Классификация примесей природных и сточных вод

Понятие о природных и сточных водах

• Природные воды — это воды гидросферы Земли, возникшие естественным путем. Они делятся на два больших класса: поверхностные и подземные (можно еще выделить атмосферные воды, но их прямое использование экзотично). Поверхностные воды находятся в реках, озерах, водохранилищах, болотах и морях, а также в каналах. Подземные воды содержатся в порах грунтов и горных пород.

• Сточные воды по происхождению можно разделить на четыре класса: хозяйственно-бытовые (фекальные), ливневые, сельскохозяйственные и производственные (промышленные).

  • Хозбытовые стоки образуются при смешивании водопроводной воды с бытовыми и физиологическими отходами в санитарных приборах и содержат в основном органические примеси.

  
  
  

  • Ливневые стоки представляют собой смесь атмосферных осадков с загрязнениями, смытыми с поверхностей застроенных и незастроенных территорий (взвеси, нефтепродукты и т.п.).

  
  
  

  • К сельскохозяйственным сточным водам, кроме стоков животноводства, близких по составу к хозфекальным, но только более концентрированным, относят также возвратные и дренажные воды, образующиеся при орошении и содержащие зачастую ядохимикаты и минеральные удобрения.

  
  

• Промышленные стоки многообразны, как и отрасли материального производства, использующие воду для различных нужд.

Примеси природных и сточных вод

Многообразие примесей в воде затрудняет их классификацию. До недавнего времени примеси систематизировали по следующим признакам:

1. По своей природе примеси воды делятся на минеральные, органические, и биологические. К минеральным относят частицы песка, глины, руд, шлаков, минеральные масла, соли, кислоты, основания и т.д. Органические загрязнения бывают растительного, животного и искусственного происхождения. Растительные — это остатки растений, водорослей, продукты их разложения и т.п. К загрязнениям животного происхождения относятся физиологические выделения человека и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и т.п. Искусственное происхождение имеют органические примеси, образующиеся, например, из продукции предприятий органической химии, пищевой промышленности и многих других видов производств. Биологические микробные примеси представлены микроорганизмами, к которым относят микроскопические водоросли и грибы, бактерии и вирусы, часто называемые микрофлорой. К микрофауне относят инфузорий, жгутиковых, червей, рачков.





2. По степени растворимости примеси делятся на нерастворимые и растворимые. Нерастворимые называются также взвешенными, к ним относятся частицы песка, глины, ила. Растворимые примеси могут быть в виде коллоидов (занимают промежуточное положение между взвешенными и растворенными веществами) или истинно растворимых молекул и ионов.





3. По фазовому состоянию примеси могут быть твердыми (например, глинистые частицы, водоросли), жидкими (эмульсии, нефтепродукты, жиры), газообразными (газы в нерастворенном состоянии).

Можно также классифицировать примеси воды по их происхождению (природные и искусственные), по плотности относительно воды (плавающие, тонущие и зависающие), другим признакам.

Особый вид загрязнений представляет тепловое, характеризуемое повышенной температурой после отвода воды от охлажденного оборудования. Повышенную температуру имеют также природные термальные воды (до 50° С и выше).

Классификация примесей воды по их фазово-дисперсному состоянию

Многообразие примесей и признаков для их классификации затрудняют целостное восприятие и выбор способов для удаления загрязнений из воды..

Академик Л.А. Кульский создал свою таблицу-классификацию примесей воды, увидев за многообразием порядок и логику. В ее основу он положил два главных фактора: дисперсность и их фазовое состояние.

Мерой дисперсности (измельченности) частиц примесей служит их размер d или степень дисперсности D=1/d. По мере дробления частиц уменьшается их размер, увеличивается степень дисперсности и удельная поверхность (суммарная поверхность частиц определенного объема), что видно из таблицы ниже..

Характеристики дисперсности частиц примесей

Удельную поверхность частиц можно определить по формуле: S_УД = KD, где К — коэффициент, зависящий от формы частиц.

Вода с примесями представляет собой физико-химическую систему (ФХС). Дисперсионной средой в ней является вода, а примеси составляют дисперсную фазу — отдельную составную часть ФХС, отделенную от других частиц системы поверхностью раздела. ФХС, состоящие из двух и более фаз, называются гетерофазными (разнофазными). Если среда и примесь представлены одной фазой, ФХС называется гомофазной (однофазной, однородной).

Гетерофазные ФХС на основе воды называются суспензиями (если примесь — твердое тело), эмульсиями (если примесь — жидкость) и пенами (если примесь — газ).

Л.А. Кульский разделил все примеси воды на два класса: гетерогенные (соответствующие гетерофазным ФХС) и гомогенные (в гомофазных ФХС), каждый из которых подразделяется на две группы в зависимости от крупности частиц. Классификация примесей по Л.А. Кульскому приведена в таблице ниже:

Таблица Л.А. Кульского

Характеристика примесей по группам

В І группу включены взвеси (взвешенные вещества, грубодисперсные примеси). К ним относятся: мелкий песок, ил, глинистые вещества, зола, окалина, пищевые остатки, гидроксиды металлов и другие, т.е. такие примеси, которые удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потоков воды; в состоянии покоя они оседают (если плотность больше плотности воды) или всплывают (при плотности меньше единицы).

В природные воды взвеси попадают вследствие размывания пород русла, смыва почв ливневыми водами. В сточные воды взвеси поступают из санитарных приборов (остатки пищи, частицы почвы) или в результате технологических процессов (например, окалина при охлаждении валков прокатных станов, частицы угля в шахтных водах). Взвеси антропогенного происхождения имеют повышенную устойчивость к оседанию.

Взвешенные вещества могут содержать на своей поверхности бактерии, вирусы, ядохимикаты, радионуклиды.

К I группе примесей относятся также планктон и бактерии. Бактерии могут быть безвредными для организма человека и болезнетворными. Они не выпадают в осадок и не всплывают в неподвижной воде, а находятся либо в свободном состоянии, либо на поверхности взвешенных веществ. Последний вариант встречается чаще. Бактерии распространяются водным путем.

Планктон принято подразделять на зоопланктон (рачки, черви) и фитопланктон (водоросли). Первые активно перемещаются в воде. Водоросли интенсивно развиваются в теплое время года в малоподвижной воде (в водохранилищах). Самые распространенные в наших климатических условиях — сине-зеленые водоросли.

Более общее название II группы примесей (коллоидов) — золи (при дисперсионной среде в виде воды — гидрозоли). Поскольку частицы коллоидов всего на порядок больше молекул, золи называют еще микрогетерогенными системами; они занимают промежуточное положение между суспензиями и истинными растворами (говорят еще о коллоидных растворах). Различают гидрофобные и гидрофильные коллоиды.

Гидрофобные коллоиды не растворяются в воде, не взаимодействуют с молекулами воды и являются типичными коллоидными системами. Они неустойчивы и постепенно разрушаются, выделяя дисперсную фазу при укрупнении частиц под действием межмолекулярных сил сцепления, переходя в I группу примесей.

Гидрофильные коллоиды взаимодействуют с дисперсной средой и способны растворяться в ней. Фактически они представляют собой устойчивые растворы высокомолекулярных соединений с молекулярной массой 104–106 единиц.

Коллоидные примеси природных вод представляют собой минеральные и органоминеральные частицы почв и грунтов, недиссоциированные и нерастворимые формы гумуса. Гумус вымывается из лесных, болотистых и торфяных почв или образуется в водоемах в результате жизнедеятельности растений и водорослей. Коллоиды содержатся также в большинстве сточных вод, особенно в стоках нефтехимических и целлюлозно-бумажных производств.

Примеси коллоидной дисперсности имеют высокую удельную поверхность и обладают большой поверхностной энергией. С увеличением степени дисперсности растет количество молекул, находящихся на поверхности раздела фаз. Они расположены в несимметричном силовом поле и обладают избыточной свободной энергией из-за некомпенсированных молекулярных связей.

Ко II группе примесей Кульский относит и вирусы. Они не способны существовать на питательных средах и размножаются только в клетках организма-хозяина.

III группу примесей представляют органические соединения биологического и антропогенного происхождения — жиры, белки, углеводы, сахара, продукты жизнедеятельности бактерий, водорослей, человека и животных), фенолы, спирты, альдегиды и тому подобное, стоки химической промышленности, растворимые формы гумуса (фульвокислоты).

Эти соединения практически недиссоциированы и представляют собой неэлектролиты. В результате взаимодействия с водой они образуют гидраты, а взаимодействуя между собой — ассоциаты. Эти соединения термодинамически устойчивы и могут существовать как угодно долго, не выделяясь из воды. При превышении определенной концентрации (предела растворимости) они образуют двухфазные системы (выпадают в осадок) и переходят в примеси первой группы.

К этой группе относятся также минеральные соединения — растворенные газы. В природных водах, как правило, присутствуют кислород, азот, углекислый газ. Подземные воды могут содержать также сероводород. Эти газы также присутствуют в водах, где идут процессы гниения (хозяйственно-фекальные, болотные воды).

Примеси IV группы представляют собой растворы солей, кислот и щелочей и являются электролитами. Они образуются в результате диссоциации молекул веществ с ионными или сильно полярными связями под влиянием полярной структуры молекул воды.

В подавляющем количестве природных и сточных вод содержатся катионы кальция, магния, железа, натрия, калия, марганца, водородные ионы (ионы гидрониума Н₃О⁺), а также анионы: гидрокарбонаты (НСО₃^—), карбонаты (СО₃^2- ), сульфаты (SO₄^2-), хлориды (Cl), фтор (F^—), фосфаты (PO₄^3-), нитраты (NO₃ ), нитриты (NO₂^—), гидросиликаты (HSiO₂^—), гидроксильные группы OH^—. Специфичные ионы содержатся в стоках гальванических производств, кожевенной и радиоэлектронной промышленности.

В результате взаимодействия ионы могут образовывать мало- или недиссоциированные соединения (например, газ СО₂, осадок Fe(OH)₃) и переходить таким образом в примеси других групп.

Органические вещества, свойства и классификация

История развития органической химии

В истории развития органической химии выделяют два периода: эмпирический (с середины XVII до конца XVIII века), в который познание органических веществ, способов их выделения и переработки происходило опытным путем и аналитический (конец XVIII – середина XIX века), связанный с появлением методов установления состава органических веществ. В аналитический период было установлено, что все органические вещества содержат углерод. Среди, других элементов, входящих в состав органических соединений были обнаружены водород, азот, сера, кислород и фосфор.

Важное значение в истории органической химии имеет структурный период (вторая половина XIX – начало XX века), ознаменовавшийся рождением научной теории строения органических соединений, основоположником которой был А.М. Бутлеров.

Основные положения теории строения органических соединений:

• атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями в соответствии с их валентностью. Углерод во всех органических соединениях четырехваленнтен;
• свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов;
• атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга.

Порядок соединения атомов в молекуле описывается структурной формулой, в которой химические связи изображаются черточками.

