Otázka: Chemie a životní prostředí
Předmět: Chemie
Přidal(a): Dee
– ekologie – studuje vztahy mezi životním prostředím a organismy
– životní prostředí – vše, co vytváří přirozené podmínky pro existenci a vývoj organismů včetně člověka
– biosféra = životní prostředí + organismy na planetě
– 3 části – atmosféra (~100 km)
– hydrosféra (~11km)
– pedosféra (~m)
– reakce organismů v závislosti na koncentraci látek v životním prostředí:
– vodorovná část – organismus neprojevuje reakci, tzn. je ve stavu homeostázy
– klesající část – karence = dané látky je nedostatek, reakce př. chorobou (hranice
karence pro každý organismus jiná)
– rostoucí část – intoxikace = příliš vysoká koncentrace látky, reakce otravou organismu
– reakce organismu dobře patrné na stopových prvcích
Toxikologie
– z řec. taxon – šíp, toxikon – jed
– zabývá se účinkem jedů na organismy
– jed = látka, která po vstupu do organismu v minimální koncentraci vyvolá poškození organismu nebo až smrt (řádově μg – g)
– o tom, jestli bude daná látka jedem (zda dojde k otravě organismu), rozhodují tyto faktory:
– chemický charakter dané látky:
– př. PCB
toxická málo toxická
– rozpustnost látky:
– př. BaSO4 – velmi málo rozpustný, nefunguje jako jed – proto jej lze použít jako kontrastní látku při RTG (těžký kov,
pohlcuje záření)
– dávka jedu:
– pro každou látku je určena hodnota LD (dosis lethalis – smrtelná dávka) a LD50 – střední smrtelná dávka
– LD50 udává koncentraci dané látky, při které uhyne 50% laboratorních zvířat (pro každou látku je určeno, na kterém
pokusném zvířeti se látka testovala, tj.krysy, morčata, psi, králíci → převést údaje na člověka je obtížné
– látka toxická pro 1 organismus nemusí být toxická pro jiný, př. rulík zlomocný – není toxický pro ptáky; nebo
strychnin – dávka smrtelná pro člověka není smrtelná pro žábu, ale ne už třeba pro hlemýždě
– návyk na danou látku – vzniká při přijímání látky pravidelně, př. arsenik As2O3 při pravidelném podávání mnohem
menších dávek zvyšují LD z 0,15g na 0,4g!
– škodliviny v ovzduší – na většinu látek stanoveny hygienické limity NPK – nejvyšší přípustná koncentrace, vyhlašuje je republikový
hygienik; pokud jsou překročeny → hygienická opatření
– NPK pro: prach – krátkodobá (do 30 min) 500 μg/m3, dlouhodobá (24 hod) 150μg/m3
SO2 – krátkodobá 500 μg/m3, dlouhodobá 150 μg/m3
CO – krátkodobá 6000 μg/m3, dlouhodobá 1000 μg/m3
oxidy dusíku – krátkodobá 300 μg/m3, dlouhodobá 100 μg/m3
– působení toxických látek:
– způsoby podání – perorálně: ústy, intravenozně: do žíly, intramuskulárně: do svalu, subkutánně: pod kůži, parentálně: mimo TS
– korozivní látky – rozrušují živé látky, tkáně – okamžitě!
– kyseliny (sírová, chlorovodíková, dusičná), zásady (hydroxid sodný, draselný), peroxid vodíku, ozon, oxid dusičný
– metabolické jedy – nerozrušují tkáně
– těžké kovy – sloučeniny Hg, Pb: působí destruktivně na enzymy, zabudují se do aktivních center
– organismus vyloučí až 2g Pb za den; více – kumulace a ukládání v kostní dřeni – anemické důsledky
– Hg nedokáže org. vyplavit, kumulací vznik chronických onemocnění, podání DS, TS, difunduje i kůží!
