- карактеристика Земље као небеског тела је да обилује водом

Παρουσίαση με θέμα: "- карактеристика Земље као небеског тела је да обилује водом"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 - карактеристика Земље као небеског тела је да обилује водом
Технологија заштите животне средине 1. Структура чисте воде - карактеристика Земље као небеског тела је да обилује водом - то није чисто једињење, углавном раствори и суспензије - вода има веома компликовану, до краја неразјашњену, структуру - структура самог молекула воде није спорна, она је позната - “проблем” је што молекули воде у течном стању интерагују - осим тога, тешко се добија хемијски чиста вода, неопходна за проучавање - синтетише се у малим количинама у вакууму, када се добије чиста, тешко ју је сачувати чистом јер је… - …добар растварач, раствара гасове из ваздуха, материјал судова - до особина чисте воде долази се прерачунавањем и екстраполацијом особина лабораторијске максимално чисте воде - чиста вода- необична супстанца, једина у сва три агрегатна стања 1

2 - вода у течном стању је компликована због структуре молекула воде
Технологија заштите животне средине - преласци из једног стања у друго условљавају многе промене у животној средини- климатске и површинске - примери: замрзавање воде, појава ледника, појава гасовите воде која омогућава стално наводњавање копна - вода у течном стању је компликована због структуре молекула воде - молекул воде је дипол, може се замислити као тетраедар са О у центру, два атома Н и два е- пара на рогљевима тетраедра - због асиметричног распореда наелектрисања молекули воде се везују јаком водоничном везом - због водоничне везе, вода се понаша другачије у односу на друге супстанце сличног састава - на Т° животне средине- течна, има високу Ткључања и Тмржњења - Н2Те, Н2Se, H2S су гасови у нормалним условима - Те, Se и S су тежи од О, вода би требала да је гас са нижом Ткључања 2

3 - вода се понаша идеално само у парном стању
Технологија заштите животне средине - вода се понаша идеално само у парном стању - водена пара се покорава у потпуности законима идеалног гасног стања, молекули на довољно великој раздаљини, нема Н- веза - за течну воду су карактеристичне велике аномалије, последице везивања појединих молекула Н- везама - на чињеници да постоје Н- везе се заснивају теорије о структури течне воде - две битне теорије- теорија континуума и кластерска теорија - и једна и друга теорија могу да објасне део особина воде, ниједна не може да објасни све особине воде - теорија континуума: чиста вода- хомогено тело, сви молекули воде повезани Н- везама у полимер, не постоје слободни молекули воде (мономери), димери... - по овој теорији сви су молекули повезани, али је трајање једне Н- везе кратко (< 10-8 s) 3

4 - долази до раскидања и стварања веза са јако великом фреквенцијом
Технологија заштите животне средине - Н- везе се континуирано раскидају и стварају, на једном месту се раскидају, на другом стварају - долази до раскидања и стварања веза са јако великом фреквенцијом - у сваком тренутку велики број “затворених” и мали број “отворених” Н- веза - ова теорија објашњава течење воде, то што се може сипати, што је покретна и што не показује отпорност течењу - кластерска теорија је нешто старија од теорије континуума - по овој теорији, део течне воде је у полимерном стању - молекули повезани Н- везама стварају неправилну мрежасту структуру - Н- везе су толико јаке да молекули граде агломерате, грудве, пакете - ови агломерати се називају кластерима - величина кластера зависи од Т°, што је Т° нижа, кластер је већи 4

5 - цео систем је динамичан
Технологија заштите животне средине - на 0 °С кластер у просеку садржи 90 молекула воде, на 20 °С - 80, на 70 °С кластер садржи у просеку 75 молекула воде - на свакој Т° постоје мономери (слободни молекули воде) који се провлаче кроз шупљине кластера и велики молекули - цео систем је динамичан - са повећањем Т°, смањује се, због енергије система, број молекула у кластеру, смањује се величина кластера - на 100 °С нестају кластери, раскидају се све Н- везе и вода прелази у гасовито стање - мало изнад 0 °С почиње уређење једног дела молекула воде у псеудокристаличну структуру, а има и кластера, дакле поред кластера се јавља још једна уређена структура - на 0 °С вода мрзне у облику хексагоналних кристала леда који су врло правилни (лед I структуре) 5

6 - тетраедри се комбинују попут саћа, стварајући хексагоналне канале
Технологија заштите животне средине - сваки О атом је посредством ковалентних и Н- веза повезан са четири водоникова атома, даје тетраедарску структуру - тетраедри се комбинују попут саћа, стварајући хексагоналне канале - која ће врста леда настати, зависи од притиска - ако вода садржи неку супстанцу (неку количину гаса или електролита), њена се структура страховито мења - зато сви водени раствори имају другачије особине од чисте воде 6

7 2. Физичке особине чисте воде
Технологија заштите животне средине 2. Физичке особине чисте воде - кластерска структура чини воду необичном супстанцом и условљава њене специфичне физичко-хемијске особине - вода има највећу густину на 3,98 °С, а не на 0 °С када мрзне - са растом Т ° изнад 3,98 °С густина воде опада - са опадањем Т° испод 3,98 °С густина воде такође опада - лед, чврста кристална вода, је лакши од течне воде, плива по њој - ова чињеница је важна за животну средину, омогућује да се зими, испод леда на воденим телима налази топлија вода у којој живот опстаје - да је вода најгушћа на 0 °С, водена тела би мрзла зими до дна - појава да је густина воде највећа на 3,98 °С се назива густинском аномалијом воде - густина свих осталих течности са повећањем температуре опада, од вредности при Ттопљења, до вредности при Ткључања 7

8 - кластерска структура воде објашњава густинску аномалију
Технологија заштите животне средине - разлог једноставан, са растом Т° сва се тела шире (па опада њихова маса по јединици запремине, тј. густина), са падом Т° сва се тела скупљају (па расте њихова маса по јединици запремине, тј. ρ) - кластерска структура воде објашњава густинску аномалију - приликом раста Т° одигравају се два процеса - један је уобичајено ширење воде услед раста Т°- овај процес доводи до смањења густине са растом Т° 8

9 - при расту Т° од 0 °С до 3,98 °С други процес је доминантан
Технологија заштите животне средине - други процес је смањење величине кластера са растом Т°- пошто кластери садрже шупљину, смањење њихове просечне величине доводи до смањења празног простора, тј. до раста густине - дакле два међусобно супротстављена процеса (са становишта њиховог утицаја на густину) теку истовремено са растом Т° - при расту Т° од 0 °С до 3,98 °С други процес је доминантан - густина воде, стога, при расту Т° од 0 °С до 3,98 °С, расте - након 3,98 °С први процес постаје доминантан, густина воде опада - цео систем може да се посматра и када Т° опада од 100 °С ка 0 °С - тада се, вода, као и свака друга супстанца, скупља, што повећава ρ - истовремено расте и величина кластера, што повећава укупну количину простора који је заузет кластерским шупљинама, што смањује ρ - од 100 °С до 3,98 °С преовлађује ефекат скупљања при снижењу Т°, што повећава густину 9

10 - овај процес траје све док има остатака структуре леда, ≈ 3,98 °С
Технологија заштите животне средине - од 3,98 °С до 0 °С преовлађује ефекат раста кластера, што доводи до смањења густине - приликом топљења леда, непосредно након 0 °С, уз делова хексагоналне структуре, јављају се и слободни молекули воде, и мање агломерације (димери, тримери...) - они пливају у простору и заузимају шупљине преостале кристалне структуре леда, тј. доводе до сажимања и раста ρ - овај процес траје све док има остатака структуре леда, ≈ 3,98 °С - друга важна особина воде која је проузрокована кластерском структуром је контракција V при мешању са другом течношћу - због кластерске структуре вода није густо пакована, порозна је, има празан простор - величина кластера, тиме и порозност, зависи од Т° - на 20 °С празан простор обухвата око 16% укупне запремине воде 10

11 - мешањем 1 l воде и 1 l етанола добија се смеса чија је V < 2 l
Технологија заштите животне средине - у овај празан простор могу да уђу други молекули, а да не дође до видљиве промене запремине - мешањем воде са другом течношћу могуће је добити смесу чија запремина није једнака аритметичком збиру запремина течности - мешањем 1 l воде и 1 l етанола добија се смеса чија је V < 2 l - један део молекула етанола заузима простор у кластерима воде - супстанце које показују контракцију запремине морају да имају мале молекуле, да буду мешљиве са водом, да не граде јаче Н- везе од молекула воде - вода је практично инкомпресибилна, тј. нестишљива - и друге течности су тешко стишљиве, али је нестишљивост воде јако изражена чак и на високим притисцима - вода је једна од ретких течности која се не може сабити дејством веома високог притиска - истина сабија се екстремно мало, сматра се нестишљивом 11

12 - ванредан отпор сабијању је последица кластерске структуре
Технологија заштите животне средине - ванредан отпор сабијању је последица кластерске структуре - да би се вода сабила, потребно је, за разлику од других течности, употребити додатну енергију да би се раскинуле Н- везе одговорне за кластере, тј. морају се уништити кластери - нестишљивост има велики практичан значај - омогућава лако преношење цевима, јер вода, без обзира на p има исту V, мерење протока (не мора се водити рачуна о p), употребу хидрауличких система, рад пумпи... - вискозитет воде јако зависи од Т°, драстично пада са растом Т° - при расту Т° од 0 до 35 °С, вискозитет се преполови - вискозитет је заправо унутрашњи отпор течењу - са растом Т° опада отпор течењу воде, она постаје течљивија - ова особина је важна код припреме воде за флокулацију или цеђење - вискозитет зависи и од соли, са растом [] соли, пад вискозитета са растом Т° постаје и већи 12

13 - вода има висок површински напон, само Н2О2 има већи
Технологија заштите животне средине - и драстичан пад вискозитета са растом Т° може да се објасни кластерском структуром - са растом Т° разбијају се кластери, вода постаје физички хомогенија и мање вискозна - вода има висок површински напон, само Н2О2 има већи - са растом Т° од 0 до 100 °С вредност површинског напона линеарно опада од 81х10-3 до 60х10-3 N/m 13

14 - површински напон представља отпор формирању капи
Технологија заштите животне средине - екстраполацијом утврђено да површински напон воде износи 0 N/m на око 400 °С - површински напон представља отпор формирању капи - од површинског напона зависи низ процеса, пре свега формирање капи - што је површински напон мањи, капи се могу боље распрскавати и разбијати, што је већи и капи су веће - од површинског напона зависи формирање кишних и других капи, а од величине капи зависе многи процеси - од величине кишних капи зависи пречишћавање ваздуха - због великог површинског напона, вода је мање покретљива, може да се насипа преко врха чаше, да се пресипа, да тече из чесме без распрскавања - у технологији сви процеси зависе од површинског напона 14

15 - то је један од разлога зашто се веш боље пере у топлијој води
Технологија заштите животне средине - боље је да су капи воде што ситније, јер је онда ефикаснија интеракција воде и гаса - како је површински напон мањи на вишој Т°, топла вода се лакше расипа у капи, капи топле воде су ситније, лакше улазе у поре - то је један од разлога зашто се веш боље пере у топлијој води - захваљујући великом површинском напону воде, тј. чињеници да прави релативно велике капи, могуће је правити шаторска крила и кишобране који неће бити херметички затворени - имаће поре које су довољно мале да капи воде не могу да продру - ако су у води присутне супстанце које мењају површински напон, могуће је добити и мање или веће капи, него са чистом водом - према дејству на површински напон воде разликујемо површински активне (↓) и неактивне супстанце (↑ површински напон) - површински активне супстанце (тензиди) имају хетерополаран молекул HC+ 15

16 - детергенти садрже површински активне материје
Технологија заштите животне средине - један крај молекула је поларан (ОН, СООН, NH3 група), а други неполаран (обично угљоводонични низ) - мала количина ових молекула снижава површински напон вода, капљице постају још мање, па нпр. прање постаје боље - детергенти садрже површински активне материје - при доласку у воду, поларни крај молекула ка води, неполарни ка другој фази (ваздуху, неполарној течности итд.) - у природи су честе површински активне супстанце - аминокиселине, олигопептиди итд. - оне се групишу у површинском слоју,у њему су обично и неполарне и липофилне супстанце - због тога је површински слој природних вода потпуно посебан и другачијих особина од самог воденог тела - у њему се и растварају гасови из ваздуха, пошто се граничи са њим 16

17 - већина других супстанци и електролити су површински неактивни
Технологија заштите животне средине - понекад је количина површински активних супстанци толика да се на површини водених тела ствара пена, поготово при ветру - воде у којима постоји велика количина површински активних супстанци услед загађења пене и теку знатно брже - већина других супстанци и електролити су површински неактивни - повећавају површински напон воде, али је њихов утицај благ - електролити су хидрофилни, не сакупљају се у једном слоју, већ дуж целе вертикале воденог тела - због повећаног површинског напона, концентровани раствори електролита су тешко покретљиви, - теже се пресипају, теже распрскавају, формирају веће капи - кластерска структура воде утиче и на њене термичке особине - вода у чврстом стању (лед) има највећу латентну топлоту топљења - латентна топлота топљења је количина топлоте потребна јединици масе неке супстанце да пређе из чврстог у течно стање 17

18 - ова величине је два пута већа за лед него за гвожђе
Технологија заштите животне средине - ова величине је два пута већа за лед него за гвожђе - лед је, дакле, стабилан и уређен систем који дуго опстаје - све ће се отопити пре леда, он на крају - вода има највећу топлоту испаравања (2278 kJ/kg) - за ред величине већа него код других супстанци - етанол 878 kJ/kg, етар 376 kJ/kg - топлота испаравања је количина топлоте потребна да се јединица масе неке супстанце преведе из течног у гасовито стање - течна фаза воде је стабилна због грађења Н- веза - потребна је велика енергија да течна вода испари, пошто је тешко промењива, погодна је за живот и његово одржање - вода испарава споро, друге течности брзо - вода има највећу специфичну топлоту од свих познатих супстанци - вода 4180 J/kg x °K, следећи је лед са 2090 J/kg x °K 18

19 - вода има најмањи коефицијент топлотне проводљивости
Технологија заштите животне средине - специфична топлота је количина енергије коју треба довести јединици масе неке супстанце да би се загрејала за 1 °С или 1 °К - вода се, дакле, од свих супстанци најспорије греје, дуго одржава константну температуру, погодна је за живот - вода има најмањи коефицијент топлотне проводљивости - 0,60 Ј/m х s х °К - коефицијент топлотне проводљивости је количина топлоте (у Ј) која се пренесе кроз јединицу површине попречног пресека (1 m2) и слоја дебљине 1 m за време од 1 s, при температурној разлици од једног степена (1 °C или 1 °К) испред и иза - ова величина је мерило какав је супстанца топлотни изолатор - вода је убедљиво најбољи изолатор, 70х боља од плуте, 210х боља од азбеста, х боља од дрвета - ниска топлотна проводљивост показује да је вода стабилан систем 19

20 - кроз воду се тешко проводи топлота, температура се тешко мења
Технологија заштите животне средине - кроз воду се тешко проводи топлота, температура се тешко мења - зато у природним водама постоји температурни градијент - површински слој најтоплији, ка дну све хладнији и хладнији - доњи слој може имати температуру од 4 °С усред лета - последица је разноврсни хемијски састав и живи свет по зонама - ниска топлотна проводљивост доводи до тога да се воде споро загревају и споро хладе, знатно спорије од других материјала - лети су воде релативно хладне, зими релативно топле - због ниске топлотне проводљивости вода се користи као грејни флуид (преносилац топлоте) у грејним телима - висока специфична топлота, ниска топлотна проводљивост и висока топлота испаравања су условљене кластерском структуром - да би се молекули покренули и превели у више енергетско стање, неопходно је прво уложити енергију за разбијање кластера - кластерска структура и Н- везе су узрок инертности воде 20

21 - што је више примеса са тежим изотопима, то је густина воде већа
Технологија заштите животне средине 3. Изотопски састав воде - вода температуре 4 °С узета је стандардну јединицу масе и запремине, односно за еталон густине - ово се, међутим, не односи на воду која се 100% састоји од Н2О, већ на добро пречишћену речну воду, која је пречишћена од свега што нису “воде” - неопходно је сетити се да, осим изотопа 1Н и 16О, у природи, додуше у веома малим количинама, постоје и 2Н, 3Н, 17О и 18О - добро пречишћена речна вода се састоји углавном од 1Н216О, али садржи и примесе које имају теже изотопе Н и О - што је више примеса са тежим изотопима, то је густина воде већа - свака вода која има већу количину примеса воде са тежим изотопима у односу на добро пречишћену речну воду (еталон) ће имати ρ > 1,0000 kg/dm3 21

22 - убедљиво најчешћи од 18 могућих молекула је 1Н216О
Технологија заштите животне средине - свака вода која има мању количину примеса воде са тежим изотопима у односу на добро пречишћену речну воду ће имати ρ < 1,0000 kg/dm3 - ове разлике у густини су у природним водама мале, тек на петој, шестој и седмој децимали - како молекул воде има три атома, а постоје и по три изотопа водоника и кисеоника, могући број различитих молекула воде који ови изотопи могу да направе је 3 х 3! = 18 - убедљиво најчешћи од 18 могућих молекула је 1Н216О - разлог: 1Н и 16О неупоредиво највише у природи у поређењу са другим изотопима - 2Н само 0,014% у односу на 1Н, 3Н још мање - све комбинације са 2Н (без обзира на О) се називају тешком водом - у природи највише 1Н2Н16О и 2Н2О 22

23 Технологија заштите животне средине
- све комбинације са 3Н (без обзира на О) се називају супертешком водом - ρ < 1 имају атмосферска вода (снежница, кишница) и вода у живим организмима, имају мање тешких изотопа од чисте речне воде - како атмосферске воде испаравањем доспевају у атмосферу, логично је да су “лакше” од површинских вода - лакши молекули, без тешких изотопа ће лакше испаравати и доћи у атмосферу - живи организми садрже углавном 1Н216О у већем уделу него у добро пречишћеној речној води - они показују и отпор према тешким изотопима, живот се заснива на 1Н216О молекулу, свака, па и најмања промена може да буде фатална - биљке при фотосинтези узимају искључиво 1Н216О, не пропуштају теже воде 23

24 - на катоди се издваја 1Н+, 2Н се гомила у заосталој води
Технологија заштите животне средине - ρ > 1 имају морска вода и кристализациона вода из минерала, оне имају више тешких изотопа у поређењу са чистом речном водом - морска вода је изложена загревању и испаравању, лакши изотопи лакше одлазе (тако и настају атмосферске воде ρ < 1), а тежи остају, зато је густина морске воде већа од чисте речне - процеси дестилације, хидратације и сл. у природи практично праве сепарацију између различитих изотопа - тешке воде се добијају синтетичких путем, дуготрајном електролизом обичне воде - на катоди се издваја 1Н+, 2Н се гомила у заосталој води - ако електролиза довољно дуго траје до веома мале запремине, заостаје готово потпуно чиста 2Н2О - (при електролизи се разлажу лакше воде, тешке воде се теже разлажу и заостају) - тешка вода има другачије особине од обичне воде 24

25 - Ттопљења= 3,8 °С, Ткључања= 101,4 °С, ρ = 1,1 kg/dm3
Технологија заштите животне средине - Ттопљења= 3,8 °С, Ткључања= 101,4 °С, ρ = 1,1 kg/dm3 - отровна је за живи свет, ниједан биохемијски, метаболички процес који се заснива на води не функционише са тешком водом - разлог- нешто различита тродимензионална геометрија молекула 2Н2О 25

26 4. Карактеристике воде у природи
Технологија заштите животне средине 4. Карактеристике воде у природи - воде су у природи врло распрострањене - Земља је изузетак у односу на друга небеска тела, на њој много воде, на другим телима само трагови - молекул воде постоји у целој васиони, али не у битној [] - на Месецу трагови, али се не зна да ли те трагове донели људи, на Марсу суви лед помешан са обичним, у реповима комета (Халејеве, нпр.) и метеорита вода у траговима - сматрано је да је вода на Земљи створена различитим хемијским реакцијама, али се данас верује да је постојала и у преатмосфери - током развоја Земље се везивала за различите супстанце, а касније ослобађала- била је привремено везана и зато се и задржала - вулкански гасови и данас садрже пару, дакле и данас се налази у везаном стању и ослобађа се - у унутрашњости Земље откривена млада (јувенилна) вода 26

27 - ова вода је тек настала хемијским процесима
Технологија заштите животне средине - ова вода је тек настала хемијским процесима - није била укључена у кружни циклус воде у природи - геолози су утврдили да су океани постојали још у раним геолошким добима - али их је било мање (у мањој количини) и другом облику - током мезозоика формирана количина воде која је данас у океанима - вода је главни флуид на Земљи, прожима целокупну животну средину, све сфере (атмо-, лито-, био-, хидро-), полазна је средина за сва жива бића - сва биохемија се заснива на води, све животне активности се одвијају уз учешће воде - телесне и међућелијске течности засноване на води - у атмосфери се вода налази у сва три агрегатна стања - град, снег, киша, магла, влага, пара 27

28 - литосфера садржи извесну количину воде- подземна вода
Технологија заштите животне средине - од географске ширине зависи облик, у поларним крајевима у чврстом, у тропским у гасовитом и течном стању - литосфера садржи извесну количину воде- подземна вода - према пореклу разликујемо подземну воду која примарно потиче од падавина, регенерисану вода која потиче од метаморфозе минерала и јувенилну воду - тешко се утврђује право порекло вода - подземне воде се деле и на приступачне и неприступачне - испод неке дубине у литосфери воде нема - површинске воде (хидросфера у ужем смислу) разликују се према агрегатном стању у коме се налазе - у чврстом стању (снег, лед, ледници) и течном стању (океани, мора, језера, реке, баре) - постоје и други критеријуми, разликују се стајаће и текуће, слатке и слане, копнене и морске… 28

29 - на Земљи, као што се види, највише има слане воде
Технологија заштите животне средине - постоје различити подаци везани за расподеле пројединих врста вода на Земљи, али се, оне, у принципу слажу - атмосфера (0,001%), вода у земљишту (0,005%), подземна вода (0,6%), реке (0,0001%), слатководна језера (0,009%), слановодна језера (0,008%), океани (97,3%), поларни лед и ледници на планинама (2,1%) - на Земљи, као што се види, највише има слане воде - тешко дефинисати количину подземне воде, то највише утиче на разлику у проценама удела - важна, велика количина воде у ледницима и планинском леду - највећа количина воде ≈ 99% неупотребљива (океани,подземне,лед) - слане воде неупотребљиве без прераде, десалинизација скупа - слатке воде захтевају мању прераду, степен прераде зависи од загађености 29

30 - на Земљи, међутим, мало слатких вода
Технологија заштите животне средине - на Земљи, међутим, мало слатких вода - људи зависе од танког слоја земљишта и воде у њој, река и језера, а баш се те воде највише и загађују - сем дубинске подземне воде и дубљих слојева леда, друге воде загађене - узроци загађења природни (пустињске олује, вулканске ерупције, шумски пожари, поленов прах) и антропогени - атмосферска вода потиче из кружног тока воде у природи - настаје, практично, дестилацијом, тј. испаравањем и кондензовањем - када настане и јесте најчистија - у њој се, међутим, након настанка растварају гасови и суспендовани материјали, кондензује се око честица, које су такође нечистоће - без обзира, остаје најчистија вода у природи - може да буде пуно растворених супстанци, али у врло малим [] 30

31 - током падања, кишница прима супстанце из атмосфере
Технологија заштите животне средине - током падања, кишница прима супстанце из атмосфере - њен састав се мења, на површини Земље састав резултанта атмосфере кроз коју је прошла - једна кишна кап масе око 50 mg која пада са висине од 1 km, испере око 16 L ваздуха, све што је у том ваздуху се испира - атмосферска вода је чиста онолико колико је чиста атмосфера - најзначајнији гасови у ваздуху су N2, O2, Ar, и CO2 - у зависности од растворљивости одређена количина ових гасова се налази у води, N2, O2, Ar се растварају, CO2 и реагује CO2 + H2O ↔ H2CO3 (равнотежа се стално помера у десно) - зато је CO2 и најраспрострањенији гас у кишници - последица ове реакције је да су атмосферске воде слабо киселе (до pH 5,6) - загађивачи драстично мењају киселост вода, иде и испод pH 5,6 31

32 - може да садржи и тешке метале, нарочито Pb и Hg, али и Zn и Cd
Технологија заштите животне средине - главни састојци кишнице, у просеку, су сулфати, хлориди, нитрати, јони натријума, калцијума, калијума, и амонијума - кишница може да садржи и природна (аминокиселине, терпеноиди) и антропогена (пестициди) органска једињења - може да садржи и тешке метале, нарочито Pb и Hg, али и Zn и Cd - када кишница стигне до земљишта, интерагује → састав јој се мења - креће се вертикално кроз седимент док не наиђе на препреку (стену, глину…) - ту се зауставља и формира резервоар подземне воде - састав подземне воде потпуно различит од кишнице - земљишта имају различит састав, кишница пролази и спира различите компонентне, неке из кишнице земљиште и сорбује - зато све подземне воде имају различит састав и међусобно и поредећи се са кишницом из које настају 32

33 - догађа се чак и да буду у високој []
Технологија заштите животне средине - ипак, код свих подземних вода, најраспрострањенији анјон је бикарбонат, а сулфати, хлориди, нитрати и фосфати су у два реда нижој концентрацији - ретко подземна вода има више сулфата него свих других анјона заједно, ако пролази кроз слој богат сулфатима - највише катјона калцијума, нешто мање магнезијума, онда долазе натријум, калијум и гвожђе, мангана знатно мање - у подземним водама врло мало органске супстанце, оне се кроз земљиште или везују, или их микроби разграђују - ретко, али могуће је да ако је земљиште богато хуминским супстанцама, а не постоји добро сорбовање, оне буду у води - догађа се чак и да буду у високој [] - подземне воде садрже и гасове, поготово оне на које су наилазиле - неке имају кисеоник (неколико mg/L), неке их уопште немају - немају, ако је потрошен на разградњу органске супстанце 33

34 - додатни услов је да немају контакт са свежом водом
Технологија заштите животне средине - додатни услов је да немају контакт са свежом водом - ако нема кисеоника, могу да се појаве NH3, CH4, H2S - из подземних вода настају површинске извирањем - зато и површинске воде међусобно имају различит састав - не постоје две реке са истим саставом - састав речне воде просек подземне воде и притока - након извирања састав се мења, разлог притоке и интеракција са обалом и дном - састав речне воде се мења и због микробиолошке активности - реке имају повољан однос запремине и површине - резултат: релативно добар контакт и размена материја са ваздухом - током течења реке, горњи слој је бржи, река се “љушти” - стално нови слој у контакту са ваздухом, из воде излазе, захваљујући аерацији NH3, CH4, H2S, улазе О2, СО2, N2 34

