环境化学：第一章 绪论

1、环境化学,教材,精读一本书！,化学“环境”专业的支撑科学,化学从“炼丹术”发展起来的“变化的科学” 历史悠久而具有活力 中心科学（central science） 你学了哪些化学课程？（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学、化学工程） 离开化学，“环境”专业无立足之地 环境化学是“环境”专业的专业技能奠基石,学习方式,课时数：32 授课方式： 讲授讨论 考核形式：,课堂考勤（20） 课程作业（20%） 期末考试（60）,课程内容,第一章 绪论 （4） 第二章 大气环境化学 （6） 第三章 水环境化学 （6） 第四章 土壤环境化学 （4） 第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 （

2、2） 第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 （2） 第七章 受污染环境的修复 （2） 复习（2）,第一章 绪论,一、什么是环境化学？ 二、元素的地球化学循环 三、环境化学的发展动向,第一节 环境化学,一、 什么是环境化学,1、 环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的新型学科。,2、定义：环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。,3、研究内容： （1）有害物质在环境介质中存在的浓

3、度水平和形态； （2）潜在有害物质的来源，以及它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为； （3）有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性； （4）有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。,4、研究特点：,要从微观的原子、分子水平上，来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径。 其核心是研究化学污染物在环境中的迁移转化及其环境效应。,大气环境 化学,水环境 化学,土壤环境 化学,污染生态 化学,5、分支学科：,二、元素的地球化学循环 Geochemistry of elements,1、,2 碳循环 Carbon cycle,3 氮循环 nitr

4、ogen cycle,4 磷循环 phosphorus cycle,5 硫循环 sulfur cycle,三、环境化学的发展动向,第二节 环境污染物 Environmental Pollutants,一、重金属 二、营养元素 三、有机物,一、重金属,环境学或毒理学意义的重金属：汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬（Cr）、锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、钡(Be)、锡(Sn)、锑(Sb)等；从毒性角度通常将砷(As)、铍(Be)、锂(Li)、硒(Se)、硼(B)、铝(Al)等也包括在内。,1、属于路易斯酸,路易斯硬酸：H+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+、 Mn2

5、+、Al3+、 Cr3+、Fe3+、As3+ Intermediate：Co2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、 Pb2+ 路易斯软酸：Cu+、Ag+、Pd2+、Cd2+、 Pt2+、 Hg2+、 CH3Hg+ 路易斯硬碱：H2O、OH-、F-、Cl-、PO43-、SO42- CO32-、O2- Intermediate：Br-、NO2-、SO32- 路易斯软碱：SH-、S2-、RS-、CN-、SCN-、CO、 R2S、RSH、RS-,半径小、电荷高或者较高的电负性、可极化度小；硬；离子化 半径大、电荷小或者较小的电负性、可极化度大；软；共价键,2、形态（speciation）,水环

6、境：吸附解吸、溶解沉淀、氧化还原、配合、胶体结合态等。 土壤环境：水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、金属氧化物结合态、有机物结合态、硫化物结合态、残渣态等。 金属有机污染物：有机汞、有机锡、有机砷、有机硒等。,形态研究意义：,铝是人们家用餐具的材料，而铝离子能穿过血脑屏障而进入人的大脑组织，会引起痴呆等严重后果； 铜、铅、锌离子态的毒性都远远大于络合态，而且络合物愈稳定，其毒性愈低； 金属有机态的毒性往往大于无机态的毒性。 价态不同毒性也不同：铬（VI）的毒性大于铬（III）。而亚砷酸盐的毒性比砷酸盐大60 倍。 价态不同，其络合能力及被土壤中腐殖酸固定程度也不同，对生态系统的威胁也随之转变。如