Характерные свойства органических веществ

Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений:

1. Органические соединения обычно представляют собой газы, жидкости или легкоплавкие твердые вещества, в отличие неорганических соединений, которые в большинстве своём представляют собой твердые вещества с высокой температурой плавления.
2. Органические соединения большей частью построены ковалентно , а неорганические соединения — ионно.
3. Различная топология образования связей между атомами, образующими органические соединения (прежде всего, атомами углерода), приводит к появлению изомеров — соединений, имеющих один и тот же состав и молекулярную массу, но обладающих различными физико-химическими свойствами. Данное явление носит название изомерии.
4. Явление гомологии — существование рядов органических соединений, в которых формула любых двух соседей ряда (гомологов) отличается на одну и ту же группу — гомологическую разницу CH₂. Органические вещества горят.

Классификация органических веществ

В классификации принимают за основу два важных признака – строение углеродного скелета и наличие в молекуле функциональных групп.

В молекулах органических веществ атомы углерода соединяются друг с другом, образуя т.н. углеродный скелет или цепь. Цепи бывают открытыми и замкнутыми
(циклическими), открытые цепи могут быть неразветвленными (нормальными) и разветвленными:

По строению углеродного скелета различают:

— алициклические органические вещества, имеющие открытую углеродную цепь как разветвленную, так и неразветвленную. Например,

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ (бутан)

СН₃-СН(СН₃)-СН₃ (изобутан)

— карбоциклические органические вещества, в которых углеродная цепь замкнута в цикл (кольцо). Например,

— гетероциклические органические соединения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов, чаще всего азота, кислорода или серы:

Функциональная группа – атом или группа атомов неуглеводородного характера, которые определяют принадлежность соединения к определенному классу. Признаком, по которому органическое вещество относят к тому или иному классу, является природа функциональной группы (табл. 1).

Таблица 1. Функциональные группы и классы.

Соединения могут содержать не одну, а несколько функциональных групп. Если эти группы одинаковые, то соединения называют полифункциональными, например хлороформ, глицерин. Соединения, содержащие различные функциональные группы, называют гетерофункциональными, их можно одновременно отнести к нескольким классам соединений, например молочную кислоту можно рассматривать, как карбоновую кислоту и как спирт, а коламин – как амин и спирт.

Примеры решения задач

Загрязнение почв – это загрязнение нашего будущего

02/05/2018

Почва – это невозобновляемый ресурс, т.е. в случае утраты или деградации ее невозможно восстановить в срок, сопоставимый с продолжительностью человеческой жизни. Состояние почв оказывает влияние на пищу, которую мы едим, воду, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, на наше здоровье и на здоровье всего живого на Земле. Без здоровых почв мы не сможем выращивать продовольствие. Ведь, по оценкам, 95 процентов того, что мы едим, прямо или косвенно производится на почвах.

Здоровые почвы – это ключевой фактор продовольственной безопасности и залог нашего устойчивого будущего. Они помогают поддерживать производство продовольствия, способствуют смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним, они участвуют в процессе фильтрации воды, повышают устойчивость к наводнениям и засухам и еще многое, многое другое. Но существует невидимая угроза, которая ставит под удар и почвы, и все то, что они могут дать.

Загрязнение почвы вызывает цепную реакцию. Оно сказывается на почвенном биоразнообразии, снижает запасы органического вещества почвы и ее фильтрующую способность.  Из-за загрязнения почвы происходит загрязнение почвенной влаги и грунтовых вод, нарушается баланс питательных веществ в почве. К числу наиболее распространенных загрязнителей почвы относятся тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители и новые загрязнители, такие как фармацевтические препараты и средства личной гигиены. 

Загрязнение почвы разрушительно для окружающей среды и влечет негативные последствия для всех форм жизни, которые с ним сталкиваются. Неустойчивые методы ведения сельского хозяйства, сокращающие запасы органического вещества почвы, могут способствовать переносу загрязнителей в пищевую цепь. Так, например, из загрязненной почвы загрязнители могут попасть в грунтовые воды; затем они накапливаются в тканях растений и передаются пастбищным животным, птицам и, наконец, людям, которые эти растения и животных едят. Загрязняющие вещества в почве, грунтовых водах и пищевой цепи могут вызывать целый ряд болезней и повышенную смертность у людей; это могут быть как острые последствия краткосрочного характера – например, различные виды интоксикаций или диарея, – так и хронические заболевания, в том числе онкологические.

Помимо воздействия на окружающую среду загрязнение почв сопряжено с высокими экономическими издержками, обусловленными снижением урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Предотвращение загрязнения почв должно быть одной из приоритетных задач во всем мире.  Подавляющее большинство загрязняющих веществ является результатом деятельности человека, поэтому мы несем прямую ответственность за то, чтобы изменить ситуацию, обеспечив сокращение масштабов загрязнения и безопасное будущее нашей планеты.

Необходимо признать ценность почв, их производственный потенциал и вклад в продовольственную безопасность и поддержание ключевых экосистемных услуг. Вот лишь несколько причин, по которым проблему загрязнения почв нельзя недооценивать:

1. Загрязнение почв оказывает влияние на все вокруг. Пища, которую мы едим, вода, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, – наше здоровье и здоровье всего живого на планете зависит от здоровья почв. Содержание питательных веществ в тканях растений напрямую связано с их содержанием в почве и ее способностью обмениваться питательными веществами и водой с корнями растений.

2. Загрязнение почвы невидимо. Сегодня треть почв планеты умеренно или сильно деградированы вследствие эрозии, потери почвенного органического углерода, засоления, уплотнения, закисления и химического загрязнения.  На формирование одного сантиметра верхнего слоя почвы уходит около тысячи лет; это значит, что за свою жизнь увеличить почвенный слой нам не удастся. Есть только то, что мы видим сейчас. Несмотря на все это, масштабы загрязнения почв продолжают расти. Нынешние темпы деградации почв ставят под угрозу возможность будущих поколений удовлетворить свои самые насущные потребности.

3. Загрязнение почв сказывается на их фильтрующей способности. Для загрязняющих веществ почвы действуют как фильтр и буфер. Но возможности почв, позволяющие им справляться с давлением загрязнителей, не безграничны. Если защитный потенциал почв будет исчерпан, загрязняющие вещества начнут проникать (и уже проникают) в окружающую среду, в частности, в пищевую цепь.

Запах нового автомобиля опасен для здоровья

• Джим Трейверс
• BBC Autos

5 апреля 2016

Автор фото, Thinkstock

Запах нового автомобиля в автосалоне способен соблазнять и даже опьянять. И это неспроста, подчеркивает корреспондент

BBC Autos. Источники запаха новой машины – разнообразные химические вещества¸ некоторые из которых очень ядовиты.

Букет этих запахов, который манит многих покупателей, составляют выделения различных растворителей, клеев, пластика, резины и синтетических тканей, используемых в конструкции автомобиля.

Многие из них содержат летучие органические вещества (ЛОВ), которые в определенных количествах бывают смертельны. Другие просто вредны для человека.

«Это – химический коктейль, состоящий из множества токсинов», — убежден Джеф Гирхарт, директор по исследованиям в Центре экологии американского штата Мичиган.

Центр экологии отслеживает и тестирует уровни химического загрязнения в салонах машин на протяжении многих лет и в последнее время отмечает определенные улучшения.

Но, по словам Гирхарта, и сейчас еще есть над чем поработать.

«В машинах содержится более 200 химических соединений, — говорит он. – Поскольку их применение никак не регулируется, потребители не имеют возможности узнать, каким опасностям подвергаются».

Одно только чтение списка этих субстанций способно вызвать испуг. Они превращают салон вашего автомобиля в некое подобие зала славы опасных веществ и материалов.

Бензол, толуол, тяжелые металлы — все это только малая часть компонентов адской смеси. А последствия ее воздействия на организм пугают еще сильнее.

Первые симптомы могут варьироваться от боли в горле до головной боли, головокружения, аллергических реакций и тошноты — в зависимости от восприимчивости того или иного индивида.

По данным Агентства по охране окружающей среды США, долговременное воздействие некоторых из этих веществ на организм способно привести к гормональным нарушениям, негативно повлиять на репродуктивную систему и нанести вред печени, почкам и центральной нервной системе.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Не поддавайтесь эйфории, чаще проветривайте свой новый автомобиль

«В своей машине люди проводят в среднем по часу в день, — говорит Гирхарт. – Нас тревожит длительное воздействие химических веществ на всех, кто находится в автомобиле, будь то взрослые, дети или домашние животные».

Опасность новизны

Самую серьезную опасность таит в себе новая машина, и в таком автомобиле запах более ощутим.

Именно в это время – вскоре после схода машины с конвейера — химические соединения особенно нестабильны и в них происходит процесс отвода газов, в результате которого высвобождаются химические пары и появляется запах.

Нагрев автомобиля, оставленного на солнце, усугубляет положение дел и ускоряет химические реакции.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

По мере того, как ваш новый автомобиль стареет, опасность ослабевает

С течением временем опасность ослабевает. По словам специалистов, уровень угрозы самый высокий в течение примерно полугода.

А есть ли хорошие новости?

Автопроизводители, c которыми мы говорили, в частности, Fiat/Chrysler, Ford, General Motors и Honda, в один голос уверяют, что принимают меры для снижения уровня ЛОВ и других вызывающих опасения веществ в своих машинах.

Они говорят, что добились этого в первую очередь благодаря применению других материалов, покрытий и клеев в производстве.

Все они заявляют, что продолжают искать способы снизить содержание потенциально вредных химических соединений в своих автомобилях.

Похоже, что как минимум один канцероген стал уже кандидатом на вылет – поливинилхлорид (ПВХ), который, по данным Центра экологии, в 2006 году использовался в салонах практически всех новых автомобилей.

К 2012 году количество машин с отделкой из ПВХ сократилось до 73%.

Как заявляют автопроизводители, масштабы применения ПВХ продолжают сокращаться, а Honda утверждает, что полностью устранила этот материал из салонов большинства своих моделей.

Автомобильные концерны говорят, что усовершенствовали системы вентиляции и фильтрации воздуха в салонах.

Некоторые, такие, как Ford, сообщили, что переключились на использование более натуральных волокон и пены на основе сои для подушек сидений.

Тем самым они убивают двух зайцев: сокращают применение химических веществ и увеличивают долю возобновляемых ресурсов в производстве.

Конечно, нам еще только предстоит вынести вердикт о том, каковы будут последствия внедрения альтернативных материалов в долгосрочной перспективе.

Многие из этих нововведений стали ответом на ранее принятые меры регулирования в Европе, где уже действуют жесткие ограничения на использование химических веществ в производстве.

Автовладельцу на заметку

В Европейском союзе введена в действие программа регистрации, оценки, разрешения и ограничения на использование химических веществ, известная под аббревиатурой REACH (Registration, Evaluation, Authorization, and restriction of CHemical substances).

Ее главная цель состоит в защите людей и окружающей среды от воздействия опасных химических соединений и поиске менее токсичных веществ для производства транспортных средств, промышленных изделий и товаров народного потребления.

Сообщается, что и Китай разрабатывает свой собственный свод правил на этот счет.

В штате Калифорния, США, приняты законы, направленные на решение аналогичных задач.

На федеральном уровне в США, наблюдаются проволочки в этом деле – законодательные акты приняты, но их практическое применение пока пробуксовывает.

