化学是什么？-第7章 化学是环境的保护者（1）
发布时间：2022-03-25 来源:北达燕园微构分析测试中心
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第7章 化学是环境的保护者
近年来，制作鞭炮焰火的厂家为了追求高利润，加大火药的用量，爆炸威力不断增大，给人民生命和财产带来巨大的威胁和损失。2009年2月，中央电视台新楼的建筑工地，因周边施放礼花引起火灾，消防人员1死6伤，直接经济损失达1.6亿元，间接的经济损失之巨和对国家声誉损害之大，更是难以计算。2010年12月湖南宁乡县一辆运送鞭炮的货车发生爆炸，当场炸死9人，重伤9人，车辆全毁，周边50米内数十间房屋被震坏。化学工作者有义务身体力行，不放鞭炮，并用各种方式宣传放鞭炮对社会和环境的危害，消除这种不良的风俗习惯，提高这类产业的质量。
2018年1月，北京市政府正式规定五环路以内的城区全年都禁止燃放烟花爆竹，五环路以外的郊区由当地政府划定哪些地域为禁放区，燃放烟花爆竹只能在指定的地点进行。这个规定为改善环境、平安生活创造了条件。我们从事化学教育和化学工作的读者，除了积极拥护、严格遵守政府的规定外，还有责任借此机会普及化学知识，为改善环境、保护人民大众的健康作贡献。
7.1.3 绿色化学
绿色是环境保护的代名词。绿色化学又称清洁生产，它和环境化学密切相关。环境化学着重研究影响环境的化学问题，绿色化学研究对环境友好的化学生产过程。绿色化学是利用化学原理从源头上减少或消除化学品在生产和使用过程中对环境的污染，是引导化学家和化学工程师密切关注化学生产的整个周期，生产出对人类和环境安全的化合物，不仅对人类健康，也包括生态环境、动物、植物和水生生物的和谐发展，不仅考虑直接影响，而且考虑转化物和代谢物等的间接影响。绿色化学是能够达到下列要求的工业化学：
（1）生产化学产品的方法能最低限度地排放废物和废气；
（2）使能耗、物耗最低化；
（3）发展对环境没有破坏性和毒性的新产品；
（4）循环使用原料，使生产一种产品的废物成为生产下一产品的原料，最终没有废料和废气出现。
实现清洁生产要求化学家和化学工程师全方位地把握生产过程。首先要通过化学分析了解生产中的原料、产品和排放物的化学成分和性质，生产过程各阶段所起的化学反应情况，所得产品的质量，有无夹杂污染物，排放物怎样加以利用等；其次要对生产的化学反应进行研究，用同样原料、不同生产过程或使用不同的催化剂对产品的质和量进行比较，还要对排放物的多少和品种进行比较，借以选出最优的生产工艺和流程。
清洁生产需要化学家发挥聪明才智。例如以前用作聚苯乙烯塑料发泡剂的氟氯烃在生产过程中会散布到大气中，逐渐对流到高空，破坏臭氧层，改用二氧化碳代替氟氯烃，大大减少了污染。又如以烯烃烷基化反应生产乙烯和异丙苯的过程中，以前用氢氟酸溶液作催化剂，污染较大，将它改用固定床分子筛酸性催化剂，大大减少了对环境的污染。清洁生产也需要广大人民群众的参加。例如塑料的年产量达1亿吨，其中部分用作包装袋、饭盒和地膜等。现在我国每天生产的塑料袋数目达30亿个，这些袋、盒和膜用过以后常常是随手丢弃，田间地头、街头巷尾、公路和铁路沿线到处可见白色塑料废弃物，已经造成了一种“白色污染”。加强环境意识教育，节约利用、回收再利用，当会有显著效果。
由计算可见，树木生长1吨纤维素，需吸收1.6吨二氧化碳。
五十多年来，每亩每年生长的树木，包括根、茎、叶、树皮，近似地按1吨纤维素计算，塞罕坝林场累计为大气减少二氧化碳约1亿吨，对改善环境作出重大贡献。另据报道，现在塞罕坝每年向京、津、冀提供净水1.37亿立方米，释放氧气55万吨，并以它的植被阻止风沙向南侵袭，成为守卫京津的生态屏障。
7.2 水的污染和治理
人类的生存离不开水，工农业生产也离不开水。在地球上，海洋盐水占97.4％，而江河、湖泊、冰川和地下水等淡水只占2.6％。洁净的淡水资源是一种十分珍贵的社会财富。化学的一项重要任务是保证为社会提供洁净的淡水，为此要了解水体受到污染的程度和原因，并针对不同的水质和不同的用途对水进行净化治理。
7.2.1 水体的污染
水体是指水和水中溶解物质、水中悬浮物、水生生物和泥底的总称。泥底也包括在水体中，是因为它所含的杂质会不停地向水中扩散。水体被污染是指水体中污染物的含量超过水体的本体含量及其自净能力，造成水质恶化，破坏水体的正常功能，降低其使用价值。