35 - код језера неповољан однос површина/запремина
Технологија заштите животне средине - код језера неповољан однос површина/запремина - слабо аерисана, осетљивија на загађивање од река - језера настају акумулацијом воде, она може да одлази рекама, али равнотежа може да се одржава и само испаравањем - постоје проточна и непроточна језера, екохемијски јако различита - нека језера се снабдевају водом из подземља, битно другачија у односу на она која се снабдевају из река - подземна воде није била у контакту са ваздухом - језерска вода се од речне највише разликује по садржају органске супстанце - састав и речне и језерске воде се мења и са падавинама - реке реагују, при јаким падавинама се састав разблажује, а долази и до промене хемијског састава - запремина воде у реци је често занемарљива у односу на падавине 35

36 - у сушним периодима долази до концентровања састава речне воде
Технологија заштите животне средине - у сушним периодима долази до концентровања састава речне воде - главни јони, у принципу, исти као и код подземних вода - односи анјона и катјона су, међутим, различити у различитим рекама - реке имају знатно више органског материјала у односу на подземне воде (10-40 mg/L) - у речној води постоје и аутохтоне хуминске супстанце, настале у самим рекама - код речних вода, због разноврсног састава, могуће велике варијације pH вредности (6,5-8,5) - речне воде су пуферски систем, али не онолико јак колико морске - морске слане воде су најраспрострањеније на Земљи - постоје, уз мора, и слана језера са великим садржајем соли - у слане воде се могу сврстати и неке подземне, минералне, воде 36

37 - у слатким водама, максималан садржај је 1 g/L, тј. 0,1%
Технологија заштите животне средине - морска вода је права слана вода, садржи 2,8% NaCl, 0,7% осталих соли, дакле 3,5% соли укупно - у слатким водама, максималан садржај је 1 g/L, тј. 0,1% - 35 х већа концентрација у морским водама - већина слатких вода садржи до 0,4 g/L соли - главни анјон у морској води хлорид, главни катјон натријум - следе, по распрострањености, сулфати и магнезијум - затим јодиди, бромиди, борати, калцијум, калијум и остали - у морској води се могу наћи практично сви природни елементи у практично свим оксидационим стањима, али у траговима - катјони у морским водама потичу углавном из Земљине коре, анјони од производа вулканских активности - садржај органске супстанце је прилично константан (око 15 mg/L) - то је растворена органска супстанца 37

38 - садржај гасова такође константан
Технологија заштите животне средине - садржај гасова такође константан - због присуства соли, гасови мање растворљиви него у слаткој води - pH вредност константна, 8,1-8,2, никада испод 8,0 - морска вода алкална, важно за животну средину, апсорбује киселе гасове из атмосфере - доминација катјона јаких база условљава алкалност, а висок садржај соли и висок пуферски капацитет - [] соли мања у приобаљу, ту је могуће закишељавање морске воде - морска вода, дакле, јако константног састава, што је битно за живот у њима - унутрашња мора (Јадранско) су под јаким утицајем копна, и другачијег су састава од отворених мора (Средоземно), а ова од океана, океани прилично истог састава - састав морске воде се мења са дубином 38

39 - у површинском слоју се одвија фотосинтеза
Технологија заштите животне средине - у површинском слоју се одвија фотосинтеза - након неке дубине фотосинтезе нема, нема производње кисеоника, али се потрошња наставља - са повећањем дубине опада концентрација кисеоника - на великим дубинама средина може да буде анаеробна, редукциона - ту вода може да садржи NH3, H2S - на дну мора се таложе супстанце чији је производ растворљивости прекорачен- углавном их доносе реке - састав морске воде константан, ради се о огромном резервоару, ствараном милионима година, где су устаљени процеси стварања и разарања 39

40 5. Температурна стратификација вода
Технологија заштите животне средине 5. Температурна стратификација вода - кисеоник је један од најважнијих састојака воде - присутан у води у високој [] - при свакој Т° постоји равотежна [] кисеоника у водама - ако се равнотежа поремети, [] може бити < или > од равнотежне - до поремећаја равнотеже долази због интензивне фотосинтезе и производње кисеоника у самој води или због потрошње кисеоника из воде у процесу дисања - интензивна фотосинтеза у води може довести до суперсатурације - тада је систем нестабилан, кисеоник је у вишку, излази из воде - ово стање је индикација еутрофикације, јер говори о великом вишку фотосинтетских биљака (алги) у води - кисеоник се троши процесом дисања виших организама, али и аеробних микроорганизама 40

41 - колика ће бити [О2] зависи од односа кисеоник-органска супстанца
Технологија заштите животне средине - долази до снижења [О2], колико ће бити зависи од количине органске супстанце- што је више има, биће и већи пад [О2] - смањена [О2] указује на присуство живе органске супстанце из које се стварају мртва органска супстанца и производи разлагања - колика ће бити [О2] зависи од односа кисеоник-органска супстанца - још један фактор утиче на [О2] у води, а то је температура - растворљивост О2 у некој води зависи од њене температуре - вода је најјачи изолатор, па постоји температурска раслојеност водених тела - од Т° не зависи само профил [О2], већ и промена [] свих других присутних супстанци - у умереном појасу постоје 4 различита стања карактеристична за 4 годишња доба - поготово евидентна у дубоким језерима (преко метара), некада у дубоким спорим рекама и појединим морима (Црно) 41

42 - температурно раслојавање се назива температурна стратификација
Технологија заштите животне средине - температурно раслојавање се назива температурна стратификација 42

43 - на почетку пролећа у језеру је хладна вода, јер се споро греје
Технологија заштите животне средине - на почетку пролећа у језеру је хладна вода, јер се споро греје - након зиме, најхладнија је вода на површини језера (лед), температура расте све до дна на коме је 4 °С - интензитет Сунчевог зрачења све већи, највише се греје површински слој - како се површински слој греје, он постаје гушћи (Т < 4°C), пада ка дну, а други хладнији слој га замењује - средња температура језера расте - у једном тренутку површински слој се загрева до 4 °С и температура у целом језеру постаје 4 °С - могућа су вертикална струјања, резултат је интензивно мешање воде - долази до потпуне хомогенизације воде - ветар додатно помаже хомогенизацију - овакво стање траје неко време током пролећа 43

44 - [] других супстанци у различитим слојевима, због мешања, иста
Технологија заштите животне средине - свуда је иста и релативно висока [О2], пошто је, због мешања сваки слој био у контакту са ваздухом - само понекад, у дубљим слојевима, ако је било интензивне потрошње, постоји нешто мања [О2] - [] других супстанци у различитим слојевима, због мешања, иста - за анализу може да се узме вода са било које дубине - како време иде од пролећа ка лету, тако се све више загрева горњи слој језера - вода је јак изолатор, само мањи део топлоте се преноси до наредног слоја, још мањи до наредног итд. - временом се формира горњи слој који је најтоплији - испод овог слоја се формира слој који прима топлоту из горњег слоја, тј. слој у коме се осећа повећање Т° горњег слоја - овај слој прима топлоту дифузијом и преношењем топлоте - на дну језера је слој са најтежом водом, Т = 4 °C 44

45 - нема вертикалног струјања- стабилно раслојавање по густини
Технологија заштите животне средине - температура воде опада са дубином, на врху је најтоплији и најлакши слој, на дну најхладнији и најтежи - нема вертикалног струјања- стабилно раслојавање по густини - ово стање и представља стање температурног раслојавања језера - ово карактеристично стање траје неко време током лета - слојеви имају своја имена и значајни су и хемијски и биолошки - горњи слој се назива епилимнион,стоји као опна на површини језера - одликује се највишом [О2] јер је у сталном контакту са ваздухом, а у њему је и интензивна фотосинтеза - хемијски је различит од других слојева - средњи слој, у коме долази до великог пада Т° је металимнион - у овом слоју је и иначе ниска [О2], а ако има потрошње О2, може доћи и до интензивнијег пада [О2] - овај слој је стабилан, нема вертикалног струјања ни мешања 45

46 - доњи слој се назива хиполимнион
Технологија заштите животне средине - доњи слој се назива хиполимнион - одликује се малом променом Т° и најнижом [О2] - у њему је минимално, практично непостојеће снабдевање О2,а велика потрошња - О2 се троши у металимниону, може и да не дође до хиполимниона - граница слојева (њена висина, тј. дубина) зависи од језера до језера - важно за акумулациона језера, вода се црпи са највеће дубине - хиполимнион може бити потпуно анаеробан за време лета 46

47 - такав случај, понекад, са језерима Гружа и Ћелије
Технологија заштите животне средине - такав случај, понекад, са језерима Гружа и Ћелије - Скадарско језеро тај проблем нема, снабдева се водом богатом кисеоником из подјезерских извора. - током лета је и велика продукција органске супстанце, велика је активност живог света - при крају лета се смањује интензитет сунчевог зрачења - горњи слој добија све мање топлоте - када Т° ваздуха постане нижа од Т° воде, горњи слој почиње да зрачи топлоту према ваздуху - зато се све више и више хлади - нижи слојеви се хладе спорије, захваљујући добрим изолаторским карактеристикама воде - епилимнион се по температури изједначава све више са металимнионом - граница постаје све мања, епилимнион нестаје 47

48 - у једном тренутку у јесен се догађа ситуација слична пролећној
Технологија заштите животне средине - у једном тренутку у јесен се догађа ситуација слична пролећној - горњи слој добија Т = 4 °C, изједначава се Т° у целом језеру - долази до мешања воде и захваљујући томе њене хомогенизације - стање је физички, али не и хемијски и биолошки, као пролећно - током лета је дошло до интензивне продукције органске супстанце - вода има повећану количину органске супстанце и производа њеног разлагања које је током лета такође интензивно - са доласком зиме се и даље смањује интензитет сунчевог зрачења - горњи слој се хлади све више, доњи изоловани слојеви се мање хладе, због слабе топлотне проводљивости воде - горњи слој стога има нижу температуру од нижих слојева - формира се стабилно стање у коме је доњи слој најтежи (Т = 4 °C) - изнад њега су слојеви све хладније и све лакше воде све до врха - колика ће бити Т° и дебљина горњег слоја зависи од времена HC+ 48

49 - горњи слој може бити и залеђен
Технологија заштите животне средине - горњи слој може бити и залеђен - на овај начин, леђењем површине и стратификацијом се омогућује опстанак живог света, он се током зиме сели у најдубље и најтоплије слојеве језера - живи свет презимљује у миру, често са минимализованим животним активностима - угрожен је само ако је језеро плитко, па може да се заледи дуж целе дубине - када се заледи површина, лед као добар изолатор штити преосталу воду - међутим, спречава и контакт са атмосфером и растварање О2 - нема ни фотосинтезе, или је она слабог интензитета - [О2] је доста ниска, а како се макар и минимално троши, при крају зиме достиже минимум - током зиме се углавном не формира нова количина орг. супстанце 49

50 - зими је у језерској води статично стање са незнатним променама
Технологија заштите животне средине - зими је у језерској води статично стање са незнатним променама - на примеру језерске воде се види утицај временских услова на [О2] - самим тим се утиче и на брзину и начин разградње органске супстанце, редокс-потенцијал итд., односно на састав воде - хемијски је језерска вода најчистија у пролеће, разблажује се падавинама и топљењем снега и леда 50

51 6. Сумпорна једињења у водама - сумпор је биогени елемент
Технологија заштите животне средине 6. Сумпорна једињења у водама - сумпор је биогени елемент - садрже га многе органске супстанце (нпр. тиоаминокиселине) - органске супстанце се разлажу аеробно и анаеробно - ослобађа се сумпор, као S, SO42-, H2S - H2S је слаба киселина, може да дисосује у воденом раствору: H2S ↔ Н+ + HS- k1 = 1,1 x 10-7 HS- ↔ Н+ + S2- k2 = 1,0 x 10-14 - у воденом раствору се јављају све три врсте Н2S, HS-, S2- - њихов удео заврши од pH воде - скоро немогуће одредити концентрацију све три врсте аналитички - oбично се одређује једна - важно да се стање воде одреди без великог броја анализа - то је могуће ако се вредности k1 и k2 уврсте у неке једначине 51

52 k1 = 1,1 x 10-7 = [H+] x [HS-] / [H2S] →
Технологија заштите животне средине - aко је вода неутрална, тј. pH = 7, [H+] = 10-7 k1 = 1,1 x 10-7 = [H+] x [HS-] / [H2S] → → [HS-] / [H2S] = 1,1 x 10-7 / 10-7 = 1,1 - 50% H2S је присутно у недисосованом облику, 50% као HS- - важно технички, јер се H2S,посредно и HS- могу удаљити аерацијом - након аерације и удаљавања H2S, ствара се, због равнотеже, нова количина H2S 52

53 k2 = 1 x 10-14 = [H+] x [S2-] / [HS-] →
Технологија заштите животне средине - при истом pH = 7 k2 = 1 x = [H+] x [S2-] / [HS-] → → [S2-] / [HS-] = 1 x / 10-7 = 10-7 - дакле, при овом pH, [S2-] је занемарљива, много већа [HS-] - S се може боље уклонити из воде аерацијом ако се она закисели - равнотежа се помера према Н2S - Н2S је онда присутан у великој количини, лако се уклања из воде - Н2S је врло нестабилан у водама које садрже доста кисеоника - његову оксидацију катализује сама вода - одстрањује се спонтаном оксидацијом - у води присутне три врсте сумпора: Н2S, HS-, S2-, све три се могу оксидовати кисеоником, најбрже Н2S - најбоље створити услове у којима се формира што више Н2S - постиже се подешавањем pH средине 53

54 - приликом анализе воде значајно одредити pH
Технологија заштите животне средине - приликом анализе воде значајно одредити pH - на основу pH закључци о стању воде, али и о понашању Н2S - ако је вода алкална, Н2S се оксидује споро, ако је кисела брзо - Н2S је нестабилан у присуству кисеоника, реагује тренутно - у зависности од количине се добија S или SO42- 2 H2S + O2 ↔ 2 S + 2 H2O или H2S + 2 O2 ↔ 2 H+ + SO42- - сулфат може да се врати у анаеробни слој и послужи као извор кисеоника - Н2S који се ствара том приликом дифузијом одлази у све слојеве воде равномерно - ако је вода добро аерисана, Н2S ће нестати из ње када се вода закисели - Н2S и кисеоник не могу да коегзистирају - ако је присутан О, нема Н2S и обрнуто 54

55 - ако је висока [H2S] у води не мора се одређивати [О2]
Технологија заштите животне средине - ако је висока [H2S] у води не мора се одређивати [О2] - ако је висока [О2], не мора се одређивати [H2S] - ово је правило, ипак има изузетака, све зависи од pH - састојак неких вода је и SO2 - углавном је последица загађења, а мање природног настанка - апсорбује се из ваздуха, настаје и оксидацијом Н2S у природним водама - раствара се у води, али и реагује са њом - дисоцијација је спора SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3-, k1 = 0,0125 - HSO3- може и даље да дисосује HSO3- ↔ H+ + SO3- - растварањем SO2 у води успоставља се сумпор-диоксид-бисулфитна равнотежа 55

56 - SO2 није увек присутан у водама
Технологија заштите животне средине - SO2 није увек присутан у водама - због тога је ова равнотежа мање значајна од СО2/СО32- равнотеже - ако воде садрже SO2 доста је значајна константа SO2/ НSO3- равнотеже - на основу њене вредности и измереног pH могуће доћи до односа SO2 и НSO3- јона - aко је, рецимо, pH водe 2, тј. [H+] = 10-2 k1 = 1,25 x 10-2 = [H+] x [HSO3-] / [SO2] → → [HSO3-] / [SO2] = 1,25 x 10-2 / 10-2 = 1,25 56

57 - ако је вода јако кисела, SO2/ НSO3- равнотежа је померена улево
Технологија заштите животне средине - ако је вода јако кисела, SO2/ НSO3- равнотежа је померена улево - у води је присутна значајна количина невезаног SO2 - са повећањем pH вредности, равнотежа се помера удесно, све више НSO3- (SO2 + H2O ↔ HSO3- + H+ ) - ако из било ког разлога долази до пада [Н+] равнотежа се помера удесно - чак и у неутралној средини, доста НSO3- јона - настају на рачун SO2 - важно из технолошких разлога, ако се одстрањује SO2, нпр. код пречишћавања различитих врста вода - од четири могућа облика S, у води се најбрже оксидује НSO3- НSO3- + ½ О2 → Н+ + SO42- - S се из воде најлакше одстрањује ако је у НSO3- облику 57

58 - CO2 се равнотежно раствара у води CO2 (г)↔ CO2 (т)
Технологија заштите животне средине 7. CO2/CO32- равнотежа - CO2 се равнотежно раствара у води CO2 (г)↔ CO2 (т) - део CO2 раствореног у води реагује са водом градећи угљену киселину CO2 (г) + H2O ↔ H2CO3 - ова једначина представља угљен-диоксид-карбонатну равнотежу, једну од најбитнијих равнотежа у природним водама - и у хидросфери и у атмосфери - H2CO3 је слаба киселина, дисосује два ступња H2CO3 ↔ H+ + HCO3- HCO3- ↔ H+ + CO32- - k1 = [Н+(Р)] x [НСО3-(Р)] / [Н2СО3(Р)], k2 = [Н+(Р)] x [СО32-(Р)] / [НСО3-(Р)] - на 15° С: k1 = 3,8 х 10-7 mol/dm3, k2 = 3,7 х mol/dm3 58

59 - у природним водама, СО2 је присутан у различитим облицима
Технологија заштите животне средине - у природним водама, СО2 је присутан у различитим облицима Σ [СО2] = [СО2(Р) ] + [Н2СО3(Р)] + [НСО3-(Р)] + [СО32-(Р)] - у незагађеној атмосфери цео систем може да се поједностави - остали гасови који слично реагују су присутни у веома малој [] - може се сматрати да [Н+] јони потичу само од дисоцијације Н2СО3 - СО2 је најобилнија компонента незагађеног ваздуха која може да успостави pH равнотежу - Н2СО3 је јача киселина од воде - пошто је друга дисоцијација врло слаба, [СО32-] може да се занемари - [Н2СО3] у раствору може да се изједначи са [СО2] [Н2СО3(Р)] ≈ [СО2] - то није сасвим тачно јер Н2СО3 делом одлази из система, дисосује - како је слаба киселина, дисоцијација може да се занемари - строго гледано, правилно је написати [Н2СО3(Р)] < [СО2] 59

60 [Н2СО3(Р)] ≈ [СО2(Р) ] = kH х pCO2
Технологија заштите животне средине - [СО2 ] раствореног у води на датој Т° добија се применом Хенријевог закона [Н2СО3(Р)] ≈ [СО2(Р) ] = kH х pCO2 - на основу ових апроксимација, добија се израз практично употребљив за ситуације у незагађеном ваздуху: k1’ = [Н+(Р)] x [НСО3-(Р)] / kH х pCO2, односно [НСО3-(Р)] = k1’ x kH х pCO2 / [Н+(Р)] - теоријски, наравно, уместо концентрација треба узети активитете - јонска сила је слаба, кофицијенти активитета теже јединици, па је активитет приближно једнак концентрацији - из прве дисоцијационе једначине Н2СО3 следи да, имајући у виду да се друга дисоцијациона реакција, као слаба, занемарује [Н+(Р)] ≈ [НСО3-(Р)], тј. [Н+(Р)]2 = k1’ x kH х pCO2, односно [Н+(Р)] ≈ [НСО3-(Р)] = (k1’ x kH х pCO2)1/2 60

61 - дакле, незагађен ваздух је слабо кисела средина
Технологија заштите животне средине - на 15° С, k1’ = 3,8 x 10-7 mol/dm3, kH = 0,045 mol/(dm3x atm), pCO2 = 0,35 x 10-3 atm, па је [Н+(Р)] = (3,8 x 10-7 mol/dm3 х 0,045 mol/(dm3x atm) х 0,35 x 10-3 atm)1/2 , [Н+(Р)] = 2,4 х 10-6 mol/dm3, pH = - log [Н+(Р)] = 5,6 - дакле, незагађен ваздух је слабо кисела средина - pH незагађеног ваздуха је 5,6 и представља критеријумску вредност - индикација да нема загађивања киселим или алкалним гасовима - око pH незагађене атмосфере постоје и несугласице - неки научници сматрају да је тај pH 5,4, неки и да је 5,0 - СО2 се добро раствара на граничној површини воде и ваздуха - СО2 у води настаје распадањем карбоната, али и аеробним и анаеробним распадањем органских материја - у води може бити слободан, као гас, али и везан као НСО3- и СО32- 61

62 - слободан угљен-диоксид може бити равнотежни и агресивни
Технологија заштите животне средине 2 НСО3- ↔ СО32- + СО2 + Н2О - слободан угљен-диоксид може бити равнотежни и агресивни [СО2]укупни = [СО2]равнотежни + [СО2]агресивни - онај део СО2 који је у равнотежи са СО32- јесте равнотежни - сваки вишак преко равнотежне количине је агресивни СО2 - агресивни СО2 раствара СО32-, због чега настаје вишак НСО3- у води - нагриза грађевински материјал и заштитни слој у водоводним цевима - када је [СО2]агресивни > 0, вода је нестабилна и агресивна према металима и карбонатима - услед мањка СО2 у води стварају се СО32- у води и таложи каменац, тј. СаСО3, вода је нестабилна - СО2/СО32- равнотежа показује степен засићености воде СО32-, посебно СаСО3 62

63 - oд pH вредности зависи присутни доминантни облик СО2
Технологија заштите животне средине - растворљивост зависи од Т°, [СО2]укупни, [СО2](г), и од присуства других јонских врста - oд pH вредности зависи присутни доминантни облик СО2 - до око pH 6 у води има највише угљене киселине (угљен-диоксида) - на pH 6-9 (неутрална и слабо кисела и базна средина каква доминира у природним водама) доминирају бикарбонати - на pH > 9 доминирају карбонати 63

64 - у природним површинским водама Са2+ је главни катјон
Технологија заштите животне средине - у природним површинским водама Са2+ је главни катјон - реагује с бикарбонатима градећи слабо растворну со - због тога је у рекама и језерима до 250 mg/dm3 бикарбоната - постоје и такозване содне, алкалне воде, садрже мало калцијума и магнезијума, па су бикарбонати и карбонати везани за натријум - карбонатне стене (кречњаци, лапорци, доломит) су главни извор карбоната и бикарбоната, а атмосферски и подземни ваздух- СО2 64

65 8. Алкалитет и ацидитет воде
Технологија заштите животне средине 8. Алкалитет и ацидитет воде - pH вредност је важна карактеристика природних и отпадних вода - воде мора и океана су слабо алкалне - апсорбују киселе гасове из ваздуха- главни регулатор њихове концентрације у ваздуху - природне и отпадне воде са ниским pH углавном корозивне - корозивне према металима (гвожђу, на пример), легурама и грађевинским материјалима - воде са високим pH нагризају олово и легуре алуминијума - сувише ниска или висока pH (pH < 6, pH > 9,5) представља сметњу за биолошко пречишћавање вода - за живот риба средина најповољнија ако је pH између 6,7 и 8,6 - pH воде зависи од садржаја разних облика СО2, органских киселина, гасова, микроорганизама, као и хидролиза соли тешких метала 65

66 FeSO4 + 2 H2O ↔ Fe(OH)2 + 2 H+ + SO42-
Технологија заштите животне средине FeSO4 + 2 H2O ↔ Fe(OH)2 + 2 H+ + SO42- - природне воде поседују известан пуферски капацитет - могу да везују до извесне мере киселине или базе без промене pH - pH није једнозначно мерило пуферског капацитета - што је више електролита, већи је капацитет - природне воде имају одређени алкалитет и ацидитет - алкалитет (мера везивања киселина) се одређује титрацијом киселином, ацидитет (мера везивања база) титрацијом базом - разлог за вредност алкалитета и ацидитета је постојање низа електролита у води који се налазе у некој pH равнотежи CO2 + H2O ↔ HCO3- + H+ SO2 + H2O ↔ HSO3- + H+ H2S + H2O ↔ HS- + H3O+ NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- 66

67 - сваки од ових система се може титровати и киселином и базом
Технологија заштите животне средине - сваки од ових система се може титровати и киселином и базом - на пример, ако се раствор H2S титрује киселином... -...повећава се [Н+], реагују са HS- -...равнотежа се помера у правцу настајања H2S -...тек када се потроши сав HS- долази до промене pH - ако се водени раствор H2S титрује базом... -...у раствору се повећава [ОН-], реагују са H2S -...равнотежа се помера у правцу настајања HS- - када се потроши сав H2S долази до промене pH -...слично, ако се водени раствор амонијака титрује киселином... -... повећава се [Н+], реагују са NH3 - равнотежа се помера у правцу настајања NH4+ јона - ако се раствор NH3 титрује базом, повећава се [ОН-] 67

68 - реагују са NH4+ јоном, равнотежа се помера у правцу настајања NH3
Технологија заштите животне средине - реагују са NH4+ јоном, равнотежа се помера у правцу настајања NH3 - ипак, кључни разлог за способност воде да се може титровати и киселином и базом се приписује присуству СО2 у води, тј. СО2/СО32- равнотежи - остале равнотеже се занемарују - разлог: НСО3- је главни јон у природним водама - воде се понашају као бикарбонатни пуфери - слично као и на примерима H2S/HS- и NH4+/NH3… -…ако се вода титрује киселином, повећава се [Н+]… - …реагују са НСО3-, равнотежа се помера у правцу настајања СО2 - ова се реакција одвија док се не утроши сав НСО3- - тада се мења pH раствора - ако се вода титрује базом, повећава се [ОН-]… -…реагују са Н2СО3, односно СО2, равнотежа се помера у правцу настајања HСО3- 68

69 - реакција се одвија све док се не утроши сав СО2
Технологија заштите животне средине - реакција се одвија све док се не утроши сав СО2 - након тога се мења pH раствора - мерило капацитета воде да везује киселине се зове алкалитет - алкалитет представља збир еквивалената свих база које се могу титровати киселином… -…односно, збир свих електролита који чине да се вода опире промени pH вредности додатком киселина - укупни алкалитет неке воде потиче од соли слабих киселина… -…бикарбоната, карбоната, силиката, бората, хумата - код загађених вода и од сулфата, нитрата, фосфата, хидрогенсулфида, сулфида, цијанида, хидрогенсулфита, сулфита, соли органских киселина, хидроксида алкалних и земноалкалних метала - код природних вода алкалитет је обично једнак [НСО3-] - разлог: концентрације других анјона је много мања - 69

70 - алкалитет воде се одређује уз индикаторе
Технологија заштите животне средине - алкалитет воде се одређује уз индикаторе - уз фенолфталеин (p-алкалитет) и уз метилоранж (m-алкалитет) - мерило капацитета воде да везује базе назива се ацидитетом - ацидитет неке воде представља збор свих електролита који чине да се вода опире промени pH вредности при додавању базе - ацидитет воде потиче од присутног растворног СО2, хуминских, фулво киселина и соли Fe и Al - ацидитет се одређује уз фенолфталеин (p-ацидитет) и метилоранж (m-ацидитет) као индикатор - природне воде имају само (p-ацидитет), њихов pH > 4,3 - свака вода има свој алкалитет и свој ацидитет - ове вредности су карактеристике воде, важне су, из њих произилазе особине воде - и алкалитет и ацидитет се одређују и тумаче на договорени начин 70