Тем временем эксперты советуют покупателям наиболее оптимальный, с их точки зрения, выход из положения: чтобы снизить вред от воздействия химических веществ на организм, следует хорошо проветривать салон новой машины, особенно в первые полгода владения.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Аромат хвои, тропических фруктов или корицы, возможно, заглушит химические запахи

Они советуют парковать автомобиль в тени и оставлять окна открытыми, если позволяют условия безопасности, или, по крайней мере, проветрить салон прежде, чем садиться за руль, особенно в жаркие дни.

Не рекомендуется сидеть в машине, когда она припаркована.

Есть прямой смысл использовать солнцезащитные щитки на ветровом стекле для минимизации нагрева стоящего автомобиля.

Центр экологии советует как можно чаще протирать салон тканью из микрофибра и обрабатывать его поверхности нетоксичными чистящими средствами, особенно, пока машина новая.

Людям, особенно восприимчивым к химикатам, Гирхарт предлагает как можно дольше посидеть за рулем во время тест-драйва, чтобы проверить, проявятся ли у них симптомы раздражения.

«Посидите в машине, прежде чем покупать ее, — говорит Гирхарт. – Или даже рассмотрите возможность приобретения автомобиля с пробегом».

В конце концов, есть и другие способы представить, что ты в новой машине — например, использовать ароматизатор с таким запахом.

Сколько химий на свете?

Н. Е. Аблесимов,
доктор химических наук
«Химия и жизнь» №5, 6, 2009

Химию можно определить как предмет занятий химиков.
Т. Л. Браун, Г. Ю. Лемей

В начале было слово — «ал хеми», или алхимия. Оно восходит к египетскому иероглифу «хми», означавшем черную (плодородную) землю. Этим же иероглифом обозначался и сам Египет, место, где, возможно, возникла алхимия, которую часто называли «египетским искусством». Впервые термин встречается в рукописи Юлия Фирмика (IV век н.э.). Ю. Либих писал про алхимию, что она «никогда не была ничем иным, как химией».

Следующим словом стало «ятрохимия» — направление в естествознании и медицине, появившееся в XVI веке. Оно отводило основную роль в возникновении болезней нарушениям химических процессов в организме и ставило задачу отыскания химических средств их лечения. Зарождение и развитие ятрохимии, получившей наибольшее распространение в Германии и Нидерландах, связано с деятельностью Парацельса (1493–1541), а также врача и анатома Ф. Боэ (1614–1672), сформулировавшего основные ее положения и открывшего при Лейденском университете первую химическую лабораторию для анализов. Представители ятрохимии уделяли внимание изучению процессов пищеварения, а также половых и других желез; различали «кислотные» и «щелочные» болезни. Ятрохимия во второй половине XVIII века перестала существовать как направление в медицине, но дала начало экспериментальной химии.

Большинство химиков XVI–XVIII веков имели медицинское образование и служили аптекарями. Далее, поскольку синтетической химии еще не существовало, вещества для лекарств добывали в естественном состоянии из минералов и растений, а для этого требовались методы анализа, разделения и очистки веществ. Развивается аналитическая химия. Затем военные интересы и запросы потребителей вызвали к жизни остальные разделы химии.

Сейчас химия состоит из пяти крупных разделов. Это аналитическая химия, неорганическая химия, органическая химия, биохимия, физическая химия и техническая химия. А далее они делятся, образуя сотню различных химий. Такое разнообразие заставляет задуматься над тем, что пришло время химии складывать, а не делить.

Академик Ю. А. Косыгин писал: «К концу XX века наука как бы разделилась на слои… Специалист часто замыкался в своем слое, увлекаясь в его пределах деталями… Это создавало узость научного мышления, забвение целостности мира, проблемы которого могут решаться только совместной работой в разных специальностях или их взаимопроникновением. Разделение на специальности создает атмосферу затхлости и беспомощности».

Таким образом, первая задача статьи состоит в показе абсурда такого деления применительно к химии. Разделы взяты из химических энциклопедий, обзоров, web-страниц вузов и НИИ, названий учебников и журналов. Вторая задача — ознакомление неофитов с многообразием химических решений житейских задач. И третья задача. Автору как профессионалу неприятно слышать на всех углах: «выращено без химии», «продукт не содержит химических веществ» и прочие странные лозунги. Куда же вы денетесь без химии!

Аналитическая химия — разработка методов определения химического состава вещества. Она возникла раньше других химических наук, и до конца XVIII века химию определяли как науку, изучающую химический состав веществ. Исторически это первая научная собственно химия.

Агрохимия — наука о химических процессах в почве и растениях, минеральном питании растений, применении удобрений и средств химической мелиорации почв. Включает определение содержания в почвах и растениях химических элементов, белков, аминокислот, витаминов, жиров, углеводов; установление механического и минералогического состава почв, содержания в них органической части (гумуса), солей, водорослей, микроорганизмов и др. Изучает влияние удобрений на растения и почву. Многие приемы агрохимии вошли в практику земледелия с глубокой древности. Благодаря созданию s новой отрасли агрохимии — химии ядохимикатов — появилась возможность не только улучшать питание растений, но и влиять (с помощью регуляторов роста) на их развитие, а также защищать от болезней, насекомых, клещей, нематод и других вредителей. Огромное влияние на агрохимию оказало открытие избирательных гербицидов. Уничтожение сорняков с их помощью позволило улучшить условия роста растений и более эффективно использовать удобрения, так как они не расходуются на подкормку сорняков.

Аналитическая химия элементов. Институт геохимии и аналитической химии РАН (ГЕОХИ, Москва) издает серию монографий, которых уже сейчас насчитывается свыше 50, а в идеале должно быть 109 — по числу известных химических элементов.

Астрохимия изучает химические реакции между атомами, молекулами и зернами пыли в межзвездной среде, включая фазы образования звезд и планет. Синтез гелия можно считать началом всех реакций в природе, первопричиной жизни, света, тепла и метеорологических явлений на Земле. Рождение химических элементов — функция звезд. До железа включительно они рождаются в термоядерных процессах синтеза ядер в недрах бесчисленных солнц. Начиная с кобальта и далее – создаются при взрывах сверхновых через нейтроноизбыточные ядра с последующей серией бета-распадов. Радиоастрономы показали, что темные межзвездные облака содержат многие сложные молекулы (метанол, окись углерода, формальдегид, этанол, синильную кислоту, муравьиную кислоту и другие). Молекулярная радиоастрономия позволила идентифицировать все эти молекулы по их вращательным спектрам в микроволновой области.

Бионеорганическая химия изучает комплексы биополимеров или низкомолекулярных природных веществ с ионами металлов, присутствующих в живых организмах (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺). Исследует роль этих ионов в выполнении биологических функций ферментов. Практическое применение связано с синтезом металлосодержащих лекарственных препаратов.

Биоорганическая химия изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями. Объекты исследований: биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики и другие. Сформировалась на стыке биохимии и органической химии. Биоорганическая химия связана с практическими задачами медицины, сельского хозяйства, химической, пищевой и микробиологической промышленности.

Биохимия изучает входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. Казалось бы, эта наука должна быть разделом органической химии, однако многочисленные разветвления биохимии превратили ее в отдельное направление. Первый синтез природного вещества мочевины в 1828 году разрушил представление о «жизненной силе», участвующей в образовании веществ организмом. Внедрение в биологию идей и методов физики и химии, а равно стремление объяснить строением и свойствами биополимеров такие биологические явления, как наследственность, изменчивость или мышечное сокращение, привело в середине XX века к выделению из биохимии молекулярной биологии. Потребности народного хозяйства в получении, хранении и обработке различных видов сырья привели к развитию технической биохимии. В конце XX и начале XXI века биохимия стала ведущим химическим направлением, во всяком случае, большинство Нобелевских премий по химии присуждают именно за биохимические работы.

Галургия — раздел химической технологии по производству минеральных солей. К галургии в узком смысле относят переработку природных солей. Сырьем для галургического производства служат морская вода, отложения морских солей, а также озерные и подземные рассолы. Прикладные задачи — проектирование калийных, соляных и сульфатных предприятий; проектирование предприятий по добыче и переработке горно-химического сырья: сульфата натрия, фосфоритного, магнийсодержащего сырья и других природных солей.

Геохимия изучает химический состав Земли, распространенность в ней химических элементов и их стабильных изотопов, закономерности распределения химических элементов в различных геосферах, законы поведения, сочетания и миграции элементов в природных процессах. Геохимия исторически сформировалась как химия элементов в геосферах и во многом продолжает оставаться таковой. Это было оправданно во времена Ферсмана и Вернадского. Но свойства веществ – это свойства фаз. Один и тот же элемент может находиться в составе различных фаз и сам образовывать множество фаз с очень разными свойствами (вспомним хотя бы фазы углерода). В XX веке появились методы анализа фаз. Поэтому дальнейшее развитие геохимии — это химия фаз в геосферах. Валовой элементный анализ геологических проб должен подкрепляться фазовым анализом. Иначе наблюдается ничем сейчас не оправданный перескок через структурный уровень организации вещества: от химического элемента, минуя минеральную фазу, к породе и геологическому телу.

Гидрохимия изучает химический состав природных вод и закономерности его изменения под влиянием физических, химических и биологических воздействий. Задача — установление химического состава основных элементов экосистем океанов и морей, процессов их биогеохимической трансформации и эволюции.

Гистохимия — раздел гистологии, изучающий локализацию различных химических веществ и продуктов их метаболизма в тканях. Некоторые методы окрашивания позволяют выявлять в клетках те или иные химические вещества. Возможно дифференциальное окрашивание жиров, гликогена, нуклеиновых кислот, нуклеопротеинов, некоторых ферментов и других химических компонентов клетки. Вклад гистохимии в изучение химического состава тканей постоянно возрастает. Подобраны красители, флуорохромы и ферменты, которые можно присоединить к специфическим иммуноглобулинам (антителам) и, наблюдая связывание этого комплекса в клетке, идентифицировать клеточные структуры. Эта область исследований составляет предмет иммуногистохимии. Использование иммунологических маркеров в световой и электронной микроскопии способствует расширению знаний о биологии клетки, а также повышению точности медицинских диагнозов.

Иммунохимия изучает химические основы иммунитета. Основные проблемы: строение и свойств иммунных белков — антител, природных и синтетических антигенов, а также выявление закономерностей взаимодействия между этими главными компонентами иммунологических реакций у разных организмов. Методами иммунохимии пользуются также в прикладных целях, в частности при выделении и очистке активных начал вакцин и сывороток.

Квантовая химия. Это направление химии на основе квантовой механики рассматривает строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизмы химических реакций. Из-за сложности объектов применяют приближенные методы расчета. С квантовой химией неразрывно связана компьютерная химия — дисциплина использующая математические методы для расчета молекулярных свойств, амплитуды вероятности нахождения электронов в атомах, моделирование молекулярного поведения.

Коллоидная химия — наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях. Отсюда берет начало популярная нынче нанотехнология. Коллоидные системы – это и человек и холодец. Поскольку у частиц дисперсной фазы и окружающей их среды большая поверхность раздела, поверхностные явления оказывают определяющее влияние на свойства системы в целом. Цель исследований – управление образованием, свойствами и разрушением дисперсных систем и граничных слоев за счет регулирования межмолекулярных взаимодействий на границах раздела фаз. Этого добиваются с помощью поверхностно-активных веществ, способных самопроизвольно концентрироваться на поверхности частиц дисперсной фазы.

