1,0—140 мг/л. Она растет с увеличением удельной поверхности (дисперсности) порошка Si0₂.      Аморфные кремнеземы более растворимы, чем кристаллические; примеси, контактирующие с поверхностью частиц Si0₂, в частности Al, Fe и другие металлы, кроме щелочных, а также минеральные компоненты (зола ископаемых углей) и ряд органических соединений, например алкилхлорсиланы, уменьшают «растворимость». Плавиковая кислота может полностью разрушить Si0_2. При нагревании Si0₂ взаимодействует также с фосфорной кислотой, образуя Si0(P0₃)₂; прочие кислоты на SiО₂ практически не действуют. При нагревании с гидроксидами, оксидами и карбонатами металлов, а также с солями сильных кислот Si0₂ образует силикаты. Растворяется в сильных органических основаниях (например, в этилендиамине).

Диоксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой:

SiO₂ + 6HF → H₂[SiF₆] + 2H₂O,

и газообразным фтороводородомHF:

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O.

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO₂ с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH₂O·ySiO₂ (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

SiO₂ + 4NaOH → Na₄SiO₄ + 2H₂O

,метасиликат кальция:

SiO₂ + СаО → СаSiO₃,

или смешанный силикат кальция  и натрия:

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ → Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂↑.

 

 

 

 

Природные источники.

Содержание свободного кремния диоксида в земной коре 12%; он входит также в состав горных пород в виде различных силикатов или в виде смесей с другими минералами (граниты).Кварц один из наиболее распространенных  минералов, намного реже встречаются тридимит, кристобалит, халцедоны,опалы. 
Мелкие, различно ориентированные кристаллы кварца образуют "жильный" кварц.  
При разрушении горных пород возникают кварцевые пески, уплотнение которых приводит к образованию песчаников и кварцитов. 
 
Hаиболее чистый кварц - горный хрусталь, кристаллы которого могут достигать нескольких метров и весить десятки тонн. Монокристаллы кварца прозрачны, бесцветны - горный хрусталь или окрашены примесями в фиолетовый - аметист, черный - марион, желтый - цитрин,дымчатый--раух-топазцвета. 
Разновидности скрытокристаллические формы кварца: розово-красный сердолик, синеватый сапфирин, яблочно-зеленый хризопраз, полосчатые агаты и ониксы, тонко-окрашенная яшма, кремни и роговики. Уникален аморфный "благородный" опал, состоящий из однородных коллоидных частиц диаметром 0,1-0,3 мкм, плотно упакованных в упорядоченные агломераты; содержание воды в нем менее 1% по массе - для большинства рядовых опалов 4-9%. 
Природные месторождения кремнезема образуют также трепел, диатомит и др. 
Из кремнезема построены панцири диатомовых водорослей, скелеты некоторых губок; он упрочняет стебли растений - хвощей, бамбука, тростника, содержится в соломе. Диоксид кремния ответствен за окремнение форм живых организмов растений. В крови и и плазме человека концентрация кремнезема составляет 0,001% по массе.

 

Антропогенные источники.

   Si0₂ широко применяется в силикатной промышленности— в производстве стекла (кварцевое стекло, силикатное стекло и др.), керамики (фарфор, фаянс, динас и т. д.), абразивов, бетонных изделий, силикатного кирпича; в виде кварца—в радиотехнических приборах и ультразвуковых установках. Инфузорная земля применяется как наполнитель, носитель контактных масс, фильтрующий, теплоизоляционный и абразивный материал; часто используется предварительно обожженный диатомит, в котором, в зависимости от режима прокаливания, та или иная часть Si0₂ присутствует в кристаллической форме кристобалита. Искусственный твердый гель аморфного Si0₂, высушенный и прокаленный (силикагель) используется как сорбент и носитель катализаторов. Некоторые разновидности химически чистого аморфного кремнезема, так называемые аэросилы, используют в качестве наполнителей лаков, пластмасс, резины. Для придания специальных свойств (например, гидрофобности) поверхность частиц некоторых марок аэросилов модифицируется диметилдихлорсиланом и др.Si0₂ имеется в пыли, загрязняющей рабочую зону как при добыче и первичной переработке большинства полезных ископаемых, так и на многих предприятиях металлургии, машиностроения, промышленности строительных материалов и пр. В электротермическом производстве технически чистого К. и кремнистых ферросплавов, при электродуговой плавке высококремнистых сталей, электросварке толстообмазанными электродами,кварцедувных работах и некоторых других высокотемпературных технологических процессах в воздух выделяются тонкодисперсные аэрозоли конденсации аморфного Si0₂.