– kyanidy – HCN a její soli CN– (cyankáli KCN)
– HCN – plyn, malá molekula proniká i do malých otvorů, př. vajíček hmyzu – použití k odhmyzování
– LD50 – 1 mg/kg váhy
– oxid uhelnatý CO – váže se na hemoglobin, vznik při nedokonalém spalování uhlíku
– obsah 2% v cigaretovém kouři
– při koncentraci v ovzduší 0,003% již bolesti hlavy, 0,06% smrtelná dávka
– neurotoxiny – účinek na NS; alkaloidy, drogy – atropin, morfin, kokain, kofein; sarin – organofosfát pro voj. účely
– alkoholy – methanol, ethanol
– mykotoxiny – na člověku parazituje 100 druhů hub (napadají vlasy, nehty, močové cesty)
– normálně houby hostitele nenapadají – v přemnožení ad. vznik mykoz – až smrtelné
– plísně bují např. v silech nebo při dopravě (navlhnutí olejnin a oříšků + zahřátí)
– př. Aspergillus flavus – aflatoxiny (v obilninách, luštěninách, mléčných výrobcích – plíseň není
vidět, ale produkce velká → prudký jed
– mutageny – látky narušující genetický kód, výsledkem jsou potraty, abnornální vývoj plodu v těhotenství, vředová
onemocnění, cukrovka, hypertenze, dispozice k nádorovým onemocněním
– př. kyselina dusitá HNO2, toluen, aceton, pesticidy (DDT)
– teratogeny – láty způsobující vývojové a funkční vady plodu, největší vliv mají v prvních 3 měsících těhotenství
– př. acylpyrin, aspirin, penicilin; kontergan (thalidomid) – konterganová aféra 1961 (analgetika, proti
úzkostem → znetvořené plody bez končetin ad.)
– karcinogeny – látky způsobující nádorové bujení, fungují jako „startéry“, není dáno určité množství
– benzín, asfalt, benzen; sloučeniny berylia, chromu, kadmia
Vstup škodlivin do organismu
– dýchacím ústrojím – plyny a aerosoly, prachové látky, rychle pronikají do plicních sklípků a do krve
– silikoza plic – částečky SiO2 v plicích; částečky Be, At, Al → fibroza
– trávicím ústrojím – xenobiotika, konzervanty ad.
– kůží – kapalné látky – fenol a rtuť – ochotně pronikají kůží + žíraviny (korozivní látky)
– rostliny při kontaktu s kůží – bolševník (vyrážky a puchýře, dermatitidy)
Znečišťování atmosféry
– atmosféra do 100 km výšky
– složení troposféry – N, O, vzácné plyny, vodní pára, složení se mění prouděním vzduchu
– obsahuje ještě částečky NaCl, pylová zrna, částečky mrtvých živočichů – přirozené znečištění
– antropogenní znečištění – vyvolané lidskou činností:
– emise – vypouštění, emisní koncentrace je určena předpisy
– př. oxidy dusíku, oxid siřičitý
– oxid siřičitý vzniká spalováním hnědého uhlí → emise – ten v ovzduší reaguje s kyslíkem na oxid sírový, zaprší a s vodou vznikne
roztok kyseliny sírové: SO3 + H2O → H2SO4
– imise – spad, kocentrace obou se liší
– emise se fyzikálně transportuje globálně (x tisíc km), prochází chemickou změnou – vznik imise
Globální znečišťování atmosféry
– kyselá atmosferická depozice – kyselý déšť:
– z 50 % roztok kyseliny sírové viz výše, z 50% kyselina dusičná
– oxid dusnatý a dusičitý NOx vznikají za vysoké teploty ve spalovacím motoru, po dešti vznikne HNO3
– průměrné pH deště v PHA – 3–4
– vliv na rostliny (př. jedle), při pronikání do půdy se uvolňuje hliník (→ alzheimer)
– odsiřovací technologie:
– reakcí vápenného mléka a oxidu siřičitého vzniká sádrovec: Ca(OH)2 + SO2 → CaSO4 . 2H2O
– vyžíháním sádra CaSO4 . ½ H2O
– použití: výroba sádrokartonu
– zbavování atmosféry oxidů dusíku:
– oxidy dusíku se převádí pomocí amoniaku na dusík a vodu: NOx + NH3 + O2 → N2 + H2O
– smog – losangeleského typu – před 40 lety popsán v LA
– vznik při teplotě 25–30 °C, vysoké C výfukových plynů, slabé proudění vzduchu, int. slunečním záření
– účinkem zejm. slunečního záření se rozkládají oxidy dusíku na atomární kyslík, který se slučuje s kyslíkem
na troposferický ozon (žlutohnědá barva): NOx → O
O + O2 → O3