Компьютерная химия — см. квантовая химия.

Косметическая химия. Ее предмет – средства и методы улучшения внешности человека. Различают врачебную и декоративную косметику. Известно выражение «кожа — это самый большой орган», и нельзя не задумываться о том, как он функционирует, как действуют вещества, которые мы наносим на его поверхность, к каким последствиям приведет то или иное воздействие. Ответы на эти вопросы ищет косметическая химия.

Космохимия — наука о химическом составе космических тел, законах распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. Космохимия исследует преимущественно «холодные» процессы на уровне атомно-молекулярных взаимодействий веществ, в то время как «горячими» ядерными процессами в космосе – плазменным состоянием вещества, нуклеогенезом (процессом образования химических элементов) внутри звезд — занимается физика. Развитие космонавтики открыло перед космохимией новые возможности. Это непосредственное исследование пород Луны при участии космонавтов или в результате забора образцов грунта автоматическими аппаратами и доставки их на Землю. Автоматические спускаемые аппараты сделали возможным изучение вещества и условий его существования в атмосфере и на поверхности других планет Солнечной системы и астероидов, в кометах. Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, несвойственные Земле. В межзвездном пространстве обнаруживаются в крайне малых концентрациях атомы и молекулы многих элементов, а также минералы (кварц, силикаты, графит и другие) и, наконец, идет синтез различных сложных органических соединений из первичных солнечных газов H, CO, NH₃, O₂, N₂, S и других простых соединений в равновесных условиях при участии излучений.

Криохимия изучает химические превращения веществ при низких температурах. Основные задачи — получение соединений, химически неустойчивых при нормальных условиях, выяснение нижних температурных границ химической активности веществ, разработка технологических процессов с использованием низких температур. Продукты криотехнологий — химические реактивы, ферменты, сорбенты, лекарственные вещества, резисторы, композиты, пигменты, катализаторы, электродные и пьезоматериалы, пористая керамика, порошки для стекловарения и выращивания монокристаллов.

Кристаллохимия изучает законы расположения атомов и типы симметрии в кристаллических телах, а также дефекты в их структуре. Центральное понятие кристаллохимии — кристаллическая структура. Определено свыше 120 000 кристаллических структур (около 40 000 неорганических, более 80 000 органических) — от простых веществ до белков и вирусов. Источником данных о структурах служат дифракционные методы исследования: рентгеноструктурный анализ, электронография, нейтронография, мессбауэрография. Причины образования той или иной кристаллической структуры определяются общим принципом термодинамики: наиболее устойчива структура, которая при данных давлении и температуре имеет минимальную свободную энергию. Обнаруженные Е. С. Федоровым 230 пространственных групп симметрии представляют собой естественный закон природы, не имеющий математического выражения (наряду с Периодической системой Д. И. Менделеева).

Лазерная химия изучает химические процессы, стимулируемые лазерным излучением. Высокая монохроматичность лазерного излучения позволяет селективно возбуждать молекулы одного вида, причем молекулы других видов остаются невозбужденными. Возможность фокусировки лазерного излучения позволяет вводить энергию локально, в определенную область объема, занимаемого реагирующей смесью. Лазерное воздействие на химические реакции может быть тепловым и фотохимическим. Лазерная офтальмология и микрохирургия — в конечном счете та же лазерная химия, но на службе у медицины.

Лесохимия изучает химические свойства древесины и способы ее промышленной переработки, чтобы извлечь как можно больше полезных веществ. Целлюлозно-бумажное производство занимает первое место по объемам перерабатываемого сырья и готовой продукции в лесной промышленности. Оно потребляет балансовую и дровяную древесину (80%), отходы лесозаготовок и деревообработки (щепа, опилки — 20%) для выработки целлюлозы, древесной массы и получения из них бумаги, картона. Нитрованием целлюлозы концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты получают тринитроцеллюлозу, называемую пироксилином, которую применяют в производстве бездымного пороха, поэтому рядом с целлюлозно-бумажным комбинатом следует искать завод боеприпасов. Гидролизные производства в качестве сырья используют отходы лесопиления и деревообработки. Первоначально гидролизу подвергали хвойную древесину, получая 160–180 л этанола в расчете на 1 т абсолютно сухого сырья (в дальнейшем стали производить также дополнительно 35–40 кг кормовых дрожжей из послеспиртовой барды). Затем появились предприятия фурфурольно-дрожжевого профиля (70–80 кг фурфурола и 100 кг дрожжей в расчете на 1 т сухих растительных отходов) и чисто дрожжевого профиля. Отходы этого производства – гидролизный лигнин (30–40% в расчете на абсолютно сухое сырье), который применяют как котельное топливо, а также для получения углей различного назначения, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, фенолов, наполнителей для полимерных материалов. Однако чаще всего этот лигнин остается в виде никому не нужных отвалов. Существует и дубильно-экстрактовое производство — источник дубящих веществ. Для их выработки применяют кору ивы, ели, лиственницы, листья бадана, древесину дуба или каштана. Из смолы получают также канифоль. Еще одно направление — пиролизное производство, получение древесного угля из древесины нагреванием ее без доступа воздуха в специальных стальных ретортах и печах.

Магнетохимия изучает связь магнитных и химических свойств веществ, влияние магнитных полей на химические процессы. Спиновая химия как раздел магнетохимии уникальна: она вводит в химию магнитные взаимодействия. Будучи пренебрежимо малыми по энергии, магнитные взаимодействия контролируют химическую реакционную способность и пишут новый, магнитный «сценарий» реакции. Получение молекулярных магнетиков, многоспиновых молекул, содержащих неспаренные электроны, спиновых меток тоже можно отнести к спиновой химии.

Медицинская химия включает в себя аспекты биологии, медицины, фармацевтики. Она занимается обнаружением, дизайном, идентификацией и получением биологически активных соединений, изучением их метаболизма, интерпретацией способа действия на молекулярном уровне и созданием зависимостей «структура – активность». Таким образом, начав с медицины в XVI веке, химия в нее возвращается, несмотря на некоторый скептицизм медиков. Достаточно сказать, что 70% лекарственных препаратов — продукты синтетической химии, а остальные 30% — фитохимии.

Металлургия — область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других веществ, изменения химического состава, структуры и свойств металлических сплавов. Металлургические процессы применяют и для производства неметаллических материалов, в том числе полупроводников. Различают пирометаллургию (использование процессов, проходящих при высокой температуре), гидрометаллургию (извлечение металлов химическими реакциями в водных растворах) и электрометаллургию (применение электролиза).

Механохимия изучает химические превращения веществ при деформировании, трении, ударном сжатии. Пластическая деформация твердого тела обычно приводит к накоплению в нем дефектов, изменяющих физико-химические свойства, в том числе реакционную способность. Это используют в химии для ускорения реакций, снижения температуры процессов и других путей интенсификации химических реакций в твердой фазе. Механохимическим методом проводят деструкцию полимеров, синтез интерметаллидов и ферритов, получают аморфные сплавы, активируют порошковые материалы.

Нанохимия – химия и технология объектов, размеры которых порядка 10^–9 м (кластеры атомов, макромолекулы). Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеют в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных), элементы которых по размерам сравнимы с атомами; разработка и изготовление наномашин; манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов. Место нанохимии в нанотехнологиях – синтез нанодисперсных веществ и материалов, регулирование химических превращений тел нанометрового размера, предотвращение химической деградации наноструктур, способы лечения болезней с использованием наночастиц.

Нейрохимия — раздел биохимии, изучающий химические и клеточные механизмы деятельности нервной системы. Нейрохимия подразделяется на общую, изучающую химические свойства нервной системы вне связи с конкретной физиологической деятельностью, и функциональную (частную), изучающую химические и молекулярные механизмы деятельности нервной системы в процессе реализации той или иной физиологической функции. Познание химических механизмов деятельности мозга не просто одна из задач биологии, оно играет важную роль в стремлении человека к осознанию самого себя как личности, к пониманию своего места на Земле. Поэтому нейрохимия — одна из самых сложных, современных и бурно развивающихся областей биохимии и нейробиологии. Она тесно связана с такими направлениями биологии, как морфология и физиология нервной системы, молекулярная биология и генетика, а также с клиническими дисциплинами, в частности с нейропатологией и психиатрией.

Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических соединений углерода). Обеспечивает создание материалов новейшей техники. Число неорганических веществ приближается к 400 тысячам.

Органическая химия изучает соединения углерода с другими элементами — так называемые органические соединения и законы их превращений. К концу XX века их число превысило 10 млн. Синтез многочисленных органических веществ привел к созданию новых отраслей промышленности — синтетических красителей, полимеров, искусственного жидкого топлива и пищи. Удалось синтезировать витамины, гормоны, ферменты. Многообразие органических соединений во многом обусловлено изомерией – способностью соединений при одинаковом составе и массе различаться строением, физическими и химическими свойствами. Органическая химия делится на огромное число направлений.

Нефтехимия изучает состав, свойства и химические превращения компонентов нефти и природного газа, а также процессы их переработки.

Органическая геохимия изучает химический и изотопный состав органических веществ, заключенных в горных породах, их эволюцию в ходе геологической истории, закономерности распределения, а также роль органического вещества в процессах миграции химических элементов в земной коре, формировании месторождений урана, меди, ванадия, германия, молибдена. Этот раздел химии изучает исходные для органического вещества биохимические соединения (углеводы, белки, лигнин) и продукты их преобразования во внешних геосферах (гумус, сапропель, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть) под влиянием бактериальной жизни, температуры, давления и других факторов. Геохимия нефти и угля разделилась на два самостоятельных научных направления. Органическая геохимия близко соприкасается с органической космохимией в части исследования органического вещества космических тел.

Органический синтез изучает пути и методы искусственного создания органических соединений. В 1828 году Ф. Вёлер впервые синтезировал органическое вещество из неорганического вне живого организма – провел перегруппировку цианата аммония в мочевину при нагревании в водном растворе. Цели оргсинтеза – получение веществ с ценными физическими, химическими и биологическими свойствами или проверка предсказаний теории. Современный органический синтез многогранен и позволяет получать практически любые органические молекулы.

Патохимия изучает химические механизмы патологических процессов. Например, проблема отторжения органов при пересадке — во многом проблема патохимии.

Петрохимия изучает распределение химических элементов в горных породах и породообразующих минералах.

Петрургия — производство стеклокристаллических материалов и изделий из расплавов горных пород (например, базальтов и диабазов) и промышленных отходов (например, шлака и золы) методом литья. Петрургические материалы предпочтительнее металлургических, так как устойчивы в окислительной атмосфере Земли и предполагают прямое использование сырья без выделения чистых компонентов. Петрургическое производство вырабатывает трубы, плиты, лотки для защиты рабочих поверхностей бункеров, желобов, узлов горно-обогатительного, металлургического и энергетического оборудования; кислотоупорные плитки и фасонные детали для химической промышленности; футеровку шаровых мельниц, облицовочные материалы и другие изделия, работающие в условиях воздействия кислот, щелочей или абразивных сыпучих материалов и пульп, а также базальтовое (каменное) волокно.

