环境化学课件南开大学孙红文博导最新版本第四章讲义
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2024年度-经典环境化学PPT课件
4
环境化学研究内容
01
02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解
化学物质对生物和人类的影响 和危害
环境污染的监测、评价和治理
5
环境化学与环境保护关系
环境化学为环境保护 提供科学依据和技术 支持
环境化学与环境保护 相互促进，共同发展
环境保护需要环境化 学的理论和方法来指 导实践
排泄
生物体通过多种途径将污染物质排出体外，包括尿液、汗液、呼出气体、乳汁 等。此外，某些污染物质还可以通过皮肤接触等途径排出体外。
21
毒理学基本概念和原理
毒理学定义 研究外源化学物对生物体的有害作用 及其机制的科学。
毒性作用类型
包括急性毒性、慢性毒性、亚慢性毒 性等。
毒性作用机制
包括干扰生物大分子结构和功能、影 响细胞代谢过程、破坏细胞结构和功 能等。
12
水体污染及危害
01
Байду номын сангаас
02
03
水体污染来源
工业废水、生活污水、农 业面源污染等
水体污染的危害
影响水生生物生存、破坏 水生态平衡、危害人类健 康等
水体污染指标
化学需氧量(COD)、生物 需氧量(BOD)、总磷(TP)、 总氮(TN)等
13
水体中污染物迁移转化规律
物理作用
对流、扩散、挥发、吸附等
化学作用
氧化、还原、水解、络合等
生物作用
生物降解、生物富集、生物转化 等
污染物迁移转化模型
一维模型、二维模型、三维模型 等
14
04
土壤环境化学
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土壤组成与性质
环境化学研究内容
01
02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解
化学物质对生物和人类的影响 和危害
环境污染的监测、评价和治理
5
环境化学与环境保护关系
环境化学为环境保护 提供科学依据和技术 支持
环境化学与环境保护 相互促进，共同发展
环境保护需要环境化 学的理论和方法来指 导实践
排泄
生物体通过多种途径将污染物质排出体外，包括尿液、汗液、呼出气体、乳汁 等。此外，某些污染物质还可以通过皮肤接触等途径排出体外。
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毒理学基本概念和原理
毒理学定义 研究外源化学物对生物体的有害作用 及其机制的科学。
毒性作用类型
包括急性毒性、慢性毒性、亚慢性毒 性等。
毒性作用机制
包括干扰生物大分子结构和功能、影 响细胞代谢过程、破坏细胞结构和功 能等。
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水体污染及危害
01
Байду номын сангаас
02
03
水体污染来源
工业废水、生活污水、农 业面源污染等
水体污染的危害
影响水生生物生存、破坏 水生态平衡、危害人类健 康等
水体污染指标
化学需氧量(COD)、生物 需氧量(BOD)、总磷(TP)、 总氮(TN)等
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水体中污染物迁移转化规律
物理作用
对流、扩散、挥发、吸附等
化学作用
氧化、还原、水解、络合等
生物作用
生物降解、生物富集、生物转化 等
污染物迁移转化模型
一维模型、二维模型、三维模型 等
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土壤环境化学
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土壤组成与性质
南开大学高等有机化学课件第四章有机反应机理的研究和描述-二
可以计算出Benson双自由基能量比过渡态高大约6 kcal／mol。
真正的单线态双自由基能量预计还要高些。
因此有理由可以排除双自由基作为反应中一个允许的中间体可能性， 但是，通过计算来排除却不像通过实验来排除那么严格。这只是因 为计算方法中引入的附加假设太多。这一点是不容忽视的
2. 周环反应和双自由基反应对∆H的取代基效应 有些特定类型的反应很难被包括到Benson基团加成法中。 其中的一种是周环反应，包括环加成反应、电开环反应和迁移反
应用∆V测量的一个典型是对-丙酸内酯在酸性介质中水解反应的 研究。 ∆V的实验值是2.5土2 cm3· mol-1。 机理B 应该有∆V < 0，因为过渡态中电荷的分离会引起静电吸引 现象。这样，机理A和机理B都被排除了 剩下了C。酸度函数研究的结果也有利于这样一个机理.
