Curs chimia mediului 3-7

7/29/2019 Curs chimia mediului 3-7

1/7

Curs 3

Proprietatile principalilor componenti naturali ai aerului

Atmosfera de astazi a Pamantului contine:- azot molecular in proportie de aproape 4/5, (78%)- oxygen molecular, 20,5%- argon, 0,92%- dioxid de carbon, 0,03%- ozon (O3)- alte gaze, praf, fum, alte particule in suspensie etc.

Azotul

Denumirea vine de la cuvantul de origine greaca Azotos = fara viataStructura moleculei de azotZ=7

A=141s22s22p3

Proprietatile azotului:-proprietati fizice:

substanta gazoasa, la temperature si presiune ambianta;

incolor, indoor in toare starile de agregare;

in stare gazoasa, are densitate mai mica decat aerul (1,2505g/l la 00C si 1 atm);

Tcrt. (temperature deasupra careia gazul nu mai poate fi lichefiat, oricat ar creste presiunea) = -1470 = 126 K

Pcrt (presiunea minima necesara pentru a lichefia un gaz la temperature critica) = 33,5 atm;

V molar critic = 90l;

Solubilitate mica in apa: 23,2 ml N2/1 l apa (la 00C);Vapori substantele in stare gazoasa la temperature mai mari decat temperature lor critica, conditii in care substanta

coexista in stare gazoasa si lichida.

Azotul lichid este produs industrial in cantitati mari prin distilare din aerul lichefiat. Este un lichid cu aplicatii incriogenica (foarte rece) care produce degeraturi instante in contactul direct cu tesuturile vii.

- proprietati chimice:Molecula N2 are o reactivitate f. mica (in constrast cu reactivitatea combinatiilor azotului cu diferite elemente, care

este foarte mare).Nu arde si nu intretine arderea.Din cauza inertiei chimice f. mari, molecula N2 reactioneaza numai la temperature ridicata si/sau in prezenta unor

catalizatori sau in prezenta microorganismelor.1. Reactia cu nemetale:N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g), slab endotermN2 + O2 = 2NO (Reactia are loc in prezenta scanteiei electrice si este endoterma: 10% NO la 40000 C si la 7000C.

Molecula de NO este stabilita si se poate separa).

2. Reactia cu metale alcaline:

Li + N2 = Li3N (la temperature camerei, nitrurile de Na si K nu au fost identificate)Mg + N2 = Mg2N3 (200-3000C)

3. Reactia cu carbidul CaC2 + N2 = CaCN2 ( cianamida de calciu) + C

CaCN2 + H2O (vapori) = 2NH3 + CaCO3 aplicata pt obtinerea amoniacului, dar abandonata

4. Formarea combinatiilor organice sub influenta microorganismelor.

Ciclul mic:Azot anorganic (N2, aer) -> azot anorganic ((NH4)-, sol) -> azot organic (compusi organici complecsi, plante si

animale) -> azot anorganic (sol)Ciclul mare se realizeaza intre aer si sol:

Azot anorganic (NH3) din sol + enzyme de denitrificare -> azot anorganic (N2) din aer

Oxigenul

Oxigenul este al 2-lea gaz ca pondere din atmosfera sic el mai raspandit element de pe planeta, gasindu-se atat instare libera cat si sub forma de compusi:


2/7

- in stare libera: oxygen molecular in aer (21%), ozon (O3) in straturile superioare ale atmosferei;- in compusi: substante organice (apa, oxizi, silicate, carbonate, azotati, fosfati, sulfati etc.)Denumirea de oxygen (oxus = acid, genae = a produce) inseamna producator de acizi. Denumirea propusa de

Antoine Lavoisier provine dintr-o eroare, chimistul a considerat ca toti acizii contin oxygen.Structura ,moleculei de oxygenZ=81s22s22p4

Forme alotropice ale oxigenului: dioxigen (gazos O2, incolor), ozone (gazos O3, albastru deschis), tetraoxigen(O4, metastabil)

Reactia cu metale:

Na + O2 (aer) = Na2O. reactie foarte energica. Metalele alcaline se pastreaza sub petrol!

Mg (sarma, pamblica) + O2 (aer) = 2MgO, arde foarte usor cand este aprins cu un chibrit, arde cu degajare decaldura intense si lumina alba

Blocurile de Mg se aprind foarte usor in amestec cu pulbere de Al si BaO (bombe incendiare).

