《化学与环境》PPT课件.ppt

化学与环境1972年，联合国在瑞典的斯德哥尔摩召开了有113个国家参加的联合国人类环境会议。会议讨论了保护全球环境的行动计划，通过了人类环境宣言。会议建议联合国大会将这次会议开幕的6月5日定为“世界环境保护日世界环境保护日”。1661年，英国人伊夫林给英国政府（英王查理二世）写了一个关于伦敦污染的报告 Fumifugium（驱逐烟气）（驱逐烟气）The Inconveniencie of the Aer and Smoak of London Dissipated John Evelyn 1620-1706环境问题环境问题 由来已久，于今为烈由来已久，于今为烈 十七世纪十七世纪十八世纪中叶（工业革命）十八世纪中叶（工业革命）英国伦敦“雾都”美国匹兹堡“烟城”足尾铜矿污染事件（日本）煤烟污染煤烟污染Smog=Smoke+Fog1895年 制铜精炼过程中会产生的烟，矿毒气（主成分为亚硫酸气）和矿毒（金属离子），给周边环境带来严重威害。矿山周围24 平方千米的土地成为不毛之地。严重流失的土地被河流堆到渡良濑川下游，造成河面比平地高的天井河地势。总受害面积达400 平方千米。日本栃木县日光市足尾地区(Ashio)从江户时代起产铜。十九世纪末，它成为日本最大的矿山年生产量达数千吨，成为东亚第一铜产地。矿道之长达1200KM。1973年，铜矿关闭。年，铜矿关闭。2005年3月 二十世纪二十年代以来二十世纪二十年代以来 石油污染石油污染 洛杉矶市洛杉矶市(Los Angeles)(Los Angeles)从1943年开始，在洛杉矶上空出现了浅蓝色的烟雾。这种烟雾刺激人的眼睛、咽喉，威胁居民健康，同时也影响农牧业生产，特别是多叶蔬菜受到严重损害。洛杉矶市在1947年，通过法令，禁止所有户外的燃烧行为，并且规定市内每一个焚化炉，都必须装设静电沉积器，以减少焚化炉废气中的固体微粒，排放到大气中。随后几年，空气中的灰烟和微粒，果然大量减少；但奇怪的是，洛杉矶市的居民，依然饱受烟雾之苦。N2+O2+热 2NO 2NO+O2 2NO2NO2+紫外线 NO+OO+O2+M O3+M*其中M可以是氮气分子、氧气分子或是固体微粒。它的作用是吸收在臭氧分子的生成过程中，所释放出来的热量。海格史密特Arie Jan Haagen-Smit1900-1977 the father of air pollution control 1948年年 汽油挥发或燃烧所排放出的碳氢化合物，可以和臭氧或原子态汽油挥发或燃烧所排放出的碳氢化合物，可以和臭氧或原子态的氧起反应，产生醛类化合物。例如的氧起反应，产生醛类化合物。例如：HC+O HCOHC+O3 HCO3HCO+O2 HCO3HCO3+HC RCHO 或 RCOR其中HC是碳氢化合物，R代表烷基，RCHO是醛类化合物，RCOR是酮类化合物。另外，在氮氧化合物及臭氧的存在下，碳氢化合物也可以进行另外，在氮氧化合物及臭氧的存在下，碳氢化合物也可以进行各种反应，而产生过氧酰硝酸盐各种反应，而产生过氧酰硝酸盐(peroxyacyl nitrates PANs)：HCO3+NO HCO2+NO2HCO3+O2 O3+HCO2HCO3+NO2 RCO3NO2(即PANs)+其它产物2NO2+H2O HNO3+HNO2光化学烟雾光化学烟雾 Photochemical smog由汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧(O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象。二十世纪五十年代二十世纪五十年代 LondonLondon，英国，英国，英国，英国 1952 1952年年年年1212月月月月 造成了造成了造成了造成了40004000人死亡，人死亡，人死亡，人死亡，后来陆续死亡的人数超过后来陆续死亡的人数超过后来陆续死亡的人数超过后来陆续死亡的人数超过1200012000人。人。人。人。四日市气喘病四日市气喘病1955年，日本四日市，空气污染造成的气喘病年，日本四日市，空气污染造成的气喘病熊本水俣病熊本水俣病1950年，日本熊本县水俣镇，汞中毒年，日本熊本县水俣镇，汞中毒新潟水俣病新潟水俣病1963 年，日本新澙县，汞中毒年，日本新澙县，汞中毒痛痛病痛痛病1955年，神通川地区年，神通川地区，镉中毒，镉中毒日本四大公害病世界六大污染事故意大利塞维索化学污染事故意大利塞维索化学污染事故 1976年7月意大利塞维索一家化工厂爆炸，剧毒化学品二恶英（Dioxin）扩散，使许多人中毒。事隔多年后，当地居民的畸形儿出生率大为增加。美国三里岛核电站泄漏事故美国三里岛核电站泄漏事故1979年3月，美国宾夕法尼亚州三里岛核电站反应堆元件受损，放射性裂变物质泄漏，使周围50英里以内约200万人口处在极度不安之中，人们停工停课，纷纷撤离，一片混乱。