Пегниохимия. Химики тоже шутят, а что остается делать, если в лаборатории горячее и холодное стекло выглядят одинаково! Социологи провели опрос населения. Всем респондентам задавали два вопроса: 1) как вы относитесь к химическим удобрениям? 2) какая у вас в школе оценка по химии? Оказалось: 1) 90% россиян категорически против химических удобрений; 2) остальные 10% имели по химии оценку «5». Институт пегниохимии РАН, может быть, и появится, когда мы поймем единство природы и тупик бесконечного деления знания, и посмеемся над искусством разделять и не властвовать.

К области пегниохимии, несомненно, принадлежит и химический фольклор.

Крутит и вертит мешалку мотор.
В колбе трехгорлой бордовый раствор.
Варится, киснет ацетофенон.
Скоро дойдет до кондиции он.

Только я начал бензол отгонять –
Колба рванула… Кусков не собрать.
Вспыхнул бензол, загорелся халат.
Что-то заметил сосед невпопад.

Пищевая химия. Ее цель — создание качественных продуктов питания и методов анализа в химии пищевых производств. Это один из самых древних экспериментальных разделов химии со времен появления дрожжевого хлеба. Химия пищевых добавок контролирует их ввод в продукты питания для улучшения технологии производства, а также структуры и органолептические свойства продуктов, увеличение сроков хранения, повышение биологической ценности. К числу таких добавок принадлежат консерванты, антиоксиданты, окислители, эмульгаторы, стабилизаторы, красители, вкусовые вещества и ароматизаторы, интенсификаторы вкуса и запаха, витамины, микроэлементы, аминокислоты, пряности. Создание искусственной пищи — тоже предмет пищевой химии. Это продукты, которые делают из белков, аминокислот, липидов и углеводов, предварительно выделенных из природного сырья или полученных направленным синтезом из минерального сырья. Пищевые добавки, а также витамины, минеральные кислоты, микроэлементы и прочие вещества придают конечному продукту не только питательность, но и цвет, запах и нужную структуру. В качестве исходных компонентов используют вторичное сырье мясной и молочной промышленности, семена, зеленую массу растений, гидробионты, биомассу микроорганизмов, например дрожжей. Из них выделяют высокомолекулярные вещества (белки, полисахариды) и низкомолекулярные (липиды, сахара, аминокислоты и другие). Низкомолекулярные пищевые вещества получают также микробиологическим синтезом из сахарозы, уксусной кислоты, метанола, углеводородов, ферментативным синтезом из предшественников и органическим синтезом (включая асимметрический синтез для оптически активных соединений). Различают синтетическую пищу, получаемую из синтезируемых веществ, например диеты для лечебного питания, комбинированные продукты из натуральных продуктов с искусственными пищевыми добавками, такие, как колбасно-сосисочные изделия, фарш, паштеты, и аналоги пищевых продуктов, имитирующие какие-либо натуральные продукты, — скажем, черную икру.

Плазмохимия изучает химические процессы в низкотемпературной плазме. Низкотемпературной принято считать плазму с температурой 10³–10⁵ К и степенью ионизации 10^–6–10^–1 получаемую в электродуговых, высокочастотных и СВЧ газовых разрядах, в ударных трубах, установках адиабатического сжатия и другими способами. В плазмохимии важно разделение низкотемпературной плазмы на квазиравновесную, которая существует при давлениях порядка атмосферного и выше, и неравновесную, которая получается при давлении менее 30 кПа и в которой температура свободных электронов значительно превышает температуру молекул и ионов. Это разделение связано с тем, что кинетические закономерности квазиравновесных процессов определяются только высокой температурой взаимодействующих частиц, тогда как специфика неравновесных процессов обусловлена большим вкладом химических реакций, инициируемых «горячими» электронами. Примером плазмохимической технологии служит: синтез ацетилена из природного газа (электродуговая печь, 1600°С): 2CH₄ = С₂Н₂ + ЗН₂.

Прикладная химия. За этим нейтральным словом скрывается самая зловещая химия — химия для войны. Обслуживает в основном нужды военно-промышленного комплекса.

Радиохимия изучает поведение радиоактивных элементов, методы их выделения и концентрирования. Это научная основа получения высокоактивных материалов и регенерации ядерного горючего, разработки методов применения радионуклидов.

Радиационная химия — см. химия высоких энергий.

Сонохимия изучает химические реакции при воздействии ультразвука; это разновидность механохимии, проявляющаяся в жидкости: упругими волнами воздействуют на вещества, чтобы изменить их структуру и свойства. Главный инструмент сонохимии — кавитация, образование в жидкой среде массы пульсирующих пузырьков. Давление в них возрастает до 800 МПа, температура (по теоретическим оценкам) — до 7400 К, образуются электрические разряды, проходит ионизация, возникает явление сонолюминисценции — звук превращается в свет. Оценки показывают, что при сонолюминесценции происходит концентрация энергии в триллион раз, то есть на 12 порядков! Отсюда берет начало одна из заманчивых возможностей ультразвука в жидкости — «пузырьковый термояд».

Спиновая химия — см. магнетохимия.

Стереохимия изучает пространственное строение молекул и его влияние либо на химические свойства (статическая стереохимия), либо на скорость и направление реакций (динамическая стереохимия).

Судебная химия — часть прикладной, преимущественно аналитической химии в широком смысле слова. Это почти необъятная область по изобилию и разнообразию решаемых ею задач, ибо всякое химическое исследование, в сущности, может быть способом судебно-химической экспертизы. Она включает в себя исследование воздуха, воды, почвы, пищевых и вкусовых припасов, предметов потребления, человеческих секретов и экскретов, подозрительных кровяных и семенных пятен, различных технических препаратов, рукописных и напечатанных документов, сырых и обработанных лекарственных веществ. Но и при узком толковании, когда под судебной химией подразумевают ту часть аналитической химии, которая специально занимается открытием ядов при умышленных и неумышленных отравлениях, область судебной химии остается весьма обширной, так как само понятие «яд» представляется чрезвычайно растяжимым. Очевидна связь судебной химии не только с токсикологией и фармакологией, но и с терапией и физиологией. Для окончательного решения вопросов, возникающих при судебно-химических исследованиях о предполагаемых отравлениях, нельзя ограничиваться указаниями на присутствие или отсутствие тех или других ядов, но необходимо установить или исключить зависимость или даже причинную связь между найденным ядом и результатами, подмеченными при вскрытии трупа, выяснить — поскольку результаты могут обусловливаться изменениями, наступившими после смерти; необходимо, наконец, решить крайне важный вопрос о том, может ли обнаруженный яд или выделенное ядовитое вещество вызывать именно те симптомы, что наблюдали при жизни. Здесь врач и химик дополняют друг друга.

Супрамолекулярная химия означает химию, описывающую сложные образования, которые представляют собой результат ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами. Ее главные объекты — супрамолекулярные устройства и ансамбли. Устройства — это структурно организованные системы, молекулярные компоненты которых обладают определенными электро-, ионо-, фото-, термохимическими и другими свойствами. Клатратная химия — самая передовая часть супрамолекулярной химии.

Термохимия изучает тепловые явления, сопровождающие химические реакции. Термохимические данные (значения теплоты образования и сгорания химических соединений, тепловых эффектов реакций) используют в химической технологии, при расчетах тепловых балансов процессов. Они же служат расчетной основой химической термодинамики.

Техническая химия. Сюда можно отнести текстильную химию, химию обработки материалов, химию стекла (а это оптическая промышленность — «глаза» микроскопистов, военных и астрономов), химические аспекты экономики. Элементы технической химии можно найти в XV—XVII веках. В середине XV века была разработана технология воздуходувных горнов. Нужды военной промышленности стимулировали работы по улучшению технологии производства пороха. Выходили фундаментальные труды по производству металлов и различных материалов, используемых в строительстве, при изготовлении стекла, крашении тканей, для сохранения пищевых продуктов, выделки кож. С расширением потребления спиртных напитков совершенствовались методы перегонки, конструировались новые перегонные аппараты. Появились многочисленные производственные лаборатории, прежде всего металлургические. Среди химиков-технологов того времени можно упомянуть Ван-ноччо Бирингуччо (1480–1539), чей классический труд «О пиротехнике» был напечатан в Венеции в 1540 году и содержал десять книг. В них шла речь о рудниках, испытании минералов, приготовлении металлов, перегонке, военном искусстве и фейерверках. Другой известный трактат, «О горном деле и металлургии», написал Георг Агрикола (1494–1555).

Топохимия изучает твердофазные реакции, протекающие в определенных участках твердого тела. Путь топохимии проходит от обжига минерального сырья до молекулярно-лучевой эпитаксии (ориентированного роста одного кристалла на поверхности другого), которую активно применяют в микроэлектронике. Ориентированный рост кристалла внутри объема другого называют эндотаксией. Эндотаксия наблюдается, например, при кристаллизации, коррозии.

Углехимия изучает происхождение, состав, строение, свойства твердых горючих ископаемых, а также методы их переработки. Основная задача углехимии — разработка технологий получения из угля, продуктов его переработки и другого углеродсодержащего сырья новых углеродных материалов и адсорбентов.

Фармакохимия (фармацея) изучает приготовление лекарственных веществ, действующих на организм человека и животных. Проверка их безопасности тоже входит в число задач фармакохимии. Из 400 химических соединений, предлагаемых в качестве лекарств, после испытаний принимается только одно!

Фемтохимия — возможность наблюдать за протеканием элементарных химических реакций в фемтосекундном временном диапазоне (10^–15–10^–12 с). Эти времена гораздо меньше периода колебаний атомов в молекулах (10^–13–10^–11 с). Благодаря такому соотношению времен фемтохимия «видит» саму химическую реакцию — как перемещаются во времени и в пространстве атомы, когда молекулы-реагенты преобразуются в молекулы продуктов. Это прямой путь исследования механизмов химических реакций, а значит, и способ управления реакциями. Успехи, достигнутые при использовании фемтосекундных импульсов, привели к открытию другой науки — фемтобиологии.

Физическая химия — наука об общих законах, определяющих строение и химические превращения веществ при изменяющихся внешних условиях. Говорят, что химики работают чистыми методами с грязными веществами, физики — грязными методами с чистыми веществами, ну а физические химики — грязными методами с грязными веществами, то есть исследуют химические явления физическими методами. Вначале это было весовой и объемный анализы, ощущение вкуса и запаха, измерение тепла и цвета. Потом пришли Р. В. Бунзен и Г. Кирхгоф со спектральным анализом, и пошло-поехало. Достижением на рубеже веков стало осознание того факта, что мир веществ скорее неравновесен, чем равновесен. Кроме того, в физхимии сплошь и рядом нарушаются законы арифметики. Вот типичный пример: 50 мл H₂O + 50 мл C₂H₅OH = 96 мл водки + тепло.