Al + O2 = 2Al2O3, arde mai greu

Fe + O2 (aer uscat) = 2Fe2O3, arde si mai greu

Fe + O2, H2O (aer atmosferic) = FeO(OH) ruginaReactia cu substante organice:Toate substantele organice ard in aer cu formare de CO2, H2O si eventual SO2, NOx etc. Substantele volatile:

alcooli, eteri, acetone, CS2 se aprind in aer la o anumita temperature (adesea mult sub 1000C) atunci can dating oanumita concentratie critica a vaporilor lor in aer. De aceea e necesara ventilatie cand se manipuleaza aceste substante.

Ciclul O2 in natura. Biochimia oxigenuluia. procese consumatoare de O2:O2 + materii organice vii (respiratie om, animale) -> CO2O2 + materii organice moarte (putrefactii, bacterii) -> CO2O2 + combustibili (contrale, agregate industriale, masini etc) -> CO2

b. procese naturale generatoare de O2CO2 + (hv) -> materii organice (in plante) + O2Proprietati chimice:

- oxigenul este substanta gazoasa care intretine arderea.

- Molecula O2 are o reactivitate foarte mare. Aproape toate elementele se combina cu oxigenul molecular si

formeaza oxizi. Exceptie fac gazele rare, halogenii si metalele nobile (Au, Pt). reactiile cu oxigenul sunt reactii cu degajarede caldura, adesea foarte violente. Reactiile cu O2 din aer decurg mai putin violent decat cu O2 pur.

Se disting 2 moduri de a reactiona cu O2:1. reactie energica (arderi vii) care se produc cu mare degajare de caldura si lumina, atunci cand e in stare pura,

fosfor alb, sulf, carbon, magneziu, aluminiu, fier, orel.2. arderi lente, care se produc cu O2 din aer. Au loc cu aceeasi degajare de caldura dar in timp mai indelungat,

deoarece caldura este absorbita progresiv de N2 din aer (care se incalzeste).

1. Reactia cu nemetalele:P4 (bucati) + 5O2 (aer) = P4O10 aprindere la aprox. 600C, apoi continua fiind exoterma.

Proprietati fizice:- substanta gazoasa, la T si P ambianta;- incolor, insipid, indoor in stare gazoasa;- culoarea albastra in stare lichefiata, (banda de absorbtie la 634 nm);

- in stare gazoasa, are densitate mai mare decat aerul (1,4289 g/l la 00

C si 1 atm); 1,1 ori mai greu decat aerul;- Tcrt temp deasupra careia gazul nu mai poate fi lichefiat, oricat ar fi creste presiunea; Tcrt = -1180C = 155 K (-

1830C)- Pcrt presiunea minima necesara pentru a lichefia un gaz la temp critica; Pcrt = 49,7 atm;

- Solubilitate mica in apa: 49,2 ml N2/1 l apa (la 00C si 1 atm) si 26ml/l apa (la 300C si 1 atm).

Curs 4

Hidrosfera

Pe Terra exista 5 rezervoare de apa:- ape de suprafata (oceane, mari, lacuri);


3/7

- calote polare (ghetari);- apa subterana (panza freatica);- apa atmosferica;- apa biologica (plante si animale).Volumul hidrosferei este de aprox. 1380*108 km3 (1,38 miliarde km3) din care 97% este apa sarata.

Apa este elemental de baza al materiei vii. (80% din compozitie)Intre cele 5 rezervoare exista o circulatie continua care poate fi impartita in 2 parti: circulatia atmosferica (vapori de

apa sub forma de nori) si circulatia terestra (ape curgatoare).

Circulatia apei pe Terra are un bilant pozitiv, iar cea marina bilant negativ.Atm. Marina -> atm terestra (40*103 km3 prin vant)Uscat -> Oceane, mari (40*103 km3 prin fluvii)

Atm. Marina -> Oceane, mari (385*103km3/an prin precipitatii-condensare) si Oceane, mari -> Atm. Marina(425*103km3/an prin evaporare) BILANT NEGATIV ~ 40*103km3

Atm. Terestra -> Uscat (111*103km3 prin precipitatii-condensare) si Uscat -> Atm. Terestra (71*103km3 prin evaporare)BILANT POZITIV

Compozitia chimica a apelor naturaleApele naturale sunt sisteme disperse foarte complexe care contin particule dispersate/dizolvate in apa (H2O)Clasificarea dupa dimensiuni a substantelor si particulelor existente in apa:

0,1 nm 1 nm 10nm

100 nm 1 m 10m

100 m 1 mm 1 cm

GazeSaruri minerale

Materii dizolvateSolutii adevarate

Subst. org : ArgilaMacromol : Bacterii

:Materiale coloidale

Polen : NiF : NiM : NiGPlancton : : :