墨西哥液化气爆炸事件墨西哥液化气爆炸事件1984年11月，墨西哥城郊石油公司液化气站54座气储罐几乎全部爆炸起火，对周围环境造成严重危害，死亡上千人，50万居民逃难。印度博帕尔毒气泄漏事故印度博帕尔毒气泄漏事故1984年12月，美国联合碳化物公司设在印度博帕尔市的农药厂剧毒气体外泄，至1984年底，该地区有2万多人死亡，20万人受到波及，附近的3000头牲畜也未能幸免于难。在侥幸逃生的受害者中，孕妇大多流产或产下死婴，有5万人可能永久失明或终生残疾。前苏联切尔诺贝利核电站事故前苏联切尔诺贝利核电站事故1986年4月，前苏联基铺地区切尔诺贝利核电站4号反应堆爆炸起火，放射性物质外泄，上万人受到伤害，也造成了其他国家遭受放射性尘埃的污染，中国的北京上空也检测到这样的尘埃。德国莱茵河污染事故德国莱茵河污染事故1986年11月，瑞士巴塞尔桑多兹化学公司的仓库起火，大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，使靠近事故地段河流生物绝迹，成为死河。100英里处鳗鱼和大多数鱼类死亡，300英里处的井水不能饮用，德国和荷兰居民被迫定量供水，使几十年德国为治理莱茵河投资的210亿美元付诸东流。保护臭氧层保护臭氧层The Nobel Prize in Chemistry 1995“for their work in atmospheric chemistry,particularly concerning the formation and decomposition of ozone”克鲁森Paul J.Crutzen1933-罗兰F.Sherwood Rowland 1927-莫利纳Mario J.Molina1943-查普曼（Sydney Chapman）在1930年就揭示了平流层中臭氧层的形成的物理和化学过程。短波长的紫外线可以把氧气变成氧原子，氧原子和其他氧气结合形成臭氧当氧原子和臭氧再次结合的时候又会形成两个氧分子。上世纪50年代，贝茨（David Bates）和 尼科尔（Marcel Nicolet）证明不同的自由基,尤其是hydroxyl(OH)和 nitric oxide(NO),可以催化这个再次结合的反应，减低臭氧总量。1970年，克鲁森发现土壤中微生物放出的N2O(笑气),可以影响大气中NO的总量,N2O足够稳定,直到他们到达平流层,在那里转化成NO。克鲁森同时指出，肥料使用的持续增加，会增加平流层的NO含量。于是约翰斯顿（Harold Johnston 1920-）和克鲁森分别独立提出超音速飞机在平流层飞行时排出的NO会破坏臭氧层。The Rowland-Molina hypothesis 1974年，罗兰和他的博士后莫利纳提出长寿命的有机卤素化合物，比如CFCs,应该和克鲁森提出的NO有相同的作用(和N2O类似,CFCs可以到达平流层并且可以被紫外线分解释放出Cl原子。)Rowland-Molina 假说被这一类商品的制造商强烈反对。DuPont的主席就说过：损耗理论是一个科学科幻故事，尽是污言秽语，毫无疑义 a science fiction tale.a load of rubbish.utter nonsense.CFCl3+hv CFCl2+ClCl+O3 ClO+O2ClO+O3 Cl+2 O2CFCs Image of the largest Antarctic ozone hole ever recorded(September 2006).1985 年，20个国家签定”保护臭氧层维也纳公约”。1987 年，9 月16 日，43个国家签定”关于减少消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书”。1994年，联合国大会投票确定：每年的9 月16 日为“国际保护臭氧层日”3 mm 1000001852 年，英国化学家史密斯（Robert Angus Smith 1817-1884）在空气和降雨：化学气候的开端（Air and Rain:the Beginnings of a Chemical Climatology）一书中首先使用了“酸雨”（acid rain）这一术语。减少酸雨20 世纪60 年代，瑞典土壤学家S.Oden 发现酸性降雨是欧洲一种大范围现象。1972 年瑞典政府向联合国人类环境会议提出报告：穿越国界的大气污染：大气和降水中的硫对环境的影响。1982 年在瑞典召开了国际环境酸化会议。酸雨已成为当代全球性的环境污染问题之一。酸雨已成为当代全球性的环境污染问题之一。世界上有三大酸雨区，按出现时间先后为：欧洲、北美和中国2007年，全国废气中二氧化硫排放量2468.1万吨。其中，工业二氧化硫排放量2140.0万吨，占二氧化硫排放总量的86.7%。