71 СО32- + Н+ → НСО3- pАЛКАЛИТЕТ= c (OH- + CO32-)
Технологија заштите животне средине - код одређивања p-алкалитета, вода се титрује киселином уз фенолфталеин до промене боје из бледоружичасте у безбојну, тј. до pH 8,3 - ова вредност ће бити постигнута када се иститрује ½ присутних карбоната (хидроксидни јон је у неупоредиви мањој []) ОН- + Н+ → Н2О СО32- + Н+ → НСО3- pАЛКАЛИТЕТ= c (OH- + CO32-) - p-алкалитет се дефинише као запремина 0,1 М раствора HCl потребна за титрацију 100 cm3 узорка воде до промене боје фенолфталеина у безбојну - тај је број једнак количини HCl потребној за титрацију ОН- и СО32- присутних у води до постизања тачке еквиваленције уз фенолфталеин као индикатор - p-алкалитет се изражава у mmol/L - одређује се само када је pH испитиване воде већа од 8,3 71

72 HCO3- + H+ → H2O + CO2 m-алкалитет = c (HCO3-)
Технологија заштите животне средине - за одређивање m-алкалитета, вода се даље титрује киселином уз метилоранж до промене боје из жуте у црвену (наранџасту), тј. до pH 4,6 HCO3- + H+ → H2O + CO2 m-алкалитет = c (HCO3-) - m-алкалитет се дефинише као запремина 0,1 М раствора HCl потребна за титрацију 100 cm3 узорка воде до промене боје метилоранжа у наранџасту - тај је број једнак количини HCl потребној за титрацију НСО3- (али и ОН- и СО32-, ако је pH>8,3) присутних у води до постизања тачке еквиваленције уз метилоранж као индикатор - m-алкалитет се изражава у mmol/L - обично је једнак концентрацији НСО3- - за одређивање m-ацидитета узорак воде се титрује базом уз метилоранж као индикатор до промене боје из црвене (наранџасте) у жуту, тј. до pH 4,3 72

73 H2CO3 + OH- → HCO3- + H2O m-ацидитет = с (H+ + H2CO3)
Технологија заштите животне средине H+ + OH- → H2O H2CO3 + OH- → HCO3- + H2O m-ацидитет = с (H+ + H2CO3) - природне воде немају m-ацидитет, пошто је њихов pH > 4,3 - изражава се у mmol/L - за одређивање p-ацидитета узорак воде се даље титрује 0,1 М NaOH уз фенолфталеин као индикатор до промене боје раствора из безбојне (жуте) у бледоружичасту, тј. до pH 8,3 HCO3- + OH- → CO32- + H2O p-ацидитет = с (H2O + CO2) - метил оранж pKa = 3,46; pH 3,0- црвен pH 4,4-наранџаст - фенолфталеин pKa = 9,3 pH 8,0- безбојан pH 10,1-црвен 73

74 9. Гвожђе у водама. Порекло катјона
Технологија заштите животне средине 9. Гвожђе у водама. Порекло катјона - катјони заједно са анјонима чине јонску силу воде - од јонске силе зависи пренос кроз биолошке мембране - катјона има и у незагађеним водама, а привлаче пажњу због своје честе токсичности у случајевима повишених концентрација - анјони присутни у водама су све бивши оксиди анјоногених елемената (N, P, S, Se, B) - катјони су настали и настају разградњом стенског материјала - силикатни материјали садрже разне катјоне који се ослобађају њиховом разградњом под дејством воде и СО2 - алкални катјони, К+ и Na+, потичу из стенског материјала - у Земљиној кори је [К+] ≈ [Nа+] - било би очекивано да по разлагању стенског материјала и у водама буде [К+] ≈ [Nа+] 74

75 - међутим, у свим природним водама [К+] < [Nа+]
Технологија заштите животне средине - међутим, у свим природним водама [К+] < [Nа+] - више разлога: биосфера троши више [К+] него [Nа+], јер је [К+] биогени елемент, па се везује у биосфери - присутни и геохемијски фактори (хидратисани алумосиликати више везују [К+] него [Nа+]) - и земноалкални катјони Мg2+ и Са2+ настају распадањем стена - природне воде садрже више Са2+ него Мg2+, због више Са-силиката у природи, а и веће потражње за Мg2+(улази у састав хлорофила) - Fe је врло распрострањен елемент у Земљиној кори, укупно четврти, а од метала други по распрострањености - спада у тешке метале, није токсичан, иако спада у исту групу као токсични Со и Ni - биоген и есенцијалан елемент, неопходан живом свету - улази у састав различитих ензима и хемоглобина 75

76 - све воде садрже трагове Fe, а не Fe у високим концентрацијама
Технологија заштите животне средине - све воде садрже трагове Fe, а не Fe у високим концентрацијама - разлог: Fe се везује са лигандима који постоје у природи и гради тешко растворна једињења - нарочито реагује са распрострањеним ОН- и СО32- - ове реакције спречавају нагомилавање Fe у водама - код Fe3+ ово је веома изражено, чак и у киселој средини - Fe(ОН)3 има веома низак производ растворљивости, па се таложи већ на pH 2 - даљи раст pH побољшава таложење, па се у неутралним водама не очекује постојање раствореног Fe3+ - међутим анализе приближно неутралних природних вода показују присуство растворних Fe3+ и Fe2+ у већим концентрацијама него што дозвољавају производи растворљивости - разлог: присуство лиганда који везују Fe3+ и Fe2+, па се они налазе у облику комплекса, а не јона у раствору 76

77 - међутим, у свим водама које садрже О2 успоставља се равнотежа
Технологија заштите животне средине - главни такви лиганди су хуминске супстанце, али и друге органске карбокси киселине- јабучна, лимунска... - како је Fe(ОН)2 растворљивији од Fe(ОН)3, очекивало би се да је веће присуство растворног Fe2+ него Fe3+ у водама - међутим, у свим водама које садрже О2 успоставља се равнотежа 4 Fe2+ + O H2O ↔ 4 Fe(OH)3 + 8 H+ (k = 5,56 x 108) - величина константе равнотеже показује да је померена удесно - при било којој [О2] и pH Fe2+ се практично потпуно оксидује до Fe3+ - зато се готово сво гвожђе у природним водама налази у облику комплекса Fe3+ или Fe(OH)3 - због овога се Fe2+ готово не може аналитички одредити у водама - теоријски, само у екстремно киселим водама равнотежа може да буде померена у лево, па да буде присутна нека количина Fe2+ - чак и тада, у јако киселим отпадним водама и при малој [О2], [Fe2+] је нижа од оних које су најчешће детектабилне 77

78 10. Органске супстанце у водама
Технологија заштите животне средине 10. Органске супстанце у водама - све воде у природи садрже органске супстанце - природног су порекла, настају метаболичким процесима живог света и разградњом њихових остатака - у водама се налазе све органске супстанце које се налазе у природи - најчешће у екстремно ниским концентрацијама - нема гомилања, јер стално теку процеси разградње - производи разградње, производи реакција фрагмената разградње, производи оксидације и полимеризације фрагмената разградње - одређивање компликовано, многе супстанце су слабо дефинисане - према облику у коме се налазе, деле се на растворене, суспендоване и адсорбоване - хидрофилне органске супстанце, нпр. алкохоли, се растварају у води - неке, хидрофобне, су тешко растворне - скупљају се у агрегате, па су суспендоване у води 78

79 - у води има и неорганских састојака (честице минерала, глине)
Технологија заштите животне средине - у води има и неорганских састојака (честице минерала, глине) - они су добра адсорпциона средства, на њима се адсорбују хидрофобне органске супстанце - неке од њих могу бити у сва три облика - феноли, нпр., могу бити растворени, јер су хидрофилни, суспендовани (јер се скупљају у агрегате) и адсорбовани на неком адсорбенсу - угљоводоници и естри су хидрофобне органске супстанце - нема их у раствореном облику, али могу бити суспендовани или адсорбовани - права количина у води може да се одреди тек после десорпције - према пореклу, укупна се органска супстанца дели на аутохтону и алохтону органску супстанцу - аутохтоне су оне које настају у самом воденом телу из живог света - резултат су постојања самог живог света у води 79

80 - нпр. излучевине риба, производи распадања алги итд.
Технологија заштите животне средине - нпр. излучевине риба, производи распадања алги итд. - алохтоне супстанце су оне које су придошле из неке друге средине - могу да дођу из ваздуха, земљишта, неког другог воденог тела - скоро све воде садрже неку количину алохтоне супстанце - највише садрже реке, јер су под јаким утицајем копна - алохтоне супстанце могу бити природне и антропогене - антропогене алохтоне супстанце су загађивачи, али и неке природне алохтоне супстанце то могу бити - може се релативно прецизно утврдити одакле потиче алохтони материјал - може да буде нешто неразграђено: лист, инсект, полен… -…али и производи разградње: незасићени и засићени СН, РАН, моносахариди, олигосахариди, олигопептиди, аминошећери… - анализама могуће утврдити које је порекло неке супстанце 80

81 11. Вода као животна средина
Технологија заштите животне средине 11. Вода као животна средина - између састава екосистема и хемијских особина воде постоји веза - живи свет представља јак хемијски фактор - биљке и алге врше фотосинтезу, живи свет ствара и трансформише различите супстанце, - када угине од њега настају нове супстанце које се разграђују - закључак: хемијски састав воде зависи од живог света у њој - и живи свет у води зависи од њеног хемијског састава - зависи, генерално, од три врсте фактора: физичких, хемијских и биолошких - ови фактори заједно представљају воду као животну средину - неколико је физичких фактора који имају фундаментални значај - то су количина енергије (топлоте) коју вода прима и интензитет и састав светлости 81

82 - живи свет опстаје са одређеном минималном енергијом у систему
Технологија заштите животне средине - живи свет опстаје са одређеном минималном енергијом у систему - вода прима енергију зрачењем и као резултат егзотермних процеса - енергија добијена на други начин много мања од добијене на први - од интензитета и састава сунчеве светлости зависи фотосинтеза - светлост допире само до неке дубине, вода је селективно апсорбује - вода јако апсорбује блиску UV и IR светлост - вода највише пропушта видљиву светлост, нарочито плаву светлост 82

83 - овакав спектар важи за чисту воду, у природи постоје и примесе
Технологија заштите животне средине - један мали део видљиве светлости, неопходан за фотосинтезу, продире у веће дубине - овакав спектар важи за чисту воду, у природи постоје и примесе - неке воде су у природи обојене, што је најбољи доказ да долази до промене њихових апсорбционих спектара - већина природних вода има у себи суспендоване честице - чине воду мутном, тј. рефлектују светлост, и то једнако свих λ - у мутним водама-фотосинтеза врши само у површинским слојевима - због тога је и природни и антропогени суспендовани материјал загађивач - посебну групу представљају физичко-хемијски фактори: pH, редокс-потенцијал, јонска сила, вискозитет, површински напон - pH вредност је веома значајна, од ње зависи велики број равнотежа и функционисање живог света - pH површинских вода обично између 5 и 8,5 83

84 - живи свет осетљивији на базну, него киселу средину
Технологија заштите животне средине - живи свет осетљивији на базну, него киселу средину - због хидролизе ензима у базној средини већи поремећаји - pH 9 критична вредност за живи свет - редокс-потенцијал зависи пре свега од [О2], који је најјаче оксидационо средство у води - зависи и од редукционих врста које су у води - између редокс-потенцијала и pH постоји веза - јонска сила је важна јер од ње зависе осмотски процеси, а они утичу на преношење супстанци кроз биолошке мембране - ако је јонска сила велика, то може да неповољно делује на живи свет, нагле промене јонске силе су такође шок - хемијски фактори се могу поделити у три групе: ограничавајуће, регулишуће (контролишуће) и токсичне (смртне, леталне) - ограничавајући фактори су супстанце које су природно присутне у веома ниској [], а од њих у великој мери зависи живи свет 84

85 - фосфати- мала промена [] изазива велике промене у води
Технологија заштите животне средине - фосфати- мала промена [] изазива велике промене у води - фосфор улази у састав ензима, па је углавном везан у живом свету - ограничавајући фактор може бити и азот, али не елементаран, већ у облику једињења (нитрата, нитрита, амина) - у природним водама је присутан у веома ниским [] - од његове доступности зависи развој живог света - Либигово правило из 1840 (закон минимума) - свака супстанца важна за живи свет може бити ограничавајући фактор, ако је нема довољно, а све друге супстанце су присутне у изобиљу - ако се [] супстанце која је ограничавајући фактор повећа до веће [] од нормалне, она више није ограничавајући фактор - живи свет почиње да се знатније развија → долази до загађења воде - ако су ограничавајући фактор N и P, процес се зове еутрофикација - настаје стање са вишком хране или еутрофно стање 85

86 - наступа када се ограничавајући фактори налазе у великом мањку
Технологија заштите животне средине - насупрот еутрофном стању је стање сиромашно у хранљивим супстанцама, односно олиготрофно стање - наступа када се ограничавајући фактори налазе у великом мањку - између ова два стања налази се прелазно, мезотрофно, стање - ово стање је равнотежно - у неким случајевима настаје дистрофно стање → високи садржај хуминских супстанци и ниски садржај других органских супст. - вода се, у таквом стању, понаша као загађена - у олиготрофним водама не може да дође до наглог и бујног развоја живог света, то су најчистије воде - у њима је живи свет слабо присутан, а висока је [О2], није изражена фотосинтеза- планински потоци и друге бистре воде - сва стања вода, а нарочито еутрофно, могу бити природна, али и антропогена, изазвана загађивачима 86

87 - генерално, пожељно је да воде буду мезо- и олиго-, а не еутрофне
Технологија заштите животне средине - ако у природну воду улази отпадна са доста хранљивих састојака, долази до бујања живог света - генерално, пожељно је да воде буду мезо- и олиго-, а не еутрофне - стање воде се одређује преко неколико параметара - [Р], [СОРГАНСКИ]- говори о количини биомасе, органска продукција- прираштај биомасе по m2 за одређени временски период и садржај хлорофила-у води је након распадања биљног света - помоћу ова четири хемијска параметра, воде се разврставају у једно од три стања - за правилну класификацију се морају утврдити барем два параметра, што није увек лако - регулишући (контролишући) фактори контролишу промет кроз биолошке мембране - то се пре свега односи на пренос јона (K+, Na+, Ca2+, Mg2+), тј. супстанци које дају јонску силу воде 87

88 - велика је разноврсност у осетљивости живог света на токсичне факторе
Технологија заштите животне средине - токсични фактори су отрови, супстанце које директно неповољно делују на живи свет и при ниској [] могу да буду летални - много је таквих супстанци: феноли, већина пестицида, нека нитро једињења, ОН- јони у високој [] - велика је разноврсност у осетљивости живог света на токсичне факторе - аеробни микроорганизми су генерално осетљивији од анеробних - код разних врста риба знатне разлике у осетљивости на С6Н6 - биолошки фактори обухватају разне интеракције - једна врста делује на другу првенствено преко ланца исхране - има и других дејстава, симбиозе, антибиозе, различитих хемијских дејстава једне врсте на друге - нпр. неке алге стварају супстанце које су отровне за многе друге врсте- тиме бране станиште - неке плесни стварају токсичне супстанце за микроорганизме 88

89 - у некој води може постојати више биолошких заједница
Технологија заштите животне средине - у некој води може постојати више биолошких заједница - ако се посматра дубински профил неке воде, уочавају се три основна типа заједница - планктонска заједница заузима највећи, средишњи део воденог тела - бентон је животна заједница на дну - неустон је површински филм воде- специфична, најтоплија област, која прима највише зрачења, у њој је највећа [О2] 89

90 - понашање живог света зависи од концентрације загађивача
Технологија заштите животне средине 12. Сапробна стања - биолози уочили да постоји веза између стања загађености неке воде и живог света који у њој живи - понашање живог света зависи од концентрације загађивача - успевају да семиквантитативно, приближно, описују понашање неких организама и дају на основу тога оцену загађености - на пример, мере боју неког организма, или брзину кретања, ако зависе од загађености - на основу тога дају оцену о загађености, што је брже него да раде хемијске анализе хидролози објавили систем класификације вода у категорије према загађености, и то на основу живог света - тада су воде класификоване у четири категорије, сапробна стања - исти систем, мада доста усавршен, практично важи и данас - хемичари се трудили да дају хемијски основ овој биолошкој подели 90

91 - резултати се уврштавају у формулу која даје коначну категорију
Технологија заштите животне средине - основ класификације јесте биолошки, али подразумева низ хемијских параметара који су тачно дефинисани и карактеришу одређено биолошко стање - до оцене стања се долази тачним пребројавањем живог света у узорку воде, као и његовим разврставањем у врсте, подврсте итд. - резултати се уврштавају у формулу која даје коначну категорију - IV или полисапробна категорија као главну карактеристику има огроман број бактерија (> 1х106/ml) - другог живог света готово да и нема - [О2] ≈ 0, [органска супстанца] висока - осим бактерија у оваквим водама могу да живе само неке протозое - органска супстанца у овим водама се добрим делом налази у макромолекулском облику - има је много, микроорганизми не стижу да је разграде - ипак, има и веома мало деградационих производа 91

92 - концентрације NH3 H2S у овим водама су високе
Технологија заштите животне средине - концентрације NH3 H2S у овим водама су високе - на мапама се обележавају црвеном бојом - воде III или α-мезосапробне категорије представљају почетак оксидационе средине, мада је у њима [О2] нестабилна - концентрација бактерија је приближно 1х103/ml, појављују се алге које могу да врше фотосинтезу, неке плесни, пужеви, шкољке - у зависности од тога има ли или не О2, Н2S не постоји или постоји - стање осцилује између анаеробног и аеробног - овакве воде садрже и нешто макромолекула који су добрим делом разграђени - органске супстанце се разграђују углавном анаеробним, нешто мање аеробним процесима - на мапама се означавају жутом бојом - воде II или β-мезосапробне категорије се означавају зеленом бојом - концентрација бактерија је мања од 1х103/ml 92

93 - у њима је [О2] већа од нуле и стална, па не садрже Н2S
Технологија заштите животне средине - у њима је [О2] већа од нуле и стална, па не садрже Н2S - ипак, могуће је појављивање Н2S на местима заштићеним од струјања - нема ни макромолекулске органске супстанце, која је, услед постојања довољне количине кисеоника, аеробно разграђена - у овим водама живе све врсте алги и риба, постоји подводна вегетација - ово је нормално стање и пожељно је да воде буду у II категорији - воде I или олигосапробне категорије се означавају љубичастом бојом - у ове воде су убрајају веома чисте, бистре воде (планински потоци и реке) код којих је концентрација бактерија мања од 1х102/ml - [О2] је веома висока, и близу границе засићења овим елементом - органске супстанце су присутне у веома ниској концентрацији, углавном као хуминске супстанце - у овим водама нема много живог света, нема много врста ни много јединки унутар врста, - у овим водама живе племените врсте риба, пастрмке на пример 93

94 - вода боља од вода I категорије је катаробна вода
Технологија заштите животне средине - ово су четири основне категорије у које се класификују воде у природи - III или α-мезосапробна и II или β-мезосапробна категорија имају неколико поткатегорија - постоје још две врсте, воде боље од вода I и лошије од вода IV категорије, али се оне не класификују и не улазе у закон - вода боља од вода I категорије је катаробна вода - то је вода типа бунарске, пијаћа вода - садржи доста О2 и растворених соли, не садржи органске супстанце, у њој једва да има бактерија - у природи оваквих вода има веома мало - вода лошија од вода IV категорије је вода ван категорија - садржи токсичне супстанце у чијем присуству не може да се развија ни један живи систем - нема живих бића, ова вода се може сврстати хемијски, али не биолошки 94

95 - отпадне воде се не категоризују, већ само природне
Технологија заштите животне средине - отпадне воде се не категоризују, већ само природне - категоризација је важна, јер представља основу за креирање поступка за пречишћавање - сапробно стање дуж тока реке може да се мења 95

96 - отпадне воде се не категоризују, већ само природне
Технологија заштите животне средине - отпадне воде се не категоризују, већ само природне - категоризација је важна, јер представља основу за креирање поступка за пречишћавање 96

97 Технологија заштите животне средине
13. Циклус воде у природи - циклус воде у природи је важан, јер је део хемодинамике не само воде, већ и свих загађивача који су у води растворни - постоји и без утицаја човека, али се и све антропогене супстанце укључују у њега - има велики економски значај, у свим се земљама света праве биланси о дотоку и отицању воде - природни биланс дотока и отицања јесте нула, постоји равнотежа глобалног карактера, чије нарушавање доводи до катастрофе - постоје регионални поремећаји који могу бити краткотрајни и дуготрајни, негде више воде дотиче, негде више воде отиче - Сунце је покретачка снага циклуса воде у природи, шаље воду из атмосфере у биосферу и хидросферу, из којих одлази у литосферу - атмосферске падавине (киша, снег) преузимају гасове и чврсте честице из атмосфере (растварају се или бивају суспендоване) 97

98 - кроз атмосферски стуб падавине стижу до површине Земље
Технологија заштите животне средине - кроз атмосферски стуб падавине стижу до површине Земље - у земљишту се ствара нова врста воде, ако та вода мигрира, претвара се у воде различитог састава са различитим карактеристикама - ако се подземна вода пробије до површине земљишта, она извире и формира се површинска вода - спајањем извора површинске воде настају водена тела мање или веће површине, слатка или слана, текућа или стајаћа - површинска вода, али и вода из земљишта и из биосфере, интерагује са ваздухом, испарава и поново долази у атмосферу, где може да се кондензује и формира атмосферске падавине - све сфере су у међусобној вези преко воде, она кроз све сфере пролази - овај пролазак није само физички, долази и до хемијских трансформација у различитим сферама - те трансформације су основни узрок загађивања воде, ако је нека сфера загађена, долази до прелаза загађења из сфере у воду 98

99 Технологија заштите животне средине
99

100 14. Топлотно загађивање вода у природи
Технологија заштите животне средине 14. Топлотно загађивање вода у природи - да ли температура на Земљи расте или пада? - мишљења опречна, да долази ледено доба али и повећање Т° - недовољно података из прошлости, могући докази и за једну и за другу тврдњу - регионално дефинитивно постоји пораст средње годишње температуре - топлота је такође загађивач, вишак топлоте узрокује проблеме - јасно се примећује на рекама - средња годишња Т° већине река расте - један од узрока- велики број емитера топлоте, тј. топле воде - хидроцентрале, термоцентрале, атомске централе - хидро: вода покретачка снага, служи и за хлађење турбина 100

101 - термо и атомске: за добијање паре за турбине и за хлађење
Технологија заштите животне средине - термо и атомске: за добијање паре за турбине и за хлађење - загрејана вода и пара из постројења одлазе у реку, Т° ↑ - стално додавање такве воде и паре доводе до раста средње годишње температуре - промена температуре речне воде има низ последица - поремећај у размножавању риба (оне се размножавају у одређеном опсегу Т°, ако опсег није прави, принос риба мањи) - сви облици живота који зависе од риба трпе последице - ако су рибе биљоједи → вишак биљака - такође и мањак риба које се хране рибама чији број опада → проблеми у рибарству и економији - врсте риба које живе у некој води зависи од Т° - лосос и пастрмка траже хладније воде, неким врстама риба је свеједно 101

102 - раст Т° доводи и до хемијских промена
Технологија заштите животне средине - врсте које траже хладније воде се селе или им се смањује број јединки - раст Т° доводи и до хемијских промена - са променом Т° долази до промене брзине реакција - промена брзине зависи од температурног коефицијента → не мења се брзина свих реакција у истој мери - велики коефицијент → велика промена, мали коефицијент → мала промена - долази, дакле, до хемијског раслојавања - од Т° зависи и растворљивост супстанци, више или мање - при промени Т° растворљивост неких се мења више, друге мање → раслојавање - са растом Т° опада растворљивост гасова, опет у различитој мери → раслојавање и што се тиче количине гасова у води 102

103 - нарочито важно за кисеоник
Технологија заштите животне средине - нарочито важно за кисеоник - од [О2] зависе процеси микробиолошког разлагања, - са растом [О2] интензивирају се аеробни процеси, са падом [О2] смањује се обим ових процеса - дакле од Т° индиректно зависи и интензитет процеса микробиолошког разлагања - могуће је чак и да, при повишеној температури, средина постане анаеробна - са порастом Т° од 0 до 35°C, растворљивост О2 се преполови - мале промене Т° битно утичу на [О2] - од [О2] зависе и друге особине - О2 најјаче оксидационо средство у води, јаче средство је једино Н2О2 кога има у траговима само у појединим ћелијама 103

104 - пример: подземне воде садрже јоне у редукованом облику (Mn2+, Fe2+)
Технологија заштите животне средине - од [О2] зависи редокс потенцијал воде, он одређује горњу границу, тј. оксидативност, а од редокс потенцијала зависи јако много реакција које се одвијају у води → од Т° зависе многе реакције - пример: подземне воде садрже јоне у редукованом облику (Mn2+, Fe2+) - на извору, у контакту са ваздухом, долази до оксидације и стварања тешко растворних Fe(ОН)3 и MnО2хН2О - због тога у речним водама нема токсичних Fe2+ и Mn2+, они остају у муљу - ови волуминозни талози копреципитују и токсичне метале - док има довољно О2 вода чистија, Fe, Mn & co. у талогу - када дође до мањка кисeоника, анаеробни микроорганизми почињу да траже његов извор - редукују вишевалентне у нижевалентне хидроксиде и узимају кисеоник из њих 104

105 - последица: вода постаје нагло загађена
Технологија заштите животне средине - Fe и Mn прелазе у раствор, а растварањем њихових талога растварају се и копреципитовани, често токсични јони - последица: вода постаје нагло загађена - ...а за све је одговоран раст температуре 105

106 - једна од тековина модерног живота- машине за прање веша
Технологија заштите животне средине 15. Еутрофикација вода - једна од тековина модерног живота- машине за прање веша - за машине мора да постоји и прашак - стално се усавршава састав прашака за прање - савремени прашкови садрже двадесетак компоненти, свака има своју улогу - треба опрати што пре, боље и брже, на што нижој Т° - важан састојак прашака за веш су фосфати - свака вода садржи бикарбонате. При загрававању воде: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O - растворни Ca(HCO3)2 се распада, а на деловима машине се таложи CaCO3, онемогућавајући пренос топлоте - такође се таложи и на рубљу 106

107 - проблем решен тако што су додавани полифосфати
Технологија заштите животне средине - проблем решен тако што су додавани полифосфати - на пример натријум-хексаметафосфат (нхмф) 2 Ca2+ + Na2[Na4(PO3)6] ↔ 4 Na2+ + Na2[Ca2(PO3)6] - ако има довољно нхмф, сав се Ca везује у комплекс и не може да се таложи као CaCO3 - фосфати у отпадној води, међутим, представљају озбиљан проблем - свакодневно се огромне количине емитују у природу - фосфати нису токсични, фосфор је важан биогени елемент - готово ниједан процес у организмима се не одвија без ензима који садрже P - у природи, у незагађеним водама, 0,00-0,04 mg/l P - једва се аналитички одређује - ако се фосфор уноси у природне воде, више није ограничавајући фактор (ОФ) 107