Физическая органическая химия уделяет особое внимание исследованию механизмов органических реакций, а также количественной взаимосвязи между химическим строением органических соединений, их свойствами и реакционной способностью. Одно из достижений — открытие и доведение до практического использования стабильных радикалов, которые нашли применение в различных областях науки и техники в качестве спиновых меток, у которых неспаренный электрон служит источником сигнала электронного парамагнитного резонанса, ЭПР.

Фитохимия. Ее забота — создание высокоэффективных лекарственных препаратов на основе веществ растительного происхождения. Другое направление — экологически чистые средства защиты растений. Путь лекарства начинается в лаборатории либо химика-органика, либо фитохимика. Первый создает пока еще не исследованные соединения, второй выделяет вещества из растений. Затем созданные или выделенные вещества передают фармакологу. Он определяет, обладают ли эти вещества нужным эффектом. Чтобы найти активное соединение, применяют два метода. Первый — скрининг, то есть просеивание — перебор имеющихся веществ без предположения о том, с какой именно структурой нужно вещество. Впервые скрининг применил в начале XX столетия П. Эрлих для получения противосифилитических средств на основе органических соединений мышьяка. Второй — направленный синтез: исследователь постепенно накапливает материал, показывающий, какие химические радикалы или иные структуры ответственны за тот или иной вид действия. Природные молекулы растительного происхождения служат моделями для синтеза полезных соединений. Пример такого соединения — салициловая кислота, выделенная из коры ивы. На ее основе было создано такое популярное лекарство, как аспирин (ацетилсалициловая кислота). В настоящее время, несмотря на огромные успехи химиков-синтетиков, из растений получают более трети лекарственных препаратов. Структура многих из них настолько сложна (винбластин, сердечные гликозиды, кокаин, резерпин, хинин, колхицин, пилокарпин), что растения еще долго будут их единственным источником.

Фотохимия изучает реакции, возбуждаемые светом. Практическая фотохимия — фотография, изготовление печатных форм и микросхем методами фотолитографии, фотохимический синтез (например, капролактама). Самый значимый для Земли природный фотохимический процесс — фотосинтез, превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ.

Химическая технология — это наука о методах и средствах рациональной химической переработки сырья, полуфабрикатов и промышленных отходов. Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология — переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.

Химическая физика изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва. Сформировалась в 20-х годах XX века в связи с развитием квантовой механики и использованием ее представлений в химии. Граница между химической физикой и физической химией условна, а термин ввел немецкий химик А. Эйкен в 1930 году. Одно из достижений химической физики — теория разветвленных цепных реакций.

Химическое вооружение — боевые отравляющие вещества, средства их применения (ракеты, снаряды, мины, авиационные бомбы и прочие), нейтрализации и защиты. Применение химического оружия запрещено Женевским протоколом 1925 года, который ратифицировали свыше 100 государств. Однако его разработка, производство и накопление в некоторых странах продолжаются до сих пор.

Химия высоких энергий изучает химические реакции и превращения, происходящие в веществе под воздействием нетепловой энергии. Носители нетепловой энергии, воздействующей на вещество, — ускоренные электроны и ионы, быстрые и медленные нейтроны, альфа- и бета-частицы, позитроны, мюоны, пионы, атомы и молекулы при сверхзвуковых скоростях, кванты электромагнитного излучения, а также импульсные электрические, магнитные и акустические поля. Процессы химии высоких энергий различают по временным стадиям на физические, протекающие за фемтосекунды и менее, причем в течение этого времени нетепловая энергия распределяется в среде неравномерно и образуется «горячее пятно», физико-химические, в течение которых проявляются неравновесность и негомогенность в «горячем пятне», и, наконец, химические, в которых превращения вещества подчиняются законам общей химии. В результате образуются такие ионы и возбужденные состояния атомов и молекул, которые при комнатной температуре не могут возникнуть за счет равновесных процессов.

Химия высокомолекулярных соединений — раздел органической химии, объектами исследования которой служат макромолекулы синтетического и природного происхождения, состоящие из повторяющихся мономерных звеньев или молекулярных группировок, соединенных химическими связями и содержащих в главной цепи атомы углерода, а также кислорода, азота и серы. На основе высокомолекулярных соединений (полимеров) разрабатываются многочисленные материалы, в том числе интеллектуальные структуры, с функциональными ингредиентами, что существенно расширяет область их применения. Самая простая макромолекула — это полиэтилен:

…—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—…

Химия катализа изучает вещества, изменяющие скорость химических реакций. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Несмотря на появление новых способов активации молекул (плазмохимия, радиационное и лазерное воздействия и другие), катализ — основа химических производств (относительная доля каталитических процессов составляет 80–90%).

«Химия», на которую можно отправить. В 1963 году ЦК КПСС принял курс на химизацию народного хозяйства. Стал популярным лозунг: «Коммунизм есть советская власть плюс электрификация всей страны, плюс химизация народного хозяйства». На фронте химизации ударный корпус составили условно-досрочно освобожденные заключенные. В этой связи в народе называли «химией» условно-досрочное освобождение, условное осуждение с обязательным привлечением к труду. Включает этапирование в спецкомендатуру, где заключенный обязан проживать в спецобщежитии и работать на указанном предприятии. Новый гуманный Уголовный кодекс предусматривает альтернативные виды наказания за незначительные преступления: штрафы, общественные работы по месту жительства.

Химия силикатов — солей кремниевых кислот. Роль катионов в силикатах играют элементы второго, третьего и четвертого периодов таблицы Д. И. Менделеева. В природе силикаты представлены в виде минералов, входят в состав большинства горных пород, слагающих основную часть земной коры. Тесно примыкает керамика, изделия и материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов и других неорганических соединений.

Химия природных соединений изучает методы получения, строение и свойства природных биоорганических соединений класса углеводов, а также их синтетических аналогов. Например, аромат кофе содержит до 500 различных компонентов. Химия чая — это также химия природных соединений. Работы немецкого химика А. Байера, изучавшего строение и синтез индиговых производных (индол и синтез природного красителя синего индиго — это цвет классических джинсов), привели к созданию химии синтетических красителей и к Нобелевской премии 1905 года «за заслуги в развитии органической химии и химической промышленности благодаря работам по органическим красителям и гидроароматическим соединениям». Это было началом огромной отрасли производства анилиновых красителей.

Химия твердого тела изучает реакции, в которых участвует одно или несколько веществ в твердом состоянии. Находит применение в микроэлектронике, синтезе новых материалов (керметов, сверхпроводников). Один из ярких примеров — самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Современное развитие метода СВС позволило разработать технологии получения сверхтвердых и тугоплавких материалов, таких, как нитрид титана, карбид бора, диборид титана, карбид титана, а также оксидных материалов для футеровки печей (оксид циркония) и даже высокотемпературных сверхпроводников.

Химия элементоорганических соединений — наука о строении и превращениях соединений, содержащих химические связи «элемент-углерод», где «элемент» — любой из элементов Периодической таблицы, за исключением H, O, S, CI, Вг. Основные классы элементоорганических соединений — металлоорганические, кремнийорганические, борорганические, фосфорорганические, фторорганические соединения. Металлоорганические соединения (МОС) содержат в молекуле связь «металл—углерод» (М—С). Цианиды, карбиды, а в некоторых случаях и карбонилы металлов, также имеющие связь М—С, считают неорганическими соединениями. К МОС иногда относят органические соединения B, Al, Si и некоторых неметаллов. Гем — самое известное и полезное природное металлоорганическое соединение — переносчик кислорода в человеческом организме.

В химии живых организмов роль элементоорганических соединений еще не совсем ясна, тем не менее можно с уверенностью сказать, что соединения кремния, фосфора и других элементов играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов, стоящих на высоком уровне эволюционного развития, в частности человека.

Исследователи работают над синтезом полимеров с 45 элементами Периодической системы. Оказалось, что В, Al, Si, Ti, Sn, Pb, P, As, Sb, Fe в сочетании с кислородом и азотом способны образовывать неорганические цепи полимерных молекул с боковыми органическими и органосилоксановыми группами.

Прикладные аспекты химии элементоорганических соединений направлены на создание новых веществ и материалов для медицины (лекарственные препараты, материалы для протезирования, шовные нити), радиоэлектроники (фото- и светочувствительные материалы, полупроводники, ферромагнетики), сельского хозяйства (стимуляторы роста растений, пестициды, гербициды) и других отраслей промышленности (катализаторы, регуляторы горения моторных топлив).

Цитохимия изучает химическими методами строение и функции клеток, внутриклеточных структур и продуктов их жизнедеятельности.

Электрохимия изучает свойства систем, содержащих подвижные ионы, а также явления, возникающие на границе двух фаз вследствие переноса заряженных частиц. Это нужно для электролиза, гальванотехники, защиты металлов от коррозии и создания химических источников тока. Электрические аккумуляторы, химические источники тока многократного действия — бытовое воплощение электрохимии.

Ядерная химия — пограничный раздел между ядерной физикой, радиохимией и химической физикой. Изучает взаимосвязь между превращениями атомных ядер и строением электронных оболочек атомов и молекул. Иногда ядерную химию неправильно отождествляют с радиохимией. В ней можно выделить исследование ядерных реакций и химических последствий ядерных превращений, химию «новых атомов» — позитроний (Ps), мюоний (Мu), поиск новых элементов и радионуклидов, новых видов радиоактивного распада.

Статья написана по материалам монографии:
Аблесимов Н. Е. Синопсис химии: Справочно-учебное пособие по общей химии.
Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005.

Загрязняющие вещества и их влияние на окружающую среду

 Содержание

Введение

Глава I. Загрязнение атмосферы

1.1 Основные источники загрязнений

1.2 Аэрозольное загрязнение

1.3 Фотохимический туман (смог)

Глава II. Загрязнение природных вод

2.1 Неорганические и органические загрязнители

2.2 Тепловое загрязнение

Глава III. Загрязнение почвы

3.1 Классификация почвенных загрязнений

3.2 Пути попадания загрязнений в почву

Глава IV. Влияние загрязнений на человека, растительный и животный мир

4.1. Основные экологические проблемы биосферы

Заключение

Литература

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Введение

Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют терминомзагрязненность. В общем виде загрязненность — это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качествосреды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим терминомхарактеризуются все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в томколичестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы изсостояния равновесия.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин — извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров.Антропогенное загрязнение — результат деятельности человека. В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало выражать разнообразные проявления и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невосполнимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку все больше приходится вмешиваться в хозяйство биосферы — той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них — аэрозольные и газообразные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере. Продолжающие набирать обороты темпы загрязнения окружающей среды во всем мире, в том числе и в России, определяют актуальность нашего исследования.

Цель курсовой работы – фактически, на конкретных примерах обосновать тезисы о непоправимом вреде, который наносят природе химические выбросы предприятий, отходы их производства; еще раз обратить внимание на насущную необходимость экологической охраны среды нашего обитания.

Достижению поставленной цели служат следующие задачи:

— охарактеризовать влияние загрязняющих атмосферу веществ на функционирование экосистем;

— проанализировать процесс загрязнения природных вод;

— дать классификацию почвенных загрязнений;

— предложить комплекс основных мер по предотвращению возможной экологической катастрофы на планете.