机理A，应该有∆V < 0，因为其决速步过渡态中加进了一个水分子。
当所假设的双自由基算出的其生成焓总是大于所测定的一个反应的 过渡态的生成焓时，从基团加成法所得到的结论是最消楚的。
环己烯通过反D—A反应生成丁二烯和乙烯的反应就是一个例子； 可以提出一个双自由基中间体。
计算得出双自由基的生成焓(包括Doering修正)是69.0 kcal／mol。 环己烯的生成焓的实验值∆Hf=-0.8 kcal／mol。 反应的活化焓实验值为63.9 kcal／mol，
4.6
活化参数的解释
三个常用的方程，描述温度与速率常数的关系:
遗憾的是，这三个模型不能取一个统一的n值。
Arrhenius方程中， n＝0；
碰撞理论。 过渡态理论中， n＝1／2； n＝1。
只有幂项才真正控制k对温度的依赖，因此这三个方程中的任一个 都可以用来解释一套实验数据。这种不一致还可以提醒大家，用于 描述某个反应的活化参数的选择是相当任意的。 我们将使用过渡态模型(Eyring方程), 因为参数∆S和∆H可以很方便 地与它们的热力学项∆S和∆H联系起来，
4 土壤环境化学 环境化学课件
活性酸度（或有效酸度）（Activity Acidity） 土壤溶液中氢离子浓度的直接反映出来的酸度，通 常用pH表示（通常描述土壤性质时表示作土壤pH值）
交换性酸度 潜性酸度（Potential Acidity） 水解性酸度 是由土壤胶体吸附的可代换性H+、Al3+离子造成的。
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交换性酸度
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤 粗细状况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。
24
1.土壤的吸附性(Soil Adsorption) 1)土壤胶体的性质（直径1-100nm）
（１）大的比表面积和表面能
比表面积：单位重量（或体积）物质的表面积。
一定体积的物质被分割时，随着颗粒 数的增多，比表面也显著地增大。
阳离子 (电荷数,离子半径,水化程度)
土壤（胶体,颗粒, SiO2/R2O3、pH等）
33
可交换性 阳离子
致酸离子 （Al3+、H+）
盐基离子
（Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等）
34
盐基饱和土壤：
土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离 子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100% 阳离子交换量
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3> Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
38
2.土壤的酸碱性(Acidity-Alkalinity of Soil)
第四篇土壤环境化学52页PPT文档
14
第一章 土壤的组成与性质
2、土壤的次生矿物
土壤中次生矿物可分为：简单盐类、三氧化物类和次生铝硅 酸盐类。 (1)简单盐类
如 方 解 石 ( CaCO3)、 白 云 石 ( Ca、Mg（CO3）2)、 石 膏 (CaSO2·2H2O)等，是原生矿物化学风化的最终产物，结晶构造 都较简单，常见于干早和半干旱地区的土壤。 (2)三氧化物
如针铁矿(Fe2O3 H2O)、褐铁矿（2Fe2O3 3H2O）等，是硅 酸盐类矿物彻底风化的产物，常见于湿热的热带和亚热带地区的 土壤中，特别是基性岩(玄武岩、安山岩和石灰墙)上发育的土壤 中含量最多。
15
第一章 土壤的组成与性质
（3）次生硅酸盐类 由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成，是构成土壤粘粒的主
6
第四篇 土壤环境化学
土壤环境的质量
国家环境保护局于2019年制订和发布了《土壤质量环境标准》 GB15618一2019，其适用范围包括我国疆域内所有农田、蔬菜地、 茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。
依据土壤应用功能、保护目标和主要性质，将土壤质量划分 为三级： 一级标准
适用于I类土壤区，包括国家规定的自然保护区(原有背景重 金属含量高的除外)、集中生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保 护地区的土壤。土壤质量应基本上保持自然背景水平。
10
第一章 土壤的组成与性质
11
第一章 土壤的组成与性质
土壤矿物质
按成因类型可将土壤矿物分为两类：原生矿物和次生矿物. 原生矿物
是各种岩石(主要趋岩浆岩)受到程度不同的物理风化而未经 化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变. 次生矿物
大多数是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组 成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。
第一章 土壤的组成与性质
2、土壤的次生矿物
土壤中次生矿物可分为：简单盐类、三氧化物类和次生铝硅 酸盐类。 (1)简单盐类
如 方 解 石 ( CaCO3)、 白 云 石 ( Ca、Mg（CO3）2)、 石 膏 (CaSO2·2H2O)等，是原生矿物化学风化的最终产物，结晶构造 都较简单，常见于干早和半干旱地区的土壤。 (2)三氧化物
如针铁矿(Fe2O3 H2O)、褐铁矿（2Fe2O3 3H2O）等，是硅 酸盐类矿物彻底风化的产物，常见于湿热的热带和亚热带地区的 土壤中，特别是基性岩(玄武岩、安山岩和石灰墙)上发育的土壤 中含量最多。
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第一章 土壤的组成与性质
（3）次生硅酸盐类 由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成，是构成土壤粘粒的主
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第四篇 土壤环境化学
土壤环境的质量
国家环境保护局于2019年制订和发布了《土壤质量环境标准》 GB15618一2019，其适用范围包括我国疆域内所有农田、蔬菜地、 茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。
依据土壤应用功能、保护目标和主要性质，将土壤质量划分 为三级： 一级标准
适用于I类土壤区，包括国家规定的自然保护区(原有背景重 金属含量高的除外)、集中生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保 护地区的土壤。土壤质量应基本上保持自然背景水平。