108 - живи свет се развија у складу са високом концентрацијом фосфора
Технологија заштите животне средине - ОФ неопходна супстанца за раст и развој која се налази у најмањој количини од свих супстанци које су за нормалан раст и развој потребне - живи свет се развија у складу са високом концентрацијом фосфора - драматичан еколошки поремећај- бујају алге, прекривају површину вода - потискују остали свет, спречавају контакт воде и ваздуха, нема аерације - алге, додуше стварају кисеоник фотосинтезом - али брзо и умиру, постају мртва биомаса коју разграђују микроби - микроорганизмима неопходна велика количина кисеоника да разграде силну количину мртвих алги - у недостатку кисеоника, приликом разградње велике количине биомасе, вода постаје анаеробна, замочварује се 108

109 - фосфати морали да буду замењени другим супстанцама
Технологија заштите животне средине - фосфати морали да буду замењени другим супстанцама - EDTA као замена- проблем јер комплексира све биогене елементе у траговима, па живи свет стагнира - нитрилосирћетна киселина- давала мутагене производе - 70-тих година прошлог века почела употреба зеолита - зеолити- природни јонски измењивачи, везују Ca2+ и Mg2+, истовремено отпуштају Na+ који одлази у воду, инертни, природни - произведени прашкови без фосфата - ипак, постављено питање колико јако је дејство PO43- на живи свет - Редфилд је године објавио рад о утицају фосфата на раст алги, тј. о утицају фосфата на процес фотосинтезе - представио алгу као хемијско једињење 109

110 - Редфилдова једначина фотосинтезе
Технологија заштите животне средине - Редфилдова једначина фотосинтезе 106CO2 + 16NO3- + HPO H2O + 18H+ + елементи у траговима + енергија + хлорофил → Алга (C106H263O110N16P) + 138O2 - један јон фосфата покреће стварање 3,5 килограма алги (маса горе) - ослободи се 138 молова кисеоника - за разградњу мртве биомасе потребно опет 138 молова О2 - привидно равнотежа, реално О2 који се створи највећим делом оде у атмосферу, алге прекрију површину, спречавају аерацију - када је, при разградњи О2 потребан, нема га довољно - фотосинтеза тече уз утрошак H+ јона - → због фотосинтезе вода алкалнија, разградња је чини киселијом - за фотосинтезу битан и нитратни јон, не толико колико фосфатни 110

111 - детерџетни окривљени за замочваривање вода, али....
Технологија заштите животне средине - како фосфата има више него довољно, они више нису ОФ, то постаје неки други јон - детерџетни окривљени за замочваривање вода, али.... ...постоје и други важни извори фосфата, нпр. спирање фосфатних ђубрива са њива... - доспевају у подземне, па у површинске воде, вероватно већи загађивач од детерџената - данас је тренд да се враћају фосфати у детерџенте, јефтини су, природни, детерџенти са њима ипак најбоље перу - системи за пречишћавање отпадних вода су усавршени - некада уклањано 30% фосфата из градских отпадних вода - данас и преко 90% - бујање алги, тј. загађивање вода, изазвано вишком фосфата назива се еутрофикација 111

112 - ствара се велика количина CO2, па вода пенуша
Технологија заштите животне средине - део алги се разграђује аеробно, други део, када понестане О2 анаеробно - када долази до разградње органска супстанца алги се појављују као CO2 - ствара се велика количина CO2, па вода пенуша - CO2 делује и корозивно, па долази до реакције CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2 - последица је повећање тврдоће воде, тј. јона Ca у раствору - расте и I, која јесте важан параметар у природним водама - oд I зависи транспорт кроз ћелијске мембране - eфекат на грађевинске материјале, већина је карбонатне природе - вишак CO2 их напада, ствара рупице, доводи до корозије - са CaCO3 који није чист, се растварају и копреципитовани јони (Zn, Cd, Sr), што ствара озбиљан проблем и загађење воде 112

113 16. Редокс стања воде и седимената
Технологија заштите животне средине 16. Редокс стања воде и седимената - [О2] је најважнија карактеристика вода - зависи од апсорпције из ваздуха, од интензитета процеса фотосинтезе, од температуре... - ...веома важан фактор за [О2] је количина органске супстанце коју треба разложити - у води постоји и мало неорганских супстанци које могу да се оксидују, али се оне не стварају нагло, утицај им мали - аеробно стање постоји једино када има довољно кисеоника - као последица довољне [О2] теку сви аеробни процеси и могу да живе сви живи организми који троше кисеоник - постоји више анаеробних стања, јер недостатак О2 може бити различит - због тога постоји градација редокс-потенцијала од вишег ка нижем 113

114 - ако се одвија, не загађује се вода
Технологија заштите животне средине - анаеробна стања су важна аналитички за екохемијско стање неке воде, а имају велике последице и на геохемијско стање - потпуна оксидација органске супстанце до малих молекула –пожељан процес - ако се одвија, не загађује се вода - потпуна оксидација могућа у аеробној средини, са довољно О2 - проблем: растворљивост О2 у води није превелика, вода тешко може да садржи сав О2 за све аеробне процесе и дисање истовремено - зато долази до ситуације у којој је [О2] смањена, до настанка једног анаеробног стања у коме је О2 у мањку према органској супстанци - органска супстанца онда може бити загађивач - микроорганизми разграђују органску супстанцу аеробно док има О2 - када О2 нестане, аеробни микроорганизми умиру, стварајући додатну мртву биомасу 114

115 - у дејство ступају анаеробни и факултативно анаеробни микроорганизми
Технологија заштите животне средине - у дејство ступају анаеробни и факултативно анаеробни микроорганизми - анаеробним дисањем и врењем разграђују органску супстанцу - увек се врши термодинамички најповољнији процес - од могућих извора О2 највећи редокс-потенцијал има MnO2 - тада се ослобађа највећа могућа количина енергије СxHyOzPNmSn + MnO2 + H+ → Mn2+ + CO2 + H2O + N2 + HPO42- + SO42- + Q1 - ово је најблаже стање анаеробности, ослобађа се највећа количина енергије - та количина енергије је ипак мања од енергије аеробног процеса - Q1 < E - MnO2 није растворна, јонска, врста, већ чврста супстанца - не може да реши проблем у целој води, већ само у својој близини - локални, тачкасти, процеси 115

116 - MnO2 може да постоји и у аеробној и у анаеробној средини
Технологија заштите животне средине - MnO2 може да постоји и у аеробној и у анаеробној средини - може да остане нередукован, ако у околини није било органске супстанце - у језеру Гружа се лети ствара аеробна средина, MnO2 се таложи - када средина постане анаеробна, MnO2 се раствара, јавља се Mn2+ -вода мора да се додатно пречишћава - ослобађају се и копреципитовани јони- додатан проблем - ако је MnO2 утрошен, или га нема, микроорганизми узимају кисеоник из следећег могућег извора, NO3- јона СxHyOzPNmSn + NO3- + H+ → N2 + CO2 + H2O + HPO42- + SO42- + Q2 - добија се мања енергија него при реакцији са MnO2 (Q2 < Q1) - [NO3-] у водама у нормалним околностима мала - потроши се брзо, а пошто је јон и свуда стиже, и у потпуности - долази до потпуног исцрпљења NO3- из воде и седимената 116

117 - тада микроорганизми прелазе на следећи извор, Fe2O3
Технологија заштите животне средине - тада микроорганизми прелазе на следећи извор, Fe2O3 СxHyOzPNmSn + Fe2O3 + H+ → Fe2+ + CO2 + H2O + NH3 + HPO42- + SO42- + Q3 (Q3 < Q2) - Fe2O3 је, попут MnO2, чврста, непокретна фаза - делује локално, не мора да буде утрошен до краја, ако локално нема органске супстанце - Fe2O3 копреципитује у аеробној средини и тешке метале - његовим растварањем се растварају и тешки метали - долази до додатног загађивања воде - када се виши оксиди гвожђа потроше, микроорганизми користе следећи, најважнији акцептор протона, а то је SO42- СxHyOzPNmSn + SO42- + H+ → H2S (S) + CO2 + H2O + NH3 + HPO42- + Q4 (Q4 < Q3) - SO42- је најзаступљенији од свих извора кисеоника, такође је и покретан, па је ово најзаступљенији анаеробни процес 117

118 - влада сулфатна загађена атмосфера, настају токсични NH3 и H2S
Технологија заштите животне средине - када се за разлагање органске супстанце користи SO42- стање је јако загађено, интензивни су редукциони услови - влада сулфатна загађена атмосфера, настају токсични NH3 и H2S - H2S може да уништава живи свет, чак и неке микроорганизме - стварање H2S има и низ хемијских последица - H2S везује јоне тешких метала и гради слаборастворне сулфиде - због тога се смањују [] тешких метала - долази до неке врсте пречишћавања вода, из раствора нестају и јони тешких метала и H2S - сва четири процеса анаеробног дисања троше протоне, мења се pH - резултат је заалкаљивање вода, ремети се и CO2/CO32- равнотежа - када се потроши и SO42- јон, нема других извора кисеоника - почиње низ најанаеробнијих процеса,процеса врења (ферментација) - органска супстанца се оксидује својим сопственим кисеоником 118

119 СxHyOzPNmSn → CH4 + CO2 + H2S + NH3 + HPO42- + Q5 (Q5 < Q4)
Технологија заштите животне средине - кисеоник се премешта са једног на други угљеников атом, један се угљеник оксидује, други редукује - врења могу бити разноврсна: алкохолна (етанолно, метанолно…), киселинска (млечно- киселинско, бутерно-киселинско, сирћетно-киселинско…) и, крајње, метанско СxHyOzPNmSn → CH4 + CO2 + H2S + NH3 + HPO42- + Q5 (Q5 < Q4) - метанско врење је најмање повољан процес - одвија се у загађеној води, на дну бара - то је практично крајње стање, после њега следи још само анаеробно разлагање CO2, што је тешко - захваљујући постојању непокретних извора кисеоника, анаеробни и процеси врења могу да се преплићу, неколико може да се одвија истовремено 119

120 - комплексна смеса неорганског и органског материјала
Технологија заштите животне средине 17. Земљиште - земљиште представља површински растресити слој Земљине коре настао физичком и хемијском ерозијом геолошке подлоге уз учешће живих организама и климатских фактора - у земљишту се додирају и прожимају литосфера, атмосфера, хидросфера и биосфера - комплексна смеса неорганског и органског материјала - у порама се налазе ваздух и вода, а све је то заједно природна средина великог броја живих организама - колоидно-биолошки систем специјалних физичких, физичко-хемијских и хемијских карактеристика - кроз овај систем циркулишу разне супстанце у облику правих и колоидних раствора и одвија се мноштво реакција 120

121 - земљиште се понаша као огромна хроматографска колона
Технологија заштите животне средине - миграција у облику раствора углавном наниже, под дејством силе Земљине теже - земљиште се понаша као огромна хроматографска колона - адсорпциони и десорпциони процеси - резултат кретања супстанце, хемијских реакција и биолошке активности: слојеви одређених хемијских и биолошких карактеристика- хоризонти - наука која проучава земљиште- педологија - земљиште се ствара таложењем аутохтоног и алохтоног материјала - материјал постао и постаје механичким, хемијским и биохемијским разлагањем матичних стена и биљних и животињских остатака - дуготрајан процес, у крајевима са умереном климом z х 1000 година - основни елементи: распадање (ерозија), таложење и преношење 121

122 - преношење могуће водом, ветром или преко живих организама
Технологија заштите животне средине - преношење могуће водом, ветром или преко живих организама - распадање (ерозија, разлагање) може да буде механичко, хемијско и биолошко. - механичко се одвија под утицајем кретања материјала (ситњење), због промене температуре (грејање, мржњење) и под утицајем ветра који носи већ иситњени материјал и абразијом еродира матичне стене (еолска ерозија) - хемијски процеси разлагања су разноврсни и често сложени - оксидације, хидратације, растварање, карбонатизација, стварање комплекса, кондензације итд. оксидација пирита ваздушним кисеоником: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO H+ Fe(II) јон се оксидује у киселој средини и при довољно високом pH: 4Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ 122

123 хидратација хематита у лимонит: 2Fe2O3 + 3H2O ↔ 2Fe2O3x3H2O
Технологија заштите животне средине хидратација хематита у лимонит: 2Fe2O3 + 3H2O ↔ 2Fe2O3x3H2O растварање: CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2SO4 ↔ CaSO4 + H2O + CO2 K2OxAl2O3x6SiO2 + CO2 + 2H2O → K2CO3 + Al2O3x2SiO2x2H2O + 4SiO2 (претварање ортокласа у каолинит) - биолошко разлагање обухвата физичко кидање и ситњење (корење биљака, глисте) и хемијско растварање под утицајем супстанци које луче корење и разни микроорганизми - неки аеробни микроорганизми луче лимунску киселину која раствара разне карбонате и оксиде - могућа и бактеријска оксидација нпр. пирита 123

124 - земљиште је,због велике разнородности тешко хемијски дефинисати
Технологија заштите животне средине - земљиште је,због велике разнородности тешко хемијски дефинисати - смеса неорганских и органских супстанци - неорганске: вода, гасови, катјони, анјони, недисосована једињења, силикати, силицијум-диоксид - органске: хумусне супстанце, органска једињења свих класа, остаци живих организама - део неорганског и органског материјала-прави и колоидни раствори - pH вредност земљишта 4,5-8,5 - добро ветрено, баштенско земљиште скоро неутрално (6-7,5) - поплављено земљиште са много органског материјала тежи да буде кисело, због ферментационих процеса - земљиште је, по правилу, врло порозно % поре - у порама се налази промењива количина ваздуха и воде 124

125 18. Неорганске супстанце земљишта
Технологија заштите животне средине 18. Неорганске супстанце земљишта - вода, гасови, катјони и анјони, недисосована једињења, различити силикати, SiO2 - највећи део неорганских супстанци потиче од литосфере - настао и даље настаје хемијским и биохемијским променама геолошке подлоге - резултат: примарни неоргански и секундарни неоргански материјал - примарни материјал: до 70% укупне масе, иситњени делови матичне стене: силикати, кречњак, доломит итд. - секундарни материјал: настаје разлагањем примарног материјала - силикати у земљишту: разноврсни, фелдспати, кварц, лискуни, аугити, хорнбленда и производи њихове трансформације - хидратисани алумосиликати: каолинит, монтморијонит, илит 125

126 - оксиди и хидратисани оксиди гвожђа: хематит, лимонит
Технологија заштите животне средине - оксиди и хидратисани оксиди гвожђа: хематит, лимонит - оксиди и хидратисани оксиди алуминијума: дијаспор, хидраргилит - карбонати: калцијума, магнезијума, гвожђа - сулфати: калцијума, магнезијума, гвожђа - уз набројана једињења, и мале количине других соли - део соли у облику раствора, други део адсорбован на силикатима и другом материјалу - обично силикати најчешћи, честице неколико cm до 0,002 mm - најситнији делови силиката и хумусни материјал- колоидни део з. - важна карактеристика хидратисаних силиката- слојевита структура - између слојева празан простор → велика површина - последица такве структуре јоноизмењиве и адсорптивне особине - код каолинита, слојеви од мрежа SiO4 тетраедара 126

127 - између ових слојева атоми алуминијума који их повезују
Технологија заштите животне средине - између ових слојева атоми алуминијума који их повезују - однос SiO4/Al = 1:1 - код монтморијонита однос SiO4/Al = 2:1 - неки атоми Al могу да буду замењени јонима Mg и другим јонима - веза између слојева SiO4-Al-SiO4 је слаба, остварује се уз помоћ електростатичког привлачења других катјона, попут Na+ - између слојева може да буде везана и промењива количина воде- то је разлог способности бубрења земљишта са монтморијонитом - монтморијонитске глине имају јоноизмењивачке особине - могуће замена катјона из међуслоја и замена водоника из хидроксилне групе везане за алуминијум (зависи од pH) - земљиште садржи и гасове присутне у ваздуху - није исти однос, [CO2] ≈ 1% у земљишту 127

128 19. Органска супстанца земљишта
Технологија заштите животне средине 19. Органска супстанца земљишта - органска супстанца земљишта, обзиром на порекло, врло сложена - свака супстанца која се јавља у природи се може очекивати у з. - по количини и по функцији, најзначајније хумусне супстанце - садржина хумусних супстанци у земљишту од 1% (пустиња) до 80% (хумус, црница) - хумусне супстанце - сложене смесе макромолекулског материјала - киселинске природе, делимично нерастворне, на њима адсорбовани и мали молекули и јони - у састав хумусних супстанци улазе и P, N и S - настају деградацијом биљних и животињских остатака под дејством микроорганизама и поновним спајањем насталих фрагмената низом реакција оксидације и кондензације 128

129 - процес стварања хумусних супстанци назива се хумификација
Технологија заштите животне средине - процес стварања хумусних супстанци назива се хумификација - од биљних остатака главни прекурсорски материјал представља лигнин 129

130 - лигнин је макромолекул чији су мономери разни пропенол-феноли
Технологија заштите животне средине - осим лигнина, у састав хумусних супстанци улазе и делови полисахаридне природе који потичи од целулозе, као и друге супстанце (аминокиселине, аминошећери итд.) - од биљних остатака у земљишту најспорије се разграђује лигнин, па целулоза, па хемицелулоза, а најбрже глукоза - лигнин је макромолекул чији су мономери разни пропенол-феноли - кониферил-алкохол је мономер лигнина у четинарима, листопадном дрвећу и житарицама - синапил-алкохол је мономер лигнина у листопадном дрвећу и житарицама - p-кумарил-алкохол је мономер лигнина у житарицама 130

131 - две теорије о настанку хумусних супстанци
Технологија заштите животне средине - две теорије о настанку хумусних супстанци - по једној, полимеризацијом и поликондензацијом мономера који су настали микробиолошком деградацијом лигнина, полисахарида и другог полимерног материјала - по другој, настају из крупнијих фрагмената истих мономера који настају као резултат делимичног разлагања и оксидације - хумусни материјал је хетероген, може се раставити у четири главне фракције, фулво-, химатомеланске, хуминске киселине и хумин фулвокиселине, жуте супстанце, растварају се у киселинама и базама, као и у води при свим pH вредностима. Потпуном хидролизом дају супституисане пропенол-феноле, аминокиселине и угљене хидрате химатомеланске киселине се најбоље растварају у поларним органским растварачима (нпр. етанолу), и у базама, при чему граде одговарајуће соли. 131

132 Технологија заштите животне средине
хуминске киселине се не растварају у киселинама, ни у поларним органским растварачима, али се растварају у базама и граде соли-хумате. Чврсте су, воскасте супстанце, мрке боје. Најважнији су састојак хумуса. Са становишта х.ж.с., важне три особине: комплексирање катјона, јонска измена и везивање нискомолекуларних органских једињења. Хуминске киселине комплексирају катјоне јонском везом преко карбоксилних и фенолних група (резултат хумати), координационим везивањем преко амино група, имино група, кето група, тиоетарских група итд. (добијају се хелатна једињења), и везивањем преко водоничних мостова, нарочито преко терминалних функционалних група (добијају се адсорбати). Способне су да обављају јонску измену. Због свега овог су значајан фактор у везивању разних катјона у земљишту, њиховом транспорту итд. Не треба заборавити да катјони могу бити и загађивачи. 132

133 - фулво киселине се разликују од хуминских по Н/С и О/С односу
Технологија заштите животне средине хуминске киселине имају способност да везују и поликондензоване угљоводонике, киселине, алкане. Важан су фактор и у њиховом преносу, па могу утицати на загађивање. Најчешће се не могу одстранити из воде флокулацијом хумини су нерастворни део хумусних супстанци, црне боје и хетерогене природе - фулво киселине се разликују од хуминских по Н/С и О/С односу - Н/С фулво 0,80-1,41; хуминске 0,56-1,10 - О/С фулво 0,6-0,8; хуминске око 0,4 - поред хумусних супстанци, земљиште садржи и друга орг. једињења - угљени хидрати (моносахариди-хексозе и пентозе, дисахариди, олигосахариди, полисахариди- целулоза, хемицелулоза, амино шећери, шећерни алкохоли, шећерне киселине, метил-шећери...) - азотна једињења (аминокиселине, аминошећери, пурини, амини, пиримидин, амиди, пиролна једињења...) 133

134 20. Структура атмосферског омотача Земље
Технологија заштите животне средине 20. Структура атмосферског омотача Земље - атмосферски омотач је састави део планете Земље - стари арабљански астрономи тврдили да је дебљине 1500 км - данас знамо да је дебљина атмосфере око 2000 км, - са удаљавањем од Земље, ваздух постаје све ређи и ређи, а после око 2000 км почиње васиона (безваздушни простор) - узрок пада густине атмосфере са растом висине је сила теже - 95% ваздуха се налази у првих 5 км, преосталих 5% у осталих 1995 км - количина ваздуха која се налази око Земље резултанта је силе земљине теже и дифузионих сила - ближа атмосфера је простор до 110 км од Земљине површине - ваздушни омотач није хомоген по вертикали, већ има структуру и температурни профил 134

135 - 1,4x103 Ј/(м2 х sec), тзв. Сунчева константа
Технологија заштите животне средине - ово је последица константног флукса енергије коју Земља прима из васионе, од Сунца и других космичких тела - 1,4x103 Ј/(м2 х sec), тзв. Сунчева константа - осим енергије из космоса, промена Т° је последица и разних процеса са различитим топлотним билансом који се одвијају у атмосфери - најнижи слој атмосфере се назива тропосфером - простире се до висине од км у умереним подручјима - на половима до 9-10 км, на екватору до км - у овом слоју је > 95% ваздуха, овде је највећи ваздушни притисак - интензивна су хоризонтална и вертикална струјања → слој хомоген - због јаког мешања, свака супстанца, теоријски, може да се нађе у било којој тачци тропосфере, ма где се у њој прво појавила - по једној хемисфери теоријски се распореди за 30 дана - прелази из хемисфере у хемисферу, преко екватора, отежани 135

136 - струјања која враћају ваздух спречавају прелаз преко екватора
Технологија заштите животне средине - струјања која враћају ваздух спречавају прелаз преко екватора - за ширење супстанце по целој тропосфери потребно годину дана - кроз тропосферу густина ваздуха нагло опада - однос главних састојака (N2 и O2) остаје исти, састав тропосфере је константан - температура кроз тропосферу са порастом висине опада, на граници тропосфере и стратосфере, у тропопаузи, минимум Т°(-55 до -80° С) - наредни слој, стратосфера се простире од км - битно различита од тропосфере, сува, хладна област - без облака, без водене паре, скоро нема вертикалних струјања, постоје само хоризонтална (оркански ветрови) - у стратосфери Т° расте са растом висине, у стратопаузи, на граници између стратосфере и мезосфере, Т° максимум (0 °С) - разлог за раст температуре егзотермне реакције, пре свега у О3 слоју 136

137 - како Т° расте са растом висине, сваки је нови слој топлији и лакши
Технологија заштите животне средине - како Т° расте са растом висине, сваки је нови слој топлији и лакши - то је разлог раслојавања и стабилности насталих слојева - стратосфера је то слојевима (грч. стратос-слој) и добила име - у доњем делу стратосфере, на висини од 20 км, почиње О3 слој - има га и другде, али је овде концентрација озона максимална - овај слој, са максималном концентрацијом, је дебео око 20 км - 5х1012 молекула/cm2 - озон се налази практично у целој стратосфери и доњем делу мезосфере, али у мањим концентрацијама - у слоју где је озонски омотач је веома низак притисак, а густина ваздуха је мала - да је О3 омотач на p који је у тропосфери, био би широк 3mm - у стратосфери, на 35км налазе се SO42- јони у највећој [] у атмосфери - на висини од км налази се мезосфера 137

138 - то је међуобласт, са особинама и стратосфере и термосфере
Технологија заштите животне средине - то је међуобласт, са особинама и стратосфере и термосфере - Т° са висином опада, јер нема онолико егзотермних реакција као у стратосфери, минимум у мезопаузи, на граници мезосфере и термосфере (-70 °С) - ипак, има озона и других врста чије су реакције егзотермне, али у малим концентрацијама - у мезосфери расте нагло [е-] , али и других позитивно и негативно наелектрисаних врста којих, у принципу, нема на Земљи и у ближим слојевима атмосфере (Mg+, O2+, Fe+, N2+, N2-, Si+) - расте и концентација “уобичајених” јона (NO3-, H3O+) - на висини од км простире се термосфера (јоносфера) - за овај слој карактеристична висока јонизованост која почиње још у мезосфери - доста егзотермних реакција, па Т° стално расте 138

139 - на висини од 200 км-500 °С, на горњој граници термосфере и 1100°С
Технологија заштите животне средине - на висини од 200 км-500 °С, на горњој граници термосфере и 1100°С - при овој температури долази до сагоревања или оксидовања свих тела која дођу до термосфере - до раста температуре долази због, фотохемијских егзотермних реакција, реакција између позитивних и негативних честица и сорпције зрачења високе енергије из космоса које се, разним трансформацијама у честицама, претвара у топлоту - термосфера има компликовану структуру - слојеви термосфере се разликују по врстама јона, радикала - у наредном појасу, од км, се простире егзобаза - горња граница нејасна, представља границу термосфере и егзосфере - егзосфера или спољашња сфера почиње на 700 км 139

140 - нема константан састав, састав ваздуха се мења са висином
Технологија заштите животне средине - нема константан састав, састав ваздуха се мења са висином - са растом висине у егзосфери опадају концентрације О, Н, Не, О2 - опадају различитим брзинама О2 > О > Не > Н - дакле, што је тежа врста, брже опада њена концентрација → долази до гравитационе сепарације, све је више лакших, све мање тежих честица - егзосфера се углавном састоји од лаких гасова (Н, Не) - интересантан слој је магнетосфера, налази се на 1000 км висине - представља магнетни штит, одбија радио таласе (преносе се праволинијски) који долазе ка Земљи, али и оне који долазе са Земље - омогућује пренос радио таласа по целој Земљи и без сателита - атмосферски омотач дакле није хомоген, има сферну структуру, сфере се разликују по физичко-хемијском саставу 140

141 - по интензитету кретања, атмосферу је могуће поделити на:
Технологија заштите животне средине - по интензитету кретања, атмосферу је могуће поделити на: 1. Турбулентну област (до км висине) 2. Мирну област (од км висине) - у турбулентној области кретање ваздуха је, осим у стратосфери, довољно јако, па постоји узбуркано, турбулентно кретање - због тога се ова област назива и хомосфером - мирна област се, због недостатка кретања ваздуха, назива и хетеросфером-слојеви су јасно разграничени - ваздушни притисак опада са висином - на нивоу мора Ра, код тропопаузе Ра, стратопаузе 93 Ра 141