: : :Materiale (particule) solide in suspensie

Ni nisipuriNiG nisipuri grosiereNiM nisipuri mediiNiF nisipuri fine

1. Gazele dizolvate in apa: O2, CO2, H2S, N2.Solubilitatea gazelor in apa este exprimata prin Legea lui Henry: Fractia molara (xa) a gazului dizolvat este direct prop

cu presiunea partiala a acestui gaz deasupra apei (Pa) si cu o constanta a acelui gaz (Kh).Pa=Kh*Xa

Aceasta lege este valabila atunci cand dorim calcularea concentratia unui gaz dizolvat intr-un lichid fizic. (fara modif

chimica a gazului) (H2,O2,N2)Gaze dizolvate fizic Gaze dizolvate chimic

N2,O2-nu isi modifica form molecularaN2(g) aerN2(g) apaSe aplica legea lui Henry

SO2, CO2, NO2- isi modifica form moleculara in reactie cu H2OCO2 (g) aer + H2O H2CO3 (acid carbonic)

Nu se aplica legea lui Henry

Concentratia det. a gazelor atm in apa este diferita de cea din aer; O2 se gaseste in prop mai mare decat in aer si N2 moartea acestora.Substante minerale dizolvate: Ca2+, Na+,K+, Mg+, Li+, CO2+, Ba2+.Cantitatea de saruri dizolvate exprima gradul de mineralizare al apei.

Apele pot fi:- ape slab mineralizate < 5g saruri/l apa- ape normal mineralizate 0,5-1 g saruri/l apa- ape puternic mineralizate > 1g saruri/ l apa.

Substante organice dizolvate: din cls cetone (au o grupare carboxil)- in ape de adancime: 2-3 mg/l- in ape freatice: 3-4 mg/l- in lacuri: 5-8 mg/l


4/7

- in balti: pana la 400 ml/l.

curs 6

Proprietatile apei

Diagrama de stare a apei delimiteaza domeniul de stabilitate (t,p) ale diferitelor stari de agregare (faze) ale apei.Diagrama e constituita din 3 linii curbe care se intalnesc intr-un pct comun (pct triplu al apei) si care separa domeniile

de stabilitate ale apei in stare lichida, solida, gazoasa.

- peste 00C, gheata se topeste si trece in apa lichida (TOPIRE);

- peste 1000C, apa lichida trece in vapori (EVAPORARE);

- trecerea directa a apei in stare de vapori (SUBLIMARE) are loc numai cu modificarea presiunii.

- Pct in care coexista apa in cele 3 stari de agregare se numeste PCT TRIPLU: T=0,010C si P = 4,6 Torr.

- Pe curbe pot exista cate 2 faze in echilibru.

Proprietatile fizico-chimice ale apei:1. caldura latenta de transformare de faza: cantitatea de Q absorbita sau cedata atunci cand un mol de apa trece

dintr-o stare de agregare in alta.In fct de natura transf:- caldura latenta de topire (solid -> lichid)- caldura latenta de vaporizare (lichid -> vapori)- caldura latenta de lichefiere (vapori -> lichid)- caldura latenta de solidificare ( lichid -> solid)Toate aceste transf se produc cu rupere sau creare de legaturi de H.!!! Trecerea dintr-o faza condensate intr-o faza mai putin condensate se produce cu rupere de legaturi

(intermoleculare).

Legaturi moleculare: colaventa, ionica, metalica.Ruperea de legaturi este un process cu consum de energie (process endoterm).Trecerea dintr-o stare mai putin condensate intr-o stare mai condensate se produce cu formare de legaturi de

hydrogen (process exoterm eliberare de energie)Procesele de topire, evaporare, sublimare procese endotermeProcesele de solidificare, lichefiere procese exoterme.2. presiunea de vapori si umiditate relativa: este presiunea la care vaporii unor substante coexista cu substanta in

faza lichida, la temp data, atunci cand viteza de evaporare = viteza de condensare. Ea variaza cu temperature.3. Densitatea (masa volumica) =m/V, < > =kg/m3

Densitatea relativa: raportul dintre apei si unui corp de ferefintar = / w4. vascozitatea: proprietatea unui lichid de a se opune curgerii datorita frecarii dintre straturile interneale lichidului in

procesul de curgere.Vascozitatea este invers proportionala cu fluiditatea unui lichid.Vascozitatea poate fi de doua feluri:

- dinamica (cP)centipoises 1cP = 10-3Pa s.