7、铅（II）的移动性远远小于铅（IV）。,3、非降解性,重金属污染修复： 稀释法： 相转移：冲洗、植物修复、电动力学、热解析 形态转化：固定化、价态转化,二、营养元素：nutrient elements,水中的N、P、C、O和微量元素如Fe、Mn、Zn是湖泊等水体中生物的必需元素。营养元素丰富的水体通过光合作用，产生大量的植物生命体。,三、有机物：organic pollutants,1、性质：,（3）立体异构与构象 手性异构体 非手性异构 构象：椅式异构、船式异构,（2）成键 单键：饱和键 双键、三键：不饱和键 离域键：芳香结构 氢键,2、环境有机化合物的分类：,（1）碳氢化合物 BTEX（代

8、表苯benzene、甲苯toluene、乙基苯ethyl-benzene 和三个二甲苯的异构体xylene） ortho 邻 meso 间 para 对 BTEX 化合物是汽油中的重要组分，并广泛用作溶剂。这些化合物是土壤和地下水中最常见的污染物，尤其是苯具有很高的毒性，因此这些化合物引发了很多有关土壤和地下水修复领域的研究。, 多环芳烃（poly-cyclic aromatic hydrocarbon，PAH） 多环芳烃类污染物在环境中的主要来源包括化石燃料（汽油、石油、煤|）的燃烧，森林大火，矿物油、事故性的直接输入，木材防腐剂杂酚类化合物的应用等。,（2）有机卤化合物（organic h

9、alogen） 氟氯烃 有机溶剂 有机氯农药 PCB（poly chlorinated biphenyl）多氯联苯，有209 个同系物（congener）和PCT（poly chlorinated terphenyl）多氯三联苯，有8149 个同类物。,迄今为止，PCBs 和PCTs 的产量超过100 万吨，这些物质广泛用作蜡、打印用墨、油漆和颜料，以及电容器绝缘液、变压器散热剂、液压机液体、传热液体、润滑油、增塑剂、阻燃剂等。这些物质在生产、储存时，尤其在处置地都能进入环境。虽然PCBs 和PCTs 在很多国家已经禁止或严格限制生产和使用，但是它们在环境中仍然无处不在。PCBs 和PCTs以

10、及其他多氯有机物（如传统的农药DDT，HCB，HCH 等）在世界各地、大洋的底部乃至北极的冰雪中都可以检出，说明这类物质具有很强的远距离迁移能力。,废水和饮用水中用氯进行消毒，以及造纸厂的漂白工艺等都会产生很多已知的和未知的氯代化合物，并进入环境。例如，三卤甲烷化合物（THMs）就是这些氯代污染物中比较重要的一类，其中包括CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl 及CHBr3 等。,（3）含氧官能团 在天然和人工合成化学物质中存在的杂原子中，氧具有非常独特的地位，因为氧原子是很多重要官能团的组成部分。氧具有很高的电负性（3.5），可以与氢原子、碳原子、氮原子、磷原子和硫原子形成极性共价键。这

11、些官能团对化合物的理化性质和反应性具有重要影响。,醇和醚官能团： Alchoholand Ester Function 最简单的含氧官能团是氧原子分别与碳原子和氢原子形成单键或氧原子与两个碳原子分别形成单键。前者形成羟基或醇官能团（ROH），后者为醚官能团（R1OR2）。,性质： 形成氢键； ROH 基团在水溶液中可能会发生解离，即相当于弱酸； 一些酚类化合物容易氧化(醌)，形成稳定的自由基。,典型化合物壬基酚 nonylphenol,醛酮基团： 醛和酮很适合用做各种溶剂（例如甲醛、丙酮等） 其反应性很强。,羧基： 羧酸基团既是很强的H受体，也是很强的H供体； 它的存在将显著提高化合物的水溶解