142 21. Састав тропосферског ваздуха
Технологија заштите животне средине 21. Састав тропосферског ваздуха - тропосфера садржи највећу количину ваздуха - стога су процеси у тропосфери битни за целу атмосферу - ваздух има, до око 60 км висине, приближно исти састав - са висином само пада густина, односи компоненти остају исти - због велике густине, реакције у тропосфери брже него другде - тропосферски ваздух се састоји од гасовите и аеросолске фазе - чине га стални и нестални састојци ваздуха - стални састојци могу бити макро- и микро састојци - нестални састојци могу бити микро састојци (врло ниске []) - тропосферски ваздух садржи до 4% водене паре, њена количина промењива, да не би утицала на рачуницу, узима се састав безводне (суве, чисте) атмосфере 142

143 стални састојци ваздуха: N2 (масени % 75,50, запремински % 78,10)
Технологија заштите животне средине стални састојци ваздуха: N2 (масени % 75,50, запремински % 78,10) О2 (масени % 23,15, запремински % 20,93) Аr (масени % 1,28, запремински % 0,93) CО2 (масени % 0,046, запремински % 0,03-0,04) Ne (масени % 0,0013, запремински % 0,0018) He (масени % 0,00007, запремински % 0,0005) Kr (масени % 0,00027, запремински % 0,0001) Xe (масени % 0,00004, запремински % 0,00001) - макросастојци су N2,О2 и Аr - микросастојци су Ne, He, Kr и Xe - CО2 је класично убрајан у сталне састојке ваздуха, данас се третира различито, у зависности од аутора, и као сталан и као несталан - разлог за ово: промењива, растућа, концентрација CО2 143

144 нестални састојци ваздуха: NО + NО2 0-0,003 ppm N2O 0-0,25 ppm
Технологија заштите животне средине нестални састојци ваздуха: NО + NО2 0-0,003 ppm N2O 0-0,25 ppm NH3 0-0,02 ppm CH4 1,2-1,5 ppm О3 0-0,05 ppm CO 0,01-0,02 ppm H2 0,4-1 ppm - нестални састојци ваздуха су и оксиди сумпора, Н2S, угљоводоници у ниским концентрацијама, CH3Cl, HCl… - када су нестални састојци присутни у концентрацијама већим од дозвољених, сматрају се загађивачима - сви састојци ваздуха имају своја времена задржавања - три извора састојака ваздуха: биосфера, геосфера и сама атмосфера - неки састојци ваздуха могу потицати из више, неки из једног извора 144

145 22. Биогени извори састојака тропосферског ваздуха
Технологија заштите животне средине 22. Биогени извори састојака тропосферског ваздуха - О2 потиче готово искључиво из биосфере, настаје фотосинтезом - други извори безначајни, мало из геосфере, део реакцијама у атмосфери - CО2 потиче из свих сфера - ипак, пре свега из биосфере, оксидацијом нижевалентних облика C - СО2 и О2 су међусобно повезани процесима фотосинтезе и дисања СО2 + Н2О ↔ СН2О + О2 (СН2О- поједностављена формула орг. суп.) - реакција на лево се одвија у присуству хлорофила и светлости - реакција на десно представља процес дисања - фотосинтеза и дисање су просторно и временски донекле одвојени - дању се одвијају фотосинтеза и дисање, ноћу само дисање - иако фотосинтезе нема ноћу, нема промене [О2] у атмосфери - запремина атмосфере огромна у односу на биосферу 145

146 - немогуће ноћу потрошити О2 - примећује се, ипак, промена [СО2]
Технологија заштите животне средине - немогуће ноћу потрошити О2 - примећује се, ипак, промена [СО2] - она флуктуира у свим срединама, непосредно је везана за биосферу - нарочито у водама, ноћу већа [СО2] него дању, највиша пред зору - тада је и [О2] најнижа - и у ваздуху се [СО2] мења, посебно тамо где је густа вегетација - изнад шума ноћу зна да иде и до 360 ppm, док је дању 305 ppm - СН4 је важан састојак ваздуха, обично у ниској концентрацији - непожељан: апсорбује зрачење (гас стаклене баште), ступа у реакције стварања слободних радикала - првенствено из биосфере, настаје редукцијом органских супстанци у јако анаеробној средини (барски гас, гасови у муљевима) - настаје и дејством метаногених бактерија у анаеробној средини - оне редукују угљеник до метана 146

147 - највећи и најважнији биогени извор метана су преживари
Технологија заштите животне средине - највећи и најважнији биогени извор метана су преживари - у органима за варење преживара делимична ферментација хране - из лигнинског материјала се ствара метан, избацује се кроз уста - метан настао варењем преживара је из природног извора - човек доприноси броју преживара → антропогено загађење - човек доприноси загађењу метаном - један део настаје абиогеним путем, у геосфери, разлагањем органске супстанце на високој температури - метан може доспети и чисто антропогеним путем- цурењем гаса из гасовода - биогени метан преовлађује: биогени:антропогени = 20:8 - СН2СН2 пре свега биљни производ, недовољно разјашњен начин настанка у стресним ситуацијима - настанак проузрокован загађењем или механичким кидањем 147

148 - NH3 је најважније азотно једињење у атмосфери
Технологија заштите животне средине - етен има улогу биљног, фитохормона, његовим лучењем биљка покушава да се лечи - терпени потичу из биосфере, биљни свет и дрвеће их емитује на вишим °Т, испаравају па кондензују у ваздуху → аеросол - NH3 је најважније азотно једињење у атмосфери - настаје разним процесима у биосфери и геосфери(вулкански гасови) - биогеним путем различитим реакцијама, нпр. микробиолошком деаминацијом аминокиселина помоћу ензима - може бити оксидативна, редуктивна и хидролитичка - из аминокиселине м.о. помоћу ензима откидају амино групу - ако је ензим оксидативан, уз амонијак се добија пирогрожђана кис. Н2NCH(R)COOH + ½ O2 → NH3 + O=C(R)COOH - ако је ензим редуктиван, добија се и карбоксилна киселина Н2NCH(R)COOH + ½ H2 → NH3 + H2C(R)COOH 148

149 (H2N)2C=O + H2O + 2 H+ → 2 NH4+ + CO2 + OH- → 2 NH3 + HCO3-
Технологија заштите животне средине - осим микроорганизама, и биљке способне да врше деаминацију аминокиселина - други део амонијака настаје хидролизом карбамида (урее), главног састојка мокраће, присутног у водама и земљишту - карбамид је нестабилан, подлеже хидролизи, лако се распада, дајући амонијак, и то на три начина: (H2N)2C=O + H2O + 2 H+ → 2 NH4+ + CO2 + OH- → 2 NH3 + HCO3- + (ензими) → 2 NH3 + CO2 - овако добијен амонијак делом остаје у средини у којој настаје - делом одлази у атмосферу, где је присутан као реактант - колико ће остати, а колико отићи, зависи и од pH - поред NH3 у биосфери могу настати и друга азотна једињења - N2, N2O, NO, N2O3, NO2, NO2-, NO3- 149

150 - део азота потиче из геосфере (улази у састав вулканских гасова)
Технологија заштите животне средине - N2 може да буде производ ензимске редукције неког вишевалентног облика, нитратног или нитритног, на пример - део азота потиче из геосфере (улази у састав вулканских гасова) - убедљиво највећи део азота потиче из праатмосфере - у биосфери се одвијају и нитрификационе реакције, тј. оксидације амонијака до вишег оксидационог стања - амонијак у води или земљишту може бити микробиолошки оксидован до нитрита, неопходни микроорганизми nitrozomonas 2 NH3 + 3 O2 → 2 NO H+ + 2 H2O (∆H < 0) - настала азотаста киселина може да се оксидује до азотне, неопходни микроорганизми nitrobacter NO2- + ½ О2 → NО3- - НNO2 је увек у равнотежи са NO2-, положај зависи од pH NO2- + H+ ↔ HNO2 150

151 - азотаста киселина је нестабилна, распада се на свој анхидрид и воду
Технологија заштите животне средине - ако је средина кисела, равнотежа померена ка НNO2, ако је базна равнотежа померена ка NO2- - азотаста киселина је нестабилна, распада се на свој анхидрид и воду 2 HNO2 ↔ N2O3 + H2O - N2O3 одлази у атмосферу, где се диспропорционише N2O3 ↔ NO + NO2 - ова серија процеса је и разлог постојања различитих азотових оксида (који за извор имају биосферу) у ваздуху - NO се временом спонтано оксидује ваздушним кисеоником до NO2 - NO2 не може да остане дуго у атмосфери јер је анхидрид киселина, реагује са водом и даје азотну киселину и азот-моноксид 3 NO2 + Н2O → 2 НNO3 + NO - НNO3 се испира водом и одлази у земљиште и воде, NO остаје - азотови оксиди се добијају и при електричном пражњењу у ваздуху 151

152 - N2O може да стигне до стратосфере и уништава озон
Технологија заштите животне средине N2 + O2 → 2 NO - N2O настаје у земљишту као резултат дентрификације, тј. редукције једињења вишег у једињења нижег оксидационог стања - у једној споредној реакцији редукција не иде до N2 или NН3 већ до N2O: 2 NO СН2О → N2O + 2 СО2 + 2 ОН- + Н2О - N2O може да стигне до стратосфере и уништава озон - у атмосфери су присутна и разноврсна једињења сумпора - највише SO2 који се брзо оксидује до SO32- и Н2SO4 - биогеним путем у биосфери настају различита сумпорна једињења, пре свега водоник-сулфид - стварају га анаеробни микроорганизми у процесу десулфуризације - H2S није стабилан, оксидује се до SO2 и Н2SO4 - Н2S је слаба киселина, у равнотежи је са НS- јонима - положај равнотеже зависи од pH 152

153 - ако је [Н+] висока, равнотежа померена ка Н2S
Технологија заштите животне средине Н2S ↔ НS- + Н+ - ако је [Н+] висока, равнотежа померена ка Н2S - Н2S као гас напушта систем - ово случај у већини речних и других средина где Н2S настаје при анаеробним условима, одлази па се осећа непријатан мирис - ако је средина базна, Н2S не излази из система већ дисосује - јони тешких метала имају велики афинитет ка Н2S и НS- - ако дође до контакта, стварају се тешко растворни метални сулфиди - ови сулфиди остају у анаеробном делу (тамо где сулфиди и постоје) - када дођу у контакт са О2, оксидују се до S или до SО2 и Н2SО4 - сулфати из морске воде под дејством микроорганизама дају Н2S - тако добијени Н2S може да прође кроз релативно дебео слој воде (> 2 метра), а да се не оксидује потпуно, и тако доспе у атмосферу - тек у атмосфери такав Н2S реагује са кисеоником 153

154 - на површини такве морске воде осећа се мирис Н2S
Технологија заштите животне средине - на површини такве морске воде осећа се мирис Н2S - примери: Венеција (саграђена на редукционом земљишту), око Везува (заједно избијају Н2S и SО2) - у воденој средини Н2S може настати не само редукцијом сулфата, већ и тиоаминокиселина, али у мањој количини - друга важна једињења сумпора која стижу у атмосферу су COS, (CH3)2S, (CH3)2S2 и CS - настају разним процесима, одлазе у тропосферу, део се оксидује у њој, део прелази у стратосферу - њихова улога у тропосфери је мала - релативно су отпорна на оксидацију у тропосфери, оксидују се у стратосфери - верује се да су заслужни за високу [SO42-] у стратосфери - у анаеробној средини могу настати биогеним путем и гасовита једињења метала, која одлазе у атмосферу и загађују је 154

155 - настало једињење је испарљиво, а и веома је отровна супстанца
Технологија заштите животне средине - неки микроорганизми су способни да у анаеробној средини (речном или језерском муљу) врше метиловање јона метала - метиловање се врши посредством метилкобаламина, деривата витамина В12, добро проучено на примеру Hg Hg2+ + CH3CoB12 + H2O → (CH3)2Hg - настало једињење је испарљиво, а и веома је отровна супстанца - тамо где жива доспе у анаеробну средину, стотинама година може да се одиграва трансформација у (CH3)2Hg и загађење атмосфере и воде кроз коју, евентуално, (CH3)2Hg пролази - сличне реакције се одигравају и са Sn, Pb, Cd, Tl, ређе са Cu - овако се атмосфера загађује природним путем на посредан начин - због ових реакција ваздух изнад мочварног земљишта често загађен - у јако анаеробној средини може доћи до микробиолошке редукције фосфорних једињења у РН3 (фосфин) - фосфин је у ваздуху самозапаљив уз светлуцање HC+ 155

156 23. Геохемијски извори састојака тропосферског ваздуха
Технологија заштите животне средине 23. Геохемијски извори састојака тропосферског ваздуха - СО2 настаје геохемијским процесима, редован је састојак вулканских гасова - може да настане и у водама при померању СО2/СО32- равнотеже СО2 + Н2О ↔ НСО3- + Н+ - положај ове равнотеже у водама зависи од [Н+], закишељавање воде помера равнотежу у правцу стварања СО2 - створени СО2 може да изађе из воде и оде у атмосферу - у дубљим слојевима земљине коре СО2 настаје оксидацијом органских супстанци - он је ипак биогеног порекла, настаје из биогене органске супстанце - СО је редован састојак вулканских гасова, а и производ катагенетских процеса (термичког крековања горива, фосилне супстанце) - СН4 је састојак вулканских гасова и производ катагенетских процеса 156

157 - Н2 је састојак вулканских гасова и продукт катагенетских процеса
Технологија заштите животне средине - Н2 је састојак вулканских гасова и продукт катагенетских процеса - азотна једињења углавном нису геохемијског порекла - сумпорна једињења потичу из разноликих извора, тешко одредити колико настају биогеним, геохемијским путем или у атмосфери - S је биогени елемент, у биосфери у више оксидационих стања - S и његова једињења имају сложен биохемијски циклус - преко 50% S једињења потиче из морске воде, у њој у већој мери биогеног, у мањој мери геохемијског порекла - вулкани учествују у емисији S једињења у атмосферу само 0,6% - копнена и водена биосфера емитују главну количину S једињења - специфичност геосфере: снабдева атмосферу халогеним елементима (Cl, Br, I) и њиховим једињењима (халогенидима и нижим халогеноалканима) - углавном потичу из морске воде 157

158 - хлориди долазе у атмосферу распрскавањем морске воде
Технологија заштите животне средине - хлориди долазе у атмосферу распрскавањем морске воде - у ваздуху могу да се трансформишу у гасовити хлороводоник - у атмосфери и трагови јода, углавном из морске воде - напуштају морску воду у облику јодида, у атмосфери се трансформишу у елементарни јод - јодиди, дакле, имају геохемијско, а јод атмосферско порекло 158

159 24. Атмосферске реакције стварања састојака тропосферског ваздуха
Технологија заштите животне средине 24. Атмосферске реакције стварања састојака тропосферског ваздуха - састојци тропосферског ваздуха углавном потичу из друге средине, биосфере или геосфере - у ваздуху се трансформишу до коначног облика, у ком се појављују - могућности трансформисања састојака атмосфере велика,јер постоје услови за хемијске (редокс, пре свега) и фотохемијске реакције - најважнији реактанти у ваздуху су оксидоредукциона средства - најбитније и најприсутније оксидоредукционо средство – О2 - у ваздуху постоје и јача оксидациона средства (О3, ОН·, ООН·) - ове врсте су присутне у мањим [] од О2 - О3 углавном у тропосферу доспева из стратосфере - може да настане и у тропосфери, али због реактивности брзо нестаје - хидрокси-радикал настаје реакцијом воде са атомским кисеоником Н2О + О → 2 ОН· 159

160 - са становишта екохемије, ОН· има и позитивне и негативне особине
Технологија заштите животне средине - са становишта екохемије, ОН· има и позитивне и негативне особине - оксидује многе непожељне компоненте ваздуха- битан за самопречишћавање ваздуха, што је добро - у загађеном ваздуху je и ОН· загађивач, реагује са другим присутним загађивачима и даје различита једињења - тиме се увећава спектар присутних загађивача - лети [ОН·] највиша (3х106 cm-3), због јаке фотохемијске активности - зими [ОН·] знатно нижа ( cm-3) - ОН· може да реагује са О, другим ОН·, О3... ОН· + О → О2Н· ОН· + ОН· → О2Н· + Н· ОН· + О3 → О2Н· + О2 - у овим реакцијама настаје хидроперокси-радикал, О2Н· - јако оксидационо средство,као и ОН·и пречишћава и загађује ваздух - О2Н· је ипак углавном карактеристика загађеног ваздуха, у међусобној реакцији два О2Н· настаје Н2О2, а он је загађивач 160

161 Технологија заштите животне средине
О2Н· + О2Н· → Н2О2 + О2 - важна реакција ОН· је оксидација метана, у којој настаје метил-радикал СН4 + ОН· → СН3· + Н2О - метил-радикал са атомским кисеоником, даје, у присуству тежег молекула, метокси-радикал СН3· + О + М → СН3О· + М - али може да, у присиству тежег молекула, реагује са молекулским кисеоником и да метилперокси-радикал СН3· + О2 + М → СН3О2· + М - ова реакција представља почетак загађивања, јер метилперокси-радикал може да реагује са азот-моноксидом присутним у ваздуху, а као производ настаје азот-диоксид NO + СН3О2· → NO2 + СН3О· 161

162 - настали азот-диоксид подлеже фотохемијском разлагању
Технологија заштите животне средине - ово је, уз класичну реакцију настанка NO2 (2 NO + O2 → 2 NO2), други начин добијања NO2 - настали азот-диоксид подлеже фотохемијском разлагању NO2 → NO + О (при λ < 400 nm) - овом реакцијом се добија атомски кисеоник у тропосфери, а то је карактеристика загађеног ваздуха - атомски кисеоник може да награди озон у тропосфери, што је, такође, карактеристика, загађеног ваздуха О2 + О + М → О3 + М - метокси радикал се оксидује ваздушним кисеоником, уз настајање формалдехида, првог стабилног производа оксидације метана СН3О· + О2 → НСНО + НО2· - НСНО може бити оксидован или фотохемијски преведен у СО, који је нестабилан интермедијер и оксидује се до СО2 162

163 - добија се, дакле, СО2 који је сталан састојак ваздуха
Технологија заштите животне средине НСНО → Н2 + СО НСНО + 2 ОН· → 2 Н2О + СО СО + ½ О2 → СО2 - добија се, дакле, СО2 који је сталан састојак ваздуха - дејство ОН· је, колико негативно, толико и позитивно - ипак негативно дејство не изазива сам ОН·, већ СН4 који је непожељан састојак ваздуха - реакцијама у атмосфери се стварају и азотна једињења - азот-моноксид настаје, на пример, приликом ослобађања велике количине енергије, нпр. приликом електричног пражњења N2 + O2 → 2 NO - и амонијак присутан у атмосфери може да се оксидује, али само јаким оксидационим средствима - SO2 je најраспрострањеније једињење сумпора у ваздуху 163

164 - оксидује се кисеоником (споро) или озоном (брзо)
Технологија заштите животне средине - оксидује се кисеоником (споро) или озоном (брзо) - оксидације се тешко врше у гасовитој фази - најчешће се врше на честицама аеросола, на којима је сорбована и водена пара (у води је оксидација знатно лакша) - у тропосфери су често присутне и каталитичке суптанце, попут, на пример, Fe2O3 и јона прелазних метала, они олакшавају процес 164

165 - може се, практично, сматрати да су растворене у ваздуху
Технологија заштите животне средине 25. Аеросол - аеросоли су честице крупније од атома и молекула које лебде у ваздуху - може се, практично, сматрати да су растворене у ваздуху - честице могу бити течне (као мале капљице), чврсте и гасовите - једна аеросолна честица се може налазити у сва три агрегатна стања истовремено - на пример, чврста честица може бити носач, а на њој сорбоване капљице воде и водена пара или неки други гас - ако у честици постоји течна фаза, могуће су јонске реакције - предуслов да би нешто било аеросол је да се задржава неко време у ваздуху, предуслов димензије, у принципу пречник < 1 μм - у том случају су потребни дани или месеци да падне на земљу, не делује сила Земљине теже 165

166 - на дужину задржавања утиче и наелектрисање
Технологија заштите животне средине - на дужину задржавања утиче и наелектрисање - истоимено наелектрисане честице се одбијају, па не могу да се споје у веће, које би пале на земљу - у нормалним условима, концентрација аеросоли није безначајна - око честица/м3 - ипак, у највећем броју случајева, аеросоли не могу да се виде без специјалних уређаја - виде се, на пример, дим цигарете, дим из димњака - дим је концентрисани аеросол чврстих производа сагоревања горива уз водену пару - састоји се од ситних честица С, чађи, водене паре, ситних капи воде - што је тамнији садржи више честица чађи - када би сагоревање било потпуно, дим би био невидљив (СО2, Н2О) - ако је ваздух хладан, водена пара може да се кондензује као магла 166

167 - када је “дим” бео, то је врло често само због водене паре
Технологија заштите животне средине - када је “дим” бео, то је врло често само због водене паре - боја дима је често мерило загађења - аеросол је и летећи пепео, који је чести састојак дима - магла се дефинише као аеросол капљица воде које нису чисте - главни састојак су ситне честице воде, под повољним условима се не кондензују, ако се загреју прелазе у водену пару, ако се нагло охладе прелази у течно стање и ↓ на земљу - облаци = магла, једина је разлика што нису близу Земље - од временских услова зависи да ли ће облаци нестати (ако дође до загревања), или ће пасти киша (ако дође до хлађења) - честице воде у облацима нису кондензоване - да би до кондензације дошло, потребна су кондензациона језгра, тј. чврсте честице око којих ће се формирати кишне капи (због тога кишница није чиста вода- садржи чврста кондензациона језгра) 167

168 - најпознатији аеросол који човек ствара је гас из спреј бочица
Технологија заштите животне средине - брзина којом се облаци претварају у кишне капи не зависи само од Т°, већ и од присуства кондензационих језгара - најпознатији аеросол који човек ствара је гас из спреј бочица - неке капи падну, друге остану у ваздуху - пошто је течност из бочица испарљива, она брзо нестаје - лети, изнад шума, по лепом времену, може да се види измаглица - аеросол терпенских угљоводоника из дрвећа који испаравају и кондензују се на летњим Т° - ако су у ваздуху присутни и NH4+ јони (емитује их дрвеће), и сумпорна киселина (у загађеним подручјима), настаје... - ...амонијум-сулфатни аеросол, карактеристичан за загађен ваздух - све врсте аеросоли се, по постанку, деле на примарне и секундарне - примарни аеросол директно одлази у ваздух из неког резервоара 168

169 - примарни аеросол, дакле, долази из других средина ж.с.
Технологија заштите животне средине - настаје ситњењем неког материјала (трењем, сагоревањем), распрскавањем (ударањем воде у стене, дувањем ветра преко воде), емисијом разних супстанци (нпр. терпени из биљака) - примарни аеросол, дакле, долази из других средина ж.с. - главни узрок настанка примарног аеросола- смањење величине - честице које се нађу у ваздуху су средство за ситњење и стварање нових честица - у неким крајевима, рецимо ветровитим, [аеросол] може бити веома висока, због трења између површине земље и честица ваздуха - честице ношене ветром тару површину земље, стварају нови аеросол (еолска ерозија) - у пустињама, када је ветровито, и неколико mg аеросола/m3 - разбијањем морске воде у ситне капи → морски (марински) аеросол - главна компонента NaCl 169

170 - марински аеросол превладава у приморским крајевима
Технологија заштите животне средине - овај аеросол је врло нестабилан, хигроскопан је, тежи да расте, да покупи водену пару из ваздуха, честице расту и падају - ако је топло, супротан процес, вода испарава, ствара се чврсти аеросол честица морске соли - марински аеросол превладава у приморским крајевима - тешко се и слабо пробија у континентални део - у примарни аеросол спадају и различите органске супстанце настале распадом изумрлих биљака и животиња - настајању примарних аеросоли могу битно допринети пожари, пре свега природни - при томе долази до непотпуне разградње органске супстанце - вулканске ерупције су такође извор аеросола - аеросол вулканског пепела може да се задржи и неколико година у ваздуху 170

171 - порекло реактаната у овим реакцијама може да буде различито
Технологија заштите животне средине - секундарни аеросол настаје накнадно, у ваздуху, захваљујући разним хемијским реакцијама - порекло реактаната у овим реакцијама може да буде различито - неке супстанце које нису аеросоли се у аеросол претварају - редукцијом сумпорних једињења или органских једињења која садрже сумпор настаје H2S, који се у ваздуху оксидује до SO2 - SO2 је гас, не аеросол - ако се оксидује до Н2SO4, настаје аеросол - Н2SO4 је хигроскопна супстанца, привлачи молекуле воде, настаје агломерат честица → може али не мора да буде аеросол - може да реагује са амонијаком из ваздуха који потиче из вода, земљишта или настаје труљењем у шуми, добија се амонијум-сулфат, секундарни аеросол - на (NН4)2SO4 могу да се везују чврсте, течне или гасовите честице 171

172 - слично H2S реагује и (CH3)2S, при чему се исто добија (NH4)2SO4
Технологија заштите животне средине - слично H2S реагује и (CH3)2S, при чему се исто добија (NH4)2SO4 - (NH4)2SO4 је најраспрострањенији секундарни аеросол - секундарни аеросол може да настане и од N2O - оксидује се до HNO3 која реагује са NH3 уз стварање NH4NO3 - честице аеросола имају најчешће врло компликовану структуру - на површини могу да сорбују чисте супстанце, а и супстанце (нпр. воду) које могу у себи да имају растворене супстанце - главне реакције се одвијају на површини честица аеросола - физичка структура честица аеросола је компликована - могу бити правилне, округле, али и веома компликоване, са једном централном и другим честицама-сателитима - најбитнија особина честица-брзина пада, тј. време задржавања у атмосфери, од тога зависи да ли остају у ваздуху или не - већина честица неправилног облика- тешко предвидети брзину пада 172

173 - због облика се не могу применити закони седиментације
Технологија заштите животне средине - због облика се не могу применити закони седиментације - Стоксов закон се примењује на лоптаста тела - зато се за сваку честицу аеросола узима величина која се назива Стоксов полупречник - Стоксов полупречник-једнак полупречнику лопте која има исту густину и исту брзину падања као и посматрани аеросол - главни начин нестајања честица аеросола из ваздуха - таложење - брзина таложења је пропорционална величини честице, тј. квадрату полупречника честице, гравитационом убрзању и количнику густине честице и густине ваздуха vталожења = f (r2, g, ρчестице/ρваздуха) - лакше и ситније честице се дуже задржавају у ваздуху - на опстанак честица утичу и судари, честице при кретању могу се да сударају и спајају, тј. нарастају 173

174 - CaSO4 и H2CO3 може да спере киша
Технологија заштите животне средине - на брзину падања утичу процеси коагулације, атмосферске падавине (повлаче аеросол) и путовање аеросола дифузијом - у незагађеном ваздуху постоји равнотежа- честице аеросола се у истој количини стварају и нестају - аеросолне честице се таложе под утицајем гравитације, или тако што се спајају у довољно велике честице које падају брже, испаравањем у топлој зони ваздуха, а неке и хемијским реакцијама CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 - CaSO4 и H2CO3 може да спере киша - киша је веома битна у процесу нестајања аеросола - по величини, честице присутне у ваздуху се дела на: аиткен честице, 5х10-3–1х10-1 μм (паре, вируси, макромолекули, дим, пара, ситније честице дуванског дима, уљане паре) 174