Материалом исследования стали разработки отечественных и зарубежных ученых-экологов (Г. Добровольский, В. Ильин, Ю. Круглов, Ф. Щебек, Г. Хефлинг и др.), газетные и журнальные статьи, посвященные проблеме охраны биосферы.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования ее основных положений в процессе преподавания экологии и биологии в средней общеобразовательной школе.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

Наша работа не претендует на исчерпывающий анализ всего многообразия видов загрязняющих веществ и последствий их влияния на окружающую среду. В ней отражены лишь наиболее характерные и самые актуальные аспекты поставленной проблемы.

Глава I . Загрязнение атмосферы

1.1 Основные источники загрязнений

Начнем с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих биосферы — атмосферы. Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая непомерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто с небольшим лет развитие промышленности «одарило» нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство (2, с. 75).

Источники загрязнений — теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа дают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива (4, с. 94 – 97). (см. Приложение 2). Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие.

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. тонн. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серу содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. тонн в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.

Серный ангидрид . Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха.

Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. тонн в год.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

1.2 Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 11 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения (20, с. 87). Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. (см. Приложение 2). Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях (5, с. 54).

Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы — искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (1250 — 1300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 1150 тонн пыли (11, с. 74). Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.

Основные технологические процессы этих производств — измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды — насыщенные и ненасыщенные, включающие от 11 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией (4, с. 53). В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц.

1.3 Фотохимический туман (смог)

При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует движению воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее не известного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами (9, с. 98). Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой.

При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги — нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Глава II. Загрязнение природных вод

2.1 Неорганические и органические загрязнители

Круговорот воды, этот долгий путь ее движения, состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения, На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений — продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных веществ, взвешенного твердого материала. В местах большого скопления людей и животных природной чистой воды обычно не хватает, особенно если ее используют для сбора нечистот и переноса их подальше от населенных пунктов.

Если нечистот в почву попадает немного, почвенные организмы перерабатывают их, заново используя питательные вещества, и в соседние водотоки просачивается уже чистая вода. Но если нечистоты попадают сразу в воду, они гниют, и на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых микроорганизмов, особенно для рыб и водорослей. Иногда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становится биологически мертвой — в ней остаются только анаэробные бактерии; они процветают без кислорода и в процессе своей жизнедеятельности выделяют сероводород — ядовитый газ со специфическим запахом тухлых яиц. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных. Подобное может произойти и при избытке в воде таких веществ, как нитраты и фосфаты; они попадают в воду из сельскохозяйственных удобрений на полях или из сточных вод, загрязненных моющими средствами. Эти биогенные вещества стимулируют рост водорослей, водоросли начинают потреблять много кислорода, а когда его становится недостаточно, они гибнут. В природных условиях озеро, прежде чем заилиться и исчезнуть, существует около 20 тысяч лет (13, с. 65 – 69).

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ — загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно-активные вещества, пестициды). (см. Приложение 4).

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Кроме перечисленных веществ, к опасным источникам инфекции водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 — 11,0) и способные изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 — 8,5 (18, с. 43 — 45).

Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов.

Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью (19, с. 86).

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 — 380 млн. тонн в год (9, с. 108). Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к полному загрязнению воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света на глубину и замедляет процессы фотосинтеза.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества — жиры, масла, смазочные материалы — образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).

Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически не пригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может опуститься ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 6 млн. тонн нефти, что составляло 0,23% ее мировой добычи (11, с. 98).

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод — все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период с 1962 по 1979 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. тонн нефти. За последние 30 лет пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000, и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. тонн нефти (11, с. 102). Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую – «нефть в воде», и обратную — «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды — для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды — против сорных растений.

Установлено, что пестициды, уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн. тонн пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1,5 млн. тонн этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем (4, с. 114).

Хлороорганические инсектициды получаются путем хлорирования ароматических и жидких гетероциклических углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы — производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 лет использовано более 1,2 млн. тонн полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов (5, с. 214).

Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходов на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во всех районах земного шара. Так, в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 — 1,2 кг/л. (5, с. 120).

2021 © Copyright «НТЦ-ВОДА» научно-технологический центр по очистке воды от РХТУ им. Д.И. Менделеева и МИФИ

Создание сайта Life Style

виды, характеристики, применение, что относится к органике, названия

Содержание:

1. Полезные свойства
2. Виды удобрений
3. Органические удобрения растительного происхождения
4. Органические удобрения промышленного производства
5. Выбор удобрения в зависимости от типа почвы
6. Правильные способы внесения
7. Базовые правила использования
8. Как хранить органические удобрения
9. Как приготовить удобрение своими руками

Интенсивное земледелие обязывает возобновлять плодородие грунта путем создания бездефицитного баланса полезных веществ и гумуса. Для успешного достижения цели обоснованно и систематически применяют органические удобрения и агрохимикаты. Значение первых не снизится, даже если полностью удовлетворить потребности агрохозяйства минеральными туками. Согласно мировой статистике, чем выше в стране культура земледелия, тем активнее применяют органику. Причина — в ее безопасности для самих растений, почвы и человека.

Разные виды органических удобрений можно изготовить самостоятельно или купить недорого у соседей по участку. Считается, что химические вещества способны нанести вред экологии, негативно сказаться на здоровье потребителей сельхозпродукции. В отличие от них, органика более безопасна при условии правильного применения.

Самые распространенные варианты органики:

• навоз крупных животных и птичий помет;
• торф;
• зеленые растения;
• компост;
• солома;
• хозяйственные отходы.

Полезные свойства

В сельском хозяйстве для выращивания плодоовощной продукции активно применяются не только агрохимию, но и органические удобрения. Благодаря им повышается эффективность минеральных составов, экономятся средства на обработку земельных наделов. Некоторые дачники и владельцы крупных участков земли предпочитают использовать только натуральные подкормки, приготовленные из природного сырья. Внесенные в правильной дозировке и своевременно, такие удобрения играют важную роль в улучшении плодородности почвы, повышении урожайности и качества сельскохозяйственной продукции.

Виды удобрений

Объяснить, что такое органика, проще на конкретных примерах. Ниже представлены основные разновидности органических удобрений, используемые в сельском хозяйстве.

1. Навоз. Это наиболее доступное и распространенное удобрение содержит массу полезных веществ, среди которых есть и азот, фосфор и калий. Средние нормы внесения — около 5 кг на 1 м2 участка. Чаще всего навоз используют по осени до перекопки (вспашки), реже — по весне под перекопку. Очень редко навоз добавляют в лунки непосредственно при посадке. Удобрение снижает кислотность почвы до нейтральных показателей, делает ее рыхлой.
2. Перегной. В основе удобрения — перепревший навоз, в качестве дополнительных компонентов — органика и листья. В составе много азота. Чтобы обогатить это органическое удобрение минералами, к нему добавляют ил, древесную золу, песок и глину. Эта универсальная подкормка поддержит развитие любой культуры, но лучшие результаты получают, применяя ее на грядках с луком, морковью и томатами.
3. Торф. Бывает верховым и низинным. Первый отличается высокой кислотностью и дефицитом минералов (особенно калия). Часто торф включают в состав компоста, предварительно просушивая и проветривая. Второй вид характеризуется невысокой кислотностью, содержит много азота и золы. Низинный торф применяется для мульчирования или вносится в компост.
4. Птичий помет. Это концентрированное органическое удобрение оказывает положительное влияние на все культуры. Чтобы не навредить растениям, помет обязательно разбавляют водой. В свежей массе содержится около 16% азота, 24% кальция, 15% фосфора, 7,4% марганца и 8,5% калия. Дозировка жидкого состава зависит от назначения и выбранного способа применения.
5. Компост. Это растительная подкормка, которую можно приготовить своими руками. Для этого скопленные на участке растительные отходы складывают в кучу, чтобы они перегнили. Подойдут ботва растений, опавшая листва, зола и пищевые отходы, из которых делают многослойную кучу, хорошо ее увлажняя. По необходимости добавляют навозную жижу или суперфосфат.

Органические удобрения растительного происхождения

Применение органических удобрений значительно улучшает качество почвы, повышает ее физические параметры — она становится более рыхлой. В сельском хозяйстве используют такие растительные добавки, как:

• низинный торф в составе компоста;
• золу или известь для щелочения грунта;
• фосфорную муку в компосте при дефиците фосфора;
• ил, обогащенный азотом, в натуральном либо просушенном виде;
• компост из растительных отходов (исключение — больные культуры и стойкие сорняки).

Органические удобрения промышленного производства

Среди промышленных органических удобрений особое значение имеют следующие:

1. «Гуми». Концентрат, помогающий растениям быстро набрать зеленую массу, противостоять болезням. Содержит гуминовые кислоты.
2. «Байкал». Балансирует состав грунта. За счет молочнокислых бактерий органика превращается в компост, а соли металлов связываются.
3. «БиоМастер». Представляет собой вытяжку из сапропеля. Универсальная подкормка.
4. «Органик». Используется для выращивания цветов и огородных культур. Содержит костную муку, сапропель, торф, золу, гуматы и горный мел.

Особенности выбора удобрения в зависимости от типа почвы

Пользу получают только в случае, когда применение органических удобрений осуществляется с учетом потребностей почвы, сезона, предпочтений выращиваемых культур. Во время посадки и в течение вегетационного периода агрономы учитывают 2 параметра почвы:

1. Состав. Точно его определить можно лишь лабораторным способом. Если такой возможности нет, подойдет народный метод. Лопатой копают яму. Если процесс не сложный, значит, почва песчаная. Далее рукой сжимают горсть выкопанной земли. Если форма сохраняется после разжимания кулака — почва глинистая, если комок рассыпается — песчаная.
2. Кислотность. Оптимальный показатель 6,5–7. На него равняются, корректируя кислотность грунта. Определяют по цвету земли или с помощью индикаторной полоски.

В зависимости от полученных результатов, выбирают состав и дозы внесения органических удобрений. Благодаря натуральным веществам любую почву можно сделать плодородной.

Для песчаных почв

Песчаный грунт улучшают, добавляя торф верхового типа. Альтернатива — компост, от которого земля станет более вязкой и структурированной, лучше станет накапливать полезные вещества.

Для чернозема

Использование органических удобрений на черноземных почвах тоже необходимо, несмотря на высокую плодородность. Причина — в постепенном истощении нужных веществ в грунте. Для больших территорий целесообразно применять жидкую органику, которую проще вносить и готовить в нужном объеме.

Для глинозема

Для глинистых почв предпочтительно применять навоз. Его разбрасывают в канун перекопки по осени. Допускается просто распределить навоз по участку до зимы без дальнейшей обработки земли до самой весны.

Правильные способы внесения

Опытные агрономы разработали ряд правил, благодаря которым внесение минеральных и органических удобрений даст максимальный результат при минимальных рисках. Существуют 4 варианта внесения подкормок:

1. Предпосевное. Этот способ подходит для осенних и весенних работ. Органика просто разбрасывается по грядкам, и остается только вскопать землю лопатой или вспахать.
2. Послепосевное. Срок — появление третьего листа на растении. Подкормки делятся на корневые и внекорневые.
3. Фергитация. Полезные вещества растворяются в воде для полива.
4. Гидропоника. Почва не применяется вовсе, а культуры высаживаются непосредственно в жидкость. Большой риск неурожая и сложность выращивания ограничили распространение этого варианта. Дополнительный минус — вкус продукции ухудшается.