- cinematica k = / [m2/s]

Vascozitatea apei scade odata cu cresterea temperaturii.5. tensiunea superficiala: forta care actioneaza asupra moleculelor din stratul superficial al unei faze condensate

perpendicular pe suprafata fazei si indreptata intodeauna in interior.Este rezultatul campului de forta asimetric la care sunt supuse moleculele din stratul superficial al fazei condensate.Tensiunea superficiala care actioneaza asupra moleculelor din stratul superficial duce la micsorarea suprafetei fazelor

condensate.


5/7

Pt o masa data suprafata cea mai mica o au corpurile sferice; de aceea materialele cu tensiune superficiala mare tindsa existe sub forma sferica oricat de mult l-am diviza.

Ex: mercurul, apa tensiune superficiala mare s-g = s l-g = l s-l tensiune interfaciala solid-lichid< > = dyne/cmTensiunea superficiala a apei este modificata prin dizolvarea in ea a diferitelor substante.In general apele naturale contin dizolvate saruri anorganice, au tensiunea superficiala mare si ca urmare scad

proprietatea de umectabilitate a apei si deci proprietatea de spalare.

Proprietati electriceConductibilitatea electrica se defineste ca proprietatea substantelor de a conduce curentul electric sub influenta

unui gradient de potential electric.Moment electric al apeiDatorita legaturilor covalente polare si structurii sale, molecula de apa constituie un dipole electric, desi sarcina sa e

nula.Ca urmare a acestei structuri polare si a prezentei a 2 perechi de e neparticipanti la atomul de oxygen din molecula

sa, apa prezinta urmatoarele proprietati:- are o foarte mare putere ionizanta;- dizolva subtantele ionice;- hidrateaza ionii aflati in solutie;- se adsoarbe pe suprafete solide (are o mare capacitate de adsorbtie).

Curs 7

Clasificarea si caracteristicile apelor de pe Terra

Dupa starea lor apele se clasifica:1. ape naturale: ape subterane, ape de suprafate, mari si oceane2. ape de consum3. ape uzate

Apele naturaleA. ape subteraneSunt cele care se gasesc inglobate in diferite strturi ale solului incluzand si apele situate sub rocile compacte.

Dupa modul de circulatie, apele subterane sunt:- Ape cu circulatie libera (ape freatice). Acestea se acumuleaza in polii solului si provin din precipitatii care coboara

din stratele superioare in cele inferioare sip e de o alta parte din apele de adancime care urca prin fenomenul decavitate in straturile superioare.

- Ape captive (ape de adancime). Sunt separate de straturi solului prin straturi de roci primare eruptive si rocisecundare.

Dupa modul de stocari, apele subterane sunt:- ape acumulate in pori (se gasesc in solurile nisipoase si argiloase)- ape acumulate in fisuri si cavitati ale rocilor compacte. Mai gasim apa de pestera. Aceste ape conduc la formarea

pesterilor prin fenom de dizolvare temporara a unor roci.Dupa compozitia chimica, apele subterane sunt:a) ape slab acide cand strabat soluri silicatice (nisipuri, granite)SiO2 + H2O -> H4SiO4

b) apele alkaline (strabat solurile calcaroase) pt ca in urma hidrolizei acestor saruri rezulta grupari de OH in H2O.B. ape de suprafataSunt de 2 tipuri:

- curgatoare: rauri, fluvii- stocate la suprafata: lacuri, baraje.

Aceste ape provin din apele subterane.Caracteristici principale:

- continut ridicat de gaze ridicate (O2,azot, CO2);- continut ridicat de particule in suspensie, particule grosiere, fine;- continut ridicat de materii organice care provin din descompunerea materialelor vegetale si animale moarte;- au continut ridicat de microorganisme si plante.


6/7

Acest continut de substante organice este foarte ridicat in special in cazul apelor statice (balti, lacuri) sau cele care curgcu o viteza foarte mica.In aceste ape, in urma proceselor metabolice si in urma descompunerii materiei moarte.In aceste ape plantele si microorganismele se dezvolta in mod excesiv.Fen se numeste inflorirea apelor sau entrofizarea apelor.In apele electrofizate, continutul de H este foarte unic si de aceea pestii nu se poate dezvolta.In aceste ape inflorite crabul nu creste si moare, iar crapul este inlocuit de caras.Compozitia chimica a apelor de suprafata variaza cu:

- suprafata de contact dintre apa si aer- variatiile de temp zilnice si sezoniere

Influenta temp depinde de anotimp si zona geografica:1. in anotimpurile calde si/sau zonele calde nu se produce o amestecare intre straturile superioare si inferioare alapelor de suprafata. Stratul superior incalzindu-se mai puternic de la atmosfera va avea o temp mai ridicata si deci odensitate mai mica, ele ramanand la suprafata in timp ce straturile inferioare care se incalzesc mai greu raman laadancime.Stratul superior va avea o cantitate mai mare de O2.In stratul inferior se acumuleaza subst daunatoare vietii. Aici nu exista viata.2. in perioadele reci/ zonele reci:

Apa de la suprafata se raceste de la aerul atm mai mult ca apa din strturile inferioare.Densitatea creste.Ca urmare se produce o amestecare a straturilor si o omogenizare a compozitiei apelor.C. Mari si oceaneCompozitia chimica a marilor si oceanelor consta in cantitati mari de saruri: 35 g/l din care majoritatea diind clorura de

sodiu, clorura de mangan, mai putin carbonat de calciu; contin de asemenea si cantitati importante din oligoelemente: Li,I, F, Mn.Temperatura apei mariloreste rezultatul a 2 factori antagonici:

- procese care cresc temp apei (procese exoterme), cum sunt absorbtia radiatiei solare, condensarea vaporilor deapa, transformarea in caldura a energiei vanturilor;

- procese care scad temp apei (procese endoterme), cum sunt emisia de radiatii de la suprafata, transfer princonvectie catre atmosfera, evaporare.

Temperatura oceanelor nu scade regulat cu cresterea adancimii, exista 2-3 discontinuitati numite Termocline. In oceaneexista un termoclin permanent: la aprox 100 m (in zona ecuatoriala) si la aprox 30 m la latitudini mari.Toamna si iarna oceanele cedeaza caldura atmosferei, iar vanturile tind sa se amestece apele pe verticala sis a inlaturetermoclinul.Miscarile apelor marilor si oceanelor

Apele oceanelor si marilor efectueaza miscari oscilatorii care afecteaza tipul organismelor si activitatii umane:

- unde cu perioada lunga de 12 sau 24 ore, numite mare;- unde cu perioada scurta, numite hule si valuri (perioada mai mica de 30 s) si tsunami (perioada mai mare de 30

s).Mareea este o miscare oscilatorie zilnica si alternative (de inaintare/sau de retragere) a apelor marilor si oceanelordatorata atractiei lunii si a soarelui.Hula este o miscare ondulatorie a suprafetei marii, determinate/care urmeaza dupa o furtuna sau briza puternica care abatut mult timp in aceeasi directie.Marile si oceanele reprez sursa importanta de materie organica (FITOPLANCTON). Unele specii de fitoplancton contin sielibereaza in mod natural toxine organice care sunt daunatoare pestilor si care transmit otrava oamenilor care ii consuma.

Apele de consumApa este esentiala pt viata de pe pamant. Ea are urmatoarele utilizari:

a. utilizari fiziologice;

b. utilizari gospodaresti;c. utilizari urbane;d. utilizari industriale;e. utilizari agro-zootehnice.

Necesarul de apa al unei comunitati poate fi exprimat in 2 moduri:

1. consum mediu zilnic, exprimat in m3/zi cantitatea totala de apa consumata de un centru populat in cursul unui

an/365 zile

2. consum specific, exprimat in m3/zi cantitatea totala de apa consumata de un centru populat in cursul unei zile,

repartizata la nr de locuitori.

Caracteristicile apelor potabile:Apa potabila trebuie sa aiba urmatoarele proprietati:


7/7

- proprietati organoleptice: gust, culoare, miros (incolora, inodora si insipida)- alte criterii noi de potabilitate: continutul de saruri

Caracteristicile apelor industrialeCalitatea apelor industriale este foarte diferita uneori, ea trebuie sa fie mult mai pura decat apa potabila.Marile uzine folosesc apa de mare desalinizata.Se pune problema recircularii apelor industriale, dupa fiecare ciclu de utilizare, apele industriale sunt supuse unuitratament de demineralizare.

Ape uzateApe uzate rezulta din activitati industriale, agricole si casnice. Acestea au o mare incarcatura de diverse substante, simai sunt numite si efluent (scurgere dintr-un fluid aflat in repaus sau in miscare).Functie de incarcatura chimica si microbiologica, apele uzate se impart in 4 clase:

- clasa 1: ape netoxice sin u direct poluante, dar care pot perturba proprietatile fizice ale apei receptoare;

- clasa 2; ape netoxice dar poluante datorita unui continut organic cu un consum de oxygen foarte ridicat;- clasa 3: ape toxice, continand otravuri;- clasa 4: ape poluante datorita materiei organice cu un consum de oxygen f ridicat si de natura toxica.

Functie de provenienta lor, apele uzate se clasifica astfel: efluenti urbani, efluenti industriali, namoluri, ape meteorice.

Curs chimia mediului 3-7

Documents

Transcript of Curs chimia mediului 3-7