175 аиткен честице су најситније честице у ваздуху
Технологија заштите животне средине велике честице, 1х μм (крупније честице у диму, крупније честице уљане паре, најситнија магла, најситније бактерије) џиновске честице, μм (већина бактерија, споре гљива, летећи пепео, магла, ледени кристали, поленски прах, ситније честице техничке прашине) прашина, > 100 μм (ледени кристали, техничка прашина, киша, аеросол пестицида) аиткен честице су најситније честице у ваздуху - теоријски немају доњу границу величине - понашају се као макро- јони, ваздушни електрицитет најчешће потиче од ових честица - од великих честица (честица магле) зависи видљивост у ваздуху, тј. оптичке особине ваздуха 175

176 - велике и џиновске честице представљају главни масу аеросола
Технологија заштите животне средине - велике честице, заједно са џиновским и крупнијим аиткен честицама служе као кондензациона језгра за стварање кишних капи али и облака - велике и џиновске честице представљају главни масу аеросола - прашина није класичан аеросол, ретко се задржава у ваздуху 176

177 26. Oсновни хемизам озонског слоја
Технологија заштите животне средине 26. Oсновни хемизам озонског слоја - О3 слој је суштински важан за одржање живота - у доњој стратосфери највише, максимум на км од Земље - ваздушни омотач на спољној граници прима континуално електромагнетско зрачење (енергију) из космоса - енергија широког спектра λ, од γ-зрачења до радио таласа - зрачење продире кроз атмосферу - долази до интеракције са атмосферским омотачем, и у далеким слојевима, егзосфери, знатно јаче у термосфери - до О3 слоја стиже делимично ослабљено, али још увек јако зрачење - углавном је то UV зрачење високе енергије - приликом интеракције О3 слоја и зрачења ослобађа се топлота - ове интеракције заслужне за раст Т° у стратосфери - много реакција у великом простору, тешко описати све што се збива 177

178 Технологија заштите животне средине
178

179 1. Фотохемијско разлагање молекулског кисеоника
Технологија заштите животне средине - на фундаменталном нивоу, могуће приказати хемију О3 слоја у пет реакција (Чепменов низ реакција) 1. Фотохемијско разлагање молекулског кисеоника О2 (при λ < 242,4 nm) → O + O - максимална λ која може да разара О2 је 242,4 nm - настају два атома О која не морају да буду идентична - један може бити обичан, други побуђен, ако је зрачење λ < 175 nm 2. Реакција стварања озона О2 + О + М → О3 + М кЈ - у овој реакцији се ствара доста енергије - довољно енергије да одмах, у делићу секунде, разложи настали О3 - О3 нестабилан, ствара се истовремено много енергије, највећи део ових реакције се оконча распадом О3 179

180 - резултат, тј. О3 који опстаје, дају само оне у којима учествује и М
Технологија заштите животне средине - резултат, тј. О3 који опстаје, дају само оне у којима учествује и М - М учествује у троструком судару (ретко) и узима део Е на себе - тада О3 преузима мањи део енергије и може да опстане - реакција стварања О3 (са М) је ретка, трећег је реда - иако је теоријски реакција О и О2 честа, О3 се тешко ствара - М може бити ма који неутрални молекул, мора бити и довољно стабилан да О3 који настаје не реагује са њим и утроши се - најчешће су М азот и кисеоник (јер су најчешћи у ваздуху) 3. Реакција фотохемијског разлагања озона О3 (при λ < 320 nm) → O2 + O - ово је заштитна, филтерска реакција - најважнија са становишта х.ж.с., показује заштитно дејство О3 - овом реакције О3 поништава заостало високоенергетско зрачење 180

181 - зрачење широког интервала λ може да разложи О3, чак и VIS
Технологија заштите животне средине - зрачење широког интервала λ може да разложи О3, чак и VIS - најинтензивније под дејством високоенергетског зрачења - оно се највише и филтрира, кроз О3 слој пролази зрачење λ > 280 nm 4. реакција рекомбинације кисеоника О + О + М → О2 + М + Е 5. реакција разарања озона атомским кисеоником О3 + О → 2 О кЈ - ова реакција је јако егзотермна, главни разлог ↑ Т° у стратосфери - истовременим одвијањем ових пет реакција омогућено је настајање и стално присуство О3 као и филтрирање зрачења високе Е - брзине реакција су велике - свако дејство или супстанца која ремети овај склоп реакције представље напад на О3 слој - постоје и друге реакције, много њих, али су мање брзе и важне 181

182 - у ових пет реакција учествује неколико компоненти (О, О2, О3, М)
Технологија заштите животне средине - у ових пет реакција учествује неколико компоненти (О, О2, О3, М) - ове компоненте су и реактанти и производи реакција - неопходно зрачење високе енергије за почетак процеса (реакција 1.) - ствара се прекурсор, атомски кисеоник - реакције 1. и 2. се одигравају природним путем, у прилог стварања О3 - у првој се ствара прекурсор, а у другој синтетише озон - реакција 3. је заштитна, О3 се троши, а ствара се његов прекурсор, О - реакција 4. је конкурентна, троши прекурсор, одржава равнотежу - реакција 5. представља трошење О3 хемијским путем - оно што је потребно за трошење, потребно је и за стварање О3 - О, О2, О3 учествују и у другим реакцијама у другим деловима атмосфере 182

183 - укупно гледано, сплет реакција је био у равнотежи
Технологија заштите животне средине - укупно гледано, сплет реакција је био у равнотежи - стварало се онолико О3 колико је нестајало - онда се умешао човек и средином и средином и крајем 20. века пореметио равнотежу → уклања, а не ствара О3 у стратосфери 183

184 27. Антропогено угрожавање озонског слоја
Технологија заштите животне средине 27. Антропогено угрожавање озонског слоја - развојем технике настале су супстанце које су у стању да угрозе О3 - први радови на ову тему ’70-тих година прошлог века Џонстон објавио теорију да млазни авиони на великим висинама (у стратосфери) могу да поремете О3 слој - испуштају велику количину Н2О паре и СО2 - Џонстон веровао да гасови учествују у хемијским реакцијама, а и да у сувој тропосфери долази до промена због уноса Н2О паре - касније доказано да ово нија кључни узрок проблема - Џонстон потом указао на оксиде азота као могући извор тањења О3 слоја - пре свега N2O, настао бактеријском трансформацијом компоненти азотних ђубрива (предавање 2) 184

185 - NO може да угрози О3 слој, тј. да реагује са О3 NO + О3 → NO2 + О2
Технологија заштите животне средине - такође, проблем је и NO - као и N2O, може да настане при високим Т°, при рецимо, сагоревању горива у присуству ваздуха - NO може да угрози О3 слој, тј. да реагује са О3 NO + О3 → NO2 + О2 - Ово свакако један од начина на који се О3 слој може угрозити - Молина и Роуленд године објавили теорију о фреонима као кључној компоненти одговорној за разградњу О3 - фреони- хлоровани флуоровани алкани - за ову теорију су добили Нобелову награду за хемију године - рад изазвао буру, аутори су тврдили да ће живот на Земљи нестати са уништавањем О3 слоја - касније доказано да је модел Молине и Роуленда добар 185

186 - много су се користили, пре свега јер имају одличне особине
Технологија заштите животне средине - прва практична мера која је уведена након њихове теорије је била ограничавање производње и потрошње, тј. употребе фреона - много су се користили, пре свега јер имају одличне особине - лако испарљиви, стабилни на собној Т°, хемијски веома инертни - са натријумом реагују тек на температури усијања - и физиолошки инертни, једноставно се излучују % коришћено као погонски гас за избацивање у спреј-боцама - на овај начин одлазили директно у амтосферу - око 10% за добијање порозне пластике, стиропора нпр., такође одлазили директно у атмосферу % коришћено као средство за хлађење у фрижидерима - тек после века трајања фрижидера могу да оду у атмосферу - иначе затворени у резервоару до његове корозије или пробијања 186

187 - слично и у ер кондишнима
Технологија заштите животне средине - слично и у ер кондишнима - по Молини и Роуленду, разарање О3 слоја се одвија више корака 1. извор фреoна ослобађа фреоне 2. фреони немају хемијску баријеру у тропосфери, пролазе тропопаузу 3. у стратосфери долази до реакције CF2Cl2 → CF2Cl· + Cl· (при λ ≤ 220 nm) 4. настали радикал хлора реагује са озоном Cl· + О3 → ClO· + O2 5. настали хлор-моноксид радикал може да реагује са атомским кисеоником, при чему се регенерише радикал хлора који може поново да нападне озон ClO· + O → Cl· + O2 187

188 6. радикал хлора може да реагује и са неком водоничном супстанцом
Технологија заштите животне средине 6. радикал хлора може да реагује и са неком водоничном супстанцом Cl· + CH4 → HCl + CH3· 7. Добијено хлорно једињење (HCl) може да бива спрано кишом и тако практично нестане (а с њим и “проблематични” хлор) из стратосфере - кључно је да је извор проблема молекул фреона, који нема хемијску баријеру у тропосфери - пење се у стратосферу, тамо подлеже фотохемијском разлагању, које се, иначе, не одвија у тропосфери, због заштите О3 слоја - настали радикал хлора може да разложи О3 - настали хлор-оксид радикал може да генерише радикал хлора поново, који може да разложи нови молекул О3 - реакција разлагања озона је аутокатализована - процес је кружан и стално се понавља 188

189 - ако хлор реагује са HY, добија се HCl
Технологија заштите животне средине - један атом хлора, тј. један молекул фреона може да разложи око 3000 молекула О3 - ако хлор реагује са HY, добија се HCl - са становишта х.ж.с. ово је повољна реакција - хлор се троши, не враћа се у систем и разграђује О3 - HCl је тежак, у принципу, пада у тропосферу - у тропосфери бива испран кишом (кисела киша) - могуће су, међутим, и друге реакције - у стратосфери присутан хидрокси-радикал, оксидационо средство - нпр. реакција у стратосфери са хидрокси-радикалом HCl + ·OH → H2O + Cl· - радикал хлора се враћа у циклус - HCl “носи” у себи Cl, он је резервоарска супстанца за Cl 189

190 - овај модел индустрија није прихватила,захтевала даља истраживања
Технологија заштите животне средине - овај модел индустрија није прихватила,захтевала даља истраживања - произвођачи фреона највећи противници, тражили доказ, не модел - УН организовале групу експерата, требали да проуче О3 слој и дају доказе за резултате интеракције фреона и О3 - прва озбиљна студија процене ризика - било неопходно одговорити на пет питања 1. Колико се ствара загађивача, тј. колико га има? 2. Који су путеви којим загађивач доспева у животну средину? 3. Које се реакције у које загађивач улази, постоје ли и које су хемијске баријере са којима се загађивач среће у ж.с.? 4. Да ли загађивач уништава озонски слој? 5. Да ли је модел у целини исправан? - одговорити на прво питање било једноставно, неколико фабрика 190

191 - производња се могле проценити са грешком од ± 5%
Технологија заштите животне средине - производња се могле проценити са грешком од ± 5% - одговор на друго питање је био тежи, ипак могућ, пошло се од области примене фреона - одговор на треће питање је био кључан, ако постоји хемијска баријера у тропосфери, фреони неће стићи до стратосфере, неће угрозити О3 слој - истраживања показала да хемијске баријере у тропосфери нема - једина баријера је фотохемијска деградација - у тропосфери ретка и спора, нема зрачења довољне енергије - време пребивања фреона у тропосфери 50 година - да би се апсорбовали у морској води ≈ 200, другима материјалима ≈ 1000 година - дакле, за фреоне је пут ка стратосфери отворен - експерти закључили да фреони уништавају О3 слој и да је модел у целини исправан 191

192 - приступило се новим истраживањима и дошло до два кључна доказа
Технологија заштите животне средине - за индустрију ово било недовољно, тражили су директан доказ да управо фреони уништавају О3 слој у животу, не лабораторији - приступило се новим истраживањима и дошло до два кључна доказа - ’80-тих година прошлог века доказано да је пораст [фреон] у стратосфери пропорционалан порасту производње - повећање производње од 13,8% довело до повећања [] од 13% - разлика утрошена на разградњу О3 - дакле, троши се веома мало фреона у атмосфери, што га се више производи, то га више има - на шта се троши, да ли на разградњу О3 или нешто друго? доказано да су ClO· и О3 међусобно искључиве супстанце - Чилеанци послали авион који је стално летео на истој висини - мерио концентрације ClO· и О3 192

193 - сасвим логично Cl· + О3 → ClO· + O2
Технологија заштите животне средине - добијена зависност показивала да са растом [ClO·] пада [О3], а да са растом [O3] пада [ClО·] - сасвим логично Cl· + О3 → ClO· + O2 - ово је било довољно да се ограничи производња и употреба фреона - Монтреалски протокол, смањење производње и претња санкцијама свима који то не ураде 193

194 - снизити производњу за 20% до средине 1993. године
Технологија заштите животне средине - одмах зауставити производњу на нивоу из 1986., а закључно са јуном године - снизити производњу за 20% до средине године - додатних 30% снижења производње до средине године - да би протокол заживео 2/3 чланица УН мора да га прихвати - атмосферски хемичари одмах сматрали да су потребне радикалније мере - разлог: у ваздуху већ присутна велика количина фреона 194

195 - изнад јужне хемисфере су величине континента
Технологија заштите животне средине - без обзира на све мере, озонске рупе, места где је озонски слој истањен због реакција које су објашњене још постоје, њихова величина се периодично мења - изнад јужне хемисфере су величине континента - сада се верује да у О3 слоју теку два блока реакција - један блок су приказане реакције као и пратеће реакције које објашњавају тањење О3 слоја - ове реакције не објашњавају периодично стварање озонских рупа - рупе се, међутим, појављују периодично, када је над Антарктиком пролеће, а код нас јесен 195

196 - други блок реакција објашњава периодично појављивање О3 рупа
Технологија заштите животне средине - други блок реакција објашњава периодично појављивање О3 рупа - суштина ових реакција, чија је последица периодичност, јесте да се кључне реакције морају одиграти на чврстим честицама - те честице су кристалићи леда и микрокристалићи HNO3·3H2O - ове честице се могу стварати само под одређеним временским условима (Т° < -70 °С) - овакви услови присутни само изнад Антарктика - на површини ових честица се сорбују неки елементи и молекули - молекули су повољно оријентисани, положај такав да је одвијање реакција могуће - један од производа на честицама је хлор нитрат ClNO3 - хлор нитрат је резервоарска супстанца за атом хлора, може да реагује са другом резервоарском супстанцом, хлороводоником ClNO3 + HCl → Cl2 + HNO3 196

197 - хлор је стабилан и нагомилава се током зиме на Антарктику
Технологија заштите животне средине - добијена азотна киселина може да са водом гради аеросол хидратисане азотне киселине - хлор је стабилан и нагомилава се током зиме на Антарктику -током зиме нема ни услова ни супстанце која ће хлор разорити - када се у пролеће (наша јесен) појави сунчева светлост, долази до фотохемијске разградње хлора и појављивања велике количине радикала хлора Cl2 + hν → 2 Cl· 197

198 - зато се током пролећа нагло разграђује озон
Технологија заштите животне средине - зато се током пролећа нагло разграђује озон - настају озонске рупе изнад јужне хемисфере - поставило се питање да ли се могу појавити и изнад Арктика - довољно је хладно да би се створио неопходан аеросол, а на северној хемисфери је главна потрошња фреона и године 14 авионских летова - јасна путања: Скандинавија, Шпицберг, Северни Пол, Гренланд, Исланд, Скандинавија 198

199 - нису толико повољни услови за стварање неопходног аеросола
Технологија заштите животне средине - испоставило се да сличан механизам реакција постоји и на северној хемисфери - нису толико повољни услови за стварање неопходног аеросола - аеросол се ипак ствара у време поларне ноћи - у исто време се нагомилава молекулски хлор - мање аеросола → мање хлора → мање озонске рупе - ипак се са пролећа озонске рупе стварају - отприлике досежу до северне границе Србије - [О3] за пар процената нижа него ’70 тих година прошлог века - јасно решење: стриктна контрола фреона и свих других загађивача и праћење стања у О3 слоју ради прикупљања нових сазнања 199

200 - на енглеском smoke-дим, fog-магла
Технологија заштите животне средине 28. Смог - на енглеском smoke-дим, fog-магла - смог- стање које није ни дим, ни магла - није сваки загађени ваздух, нити свако стање које подсећа на маглу смог - смог је специфичан, одређени вид загађења ваздуха - настајање смога омогућују метеоролошки и хемијски фактори - основни метеоролошки фактори су влажност ваздуха, непостојање ветрова и падавина и постојање температурне инверзије - што је већа влажност ваздуха, то је већа могућност настанка смога - потребно је да нема ветрова и падавина, како се загађење не би разблаживало и/или спирало - постојање температурне инверзије- специфично, ненормално стање 200

201 - топлији је, шири се, има мању густину (на топлоти се тела шире)
Технологија заштите животне средине - нормално стање- због сунчевог зрачења и загревања са Земље (саобраћај, индустрија, грејање објеката), слој ваздуха при површини Земље се греје - топлији је, шири се, има мању густину (на топлоти се тела шире) - постаје “лакши”, пење се - овај слој ваздуха је, пошто је при површини Земље, и место где се углавном излучују загађивачи → загађенији је - пење се, а слој изнад који је хладнији, тежи и мање загађен- пада - ово загревање површинског слоја узрокује верикално струјање ваздуха - ненормално стање, стање инверзије, се догађа најчешће зими или у време када су велике дневне или недељне разлике у Т° - површина Земље је толико хладна, да више хлади ваздух него што урбане активности могу да загреју површински слој ваздуха 201

202 - ово су били основни метеоролошки фактори потребни за сваки смог
Технологија заштите животне средине - онда је овај површински слој хладнији и тежи, не пење се, у њему се концентрују загађивачи - ово су били основни метеоролошки фактори потребни за сваки смог - за један, фотохемијски, смог, постоји и додатни метеоролошки услов- постојање светлости, док други, хемијски, смог може да настане и у мраку - хемијски (Лондонски) смог настаје ако су испуњени сви метеоролошки услови - није потребно присуство светлости, може настати и у мраку - важно да је испуњен основни хемијски фактор-да је у ваздуху присутан SO2 у довољној концентрацији - може да се накупи ако нема кретања и спирања ваздуха - ситуација при којој се хемијски смог нагомилава није ретка - лако настаје и може бити релативно чист 202

203 - пошто је [] ових једињења велика, подлежу брзим реакцијама
Технологија заштите животне средине - када нема струјања и испирања ваздуха, повећава се [SO2],али и [SO3], [NOX]…→ средина је кисела- то убрзава многе реакције - пошто је [] ових једињења велика, подлежу брзим реакцијама - SO2 реагује са воденом паром дајући H2SO3 - H2SO3 се оксидује у присуству катализатора у H2SO4 SO2 + H2O → H2SO3 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4 - катализатори могу бити честице чађи или оксида Fe и других метала - могућа и кат. оксидација SO2 кисеоником (спора) или О3 (брза) SO2 + ½ О2 → SO3 или SO2 + О3 → SO3 + О2 - настали SO3 са водом даје сумпорну киселину SO3+ Н2О → H2SO4 - када се у ваздуху достигне критична [H2SO4], настаје магла - H2SO4 је јако хигроскопна, привлачи влагу из ваздуха, смог постаје оптички видљив 203

204 - магла је кисела, редукциона, а у себи садржи и све друге загађиваче
Технологија заштите животне средине - магла је кисела, редукциона, а у себи садржи и све друге загађиваче - такво стање је опасно, долази до отежаног дисања, надражују се дисајни органи, долази до напада кашља и кијавице, надраживања очију - H2SO4 се споро троши, само мало у реакцији са карбонатима - зато стање хемијског смога може дуго да траје (до метеоролошких промена) и има катастрофалне последице - Лондон је типичан пример, али га има и у другим градовима (NY) - Лондон има неповољну климу, честе температурне инверзије - имао и доста ложишта и пећи у домаћинствима где се ложи угаљ - лако се ствара хемијски смог који се задржава дуже или краће - смог трајао од 4. децембра до половине јануара 1953., умрло 6000 више људи него што у просеку умире - хронични срчани и плућни болесници најчешће жртве 204

205 Технологија заштите животне средине
205

206 - слично и 1955., умрло 1000 људи више него у просеку
Технологија заштите животне средине - слично и 1955., умрло 1000 људи више него у просеку - после друге катастрофе, град решио да испита ситуацију - нађен најчешћи узрок стварања хемијског смога, сагоревање угља у домаћинствима - почело решавање проблема, законом забрањена употреба угља који садржи више од одређене количине сумпора - у домаћинствима се сада сагорева квалитетни угаљ - Лондон је постао, након ових мера, један од најчистијих градова када је смог у питању - фотохемијски смог настаје ако су присутни набројани метеоролошки услови и ако је присутна сунчева светлост - светлост је неопходна за почетну, кључну реакцију... - ...а то је фотохемијска дисоцијација NO2 - NO2 настаје као производ сагоревања фосилних горива 206

207 - и у стационарним и у покретним постројењима за сагоревање
Технологија заштите животне средине - и у стационарним и у покретним постројењима за сагоревање - NO2 је кључна супстанца за настанак фотохемијског смога, смог не мора увек од њега да настане, али је NО2 довољан за настанак - поред NO2 и производа његових реакција, у смогу може бити и низ других, пратећих супстанци - због изузетне компликованости реакционог система, приликом настанка фотохемијског смога, настаје и низ других непожељних супстанци (слободни радикали, алдехиди, СО, пероксиди…) - фотохемијски смог има оксидативну природу- другачији од хемијског, редуктивног - под утицајем видљиве светлости NO2 се разлаже NO2 → NO + О - атомски кисеоник реагује са молекулским кисеоником О + О2 + М → О3 + М 207

208 - овом реакцијом се ствара О3 у тропосфери
Технологија заштите животне средине - овом реакцијом се ствара О3 у тропосфери - он је у тропосфери непожељан јер је отрован - атомски кисеоник, генерално, не може да се ствара у тропосфери у нормалним ситуацијама, без загађења - стање у коме је О3 присутан у тропосфери → стање смога - О3 је јако оксидационо средство, оксидује NO до NO2 NO + O3 → NO2 + O2 - поново настаје NO2 од кога је све и кренуло - осим овог сплета реакција, догађају се и друге реакције - О и NOX реагују и са другим супстанцама ваздуха, другим загађивачима - нпр. О реагује са незасићеним угљоводоницима О + RHC=CH2 → R· + CH3C=O· или RCH2· + HC=O· - настају ацил или алкил-радикал - алкил-радикал тежи да се оксидује, HC=O· je зачетак алдехида HC+ 208

209 CH3C=O· + O2 → CH3C(=O)-O-O· CH3C(=O)-O-O· + NO2 → CH3C(=O)-O-O-NO2
Технологија заштите животне средине - ацил-радикал се лако оксидује ваздушним кисеоником, ствара се пероксиацил-радикал, који са азотовим оксидима даје, између осталог, пероксиацил-нитрат, PAN CH3C=O· + O2 → CH3C(=O)-O-O· CH3C(=O)-O-O· + NO2 → CH3C(=O)-O-O-NO2 - настало једињење је физиолошки активно - садржи пероксидну групу, делује оксидативно на организме - оксидује осетљиве групе у различитим ензимима - ту је и нитро група која јако делује на крвоток, шири крвне судове - код здравог човека ово изазива поремећаје, ствара болесно стање - PAN реагује и са једињењима која садрже двогубе везе и разара их - у градовима у којима има фотохемијског смога брже пропадају аутомобилске гуме, лакови и премази на бази сушивих уља - фотохемијски смог је у принципу невидљив 209

210 - некада, ретко, се види као јара
Технологија заштите животне средине - некада, ретко, се види као јара - не траје дуго као хемијски смог, има га док има светлости - обично у рано поподне почиње нагомилавање,траје до заласка сунца - када падне мрак, систем не може сам себе да регенерише - фотохемијски смог истроши сам себе реакцијама, осим ако се не појави неки додатни фактор или механизам који га одржава - карактеристичан за Лос Анђелес, али га има свуда где је погодно - нарочито подесни равничарски градови - тамо смањено струјање ваздуха, сав ваздух на истој висини-иста Т° - фотохемијски смог може да настане и ван града, у шумама 210

211 - настаје нарочито после временских непогода током лета
Технологија заштите животне средине - настаје нарочито после временских непогода током лета - после електричних пражњења, муња, настане NO2 - након тога сине сунце, па долази до реакције фотохемијске дисоцијације којом и отпочиње стварање ове врсте смога - ако, уз сунчеву светлост, настане и врућина, испаравају незасићена једињења, шема настанка фотохемијског смога се употпуњава - некада постоје услови за истовремено настајање и хемијског и фотохемијског смога - не могу дуго да коегзистирају, јер су хемијски врло различити - хемијски смог је редукциони, главна компонента је SO2 - фотохемијски смог је оксидациони у целини - они се “покривају”, превладава онај кога има у вишку, тј. онај који има више прекурсорског материјала SO2 + NO2 → SO3 + NO 211

212 - ↑ [] гасова стаклене баште у тропосфери-ефекат који веома забрињава
Технологија заштите животне средине 29. Ефекат стаклене баште - ↑ [] гасова стаклене баште у тропосфери-ефекат који веома забрињава - у ваздуху постоји неколико гасова који јако апсорбују зрачење из IR области и доводе до повећања температуре ваздуха - CO2, H2O, CH4, фреони, N2O - што је више ових гасова у ваздуху, виша је и температура ваздуха - CO2 и H2O су производи сагоревања горива- неизбежни су, проблем! - CO2 настаје и дисањем - СН4 се емитује из биогених, геохемијских, антропогених извора, а у ваздуху може да се оксидује до CO2 212

213 - фреони- проблем за себе, њихова употреба се, због О3 слоја, смањује
Технологија заштите животне средине - фреони- проблем за себе, њихова употреба се, због О3 слоја, смањује - ефекат ових гасова у атмосфери је као ефекат стакла у стакленој башти - температура у башти је виша него ван ње, пре стакла - када сунчево зрачење дође до гасова стаклене баште… …део зрачења се апсорбује и тиме акумулује топлота у слоју гасова …део зрачења прође кроз слој гасова и стигне до Земљине површине 213

214 - Земља апсорбује део топлоте, део зрачења и топлоте одбија
Технологија заштите животне средине - Земља апсорбује део топлоте, део зрачења и топлоте одбија - ово зрачење поново, рефлектовано од Земље, долази у слој гасова - део се поново акумулира, део пролази - акумулирана топлота зрачења остаје у доњем слоју атмосфере- тамо где је велика концентрација гасова стаклене баште - гасови стаклене баште- опна која задржава топлоту - због овог ефекта расте температура и мења се клима на целој Земљи 214