伊泽拉山脉，捷克伊泽拉山脉，捷克 2007年，我国监测的500个城市中，出现酸雨的281个，占到56.2%预防气候变化：温室效应 温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。任何物体只要其温度高于0K(-273.15)，就会产生热辐射而散失能量。温度不同，物体热辐射的波长也不同。温度越高，辐射波长越短；温度越低，辐射波长越长。太阳表面温度约为6000k，辐射能量的99%左右在波长0.15-4mm,是短波辐射。其中辐射最强为可见光mm)部分。）部分。地球表面年平均温度为288k（15）辐射波长为3-120mm，是红外辐射，也称长波辐射。地球的地表温度为14，如果没有温室气体，这个温度值将降到-18。1992 年6月，联合国世界环境与发展大会上，166 国签订气候变化框架公约，确定将“温室气体浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上”这一宏伟目标。京都议定书Kyoto Protocol 1997年12月，在日本京都召开的“联合国气候变化框架公约”缔约方第三次会议通过旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书。该议定书中受到限制的气体有6种：CO2、CH4、NO、二种氟里昂和SF6。发达国家这种气体的排放总量从2008年到2012年要比1990年减少5.2。其中美国减少7，欧盟减少8，日本，加拿大等国减少6，俄罗斯，新西兰等国保持1990年水平。对发展中国家不作限制，要求发达国家从资金和技术上帮助发展中国家实施减少有害气体排放工程。1997年12月条约在日本京都通过，并于1998年3月16日至1999年3月15日间开放签字，条约于2005年2月16日开始强制生效，到2005年9月，一共有156个国家通过了该条约（占全球排放量的61%），美国没有签署该条约。条约规定，它在“不少于55个参与国签署该条约并且温室气体排放量达到附件中规定国家在1990年总排放量的55%后的第90天”开始生效，这两个条件中，“55个国家”在2002年5月23日当冰岛通过后首先达到，2004年12月18日俄罗斯通过了该条约后达到了“55%”的条件，条约在90天后于2005年2月16日开始强制生效。京都议定书的参与国：既是缔约国又签署了条约的国家：缔约国并即将签署条约的国家：缔约但拒绝签署的国家：态度未定 到2008年10月，已经有180个国家签署了京都议定书。在京都议定书的谈判之前，1997年6月25日美国参议院就以95票对零票通过了“伯德哈格尔决议”(S.Res.98)，要求美国政府不得签署同意任何“不同等对待发展中国家和工业化国家的，有具体目标和时间限制的条约”，因为这会“对美国经济产生严重的危害”。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）已经预计从1990年到2100年全球气温将升高1.45.8。目前的评估显示，京都议定书如果能被彻底完全的执行，到2050年之前仅可以把气温的升幅减少0.020.28，正因为如此，许多批评家和环保主义者质疑京都议定书的价值，认为其标准定得太低根本不足以应对未来的严重危机。1824年，傅立叶发现了温室效应（greenhouse effect）1858年，丁达尔用实验证明了温室效应Jean Baptiste Joseph Fourier 1768-1830John Tyndall1820-1893 温室效应的早期研究1858年，阿伦尼乌斯定量研究了温室效应。大气中的二氧化碳对地球温度的影响“On the Influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground”,Philosophical Magazine 1896(41):237-76阿伦尼乌斯 Svante August Arrhenius 1895-1927 温室气体（可以吸收红外线的气体分子）：温室气体（可以吸收红外线的气体分子）：H2O（g）、）、CO2、CH4、N2O、O3、CFCs 如果没有温室气体和大气层，地球的平均温度只有14。Gas Gas removedremovedpercent percent reduction in GEreduction in GEH H2 2OO36%36%COCO2 29%9%OO3 33%3%GISS-GCM ModelE simulation Global mean surface temperature anomaly relative to 19611990污染污染化学化学1.化学工业确实对环境造成了危害化学工业确实对环境造成了危害2.污染种类很多，化学污染只是其中之一污染种类很多，化学污染只是其中之一3.现代文明离不开化学现代文明离不开化学