12、度。,羧酸酯基团： Carboxylic acid ester functions 如果将羧酸基团中的羟基用OR 基团代替，则可以得到羧酸酯基团。 由于缺少羟基，酯基只能作为H受体，因此酯基对化合物水溶解度的影响要比相应的羧酸基团小。 邻苯二甲酸酯类物质主要用作增塑剂，其在全球的年产量超过100 万吨。（儿童玩具）,邻苯二甲酸酯在人体和动物体内发挥着类似雌性激素的作用，是造成男子生殖问题的“罪魁祸首”,（4）含氮官能团 胺基 胺基会参与氢键的形成（大多数情况下为H-受体，只有伯胺和仲胺可以作为H-供体）。 胺基是弱碱，在水溶液中可以获得一个质子，形成铵阳离子。 胺基可以作为电子供体。 用作抗氧

13、化剂。,硝基：硝基具有很强的吸电子性质，氧化性强。 偶氮类：染料 三嗪类：阿特拉津，除草剂 季铵盐：阳离子表面活性剂,（5）含硫官能团 在有机分子中硫具有很多不同的氧化态（从-2 到+6）。硫原子周围可以环绕10 个电子（如亚砜）甚至12 个电子（如砜、磺酸及衍生物），这种能力使其能够发生同族元素氧所不能发生的氧化还原反应。硫与氧之间另外一个重要的区别是硫的电负性（2.5）比氧要小得多，因此参与形成氢键的能力也弱得多。 在含有氧化硫原子的官能团中，最重要的是芳香族磺酸基团。例如线性烷基苯磺酸盐（LAS）。LAS 生产和应用量大，每年大于二百万吨。,R=C10C13线性烷基苯磺酸盐(LAS)阴离

14、子表面活性剂,（6）含磷官能团 理论上虽然磷也像氮一样具有很多氧化态（从-3 到+5），但在与环境相关的化学物质中，磷原子主要以氧化的形态出现，即+3 和+5。例如：农药、增塑剂、阻火剂、化学武器，沙林等。,（7）新型污染物 Emerging chemicals 溴取代、氟取代、个人护理品、个人保健品、药物等新型污染物。,三、持久性有机污染物POPs,Persistent Organic Pollutants 指难以通过物理、化学或生物途径降解的有害化学品。 这类化学品通过大气、土壤、水等介质难于降解，在环境中容易保留下来。 持久性特性，使得这些化学品得以通过空气、水或其他方式被转移到四面八方

15、，转移到那些从未使用过这些化学品的远距离地区。 这类化学品容易生物蓄积，使得它们可能浓缩在处于生物链上层的生物的活组织中，对人体和野生生物的生命和健康造成危险。 危害：调查结果表明，POPs可能导致内分泌、生殖和免疫机能失调、神经行为和发育紊乱、甚至引发癌症。,1、判定标准： （1）持久性 （2）生物蓄积性 （3）毒性 （4）挥发性 （5）在远距离区域对化学品的测定 （6）生物可获得性 （7）社会-经济和其他因素,2、POPs名单： 滴滴涕DDT 狄氏剂dieldrin 异狄氏剂endrin 艾氏剂aldrin 氯丹chlordane 七氯heptachlor 六氯苯hexachloroben

16、zene (HCB) 灭蚁灵mirex 毒杀芬camphechlor 多氯联苯polychlorinated biphenyls (PCBs) 二恶英dioxinds 呋喃furans,第三节 环境污染物在环境各圈的迁移转化过程,1、污染物迁移与转化的概念 污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程谓之污染物的迁移。 污染物的转化是指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。 污染物的迁移和转化常常是相伴进行。,2、污染物迁移与转化的方式 （1）迁移方式：机械迁移、物理化学迁移和生 物迁移 物理化学迁移是最重要的迁移形式，它可通过溶解沉淀、氧化还原、水解、配位和螯合、吸附解吸等理化作用实现污染物的迁移。 有机污染物还可通过化学分解、光化学分解和生物分解等作用实现迁移。 污染物可通过生物体的吸收、代谢、生长、死亡等过程实现迁移。 某些污染物可能通过食物链传递产生放大积累作用，这是生物迁移的一种重要表现形式。,（2）转化方式：蒸发、渗透、凝聚