– londýnského typu – popsán 1952 v Londýně (dnes částo např. Ostravsko)
– vznik v zimě při dlouhotrvající inverzi, mnoho lokálních topenišť (tzn. mnoho SO2 v ovzduší), nízká teplota
do 5°C, brzké ranní hodiny (největší koncentrace), bílá mlha
– úbytek ozonu v atmosféře – ozonosféra 20–24 km
– 1968 Antarktida – množství ozonu bylo naměřeno nižší, než se předpokládalo
– ozonová vrstva kolísá, nejnižší C je v říjnu–listopadu, snižuje se o 50–70%
– ozonová sféra brání prostupujícímu UV záření
– vznik ozonu: O2 → O + O
O + O2 → O3
– freony (halogenované uhlovodíky s min. 2 různými halogeny) v atmosféře, př. CFCl3 trichlorfluormethan se
vlivem UV záření rozkládá na radikály, chlorový radikál poté napadá molekulu ozonu; poslední dvě reakce
se opakují a výsledkem je úbytek molekul ozonu, chlorový radikál setrvává cca 50–100 let
CFCl3 → CFCl2∙ + Cl∙
Cl∙ + O3 → ClO + O2
ClO + O → O2 + Cl∙
– Montrealský protokol 1987 – snížení produkce freonů
– skleníkový efekt – tepelné záření ze Slunce dopadá na Zemi, odráží se, vrstva plynů brání úniku záření zpět do atmosféry (CH4, CO, H2O)
– možným důsledkem je oteplování zemského povrchu
– aerosoly – aerodisperzní soustavy, ve vzduchu je rozptýlena určitá částice:
– mlha – kapalina ve vzduchu (10–8 – 10–5 m)
– dým – pevná částice ve vzduchu (10–9 – 10–5 m)
– prach – pevné částice s průměrem větším než 10–5 m
– ionty těžkých kovů – dýchací soustavou do organismu
Znečišťování ovzduší v uzavřených místnostech (mikroklimatech)
– látky ze stavebních materiálů (rozpouštědla, lepidla, formaldehyd, plasty, rozprašovače, spreje)
– kouření – uvolnění CO a nikotinu (LD 50–60 mg – tj. cca 1 cigareta, ale největší část nikotinu shoří → 1–2 mg z 1 cigarety
– nekuřáci – pasivní kouření je horší, nekuřáci nejsou adaptováni na zplodiny
– klimatizace – znečištění vzduchu patogenními organismy
– 1976 v hotelu ve Philadelphii 29 hostů – tzv. legionářská bakterie namnožená v klimatizaci
Znečišťování vod
– pitná voda – strategická surovina, nedostatková, zdroje jsou omezené, příprava i z tekoucích vod
– BSK – biochemická spotřeba kyslíku
– o kvalitě vody rozhoduje množství organických látek přítomných ve vodě
– BSK = množství oxidačního činidla (nejčastěji chroman draselný), které je potřeba, aby se odstranily z vody organické
látky, tzn. menší spotřeba → lepší voda
– coli–index – množství bakterie E. coli, které může být v 1 litru vody (cca 80 000)
Znečišťování půdy
– průmyslová hnojiva, splachem z půdy se dostanou do tekoucích vod → eutrofizace vod – přemnožení sinic a řas
– havárie – nepohybuje se jako voda, půda se proto musí odtěžit a odvézt k sanaci
Zpracování odpadů
– odpad = věc, které se chce majitel zbavit a jejíž odstranění je nutné z hlediska péče o životní prostředí
– použití na další výrobu druhotné suroviny – nutnost třídění
– pyrolýza – tepelný rozklad za nepřístupu vzduchu za vysokých teplot, až 1000°C
– zpracovávají se tak př. syntetické makromolekulární látky, produktem je HCl
– spalování – častější způsob, odpad se zmenší na 10–15%, musí být zajištěno zpracování spalných produktů
– spalováním se uvolňuje mnoho tepla – spalovna funguje jako výtopna; může se využít na zahřívání páry – tepelná elektrárna
– 11% odpadu obsahuje popel s těžkými kovy → na skládku
– skládkování – „černá skládka“ x otevřená skládka
– v organickém odpadu se množí bakterie a viry (Salmonella – přežije 115 dní, Clostridium tetani – 1 rok)
– řízená skládka – v bazénu, který zabraňuje stékání kapaliny kontaminující okolí, speciální likvidace, každá vrstva skládky
se překrývá zeminou
– kompostování – mikroklima s vnitřní teplotou cca 60°C – organický materiál se mění na humus (nejlepší přírodní hnojivo), podmínkou
je důsledně vytříděný odpad