随着人们生活水平的提高和工农业生产的发展，若不注意珍惜爱护水资源，很容易造成水体污染的严重问题。水体受污染的途径可归纳如下：
（1）城市生活废水和生活垃圾大量增加，有许多是人和动物的排泄物，其中含有有机物甚至病原体，它们排入江河湖海，或堆放地面，直接或间接地进入水体。
（2）农业生产中施用大量化肥和农药，工业生产中排放大量的废水、烟尘、废渣、废液。这些物质有的未经处理直接排入水体，有的通过风吹、雨淋进入水体，有的通过地下水进入水体。
（3）过度砍伐森林、放牧开荒、破坏草原植被，使雨水直接冲刷土地，夹带大量泥沙、废物，滚滚浊流进入江河湖海。
（4）用水量增大，有限的淡水资源难以为继，破坏水的正常循环，破坏生态平衡，超过水的自净能力。
水体受污染的问题和人们的生活及工农业生产都有着极密切的联系。首先它影响人体的健康，现在全世界约有2/3人口的饮用水达不到安全水平；其次水的品质会影响工农业生产，对产品的品质和成本有很大影响，水质不好，会增加水处理费用，损坏设备，会造成工业产品不合格，农产品（如蔬菜、鱼虾）的质量下降。
化学的作用首先是对水质进行分析，了解水体所含杂质的化学组成及其来源，这是一项不能停顿而繁重的工作。一旦检测到污染物的来源，就要千方百计在源头加以处理。其次是根据用途及所含杂质拟定处理的方法。
7.2.2 水的治理
根据不同的水质和用途，对水进行净化处理。1．饮用水饮用水是指对人体无害而又无臭、无味，适合人们饮用的水。除符合饮用条件的山泉、井水以外，取自江河、湖泊中的水一般要经过除去悬浮物和消毒两方面的处理。水中的悬浮物往往呈细小的胶体状态，不易通过沉降和过滤除去，通常是加入少量的明矾［KAl（SO4）2·12H2O］，使它在水中形成氢氧化铝等，将水中悬浮物一起聚沉于底部除去。如果水中的重金属离子和F-等负离子含量不高，符合饮用标准，消毒的方法可将水煮沸饮用，也可在水中加漂白粉或氯气，或用紫外线照射消毒杀菌饮用。
2．工业用水软化处理水中含金属离子对于不同化学反应生产流程常有害处，需要加以处理除去，水中含Ca2＋、Mg2＋和Fe2＋等离子的称为硬水。硬水中存在的负离子一般是。
通常把水中含有的Ca2＋、Mg2＋等的总浓度称为硬度。水的硬度单位是mmol·dm-3或mol·m-3。水的硬度名称和浓度关系如下：
含Cl-和等的硬水，不能通过煮沸变软，常用下面两种方法软化：（1）加碳酸钠或石灰乳［Ca（OH）2］，使它们和Ca2＋、Mg2＋等形成碳酸盐沉淀：
（2）离子交换法软化，将水通过钠型的聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂，使水中的Ca2＋置换树脂上的Na＋而除去Ca2＋。含Ca2＋的树脂可用浓食盐水使之再生。
3．有毒元素和离子的处理
若干有毒元素和离子在水中的状态、来源、毒性及饮水中的限量列于表7.2.1中。对表中所列的元素和离子，首先要分析它们的浓度及其来源，浓度超标的必须加以清除。一般是用化学的方法，即加进和这些有毒成分能生成沉淀或能将其氧化还原成另一种无毒物种的制剂。
下面列出一些具体的方法：
（1）沉淀法
大多数重金属离子（M2＋）在碱性溶液中都会和OH-生成氢氧化物沉淀：
表7.2.1 水中的有毒元素和离子
（2）氧化还原法
氰化物可在碱性条件下，用次氯酸钠（NaClO，漂白粉的主要成分）使之产生Cl2，氧化CN-成为无毒成分：
用此方法还可同时除色、除臭，以及除去硫化物、酚和醛等。
水中的Hg2＋可加入铁粉或锌粉，使之还原沉淀除去：
人们对水中包含元素的认识，是随着对人们饮用及接触到的水的治理而加深的。现在认为水中的元素可以分为三类：第一类是人体必需元素，它除碳、氢、氧、氮、磷等之外，还有钠、钾、镁、钙、铁、钴、锂等金属元素和硼，人体需要这些元素，稍有欠缺，会导致生理平衡的破坏，产生疾病，但是又不能过量。第二类是锌、铜、锰、铬、硒、砷等，人体需要微量。有的要注意，所需量是依赖于该元素所形成的化合物而定。第三类是人体完全不需要的元素，如镉和铅。人们对铅的毒害的认识还是近二十多年来随着医学科学的发展而逐步提高的。
未完待续......
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