Что вы знаете о соединениях углерода их поведении в атмосфере?

Углерод присутствует в природе в нескольких основных формах:

· восстановленная форма в виде метана и других углеводородов содержится в мантии, коре, атмосфере и гидросфере

· в нейтральном состоянии в виде угля, графита, алмаза и карбида в коре

и мантии

· в окисленной форме в виде углекислого газа, карбонатов и примеси в

силикатах в мантии, коре и атмосфере и гидросфере

· в виде сложных биоорганических соединений углерод сосредоточен в

биосфере, почве, и океане.

Перенос углерода между различными геохимическими резервуарами осуществляется через атмосферу и мировой океан. При этом углерод в атмосфере находится в виде углекислого газа и метана.

Углерод в атмосфере

В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа (СО2), угарного газа (СО), метана (СH4) и некоторых других углеводородов. Содержание СО2 сейчас составляет ~0,04 % (увеличилось на 31 %, по сравнению с доиндустриальной эпохой), метана ~1,7 ppm (увеличился на 149 %), на два порядка меньше, чем СО2; содержание СО ~0,1 ppm. Метан и углекислый газ создают парниковый эффект, угарный газ такого влияния не оказывает.

Для атмосферных газов применяется понятие время жизни газа в атмосфере, это время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько его содержится в атмосфере. Время жизни метана оценивается в 10-14 лет, а время жизни углекислого газа — в 3-5 лет. СО окисляется до СО2 за несколько месяцев.

Метан поступает в атмосферу в результате анаэробного разложения растительных остатков. Основными источниками поступления метана в современную атмосферу являются болота и тропические леса.

Современная атмосфера содержит большое количество кислорода, и метан в ней быстро окисляется. Таким образом, сейчас доминирующим циклом является кругооборот CO2, однако в ранней истории Земли ситуация была принципиально иной и метановый цикл доминировал, а углекислотный имел подчинённое значение. Углекислый газ атмосферы является источником углерода для других приповерхностных геосфер

Что вы знаете о соединениях углерода их поведении в гидросфере?

Углерод в океане

Океан является исключительно важным резервуаром углерода. Общее количество элемента в нём в 100 раз больше чем содержится в атмосфере.

Океан через поверхность может обмениваться углекислым газом с атмосферой посредством осаждения и растворения карбонатов с осадочным чехлом Земли. Растворенный в океане углерод существует в трех основных формах:

· неорганический углерод

o растворённый CO2

o HCO3−

o CO32−

· органический углерод, сосредоточенный в океанических организмах

Гидросферу можно разделить на три геохимических резервуара: приповерхностный слой, глубокие воды и слой реактивных морских осадков, способных к обмену углекислотой с водой. Эти резервуары различаются по времени отклика на внешние изменения углеродного цикла.

Что такое радикалы и какую роль они играют в природных и техногенных процессах?

Хорошо известно, что в органических молекулах (включая те, из которых состоит наш организм) электроны на внешней электронной оболочке располагаются парами: одна пара на каждой орбитали (рис. 1)

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул тем, что у них на внешней электронной оболочке имеется неспаренный (одиночный) электрон (рис. 2 и 3).

Рисунок 1.1. Электронная структура молекулы метанол

Рисунок 1.2. Электронная структура радикала метанола

Неспаренный электрон в радикалах принято обозначать точкой. Например, радикал гидроксила обозначают как HO·, радикал перекиси водорода как HOO·, радикал супероксида как ·OO- или O2·-. Ниже даны формулы трех радикалов этилового спирта: CH3CH3O·; CH3·CHOH; CH3CH3O·

Итак:

· Свободным радикалом называется частица - атом или молекула, имеющая на внешней оболочке один или несколько неспаренных электронов.

· Это делает радикалы химически активными, поскольку радикал стремится либо вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул, либо избавиться от "лишнего" электрона, отдавая его другим молекулам.

· В особом положении оказалась молекула кислорода (диоксигена), которая содержит на внешней оболочке целых два неспаренных электрона. Таким образом, диоксиген - это бирадикал и, подобно другим радикалам, обладает высокой реакционной способностью.

Рассчитайте массу углекислого газа при сжигании 4,5 тонн угля

Загрязнители атмосферы

 

Свободные радикалы являются сильными окислителями и принимают самое активное участие в процессах окисления примесей в газовой фазе тропосферы.

Среди свободных радикалов, обнаруженных в атмосфере, прежде всего следует выделить гидроксидный радикал ОН, который может образовываться при протекании ряда химических превращений. В верхних слоях стратосферы возможна прямая фотодиссоциация воды, в результате которой образуется радикал ОН и атмосферный водород. Этот процесс не является характерным для нижних слоев, поскольку в них практически не проникают необходимые для фотодиссоциации воды жесткие излучения.

В тропосфере свободные радикалы образуются при химических превращениях с участием синглетно возбужденного атома кислорода O(1 D), который появляется в атмосфере в результате фотодиссоциации кислорода, озона и оксидов азота.

Основным окислителем соединений серы являются свободные радикалы. Сероводород, например, последовательно в ряде стадий окисляется до SO2:

H2S + OH → H2O + HS; HS + O2 → SO + OH; SO + H2O → SO2 + OH.

Инициирование процессов окисления связано с присутствием в природных водах таких окислителей, как свободные радикалы, пероксид водорода, озон и некоторых других сильных окислителей (несмотря на крайне низкие значения концентраций).

Рассчитайте массу углекислого газа при сжигании 12,5 тонн угля.

С + O2 = CO2

n(C)=12,5/12≈1моль

m(CO2)=1*44=44г