215 - због раста температуре се топи лед на половима
Технологија заштите животне средине - због раста температуре се топи лед на половима - губи се бела боја која одбија зрачење, Земља “тамни” - због топљења леда се диже и ниво светског океана - многа острва и градови могу да буду поплављени - од набројаних гасова СО2 је најзначајнији гас стаклене баште 215

216 - настаје из великог броја извора и има комликован циклус
Технологија заштите животне средине - настаје из великог броја извора и има комликован циклус - наука се концентрисала на проналажење везе између [СО2] и раста температуре у доњем слоју тропосфере, тј. на Земљи - генерално, истраживања која се тичу Земље интензивирана 1957. - то је била тзв. “Прва геофизичка година” - те се године почело и са систематским праћењем [СО2] у ваздуху - на 270 места дуж целе планете отпочела мерења (не само [СО2]) - веома много експерименталних података до сада - три станице посебно важне, Хаваји, Антарктик, Швајцарски Алпи - издвојене су, налазе се у релативно чистој животној средини 216

217 - мерења свакодневна, сваког месеца се узима средња вредност
Технологија заштите животне средине - на станици Мауна Лоа (Хаваји), мерењем [СО2] дошло се до податка да са протоком времена долази до раста [СО2] - мерења свакодневна, сваког месеца се узима средња вредност - без обзира на повремене осцилације, константан раст, благо закривљена линија - сличан дијаграм се добио и на Антарктику - мање осцилације, генерално раст исти - на местима где се мерења врше од почетка 20. века (њих неколико) анализа показала тренд раста [СО2] - закључак је да је, дакле, раст [СО2] неспоран - питање је да ли је природан или га изазива човек 217

218 - Грасл и сарадници 1994. године конструисали дијаграм
Технологија заштите животне средине - Грасл и сарадници године конструисали дијаграм - на исти дијаграм поставили зависност [СО2] од година и количине произведеног СО2 сагоревањем фосилних горива од година - када се ове две линије математички обраде, добијају се праве са истим нагибом - закључак: између пораста [СО2] у ваздуху и сагоревања фосилних горива постоји веза - → пораст [СО2] у ваздуху је узрокован антропогеним утицајем - прецизније: раст сагоревања фосилних горива доводи до раста [СО2] 218

219 Технологија заштите животне средине
219

220 - коначни ефекат се види изнад Сахаре
Технологија заштите животне средине - астрофизичар Тромбли критиковао дотадашње моделе који приказују СО2 у атмосфери - рекао да расподела СО2 у ваздуху није равномерна, тј. да постоје места где се више и где се мање ствара СО2 - указао да због неравномерног стварања и расподеле СО2 постоје делови Земље који се више и који се мање загревају - тамо где је [СО2] виша, виша је и Т°, где је [СО2] нижа, нижа је и Т° - да би дошло због изједначавања притиска, хоризонтални ветрови померају СО2 ка југу са севера, где се више ствара - коначни ефекат се види изнад Сахаре - до граница Сахаре СО2 може да путује, на њеној граници наилази на топлотну препреку - стога се на границама Сахаре СО2 нагомилава - нема биљног света који би нагомилани СО2 трошио - због нагомилавања расте Т°, људи се селе, нестаје живот 220

221 - на овај начин Сахара може да на крају заузме целу Африку
Технологија заштите животне средине - пустиња се шири, а људи који су се одселили у новим стаништима крче шуме чиме омогућавају даље ширење пустиње - на овај начин Сахара може да на крају заузме целу Африку 221

222 - честице аеросола имају супротно дејство од СО2
Технологија заштите животне средине - честице аеросола имају супротно дејство од СО2 - понашају се као и друге честице, део зрачења пропуштају, део одбијају, део апсорбују - захваљујући одбијању (рефлексији), део зрачења се враћа у космос - са повећањем [аеросол] смањује се количина зрачења коју гасови стаклене баште, па и атмосфера, могу да апсорбују - са растом [аеросол], дакле, пада температура - сагоревањем фосилних горива стварају се СО2 и аеросол, они потпуно супротно делују, - ипак ствара се више СО2, а аеросол пада на Земљу пре или касније 222

223 - киселе кише- кише чија је pH < 5,6
Технологија заштите животне средине 30. Киселе кише - киселе кише представљају један од феномена који је глобалан, а последица је загађивања ваздуха - киселе кише- кише чија је pH < 5,6 - закишељавање је последица повећаног садржаја, тј. [] киселина које су јаче од H2CO3 (H2SO3, H2SO4, HNO2, HNO3, HCl) - то значи да је и састав гасова у загађеном ваздуху неприродан - повећан је садржај гасова који се добро растварају у води и граде киселине (SO2, SO3, NO, NO2, HCl) - проблем постао актуелан ‘70-тих година прошлог века - први спор се водио између САД и Канаде 223

224 - нарочито развијени југ Канаде и север САД, област уз границу
Технологија заштите животне средине - имају дугу заједничку границу, развијену металургију, индустрију, обе сагоревају велике количине фосилних горива - нарочито развијени југ Канаде и север САД, област уз границу - ветар носи емитоване оксиде час на једну, час на другу страну заједничке границе - две земље се међусобно оптуживале за уништавање биљног света и лошу жетву као последице “увезене” киселе кише 224

225 - дејство киселих киша се, стога, тамо јако осећало
Технологија заштите животне средине - у време хладног рата, у Европи, спор између скандинавских земаља, пре свега Норвешке, и земаља средње Европе (Пољске, некадашњих Чехословачке и ДР Немачке) - норвешко земљиште има мало карбоната, лако му је променити pH вредност, има веома низак пуферски капацитет - дејство киселих киша се, стога, тамо јако осећало - неке државе, рецимо СР Немачка, су правиле сопствене билансе, колико SO2 саме праве, а колико им стиже из других земаља - то им служило као основа за преговоре о евентуалној надокнади штете 225

226 - постоји неколико главних ефеката киселих киша:
Технологија заштите животне средине - постоји неколико главних ефеката киселих киша: 1. Негативно дејство на земљиште 2. Негативно дејство на водена тела 3. Негативно дејство на вегетацију 4. Негативно дејство на грађевинске материјале - дејство на земљиште је једно од најкомплекснијих - падањем киселих киша у земљиште стално стижу Н3О+ јони - иако је земљиште пуферски систем, временом пада његов pH - док у земљишту има карбоната, вредност pH је константна - када падају киселе кише, разарају се, пре свега, карбонати - у земљишту се јављају анјони киселина и ослобађа калцијум - расте њихове концентрација - повећава се I земљишне воде, то утиче на све процесе у земљишту 226

227 - земљиште добија други карактер
Технологија заштите животне средине - није безазлено, мењају се равнотеже у којима учествују други електролити - земљиште добија други карактер - доласком јаких киселина сузбија се дисоцијација слабих киселина у земљишту, а тиме смањује и њихова способност комплексирања - ово је јако лоше за исхрану биљака - класичан пример: хуминске киселине - смањена моћ дисоцијације, самим тим и комплексирања, пада агрохемијски значај - јаке киселине елуирају разне метале са јонских измењивача из земљишта, па расте [] катјона, међу њима и штетних тешких метала - у земљишту се налазе мале количине разних оксида, међу њима и оксида гвожђа 227

228 Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe3+ + 3NO3- + 3H2O
Технологија заштите животне средине - под дејством јаких киселина, нпр. азотне, честица хидратисаног гвожђе (III) оксида лагано кородира, расте [Fe3+] Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe3+ + 3NO3- + 3H2O - мења се редокс-потенцијал земљишта, то утиче на све реакције код којих је редокс-потенцијал важан - расте концентрација нитрата у земљишту, што је добро - како оксиди гвожђа нису чисти, и све што је преципитовано са њима се раствара, то су често тешки метали - штетно за вегетацију - киселе кише утичу на [Al3+] у земљишту - [Al3+] у земљишту је веома ниска, јер Al(ОН)3 има мали производ растворљивости - зато се алуминијум у земљишту налази углавном у нерастворном стању, као хидроксид или оксид 228

229 - под утицајем киселих киша се повећава [Al3+] у земљишту
Технологија заштите животне средине - под утицајем киселих киша се повећава [Al3+] у земљишту - код алуминијума је веома мала разлика имеђу природне [] и оне која је токсична за живи свет - често управо киселе кише доведу до тога да се та разлика надокнади - верује се да је раст [Al3+] у земљишту услед киселих киша главни разлог одумирања шума - дејством киселих киша се загађују и водена тела, реке и језера - посебно су угрожена нека језера (реке су мање угрожене, јер су текуће воде), која имају мали пуферски капацитет - најчешће су угрожена алпска језера - у њих се, да би се спречило закишељавање, повремено сипа креч - одумирање шума је један од првих видљивих ефеката који је последица киселих киша - разлози: раст [Al3+] и других токсичних тешких метала у земљишту 229

230 - кисела киша делом улази у организам биљака директно кроз листове
Технологија заштите животне средине - кисела киша делом улази у организам биљака директно кроз листове - мења pH, ремети разне равнотеже - на деловима биљака, нарочито кори, који су изложени дејству киселе кише, стварају се ацидофилне плесни - оне разарају кору, уништавају дрво 230

231 31. Природни извори загађивања ваздуха
Технологија заштите животне средине 31. Природни извори загађивања ваздуха - природни извори загађивања одувек постоје - свет и поред њих милионима година ефикасно функционисао, зато и нису озбиљно узимани у обзир - укупна количина загађивача ваздуха сваке године све већа (све више извора загађивања, а и време задржавања супстанци дуже од године) - почело да се води рачуна и о природним изворима загађивања, пошто се загађивања, независно од извора, сабирају - више природних извора загађивања - из васионе стижу зрачења различите енергије и космичка прашина настала распадом небеских тела - зрачења ослабе током пролаза кроз атмосферу, космичка прашина добрим делом сагорева - преостале крупније честице падну на Земљу, ситније лебде 231

232 - годишње око 10.000.000 тона космичке прашине падне на Земљу
Технологија заштите животне средине - годишње око тона космичке прашине падне на Земљу - интересантнија када је у ваздуху, него када је на површини - васиона углавном повећава годишњу количину аеросола у ваздуху - материјал који садржи Ni, Mn, Fe и Si - виши слојеви атмосфере су извор јаких оксидационих средстава (озона, хидрокси-радикала) и електрона - непожељна једињења у тропосфери - вулканске ерупције су значајни извори низа штетних гасова - халогеноводоници, оксиди сумпора, водоник-сулфид, металне паре - такође и вулкански пепео и прашина (честице метала, силиката, оксида) - вулкани на Хавајима избацују велике количине Hg паре, а вулкан Хекла на Исланду велике количине F- - F- у ваздуху узрок помора стоке у Северној Америци године 232

233 - такав, допунски, аеросол може да годинама и деценијама кружи
Технологија заштите животне средине - вулкани избацују у атмосферу велике количине пепела и прашине које ситни ветар и носи релативно високо у тропосферу - такав, допунски, аеросол може да годинама и деценијама кружи - еолска ерозија је важан извор загађења атмосфере - ветар са површине земље скида растресити материјал, ситни га, носи са собом - створени материјал струже стене, стварајући нове количине потенцијалног аеросола - поготово значајни пустињски ветрови - дижу велике количине песка и преносе га на велике даљине - чак и друге континенте → црвено обојени киша и снег у Европи - шумски и степски пожари- изазива их удар грома - убрајају се у најштетније природне појаве - непотпуно сагорева велика количина биомасе, осим H2O и CO2… 233

234 - чађ, кондензована и поликондензована органска једињења
Технологија заштите животне средине -…добија се и велики број органских једињења, резултата краковања биљног материјала - ова једињења често отровна или канцерогена, настају услед непотпуног сагоревања, због недостатка О2 или недовољне Т° - чађ, кондензована и поликондензована органска једињења - природни радиоактивни процеси су значајни процеси који се свуда одвијају, јер су радиоактивни материјали свуда присутни - најчешће у минималној, понекад у већој концентрацији - у овим процесима се ствара низ штетних радионуклида који могу да дођу у атмосферу и представљају проблем - природни радиоактивни процеси не би били важни да нису у спрези са антропогеним активностима - ако се, приликом градње зграда, користе бетон или гранит који садрже радиоактивне елементе, стално зрачење унутар четири зида - ово откривено 60-тих година у Америци 234

235 - океани и мора дају природни, марински аеросол
Технологија заштите животне средине - океани и мора дају природни, марински аеросол - биосфера ствара читав низ супстанци које учествују у укупном дејству загађивача - стварање NOx нитрификацијом, микробиолошка редукција азотових једињења у NH3, анаеробно настајање H2S редукцијом SO42-, анаеробно настајање CH4, испаравање терпена… - посебну категорију представља прашина-цветни прах помоћу кога се биљке размножавају - јавља се од пролећа до јесени, одређено тиме када која биљка цвета - полен је фини прах присутан у ваздуху у великој количини - представља допунски аеросол, не загађује атмосферу али учествује у многим реакцијама у ваздуху и има алергено дејство на човека - дејство свих природних загађивача ваздуха се сабира са дејством антропогених загађивача ваздуха 235

236 32. Самопречишћавање ваздуха
Технологија заштите животне средине 32. Самопречишћавање ваздуха - постоје процеси у природи који омогућавају да се ваздух сам пречисти, тзв. процеси “самопречишћавања” - иако се на њих раније није обраћала пажња, данас су у њеном центру, пошто су најефикаснији и најјефтинији начин пречишћавања - најважнији начин самопречишћавања је кроз атмосферске падавине - нарочито је киша важна - свака кап кише долази у контакт са састојцима ваздуха, укључујући загађиваче (гасове, аеросол, честице прашине) - кап кише их апсорбује, углавном до равнотежне концентрације - загађивачи одлазе у земљиште, остаје чист стуб ваздуха - исто важи и за пахуље снега и честице града, оне адсорбују на површини - киселе кише су производ самопречишћавања ваздуха који има негативне последице на земљиште и материјале 236

237 - човек не може глобално да утиче на атмосферске падавине
Технологија заштите животне средине - човек не може глобално да утиче на атмосферске падавине - може, додуше, да их изазива вештачки убацивањем аеросола који ће послужити као кондензационо језгро - тиме, међутим, ремети систем, и додатно загађује ваздух - ваздух се пречишћава и везивањем прашине и аеросола за лепљиве површине - нпр. влажне површине биљака, земљишта - битна улога шума, као ваздушног филтера- честице се лепе на биљни материјал, из шуме излази пречишћен ваздух - један од разлога због кога се строго регулише сечење шума - таложење (седиментација) такође доводи до пречишћавања ваздуха - под дејством силе теже таложе се прашина и аеросол - један од процеса самопречишћавања је и процес кондензације пара и других састојака ваздуха на хладним површинама… -…биљкама, земљишту, воденим телима, хладним крововима… 237

238 - тако се, уз адсорпцију земљиштем, ваздух додатно пречишћава
Технологија заштите животне средине - на хладним површинама долази до кондензације водене паре и кокондензације - са паром се кондензују и паре других састојака, па и загађивача. Чија концентрација није довољно висока да би спонтано кондензовали - адсорцијом на било ком порозном материјалу такође се пречишћава ваздух - земљиште је порозно, има велику површину, самим тим и велику адсорпциону моћ - у добро уређеним парковима су, осим дејства дрвећа, могући и други процеси, ако постоји довољно слободног земљишта - неки земљишни микроорганизми су у стању да користе штетне гасове из ваздуха (СО, на пример) - тако се, уз адсорпцију земљиштем, ваздух додатно пречишћава - асфалт је, за разлику од земљишта, хидрофобан и компактан - не може да пречишћава ваздух адсорпцијом - 238

239 - вода има важну способност да раствара гасове из ваздуха
Технологија заштите животне средине - увек је, дакле, боље имати макар и запуштену башту од лепо поплочаног тротоара - вода има важну способност да раствара гасове из ваздуха - нарочито је важна морска вода, која је слабо алкална, и има веома велику површину → значајно регулише киселе оксиде (СО2, SO2) - осим што делује стабилизујуће на киселе оксиде, апсорбује и аеросол - ветрови су такође важан фактор самопречишћавања - разблажују загађиваче, важно код планирања насеља да се остави довољно простора за нормално струјање ваздуха - за самопречишћавање су важне и неке реакције разарања загађивача које се одвијају у самом ваздуху - оксидационе, неутрализационе и фотохемијске реакције - нпр. оксидација хидрокси-радикалом, јаким оксидационим средством, пожељним при малим [] јер оксидује и одстрањује неке загађиваче СО + ·ОН → СО2 + ·Н 239

240 (СО + · ОН → СО2 + ·Н; 2 HCl + CaCO3 → CaCl2 + CO2 + H2O)
Технологија заштите животне средине - на тај начин се од отровног СО добија неотровни СО2, који је, додуше, гас стаклене баште - неке врло непожељне супстанце, аеросоли (Н2SO4, на пример) уклањају се помоћу инертних честица прашине H2SO4 + CaCO3 → CaSO4 + CO2 + H2O - и паре неких органских загађивача (хлороформа, на пример) могу да се оксидују хидрокси-радикалом, уз добијање производа који се даље трансформишу CHCl3 + 2 ·OH → CO2 + 3 HCl (СО + · ОН → СО2 + ·Н; 2 HCl + CaCO3 → CaCl2 + CO2 + H2O) - ако се пажљиво анализирају простори самопречишћавања ваздуха види се да на неке човек не може да утиче… -…на атмосферске падавине, дејство земљине теже, дејство морске воде - на неке факторе, пре свега, просторно уређење - може - оно мора бити такво да фаворизује самопречишћавање ваздуха 240

241 33. Принципи заштите ваздуха од загађивања
Технологија заштите животне средине 33. Принципи заштите ваздуха од загађивања - процеси самопречишћавања важни, на њих се, ипак, не смемо ослонити - трају извесно време, при томе немају довољан капацитет - проблеми настали загађивањем су акутни и морају се брзо решавати - траже се решења која омогућавају, барем за кратак период времена, заштиту ваздуха од загађивања - постоје и супстанце које не подлежу процесима самопречишћавања, па се не могу да на тај начин одстранити из ваздуха- пример, фреони - због свега наведеног је присутна тежња да се ваздух заштити од загађивања, а не да се делује када је ваздух већ загађен - постоје четири принципа, стратегије заштите ваздуха Избор технологије која не загађује ово је најбољи и најефикаснији начин заштите ваздуха 241

242 није једноставно, велики проблем за данашње хемичаре
Технологија заштите животне средине поента је да се у свакој производњи изабере технологија која ће, осим што ће бити технолошки погодна, минимално загађивати ваздух није једноставно, велики проблем за данашње хемичаре ипак могуће да се нађу технологије код којих се чак и отпадни материјал прерађује- тзв. безотпадне технологије отпада увек има, адекватан би назив био малоотпадне технологије највећа количина отпада који настаје код оваквих технологија се рециклира Пречишћавање отпадних гасова и загађеног ваздуха пречишћавање отпадних гасова је по свом квалитету нижег ступња од избора технологије која не загађује представља практично усавршени процес производње, где се свесно ствара отпад, али се не шаље у животну средину димни гас,загађени ваздух, се пре слања у животну средину пречишћава дакле, отклањају се последице, а не делује се превентивно 242

243 поступци пречишћавања превлађују у односу на избор чистих технологија
Технологија заштите животне средине поступци пречишћавања превлађују у односу на избор чистих технологија користе се сви класични поступци пречишћавања, са малим модификацијама технологија пречишћавања гасова генерално једноставнија и успешнија у односу на пречишћавање вода 3. Разблаживање загађеног ваздуха метод који се примењује дуже од века, данас се сматра да је “зрео” за укидање заснива се на разблаживању загађеног ваздуха великом количином чистог ваздуха лоше, јер се тако цео ваздушни омотач пуни отпадом технички, разблаживање загађеног ваздуха се врши градњом високих димњака загађени гас се доводи на висину, разблажује се јаким струјањима 243

244 непосредна околина димњака је заштићена
Технологија заштите животне средине непосредна околина димњака је заштићена постојање заштићене зоне је пропорционално висини димњака, што је виши, већа је површина заштићена могуће израчунати на основу висине димњака заштићену површину загађивачи у овој методи ипак доспевају у атмосферу тежња да термоелектране и друге фабрике увек имају високе димњаке чак се и пречишћен ваздух из њих шаље кроз високе димњаке разлог- ублажавање дејства СО2 Унапређење моћи самопречишћавања на неке процесе самопречишћавања човек може да утиче такве процесе треба да посматра као средство у борби против загађења - организована заштита ваздуха се спроводи законским прописима - унутар закона и уредби које из њих произилазе постоје прецизне, табеларне, вредности колико ког загађивача сме да буде у ваздуху 244

245 - сваки објекат има своје ограничење за емисију
Технологија заштите животне средине - такође се утврђују и методе којим се одређује присуство одређених загађујућих супстанци и њихова количина - основна ставка у свим прописима који се баве заштитом ваздуха је ограничавање емисије и ограничавање имисије - некада се комбиновано ограничавају емисија и имисија, тада је заштита ефикаснија - нпр. код димњака се емисија мери постављањем мерног инструмента на излазу, на врху димњака - мери се количина гаса који протекне и концентрација загађивача, тако се добије укупна количина загађивача који доспева у ваздух - сваки објекат има своје ограничење за емисију - ограничење емисије се ређе примењује, само за одређене супстанце - имисија представља максимално дозвољену концентрацију неке супстанце на датом месту, на одређеној удаљености од извора - измерена имисија је адитивна величина 245

246 - зависи од свих извора појединог загађивача
Технологија заштите животне средине - зависи од свих извора појединог загађивача - такође, прецизније од емисије описује количине загађивача са којима се жива бића суочавају - ограничавање имисије је једноставније и чешће се примењује 246

247 34. Штетно дејство загађивача ваздуха на човека
Технологија заштите животне средине 34. Штетно дејство загађивача ваздуха на човека - загађивачи ваздуха, осим што умањују његов квалитет, неповољно утичу на здравље људи као и на остали живи свет - постоји много токсиколошких студија који указују на везу између квалитета ваздуха (садржаја појединих компоненти) и неких болести - обично плућних, срчаних, болести нервног система, тумора - човек се удисањем ваздуха лако трује - ваздух који удахне улази у плућне алвеоле које су у директној вези са крвотоком - алвеоле су обавијене мембранама које пропуштају све супстанце које дођу до њих, њихова функција и иначе да врше размену О2 и СО2 - тако компоненте ваздуха улазе директно у крвоток - ако ваздух није чист у крвоток не прелази само О2, већ и све супстанце у одређеној мери - загађивачи ваздуха и јесу ефектни јер доспевају директно у крвоток 247

248 - загађена вода и земљиште се могу избећи, загађен ваздух не може
Технологија заштите животне средине - загађена вода и земљиште се могу избећи, загађен ваздух не може - одрастао мушкарац, у стању мировања, за један сат удахне 6 dm3, за цео дан и до 8,5 m3 - одрасла жена у стању мировања удахне око 20% ваздуха мање - због велике удахнуте количине и мале [] загађивача брзо дејствују - при тешком физичком раду, човек удахне и 150 dm3, па је и изложенији утицају загађивача - дисањем се мења састав ваздуха, при издисању [N2] порасте са 79,03% на 80,2%, [СО2] са 0,04 % до 4%, [О2] опадне са 20,93% на 15,8% - људски организам најпре реагује на тровање ваздухом - тровања водом и храном имају спорије дејство, јер њихови загађивачи наилазе на различите бране и филтере, разне одбрамбене механизме - данас практично нема сумње да постоји веза између загађења ваздуха и разних болести- бронхитиса на пример - бронхитис- непотпуно дефинисан поремећај дисајних органа 248

249 - многе од њих имају токсично дејство
Технологија заштите животне средине - настаје као последица пушења, прехладе и присуства загађивача у ваздуху - загађивачи ваздуха узрокују хронични бронхитис, то је често само почетна фаза за развој других озбиљних болести - човек користи преко различитих супстанци, све могу да доспеју у ваздух - многе од њих имају токсично дејство - прва листа непожељних супстанци састављена у САД године - у тој листи набројане 24 најчешће штетне супстанце у ваздуху - у међувремену је листа проширена на око супстанци непожељних у ваздуху - неке од тих супстанци су канцерогене, неке мутагене, неке тератогене, неке опште токсичне, неке имају комбиновано дејство - истраживања ни у једном случају нису показала да нека од супстанци са листе није штетна 249

250 - токсичан је и потенцијално канцероген
Технологија заштите животне средине - акрило-нитрил (СН2СНСN) се користи за добијање пластичних маса (полиакрила, на пример) и вештачких влакана - токсичан је и потенцијално канцероген - супстанца је канцерогена ако је доказано да изазива појаву тумора код човека, потенцијално канцерогена ако није доказано да изазива тумор код човека, али га изазива код огледних животиња - токсичност акрило-нитрила се испољава на више начина - ензими у организму га разлажу, настају СN- јони, који узрокују тровање - акрилонитрил је реактиван, блокира eнзиме, поготово ензиме у чију су структуру уграђене тиоаминокиселине - везује се са тиолним групама, доводи до нервних поремећаја - за беле мишеве је летална концентрација у ваздуху LС50=0,35 mg/dm3 - концентрација при којој 50% испитиване популације умре - не види се, додуше, за које време се постиче дата смртност - полимери акрило-нитрила нису канцерогени,али увек садрже и мономер 250

251 -As (III) и As (V) су токсични
Технологија заштите животне средине -As (III) и As (V) су токсични - арсен и нека његова једињења, поготово арсеник (As2O3) су потенцијално канцерогене супстанце - особе које су изложене арсенику (As2O3) и другим једињењима арсена обично умру пре него што оболе од канцера (Наполеон ?) - око токсиколошких особина арсена постоји много контроверзи - ако човек узима мале количине арсена, може да стекне имунитет 251

252 - стварају се стабилна једињења
Технологија заштите животне средине - арсен делује на више начина, изазива коагулацију протеина (смртоносна реакција) и инхибира ензиме, реагујући са тиолним групама - стварају се стабилна једињења Е-(SH)2 + As(OH)3 → E-S(-S-)-As-OH + 2H2O - већина тешких метала (арсен то није!) делује на овакав начин, јер углавном имају велики афинитет према сулфидима - првенствено нападају тиоаминокиселине - азбест се одликује добрим хемијским и термичким особинама - не реагује, не топи се, термички врло стабилан, стога се често примењује за прављење ватросталних, топлотних изолатора - такође и за прављење заштитне одеће за рад на високим Т°, плоча за облагање зидова и подова, израду лаких бетонских цеви, цеви за водовод и индустрију, јастука на кочницама, филтера за цеђење сокова и пива (у пићима доказив само електронском микроскопијом) 252