Базовые правила использования

Норма внесения навоза — примерно 5 кг на 1 кв. м. Сроки внесения органических удобрений планируют на осень до перекопки (чаще всего), на весну под перекопку (редко) и во время посадки прямо в лунки (очень редко). Снижает рН грунта, повышает рыхлость. Содержит около 60 % калия, 25 % азота и 40 % и фосфора.

Перегной состоит из перепревшего навоза, органики и листвы. Содержит много азота. Повышает плодородие и рыхлость грунта. Желательно вместе с перегноем вносить золу, глину, ил. Универсальное удобрение лучше работает на грядках с луком, морковью и томатами.

Торф бывает низким и верховым. Первый — отличный вариант в качестве удобрения. Применяется при мульчировании или в составе компоста.

Куриный помет характеризуется высокой концентрацией. Универсальное средство для разных культур, но обязательно разводится водой во избежание ожога растения. Содержит около 24 % кальция, 15 % фосфора, 16 % азота и 8,5 % кальция. Пропорция воды и помета подбирается с учетом способа внесения и цели.

Как хранить органические удобрения

Для сохранения заявленных производителем свойств органических удобрений необходимо обеспечить надлежащие условия их хранения. С твердыми подкормками промышленного производства задача решается просто: вещества в герметичной упаковке нужно лишь сложить в темном сухом месте. Если речь о птичьем помете и навозе, придется потрудиться:

1. Навоз штабелировать, затем накрыть рубероидом либо полиэтиленовой пленкой. Так вещество быстрее перепреет, при этом сохранив в своем составе азот. Если масса пересыхает, ее смачивают навозной жижей.
2. Птичий помет смешивают с суперфосфатом в кристаллах или с торфяной крошкой. Такой подход позволяет сохранить азотистые соединения в составе.

Отказ от химических удобрений или грамотное их чередование с органикой позволяет выращивать качественный и обильный урожай, при этом улучшая структуру почвы.

Советы, как приготовить удобрение своими руками

Удешевить внесение органических удобрений в почву можно, если самостоятельно приготовить подкормки для огорода и сада.

Куриный помет чаще используют в жидком виде. Для приготовления его подвергают брожению, настаиванию или вымачиванию. Владельцы кур устанавливают под клетку поддон для накопления помета. К нему подсыпают опилки, смоченные в препарате, ускоряющем брожение. Этап очистки предполагает смешивание и складирование в кучу высотой 1 м, добавление ускорителя ЭМ. Настой готовится проще — помет заливают водой, оставляют на 3 дня, регулярно перемешивая. Перед применением полученный концентрат разводят водой. Вымачивание убирает лишнюю кислотность. Помет заливают водой и оставляют на 2 дня, а затем сливают воду и добавляют еще порцию помета. Повторяют 2 раза.

Коровяк используют в перепревшем виде. Для приготовления стелют солому, поверх которой выкладывают слой навоза, повторяя слои до высоты 1,5 м. Поверх настилают клеенку. Кучу регулярно поливают. Через 6–12 месяцев удобрение готово. Его раскидывают по участку в дозировке 5 кг на 1 кв. м или разбавляют водой в пропорции 1:10, настаивают 1 день и осуществляют внекорневую подкормку.

Больше рецептов приготовления натуральных удобрений на садовом участке можно узнать из других статей на сайте.

Что такое органическое вещество?

5726

Статья

Google Scholar

Что такое органическое вещество?

5726

Статья

Google Scholar

Что такое органическое вещество?

5726

Статья

Google Scholar

Что такое органическое вещество?

5726

Статья

Google Scholar

Что такое органическое вещество?

5726

Статья

Google Scholar

Что такое органическое соединение?

Органические соединения всегда содержат углерод наряду с другими элементами, которые необходимы для функционирования живых организмов.Углерод является ключевым элементом, потому что он имеет четыре электрона на внешней электронной оболочке, которая может удерживать восемь электронов. В результате он может образовывать много типов связей с другими атомами углерода и элементами, такими как водород, кислород и азот. Углеводороды и белки — хорошие примеры органических молекул, которые могут образовывать длинные цепи и сложные структуры. Органические соединения, состоящие из этих молекул, являются основой химических реакций в клетках растений и животных — реакций, которые обеспечивают энергию для поиска пищи, воспроизводства и всех других процессов, необходимых для жизни.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Органическое соединение является членом класса химических веществ, содержащих атомы углерода, связанные друг с другом и с другими атомами ковалентными связями и обнаруженные в клетках живых организмов. Водород, кислород и азот являются типичными элементами, входящими в состав органических соединений помимо углерода. Следы других элементов, таких как сера, фосфор, железо и медь, также могут присутствовать, когда это необходимо для конкретных органических химических реакций. Основные группы органических соединений — углеводороды, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Характеристики органических соединений

Четыре типа органических соединений — это углеводороды, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, и они выполняют разные функции в живой клетке. Хотя многие органические соединения не являются полярными молекулами и поэтому плохо растворяются в воде клетки, они часто растворяются в других органических соединениях. Например, в то время как углеводы, такие как сахар, слабо полярны и растворяются в воде, жиры — нет. Но жиры растворяются в других органических растворителях, например в простых эфирах.Находясь в растворе, четыре типа органических молекул взаимодействуют и образуют новые соединения при контакте с живой тканью.

Органические соединения варьируются от простых веществ с молекулами, состоящими из нескольких атомов всего двух элементов, до длинных сложных полимеров, молекулы которых включают множество элементов. Например, углеводороды состоят только из углерода и водорода. Они могут образовывать простые молекулы или длинные цепочки атомов и используются для клеточной структуры и в качестве основных строительных блоков для более сложных молекул.

Липиды — это жиры и аналогичные материалы, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они помогают формировать клеточные стенки и мембраны и являются основным компонентом пищи. Белки состоят из углерода, водорода, кислорода и азота и выполняют в клетках две основные функции. Они являются частью структур клеток и органов, но они также являются ферментами, гормонами и другими органическими химическими веществами, которые участвуют в химических реакциях, чтобы производить материалы, необходимые для жизни.

Нуклеиновые кислоты состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.Как РНК и ДНК, они хранят инструкции для химических процессов с участием других белков. Это спиралевидные молекулы генетического кода. Все четыре типа органических молекул основаны на углероде и некоторых других элементах, но имеют разные свойства.

Углеводороды

Углеводороды — это простейшие органические соединения, а самым простым углеводородом является CH ₄ или метан. Атом углерода делит электроны с четырьмя атомами водорода, образуя внешнюю электронную оболочку.

Вместо того, чтобы связываться только с атомами водорода, атом углерода может делить один или два электрона своей внешней оболочки с другим атомом углерода, образуя длинные цепи. Например, бутан, C ₄ H ₁₀ , состоит из цепочки из четырех атомов углерода, окруженных 10 атомами водорода.

Липиды

Более сложная группа органических соединений — это липиды или жиры. Они включают углеводородную цепь, но также имеют часть, в которой цепь связывается с кислородом. Органические соединения, содержащие только углерод, водород и кислород, называются углеводами.

Глицерин — пример простого липида. Его химическая формула C ₃ H ₈ O ₃ , и он имеет цепочку из трех атомов углерода с атомом кислорода, связанным с каждым из них. Глицерин — это строительный блок, который составляет основу многих более сложных липидов.

Белки

Большинство белков — это очень большие молекулы со сложной структурой, которая позволяет им играть важную роль в органических химических реакциях. В таких реакциях части белков распадаются, перестраиваются или соединяются в новые цепи.Даже самые простые белки имеют длинные цепи и множество подразделов.

Например, 3-амино-2-бутанол имеет химическую формулу C ₄ H ₁₁ NO, но на самом деле это последовательность углеводородных участков с присоединенными атомами азота и кислорода. Это более четко показано формулой CH ₃ CH (NH ₂ ) CH (OH) CH ₃ , а аминокислота используется в химических реакциях для получения других белков.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты составляют основу генетического кода живых клеток и представляют собой длинные цепочки повторяющихся субъединиц.Например, для дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК нуклеиновой кислоты молекулы содержат фосфатную группу, сахар и повторяющиеся субъединицы цитозин, гуанин, тимин и аденин. Часть молекулы ДНК, содержащая цитозин, имеет химическую формулу C ₉ H ₁₂ O ₆ N ₃ P, а участки, содержащие различные субъединицы, образуют длинные полимерные молекулы, расположенные в ядре клетки.

Некоторые органические соединения представляют собой самые сложные молекулы из существующих, и они отражают сложность химических реакций, которые делают возможной жизнь.Даже при такой сложности молекулы состоят из относительно небольшого числа элементов, и все они имеют углерод в качестве основного компонента.

Органические соединения | Encyclopedia.com

Органические соединения — это вещества, содержащие углерод (неметаллический элемент, который присутствует во всех растениях и животных). Все живые существа существенно зависят от органических соединений, поскольку углерод присутствует почти во всех химических соединениях живых существ. В живых существах есть четыре основных типа органических соединений: углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты.

Органическое соединение представляет собой комбинацию углерода и почти любого другого элемента. Благодаря своей уникальной атомной структуре (способ построения одного атома углерода) атом углерода может соединяться с четырьмя другими атомами другого элемента. Поскольку он также может связываться с другими атомами углерода и образовывать длинные стабильные цепи, разнообразие комбинаций, которые углерод может образовывать с другими элементами, практически безгранично. Ученые уже идентифицировали более 1000000 органических соединений.

До девятнадцатого века считалось, что органические соединения могут быть произведены только чем-то живым.В те дни считалось, что некая «жизненная сила» существует только в живых существах, и что именно эта сила сделала живые существа уникальными способными производить органические соединения. Двести лет назад термин «органический» означал «жизненно важный» или «живой». Следовательно, в прошлом органическое соединение было тканью или останками живого существа, в то время как неорганическое соединение было чем-то безжизненным, как скала или воды земли.

В 1828 году немецкий химик Фридрих Велер (1800–1882) изменил все это мышление.В том году он совершенно непреднамеренно произвел мочевину, органическое вещество, естественным образом образовавшееся в телах млекопитающих, в своей лаборатории, используя строго неорганические вещества. Начиная с этого лабораторного прорыва, наука в конечном итоге пришла к выводу, что для того, чтобы вещество считалось органическим соединением, не нужна «жизненная сила». В конце концов выяснилось, что важна молекулярная структура или то, как атомы образуют молекулы. Это привело к современному определению того, что стало изучением органической химии — химии соединений углерода.

Сегодня известно, что все живые существа не только являются органическими соединениями, но также критически зависят от органических соединений. В частности, все продукты представляют собой органические соединения, поскольку они состоят из углеводов, жиров и белков. Такие материалы, как хлопок и шерсть в одежде, бензин для автомобилей и заводов, а также все синтетические (искусственные) наркотики и пластмассы являются органическими соединениями. Наконец, сама химия, которая несет нашу генетическую информацию — нуклеиновые кислоты — это сложные органические соединения, состоящие из небольших молекул, называемых нуклеотидами.