Поведение химических веществ в окружающей среде: Пентан, Ртуть

 

Пентан

 

    Находится в составе природных и попутных газов в количестве 0,1-5,5 %.

 

 

 

 

 

 

4. Антропогенные источники поступления  в атмосферу.

 

 

 

Ртуть

 

    Современные антропогенные выбросы ртути в атмосферу соизмеримы с выбросами, образующимися в ходе природных процессов: испарения со всей поверхности суши; возгонки ртути из соединений, находящихся на большой глубине в толще земной коры; вулканической деятельности. Так, только за счет сжигания угля в течение XX века нагрузка ртути на единицу площади суши Земли увеличилась приблизительно в 10 раз (с 0,7 до 6 г/км²) и по состоянию на 1 января 1995 г. в атмосферу ежегодно поступает 0,5 тыс. т ртути, что составляет 50 % того количества, которое выделяется в результате дегазации мантии Земли. Из производимого в мире количества металла (10-15 тыс. т) 70 % безвозвратно теряется, и только 15 %  удается использовать вторично. Источником загрязнения среды ртути служит процесс пирометаллургического получения металла и все процессы, в которых используется ртуть; сжигание любого органического топлива  (уголь, торф, нефть, газ, древесина); металлургические производства, особенно цветная металлургия; коксование угля, возгонка древесины, термические процессы с нерудными материалами. Потери ртути на предприятиях по производству хлора и каустической соды составляют около 1 г на тонну продукта, в металлургии 5-7 %  общего объема производства ртути. Производства 1 т черновой меди в атмосферу выбрасывается 2.1 т пыли с содержанием до 4 % ртути. Выделяется ртуть в атмосферу и при сжигании мусора. Одним из важных источников загрязнения ртути окружающей среды являются сточные воды.

   Техногенно рассеиваемая  ртуть (пары, водорастворимые соли, органические соединения) отличается геохимической подвижностью по сравнению с природными (преимущественно сульфидными, труднорастворимыми, малолетучими) соединениями ртути и поэтому более опасно в экологическом отношении.

   

 

 

Пентан

  

   Пентан – типичный насыщенный алифатический углеводород.  Содержится в газовом конденсате, в легких погонах нефти и продуктах ее деструктивной переработки, в продуктах переработки сланцевой смолы; образуется при синтезе углеводородов по методу Фишера-Тропша. В бензине, получаемом  из природного газа, содержится до 40 % технических примесей (смесь н-пентана и изопентана в соотношении 1:1 с примесью около 2% неопентана).

   Пентан выделяют  из указанных продуктов ректификацией  или ректификацией в сочетании  с селективной адсорбцией на молекулярных ситах. В лабораторных условиях пентан получают гидрированием пентонов, восстановлением амиловых спиртов и карбонильных соединений, декарбоксилированием соответствующих карбоновых кислот.Изопентан может быть получен изомеризацией н-пентана Pt/g-Al₂O₃, или в присутствии AlCl₃; неопентан – взаимодействие 2,2-дихлорпропана с СН₃Li, (CH₃)₂Zn или CH₃MgI.

    Технологический  пентан (температура вскипания 24-34 ⁰ С, плотность 0,620, октановое число 90) добавляют к бензинам (до 15 %) для повышения их испаряемости и октанового числа.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             5. Основные превращения в биосфере.

 

Ртуть 

 Влияние на окружающую среду

 

    Как видно из физико-химических  свойств, ртуть способна реагировать  с довольно большим количеством  веществ, хотя и при определенных условиях. Но в принципе при обычных условиях ее можно охарактеризовать как малоактивную. Однако она очень токсична и при больших концентрациях в  живых тканях может оказать очень большое негативное воздействие.

    Опасно то, что ртуть способна передаваться по трофическим цепям.

    Биологический кругооборот  ртути можно показать следующим  образом: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Поступившие в атмосферу  пары ртути сорбуруются аэрозолями, вымываются атмосферными осадками, сорбируются почвой, включаясь в кругооборот  в почве и воде (ионизируются, превращаются в слои, подвергаются метилированию, усваиваются растениями и животными). В процессе аэрогенной, водной, почвенной, и пищевой миграции Hg⁰ превращается в Hg²⁺. Время пребывания Hg⁰ в атмосфере оценивается от нескольких месяцев до двух лет; время пребывания Hg²⁺ - от нескольких дней до нескольких недель. Концентрация паров ртути в атмосфере экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния от источника загрязнения. Доминирование парообразной формы ртути (соотношение паров и аэрозолей в выбросах составляет 12 : 1 и по мере удаления от источника поступления возрастает) ведет к тому, что она переносится на очень большие расстояния от источника поступления, включается в глобальный цикл ртути. В радиусе до 5 км выпадает 6 % валового выброса паров ртути на расстоянии до 100 км – 60 %.

      За многие реакции  превращения ртути в соединения  с другими элементами влияют  микроорганизмы и бактерии, и  для поддержания их жизнедеятельности  необходима восстановительная среда; метилртуть образуется при таких условиях, которые не достаточны для образования сульфида ртути. Следует отметить, что  скорость образования диметилртути в несколько тысяч раз ниже скорости синтеза метилртути. Однако, диметилртуть является летучим веществом и может испаряться из водной среды, в которой она образовывалась. Другие организмы способны вновь превращать метилртуть в элементарную ртуть.

 

Влияние на живые организмы

 

Ртуть из почвы попадает в растения (деревья, траву), овощи  и фрукты, поэтому в небольших количествах она содержится в продуктах питания растительного и животного происхождения.

  Таким образом, в организме  любого человека, который даже  никогда не работал со ртутью  и не находился в местах  ее значительного скопления, всегда  имеется некоторое количество ртути. Недостаток ртути в организме, равно как и ее избыток, приводит к функциональным растройствам.