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第一章 土壤的组成与性质
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第一章 土壤的组成与性质
土壤矿物质
按成因类型可将土壤矿物分为两类：原生矿物和次生矿物. 原生矿物
是各种岩石(主要趋岩浆岩)受到程度不同的物理风化而未经 化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变. 次生矿物
大多数是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组 成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。
环境化学课件-南开大学-孙红文博导-最新版本08-第六章知识讲解
内容提要及重点要求
主要介绍了以重金属、持久性有机污染物 （Persistent Organic Pollutants，POPs）为 代表的持久性有毒污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）等典型污染物在各圈层中 的转归与效应。要求了解这些典型污染物的来 源、用途和基本性质。掌握它们在环境中的基 本转化、归趋规律与效应。
4
在RH=30%的空气中
27
湿空气中， RH饱和 干空气中， RH<1%
13
2
6-6
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
有机汞化合物曾作为一种农药，特别是作 为一种杀真菌剂而获得广泛应用；这类化合物 包括芳基汞(如二硫代二甲氨基甲酸苯基汞)。
Hg S C N(CH3)2 S
6-11
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
甲基钴氨素的再生：水合钴氨素（H2OCoB12+）被辅 酶FADH2还原，使其中钴由三价降为一价，然后辅酶甲 基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离子CH3+ 转移给钴，并从 钴上取得两个电子，以CH3-与钴结合，完成了甲基钴 氨素的再生，使汞的甲基化能够继续进行。
2.汞的甲基化
在天然环境中，某些无机形态的金属元素能转化 为有机金属化合物，主要过程为环境甲基化，又称生 物甲基化。
甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要 生物来源。
CH3CoB12 + Hg2+ + H2O → H2OCoB12++ CH3Hg+
在S2－或H2S存在时，甲基汞离子转化为二甲基汞。 2CH3Hg＋＋S2－ → (CH3Hg)2S (CH3Hg)2S → (CH3)2Hg + HgS
主要介绍了以重金属、持久性有机污染物 （Persistent Organic Pollutants，POPs）为 代表的持久性有毒污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）等典型污染物在各圈层中 的转归与效应。要求了解这些典型污染物的来 源、用途和基本性质。掌握它们在环境中的基 本转化、归趋规律与效应。
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在RH=30%的空气中
27
湿空气中， RH饱和 干空气中， RH<1%
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6-6
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
有机汞化合物曾作为一种农药，特别是作 为一种杀真菌剂而获得广泛应用；这类化合物 包括芳基汞(如二硫代二甲氨基甲酸苯基汞)。
Hg S C N(CH3)2 S
6-11
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
甲基钴氨素的再生：水合钴氨素（H2OCoB12+）被辅 酶FADH2还原，使其中钴由三价降为一价，然后辅酶甲 基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离子CH3+ 转移给钴，并从 钴上取得两个电子，以CH3-与钴结合，完成了甲基钴 氨素的再生，使汞的甲基化能够继续进行。
2.汞的甲基化
在天然环境中，某些无机形态的金属元素能转化 为有机金属化合物，主要过程为环境甲基化，又称生 物甲基化。
甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要 生物来源。
CH3CoB12 + Hg2+ + H2O → H2OCoB12++ CH3Hg+
在S2－或H2S存在时，甲基汞离子转化为二甲基汞。 2CH3Hg＋＋S2－ → (CH3Hg)2S (CH3Hg)2S → (CH3)2Hg + HgS
第四章：化学与环境.ppt
多氯联苯
米糠油生产中，用多氯联苯作载加热，因管理不善，毒 物进入米糠油中。人食用含多氯联苯的米糠油而中毒。 患者5000多人，死亡16人
有调查显示，作为地球上最大、最复杂的生态系统的森林， 其面积在过去30年内急剧减少，仅在上世纪90年代，全球森林面 积就减少2.4％。乱砍滥伐、过度耕作使世界23％的耕地严重退化， 全球三分之一以上的土地面临沙漠化威胁，水土流失严重。我国 荒漠化土地面积也已达国土陆地面积的27％、发生水土流失的土 地面积占38％。全球一半的江河水流量大幅减少或被严重污染， 淡水供应亮起了红灯，导致目前包括中国在内的80多个国家严重 缺水。环境污染导致生物多样性受到严重破坏，生物物种加速灭 绝。全球已有10％至15％的动植物种类受到威胁，而这个数据在 我国为15％至20％。大气污染造成的酸雨为人类带来了灾难性后 果，而我国属于世界三大酸雨区之一。另外，城市生活垃圾“白 色污染”和固体废物污染问题、城市噪音污染问题、放射性污染 与电磁辐射污染问题等都日益突出、形势严峻，对人类健康存在 潜在威胁。
表4-1 20世纪中叶世界环境公害事件
名称
地点
时间
污染物
成因及结果
马斯河谷烟 比利时马
雾事件
斯河谷
多诺拉烟雾 美国多诺
事件
拉
伦敦烟雾事 件
英国伦敦
洛衫矶光化 美国洛衫 学烟雾事件 矶
水俣事件 富山事件
日本九州 南部熊木 县水俣镇
日本富山 县
四日事件
日本四日 市
米糠油事件 日本本州
1930年12 月 1948年10 月 1952年12 月
9、水污染
1950年仅有20个国家的2千万人面临缺水问题，而1990年则有26 个国家的3亿人中受到淡水短缺的困扰。据预测，到2025年将有 40多个国家中占30%的人口受到水资源短缺的影响，到2050年， 将有65个国家的约占全球人口60%的人口将面临淡水危机。