 

 

 

 

 

 

 

 

Действие на организм.

   При отложении в легких относительно хорошо растворимых частиц высокодиснерсных разновидностей аморфной Si0₂ отмечаются проявления разорбтивного общетоксического действия кремниевой кислоты, в частности действие на печень (Величковский). Первичные патологические изменения, вызываемые Si0₂ развиваются в местах отложения, элюминации и задержки пылевых частиц. Общие проявления вредного действия Si0₂ на организм являются, как правило, вторичными. Типичное заболевание, возникающее под действием кремнеземсодержащих пылей, это силикоз. Наиболее опасен прогрессирующий фиброз легочной ткани (пылевой пневмосклероз). Именно интенсивностью фиброза силикоз отличается от других пневмокониозов. Однако степень селикозоопасности (фебриогенности) пылей меняется в весьма широких пределах и зависит от содержания Si0_, в пыли. Фебриогенность Si0₂ нарастает с повышением дисперсности частиц, но до определенного предела, что связано со все более глубоким нарушением кристаллической структуры. Наиболее селикозоопасны частицы диаметром 1-2 мкм, содержащиеся в реальных аэрозолях дезинтеграции.

 В большинстве случаев  селикозоопасные промышленные пыли содержат Si0₂ наряду с различными силикатами, окислами металлов, углем и другими компонентами. Как правило, любая примесь уменьшает фибриогенность Si0₂ или химического взаимодействия с силанольными группами. Подобным образом действуют окислы железа, некоторые соединения алюминия, угольные пыли. Однако любое из этих соединений в виде пыли накапливающейся в легких, также обладает более или менее выраженным фебриогенным действием.

Для животных диапазон концентраций пыли, под действием которой удавалось вызвать силикотические изменения в легких, довольно широк (от единиц до сотен мг/м³), однако наиболее часто применяются концентрации 30-100мг/м³ при запылении по 5-6 ч в день в течение от нескольких недель до 12-18 месяцев. Интенсивность и темпы развития селикоза  у животных одного и того же вида различны. Однако характер вызываемых пылью Si0₂ изменений в легких и последовательность явлений воспроизводится во всех экспериментах.      ПДК при содержании SiO₂ в пыли св. 70% - 1 мг/м³, 10-70% - 2 мг/м³, 2-10% - 4 мг/м³.

 

 

Превращения в  биосфере.

Теплоэнергетика является источником крупнотоннажных твердых отходов, в числе которых золы и шлаки. Состав отходов углеобогатительных фабрик представлен в таблице

Компонент	Содержание, масс %	Компонент	Содержание, масс %
SiO2	55-60	CaO	0,5-1,0
Al2O3	22-26	K2O+Na2O	4,0-4,5
Fe2O3	5-12	C	5

 Из таблице можно сделать вывод, что выбросы кремнезема в атмосферу довольно значительные. Так как частицы SiO₂ громоздкие порядка 1-2мкм и тяжелые, то эти аэрозоли задерживаются в атмосфере не на долго и выпадают виде осадка, как на континентальную поверхность так и на поверхность гидросферы. Еще заметим что кремнезем  пропускает через себя и не задерживает инфракрасное излучение, что свидетельствует о отсутствии влияния на парниковый эффект.

 Очень малая растворимость, диоксида кремния в воде в условиях земной поверхности препятствует миграции в водных растворах. Это проявляется в накапливании в определенных участках речных и морских отложений с образованием так называемых россыпей.