  Ртуть -  это высокотоксичный,  кумулятивный (т. е. способный  накапливаться в организме) яд. Поражает кроветворную, ферментативную, нервную системы и почки. Наиболее токсичны некоторые органические соединения, особенно метилртуть. Ртуть относится к числу элементов, постоянно присутствующих в окружающей среде и живых организмах, содержание ее в организме человека составляет 13 мг . 
Кодексным комитетом объединенной комиссии ФАО и ВОЗ установлена недельная безопасная доза присутствия общей ртути - 5 мкг, т. е. пять миллионных долей грамма (!) на каждый килограмм массы человеческого тела. Допустимая концентрация металлической ртути в воздухе - 0,0001 мг на один литр. Что же касается метилртути, то ее доля еще меньше - всего 3,3 мкг/кг массы тела. Метилированная форма ртути из-за большей растворимости в жирах быстрее проходит через биологические мембраны по сравнению с неорганической ртутью. Например, метилированная ртуть легче проникает через плаценту, в результате чего воздействует на развивающиеся эмбрион и плод. Выявлены случаи высокой концентрации метилртути в крови новорожденных, в то время как содержание ртути в материнской крови соответствовало норме.  
При поступлении в организм из окружающей среды ртуть распределяется по органам и субклеточным структурам. В организме ртутные соединения проникают в различные органы и ткани, но больше всего их обнаруживают в крови, печени, почках и головном мозгу. В клетках наблюдается неравномерное распределение ртути: 54% накапливается в растворимой фракции, 30% - в ядерной, 11% - в митохондриальной, 6% - в микросомальной. 
В крови снижается количество эритроцитов, в печени и почках развиваются

 

 

 

 

 

 

 

 

Пентан:

 

 Влияние на окружающую среду

 

   Пентан, попадая в окружающую среду, естественно будет реагировать с кислородом. Окисление может идти по-разному, при этом продукты реакции могут быть как CO₂, CO и H₂O, так и различные кислородсодержащие органические соединения.

 

    2C₅H₁₂ +6O₂          5CH₃COOH + 2H₂O

 

      C₅H₁₂ + 8O₂         5CO₂ + 6H₂O

 

      2C₅H₁₂ + 11O₂         10CO + 12H₂O

     

        С₅H₁₂ + 3O₂           5C + 6H₂O

 

    На воде пентан образует тонкую пленку, при этом он реагирует как с кислородом  воздуха, так и с кислородом воды.

    В атмосфере  также происходят реакции сульфоокисления  пентана, причем

                                     hn

     С₅H₁₂ + SO₂ + O₂           С₅H₁₁ – SO₃H + H₂O

   

    Или же может произойти сульфирование пентана, но лишь в том случае, когда в атмосфере высоко содержание H₂SO₄, которое зависит от количества выброса SO₂ и SO₃.

 

     C₅H₁₂ + HO-SO₃H          C₅H₁₁ – SO₃H + H₂O

 

     Также, при повышенном содержании Cl₂ в атмосфере могут идти реакции галогенирования пентана, с образованием хлор-, дихлор-, трихлор-, тетрахлорпентана.

 

      C₅H₁₂+Cl₂                   HCl + C₅H₁₁Cl  

    

                    

 

Влияние на живые  организмы

 

Общий характер - вызывают наркоз, обладают раздражающим действием(человек)

   Животные: в опытах  на мышах часто вызывает наркоз, часто с быстрой гибелью. Характерно падение кровяного давления. 
   Поступление, распределение и выведение из организма. Основной путь поступления ингаляционный. Растворимость в цельной крови выше, чем в плазме; в тканях больше, чем в крови. Сразу после 4 часов ингаляции пентана в концентрации 24000 мг/м³ распределение его в органа и тканях крыс составило (в мг %): околопочечный жир 14,4, надпочечники 64,73, грудина 6,76, сальник 3,47, печень 2,3, головной мозг4,14, почки 4,41, мышца бедра 3,17, селезенка 3,17, легкие 3,30, сердце 4,13, кровь 0,76. При повышенной температуре среды (40 ⁰ С) накопление пентана в организме снижается, но характер распределения сохраняется. Через кожу пентан всасывается слабо. Является эндогенным продуктом обмена, веществ, образуется в процессе перекисного окисления липидов, идентифицирован в выдыхаемом воздухе млекопитающих и человека. 
    Можно схематически показать метаболизм алифатических углеводородов, к коим и относится пентан:    

 

                                                                                                            C₄H₉-COOH

 C₄H₉-CH₃      C₄H₉-CH₂OH      C₄H₉-CHO         C₄H₉-COOH

                                                                                                            CO₂ + H₂O 

 

 

 

                            6. Заключение

 

   В заключении  я хочу отметить важность изучения поведения химических соединений в окружающей среде, поскольку, зная влияние веществ на нее, человек может предотвратить или хотя бы уменьшить это влияние. К тому же, с каждым днем все больше и больше становится по-настоящему сильных загрязнителей, которые оказывают губительное воздействие как на окружающую среду, так и на человека. Это и прямое попадание вредного вещества в организм, и посредственное, то есть через трофические цепи.

     Я считаю, что степень  изученности поведения заданных  веществ (ртуть и пентан) достаточна, поскольку можно сказать как будет вести себя то или иное вещество в окружающей среде при различных условиях, т.е. с чем будет реагировать и как будут в дальнейшем вести себя продукты этих реакций.

     Однако, мне кажется  что охрана окружающей среды  все же не отвечает тем требованиям, которые необходимы при данных уровнях загрязнения данными веществами, тем более такими  токсичными как ртуть и некоторые ее соединения.