253 - данас се због тога азбест уклања из свих области примене
Технологија заштите животне средине - пре тридесетак година је доказано да су неке врсте азбеста потенцијално канцерогене - данас се због тога азбест уклања из свих области примене - руше се и куће и насеља који су начињени од азбеста, што ствара нови проблем, азбест се приликом рушења расејава - у Европи се, колико-толико, води рачуна о врсти азбеста који се користи - забрањена је производња азбестних плочица као и јастука за ауто кочнице - азбест- минерал влакнасте структуре - постоје две различите врсте азбеста: хидратисани алумосиликат Mg и Ca са хидроксилним групама који има права влакна (попут иглица) и канцерогено делује и хидратисани алумосиликат Mg са хидроксилним групама који има спирална влакна и не делује канцерогено 253

254 - изазива промене на кожи, оштећења слузокоже, запаљења плућа
Технологија заштите животне средине - ове две врсте азбеста се не могу разликовати хемијски, већ само под микроскопом - бензен (C6H6) је мутагена и потенцијално канцерогена супстанца, али са дугим латентним периодом (године, чак и деценије) - дејство се прилично брзо испољава на крвној слици, мења се количина леукоцита, долази до пролазне анемије, стање се може и озбиљније погоршати - берилијум (Be) је лаки метал, канцероген, пре свега у прашкастом стању - изазива промене на кожи, оштећења слузокоже, запаљења плућа - опасне су и берилијумове соли, али мање од елементалног берилијума 254

255 - цијановодоник (HCN) је одавно познат као јак отров
Технологија заштите животне средине - цијановодоник (HCN) је одавно познат као јак отров - дејствује тако што се везује за Fe у хему хемоглобина и спречава везивање кисеоника - eтилен-оксид (CH2OCH2) је мутагена, изузетно реактивна, супстанца - користи се доста у индустријској органској хемији и за добијање смола - кадмијум (Cd) је супстанца која је канцерогена у свим облицима, нарочито у облику металног праха, али и облику једињења - користи се ипак и данас, у производњи гума, на пример - има велики афинитет према сулфидним групама у тиоаминокиселинама- изазива низ ензимских поремећаја али и поремећај рада бубрега, анемију, повишење притиска, делује и на коштану срж - N-нитрозоамини су канцерогене супстанце које имају и мутагено дејство - настају кондензацијом секундарног амина и азотасте киселине у разним срединама R2NH + HONO → R2NNO + H2O - могу настати и у ваздуху загађеном секундарним аминима и HNO2 255

256 - до реакције стварања N-нитрозоамина може доћи и у органима за варење
Технологија заштите животне средине - до реакције стварања N-нитрозоамина може доћи и у органима за варење - услов: истовремено конзумирање месних прерађевина и рибе - месне прерађевине садрже прекурсор за стварање HNO2 - приликом саламурења се, ради добијања лепе црвене боје, додају нитрити - рибље месо је, са друге стране, богато аминима - реакцију стварања N-нитрозоамина у великој мери спречава витамин Ц - неки N-нитрозоамини су тератогене супстанце - олово је састојак загађеног ваздуха, доспева најчешће приликом сагоревања оловних бензина - тетраетил олово, (C2H5)4Pb, се додаје бензину да би му се побољшале карактеристике, при сагоревању органски део сагори, Pb се избације као PbО аеросол - добро је што је PbО тешка честица, не иде на велике висине (до 1 м), не транспортује се атмосферским путем 256

257 - лоше, јер су најугроженија деца - олово је кумулативни отров, дуго
Технологија заштите животне средине - лоше, јер су најугроженија деца - олово је кумулативни отров, дуго се скупља у организму, када дође до критичне концентрације, почиње неповратан, трајан поремећај - поремећај рада бубрега, оболевања нервног система, реакција са ензимима - због сличности јонског пречника са Са2+ јонима, може да их замењује и уграђује се, преко метаболичких процеса, у коштану срж - долази до поремећаја у стварању крви - 80-тих година 20-тог века почела да се забрањује употреба оваквих бензина у Западној Европи - полихалогеновани бифенили (РСВ) су уља која се одликују великом топлотном стабилношћу 257

258 - користе се као топлотни флуид, за загревање
Технологија заштите животне средине - користе се као топлотни флуид, за загревање - добијају се халогеновањем бифенила, увек се добије смеса различитих једињења- изомера, са различитим бројем и положајем Hal - због својих корисних особина, пре свега термичке стабилности и отпорности на запаљивост, су широко коришћени - у уљаним купатилима, најбоље трансформаторско уље, пластификатори за пластичне масе, при производњи пигмената, лакова, боја - 70-тих година прошлог века установљено да су РСВ-јеви мутагене и потенцијално канцерогене супстанце - одлучено да се више не користе у отвореним системима, али се и даље користе у затвореним системима, где нема директног контакта са ж.с. - у трансформаторима, трафостаницама и електронским уређајима 258

259 - угрожени су и људи који обављају ремонт
Технологија заштите животне средине - међутим, у случају ремонта, акцидената и сл, РСВ-јеви могу да доспеју у животну средину - угрожени су и људи који обављају ремонт - у САД и Европи су ова једињења под строгом контролом - могу се уништити само жарењем на високој Т°, у великим ротационим пећима се уништава земљиште које је загађено РСВ - још опасније примесе се стварају приликом хемијских реакција у којима учествују бифенили - најопаснији је диоксан (тетрахлородибензодиоксан) који настаје као споредни производ при хлоровању бифенила - током НАТО агресије на СРЈ године, велике количине РСВ-јева су доспеле у животну средину у Крагујевцу и Бору приликом бомбардовања трафостаница - хромати (CrO42-)и дихромати (Cr2O72-) су канцерогене супстанце у прашкастом стању при пресипању ових супстанци се ствара аеросол 259

260 - због зрачења се јавља у траговима у околини фотокопир апарата
Технологија заштите животне средине - озон (О3) је јак отров, има интензиван мирис, лако се осећа присуство О3 - када је присутан у [] од 1-2 ppm изазива непожељне ефекте, надражај очију, главобољу - при већим [] изазива бронхијална оболења, поремећаје нервног система, а при [] од 50 ppm изазива смрт - због зрачења се јавља у траговима у околини фотокопир апарата - винил-хлорид (CH2CHCl) је мономер поливинил-хлорида PVC - сама пластична маса је релативно нешкодљива, али је мономер отрован и канцероген- изазива тумор коже, плућа, јетре 260

261 - увек постоји опасност да полимер садржи трагове мономера
Технологија заштите животне средине - увек постоји опасност да полимер садржи трагове мономера - раније су се од PVC-a правиле “најлон” кесе - PVC је липофилан, при паковању производа који садрже масноће је долазило до загађења производа PVC-ом, али и винил-хлоридом - због тога забрањено да се PVC користи за производњу амбалаже за намирнице - уместо њега се користи полиетилен (користи се за “најлон” кесе данас) - велике количине винил-хлорида доспеле су у атмосферу приликом бомбардовања Панчева од стране НАТО пакта године - жива (Hg) је штетна и као пара и као чврст аеросол и у елементарном стању и у облику једињења - жива и њена једињења су непожељан аеросол, јер су отровни - једињења Hg(I) су мање отровна, јер су врло слабо растворна, једињења Hg(II) су међутим врло токсична 261

262 - жива је способна да пролази кроз све мембране, чак и плаценту
Технологија заштите животне средине - жива се лако везује за различите ензиме, има велики афинитет према сулфхидрилним групама аминокиселина - везује се и за друге супстанце битне за нормално функционисање нервног система, доводи до његовог поремећаја и оштећења - жива је способна да пролази кроз све мембране, чак и плаценту - велики број супстанци које се користе у лабораторијама и индустрији су канцерогене или потнецијално канцерогене и мутагене - бензидин и сви његови производи- изазивају тумор бешике - полицилклични ароматични угљоводоници (PAH)- су производи непотпуне оксидације и сагоревања, углавном се налазе у чађи - многи РАН-ови су канцерогени или мутагени или и једно и друго - најпознатији је 1,2 бензопирен који у токсикологији служи као стандардна супстанца за изазивање тумора код огледних животиња - производ његове оксидације је епоксид, још токсичније једињење - α- и β-нафтиламин се користе у синтези боја, фармацеутских производа 262

263 - налазе се и у димовима и производима непотпуног сагоревања
Технологија заштите животне средине - налазе се и у димовима и производима непотпуног сагоревања - α-нафтиламин изазива тумор бешике, β-нафтиламин тумор плућа - сви халогени деривати алкана су мутагени - хлороформ (СНCl3) је потенцијално канцероген, а доказано мутаген код бактерија - угљен-тетрахлорид (CCl4) је потенцијално канцероген и мутаген и може да изазове рак јетре - диметил-сулфат је мутаген, користи се у органској синтези за метиловање - пестициди су већином мутагени, канцерогени су избачени из употребе, али су неки потенцијално канцерогени у употреби 263

264 35. Штетно дејство загађивача ваздуха на биљке
Технологија заштите животне средине 35. Штетно дејство загађивача ваздуха на биљке - загађивачи ваздуха утичу штетно не само на човека и животиње, већ и на биљке - биљке су осетљиве на загађиваче ваздуха, чак и у малим [] - биљке имају специфичну физиологију и код њих се догађају неочекивани ефекти, у односу на оне код животиња или човека - неке биљне врсте су изразито осетљиве, неке веома отпорне - није нађена никаква правилност између дејства истог загађивача на различите биљке - чак и унутар исте фамилије биљака није могуће правити уопштавања, свака биљна врста реагује индивидуално - најосетљивији су лишајеви, симбиотска заједница алги и гљива - прототип су за откривање загађености ваздуха, они су биоиндикатор - чим се загађивачи појаве, чак и у ниској [], лишајева нема - низ супстанци је фитотоксичан и гасови из ваздуха и инертна прашина 264

265 - најпознатије фитотоксичне супстанце: О3, SO2, F-
Технологија заштите животне средине - најпознатије фитотоксичне супстанце: О3, SO2, F- - штетно дејство имају и азотови оксиди и хлоровани деривати органских једињења - О3, SO2, F- су често присутни у ваздуху, на њих се обраћа велика пажња, нарочито када је реч о пољопривредним биљкама - нарочито су осетљиви на: О3: бели бор, дуван, овас, јасен, луцерка, пасуљ, спанаћ SО2: бела јела, јечам, луцерка, памук, пшеница, соја F-: бресква, винова лоза, гладиола, кајсија - само код неких биљака је прецизно утврђено на који начин делују загађивачи биљака - нарочито је испитано дејство SO2, најраспрострањенијег и најчешћег загађивача који утиче на биљке - при екстремно ниским [] SO2 у ваздуху биљка максимално отвара стоме, поре на листовима преко којих дише 265

266 - настала H2SО3 на површини биљке може и да уђе у различите реакције
Технологија заштите животне средине - у таквим условима SO2 представља стимуланс за веће отварање стома, тј. дисање, па биљка почиње да удише загађен ваздух више и да се трује - када SO2 уђе у биљку, трансформише се до SО42- и H2SО4, мења се pH биљке - биљке везују H2SО4 за неке супстанце (најчешће шећере) у елиминишу је - при екстремно високим [] SO2, биљка максимално затвара стоме, минимално удише ваздух, лагано се гуши - у самом биљном организму одвија се низ реакција као последица гушења, али се одвијају и реакције на површини биљке - SO2 је јако хидрофилан и апсорбује се у спољашњем делу биљке, настаје H2SО3, долази до поремећаја pH - настала H2SО3 на површини биљке може и да уђе у различите реакције - може да дође до додатног стварања једињења која су штетна - озон такође изазива низ поремећаја, има велики афинитет према ═ везама, доводи до денатурације једињења која их садрже 266

267 - биљке нарочито осетљиве на О3 обољевају већ при ниским [] у ваздуху
Технологија заштите животне средине - биљке нарочито осетљиве на О3 обољевају већ при ниским [] у ваздуху - тамо где се присуство макар и ниских [] О3 у ваздуху не може спречити, не гаје се овакве биљке - врши се тзв. регионализација земљишта према квалитету ваздуха - F- везују Mg у хлорофилу и на тај начин онемогућавају фотосинтезу - и поред тога што поједини загађивачи делују на биљке на различите начине, сами ефекти нису нарочито разноврсни - обично долази до закржљалости, застоја у развоју, смањења раста биљке и до промене боје биљке - акутни симптоми- мрље на листовима - у последње време је актуелан нови начин просторног уређења, планира се сађење биљки отпорних на присутне загађиваче 267

268 36. Штетни утицај загађивача ваздуха на материјале
Технологија заштите животне средине 36. Штетни утицај загађивача ваздуха на материјале - загађивачи ваздуха узрокују велике штете разарајући различите материјале - чак и ваздух који је незагађен оштећује неке материјале (рђају гвожђе и челик, разара се малтер), па сви материјали имају рок трајања - загађивачи тај рок скраћују, атмосфера се штити не само због здравствених и естетских, већ и економских разлога - загађивача ваздуха је много, мало је који материјал отпоран потпуно на баш све загађиваче - загађивачи ваздуха најчешће лоше утичу на боје (пигменте), репродукционе материјале (филмове и фотографије), грађевинске материјале, гуму, целулозне материјале (тканину и хартију), керамику,стакло,кожу,метале,текстилне материјале,пластичне масе - боје и пигменти се употребљавају из више разлога- естетских, за заштиту од корозије, ради давања одређене информације 268

269 - свака промена структуре значи промену адсорпције зрачења и боје
Технологија заштите животне средине - боје су најчешће компликовани органски молекули који садрже неколико функционалних група (хромофора) - свака промена структуре значи промену адсорпције зрачења и боје - на хромофоре могу да делују готово сви загађивачи ваздуха- оксидационе, редукционе супстанце, супстанце које мењају pH - SОx, а пре свега SO2, имају кисело и редукционо дејство, под њиховим утицајем боје могу да пређу у тзв. леуко облик у коме хромофоре потпуно нестају - NОx имају кисело и нитрирајуће дејство - нитро група је хромофора, њеним увођењем у молекул долази до промене боје - оксидациона средства разарају органске супстанце и преводе их у хидрофилна једињења, растворна у води, па боја нестаје - аеросоли могу да се “залепе”, адсорбују на премазе и да омогуће да преко њих у материјал-подлогу дифундују различити загађивачи 269

270 - влага, светлост и присуство микроорганизама погоршавају њихов утицај
Технологија заштите животне средине - чађ је нарочито штетна, јер може да адсорбује разне загађиваче и повећа њихову [] у боји - загађивачи ваздуха, дакле, пре свега доводе до хемијског разлагања боје - влага, светлост и присуство микроорганизама погоршавају њихов утицај - филмски материјали (филмови и фотографије) су веома осетљиви на SОx, NОx, разне органске супстанце (паре растварача, алдехиде) - влага и светлост појачавају њихово дејство - стари филмови су полиацетати са нанесеном бојом на њих - црно-бели филмови садрже у себи халогениде метала, осетљиве на халогениде из ваздуха и алдехиде са којима граде комплексе - грађевински материјали (бетон и малтер) су јако порозни силикатни и карбонатни материјали осетљиви на киселине и влагу (адсорбују је) - сви кисели гасови из ваздуха и чађ их разарају - SО2 и SО3 нарочито упечатљиво делују - ако се SО2 адсорбује на материјалу, он са карбонатом даје сулфит 270

271 (CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CО2 + H2O)
Технологија заштите животне средине CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CО2 (CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CО2 + H2O) - настали СО2 напушта систем у виду гаса и доводи до поремећаја равнотеже у правцу настајања CaSO3 - оксиди гвожђа (и рђа) и чађ катализују оксидацију CaSO3 2CaSO3 + О2 → 2CaSO4 - CaSO4 има тежњу да адсорбује воду, па се као крајњи производ добија гипс (CaSO4 х 2 Н2О) - добијање гипса проблем, растворљивији је у води од полазног карбоната, испира се, па карбонатни материјали постају рупичасти - ако се не испере, долази до стварања напона у бетону, почиње да се круни (CaSO4 има већи напон од полазног CaCO3) - напон и круњење бетона омогућује продор SO2 у унитрашњост бетона и разарање бетона изнутра, бетон постане временом трошан - ово подстичу влага, чађ, присуство микроорганизама, као и промена Т° 271

272 - осетљиве су, међутим, на оксидациона средства, нарочито на О3
Технологија заштите животне средине - постоји велики број различитих врста гуме, али су оне отпорне на присуство киселих гасова у ваздуху - осетљиве су, међутим, на оксидациона средства, нарочито на О3 - већина гума у свом полимерном ланцу има местимично = - О3 на њима гради озониде, онда диоле, и долази до кидања ланца - због тога гума губи еластичност и пропада - даљом оксидацијом диола се стварају карбоксилне киселине, услед чега материјал постаје хидрофилан, па се временом раствара и нестаје - ако је гума под напрезањем, разарање је још израженије - целулозни материјали (хартија, вискоза, вештачка свила) су осетљиви на дејство киселих гасова - целулозни материјали су веома хигроскопни, имају пуно –ОН група - када вежу воду, са њом лако вежу и киселе гасове, нарочито SO2 - када целулоза није чиста (рецимо у хартији) садржи супстанце које катализују оксидацију SO2 (Н2SO3) до SO3 (Н2SO4) 272

273 - настала Н2SO4 хидролизује целулозу и до глукозе
Технологија заштите животне средине - настала Н2SO4 хидролизује целулозу и до глукозе - услед тога хартија жути, постаје крта и пропада - ово је сталан процес, тече дуготрајно, нема једноставне заштите - исто се догађа и са целулозним тканинама, ту се додуше у процесу прања спирају киселине, али и настала глукоза, па се тканина тањи - ако је хартија штампана, најпре пропада на месту слова, јер су ту присутни оксиди метала који катализују киселу хидролизу целулозе - керамика и стакло су силикатни материјали који спадају међу најотпорније према загађивачима ваздуха - керамика више, стакло мање отпорно - на њих разорно делују кисели гасови и HF јер нападају алкалне састојке, при чему настају алкалне соли - због тога прозори, ако су изложени континуираним високим [] киселих гасова постају мутни и пуцају - кожа је осетљива на SОx, нарочито у присуству аеросола 273

274 - гвожђе (Fe) је веома нестабилно према дејству киселих гасова
Технологија заштите животне средине - метали се веома разликују по својој хемијској отпорности према загађивачима ваздуха, иако су сви осетљиви на киселе гасове - осетљивост се повећава у присуству аеросола, влаге, оксидационих средстава - степен осетљивости метала зависи од његове хемијске природе, од његовог редокс-потенцијала, али и од тога да ли је и чиме легиран - метални предмети изграђени од крупнијих честица су подложнији корозији, јер се између две честице ствара електролитичка ћелија - гвожђе (Fe) је веома нестабилно према дејству киселих гасова - разлог: на месту где се налазе кап воде или честица чађи се, у присуству киселих гасова, одмах створи локални елемент ћелије - омогућује оксидацију до хидратисаних оксида и хидроксида гвожђа - тако се ствара рђа, производ корозије, која има растреситу структуру - не пријања за материјал, упија влагу, представља подлогу за корозију - створени производ корозије представља убрзавајући фактор за наставак 274

275 - разарање се не зауставља док метал потпуно не кородира
Технологија заштите животне средине - разарање се не зауставља док метал потпуно не кородира - насупрот гвожђу, постоји група метала која даје компактне производе оксидације на ваздуху, и тако се, иако су електронегативнији, штите - алуминијум (Аl) као производ оксидације ваздушним О2 даје Al2O3 - Al2O3 ствара компактну заштитну скраму која је отпорна на киселе гасове и киселине из ваздуха и спречава даље разарање - због тога је Al релативно отпоран на киселе састојке ваздуха - скрама начелно може да се оштети деловањем аеросола, стругањем, механичким деформацијама - не и код Аl, при механичким деформацијама Al2O3 се шири као и Al - ако скрама и метал немају исти коефицијент ширења долази до стварања “пукотина” услед механичких деформација - кроз те “пукотине” загађивач продире до метала, иако скрама постоји - приликом оксидације цинка (Zn) настаје танка, провидна скрама, од смесе оксида и карбоната, штити од даље корозије 275

276 - тек ако се скрама оштети долази до даље оксидације
Технологија заштите животне средине - тек ако се скрама оштети долази до даље оксидације - Fe се, због тога, штити поцинковањем, нпр. поцинковани лим за олуке - ако се нанесени слој Zn оштети, почиње оксидација - олово (Pb) се понаша слично Zn, али је осетљиво на присуство H2S - јако значајно за уљане боје, некада се као подлога користило оловно белило, које је, временом, са траговима H2S реаговало - гради се црни PbS Pb(OH)2·2PbCO3 + 3 H2S → 3 PbS + 2 CO2 + 4 H2O 276

277 Технологија заштите животне средине
- бакар (Cu) је отпоран према оксидацији, а електропозитивнији је од Fe - није отпоран према карбонатима, па се временом превлачи зеленкастом скрамом CuCO3 која штити од даље корозије - пластични материјали се веома разликују по хемијском саставу и структури, па постоје и велике разлике у отпорности - обично су осетљиви на оксидациона средства, а нарочито на О3, при чему његово дејство појачава светлост - неки полимерни материјали (полиестри, на пример) су осетљиви на присуство киселих састојака ваздуха - текстилни материјали су, попут полимера, веома различите структуре, разликује се и њихова осетљивост на загађиваче ваздуха - свила и вуна су полиамиди, релативно отпорни на киселине, мање отпорни на базе - пошто је могуће предвидети присуство најчешћих загађивача на одређеним локацијама, могуће је предузети мере заштите 277

278 - тиме се продужује радни век материјала
Технологија заштите животне средине - тиме се продужује радни век материјала - на пример, материјалима се додају антиоксиданти који поништавају дејство оксидационих средстава, јер са њима реагују - интензитет дејства загађивача јако зависи и од допунских фактора који могу да делују синергијски и убрзавају дејство загађивача - такви су влага, hν (због фотохемијских реакција), микроорганизми (трансформишу органске супстанце, чак и када нема загађивача) 278

279 37. Главни антропогени извори загађивања ваздуха
Технологија заштите животне средине 37. Главни антропогени извори загађивања ваздуха - загађивање ваздуха из антропогених извора има прилично озбиљне последице, дуготрајан ефекат, процес је који делује непрекидно - када не би било антропогеног загађивања, човечанство се не би суочило са проблемом загађености животне средине - крајем 60-тих година 20-тог века уочено је прогресивно загађивање ваздуха - било неопходно испитати који су главни извори загађивања и који су главни загађивачи из тих извора - ако се то зна, могуће направити стратегију заштите од загађивања - утврђено је да су главни извори загађивања: Саобраћај 55% Стационарна постројења за сагоревање горива 21% Индустрија 16% Сагоревање отпада 2% Сви други извори 6% 279

280 - због тога се највећа пажња посвећује сагоревању органских супстанци
Технологија заштите животне средине - око 80% свих загађења потиче из сагоревања органских супстанци које се врши у саобраћају, стационарним постројењима за сагоревање и приликом сагоревање отпада - због тога се највећа пажња посвећује сагоревању органских супстанци - у САД 70-тих година 20-тог века уведена пракса сагоревања отпада - циљ: смањење запремине кућног смећа - отпад сагореван у малим постројењима које је поседовало свако домаћинство - последице катастрофалне-дошло до загађивања великим количинама различитих загађивача - удео сагоревања отпада у укупном загађивању атмосфере ишло и до 6% - у Европи и Јапану ова пракса није заживела - тамо мање смећа, а и раније се почело са селекцијом отпада, одвајали се стакло, пластика итд. - преостали,органски отпад,се у Европи и Јапану централизовано сагорева 280

281 - сагоревање се одвија у великим спалионицама, снабдевеним филтерима
Технологија заштите животне средине - сагоревање се одвија у великим спалионицама, снабдевеним филтерима - степен загађивања ваздуха на овај начин неупоредиво мањи, него при сагоревању отпада у домаћинствима - индустрија је, у зависности од врсте, у појединим крајевима, велики загађивач ваздуха - када се у индустрији не би вршило сагоревање горива, учешће индустрије у укупном загађивању ваздуха не би било превелико - у другим индустријским процесима се доста добро може контролисати загађење - смањењем броја хаварија у индустрији, повећањем сигурности производних процеса, се смањује загађивачки утицај индсутрије - стационарна постројења за сагоревање горива такође могу да смањују свој утицај на животну средину - у термоелектранама, нове технологије побољшавају ефикасност сагоревања, повећава се количина добијене енергије по t угља 281

282 - истовремено се смањује количина загађивања по јединици добијене Е
Технологија заштите животне средине - истовремено се смањује количина загађивања по јединици добијене Е - смањење утицаја неких загађивача додатно истиче улогу саобраћаја - саобраћај даје две врсте загађивања: производе сагоревања горива и производе трења (асфалтни аеросол, азбест из кочионих механизама) - побољшањем квалитета горива и усавршавањем процеса сагоревања горива може да се смањи утицај сагоревања горива у аутомобилима - наравно, иновирање возног парка доприноси смањењу загађења - утврђено је да су по количини (не озбиљности дејства) главни загађивачи ваздуха из ових извора СО, SOx, NOx, CxHy, аеросол - дакле, два су основна типа загађивача, гасови и аеросол - СО2 се проучава засебно и није узет у обзир, јер се посматра као крајњи производ сагоревања органске супстанце - има га највише, узрокује ефекат стаклене баште, дакле, опасан је - СО највећим делом (80%) потиче из стационарних постројења за сагоревање горива, мања количина (15%) потиче из индустрије 282

283 - настају SO2 и, накнадно, SO3
Технологија заштите животне средине - у стационарним постројењима за сагоревање горива (термоцентрале, пећи) сагорева чврсто гориво, угаљ који садржи сагорљиве врсте S - настају SO2 и, накнадно, SO3 - термоцентрале су главни извор SOx, системи за заштиту постоје, али су веома скупи - неке друге гране индустрије, металургија и хемијска индустрија, дају SOx као отпад, а неке га користе као сировину - ≈ 50% NOx потиче из стационарних постројења за сагоревање горива, ≈45% потиче из саобраћаја - приликом сваког процеса сагоревања настају NOx, јер се азот из ваздуха оксидује на високим температурама - угљоводоници потичу из индустрије (≈45%) и саобраћаја (≈35%), сви остали извори су одговорни за ≈20% CxHy у ваздуху - нафтна индустрија је главни извор CxHy, она их прерађује, али се приликом прераде и манипулације, део и губи 283

284 - до краковања долази на повишеној, али не превисокој температури
Технологија заштите животне средине - мотори нису довољно усавршени за процес сагоревања, део CxHy излази из издувних цеви аутомобила - то обично нису полазни алифатични, већ трансформисани, најчешће ароматични угљоводници, настали краковањем - до краковања долази на повишеној, али не превисокој температури - главни извор аеросола (≈45%) је индустрија, мање од 20% аеросола потиче из саобраћаја, а исто толико из стационарних постројења за сагоревање горива - у индустрији се сировине мрве, превозе итд., а при томе се загађује атмосфера - саобраћај је извор чађи из димних гасова - стандардна стационарна постојења за сагоревање горива сагоревају угаљ од кога настаје пепео - део пепела је ситан, па дим може да га повуче са собом, тако настаје летећи пепео 284