Kémia | Biokémia » Dr. Bodnár Ildikó - Környezeti kémia és analitika

Környezeti kémia és analitika I. előadásanyag Műszaki környezeti szakmérnök szakos hallgatóknak Készítette: Dr. Bodnár Ildikó, főiskolai tanár DE-MK Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék 2013. A tantárgy célja A környezeti kémia és analitika modul: Ezen ismeretekre épülve a hallgatók megismerik a környezetvédelmi technológiákban alkalmazott, illetve a környezetben végbemenő kémiai folyamatokat és eredményesen alkalmazzák ismereteiket az analitikai és laboratóriumi méréseken. 2 Tudnivalók A tantárgy kódja MFKKA21K05 Óraszám 2+1 óra Követelmény Kollokvium Kreditpont 5 3 Tematika hét előadás: gyakorlat: 1. Környezeti kémia alapfogalmai, tárgyköre. Környezetet felépítő elemek, biogeokémiai körforgások. 2. Szennyező anyagok a környezetben. A Föld szféráinak jellemzése. Antropogén eredetű szennyező anyagok és hatásaik. 3. Környezeti analitika alapfogalmai, tárgyköre. Az elemzés folyamata.

Klasszikus analitikai módszerek és környezetvédelmi alkalmazásaik 4. Laboratóriumi mérési gyakorlatok környezeti analitika tárgyköréből. Laboratóriumi gyakorlati számonkérése: 1. Labor ZH 5. a anyag Laboratóriumi mérési gyakorlatok környezeti analitika tárgyköréből. Laboratóriumi gyakorlati számonkérése: 2. Labor ZH a anyag Elméleti anyag számonkérése: Elméleti ZH 4 Kötelező és ajánlott szakirodalom  Papp Sándor – Rolf Rümmel: Környezeti Kémia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1992.  Dr. Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi kiadó, Budapest, 2000.  Pokol György – Sztatisz Janisz: Analitikai kémia I., Műegyetem Kiadó, Budapest, 1999. 5 1. konzultáció A környezeti kémia alapfogalmai jelentősége, feladatai 6 Bevezető  Az ember - társadalmi tevékenysége révén - természeti környezetét megszakítás nélkül alakítja és változtatja.  A Föld az emberi aktivitást

korszakokon át úgy tűrte, hogy eközben alapvető változásokat nem szenvedett.  Az elmúlt évtizedekben viszont egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy az ember munkája az ember és a természeti környezete közötti anyagcserét intenzívvé teszi, számos kémiai elem biogeokémiai körforgását felgyorsítja, s ezzel együtt az ökológiai kérdések egész sorát veti fel. 7 Bevezető  A nyersanyagok gazdaságilag hatékony és ökológiailag kímélő módon való felhasználása megköveteli tőlünk, hogy hulladékszegény eljárásokat fejlesszünk ki, s az elemek körforgásának minél több részletét tudományos pontossággal ismerjük. 8 Bevezető  A környezeti tevékenység fázisai: ◦ állapotfelmérés (jellemzők, diagnózis) ◦ terhelés (jellege, forrásai és mértéke) ◦ védelem (megelőzés, módok, feladatok, kárelhárítás)  Környezeti kémia: ezek nélkülözhetetlen eleme. Történeti áttekintés: ◦ Római Klub

(1968): A növekedés határai ◦ Stockholm (1972): Jog az egészséges környezethez ◦ Rio de Janeiro (1992): Környezet és Fejlődés Világkonferencia ◦ Kyoto (1997): egyezmény - légszennyeződés csökkentése, „ózonlyuk” - globális felmelegedés (üvegházgáz-kibocsátás) ◦ Hága (2000): Klímakonferencia ◦ Johannesburg (2002): Fenntartható Fejlődés Világtalálkozó 9 Az EU környezetjogi alapelvei              egészséges környezet elővigyázatosság magas szintű védelem integrálás a szennyezés forrásánál való fellépés a szennyező fizet a kv. mindenki felelőssége – oktatása fontos szubszidiaritás: A szubszidiaritás elve szerint minden döntést azon a lehető legalacsonyabb szinten kell meghozni, ahol az optimális informáltság, a döntési felelősség és a döntések hatásainak következményei a legjobban láthatók és érvényesíthetők. Pl: az EU döntéseit mindig a

polgárokhoz lehető legközelebb kell meghozni. együttműködés helyettesítés – kevésbé veszélyesre diszkrimináció tilalma a biodiverzitás (faji sokféleség) védelme fenntartható fejlődés: "a fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen szükségleteit, anélkül, hogy veszélyeztetné a jövő nemzedékek esélyét arra, hogy ők is kielégíthessék szükségleteiket". 10 Magyarország környezetvédelmi szervezetei   Vidékfejlesztési Minisztérium, Környezetügyért Felelős Államtitkárság : környezetvédelem, természetvédelem, vízgazdálkodás, nemzeti parkok, vízügy, környezeti fejlesztéspolitika, környezetmegőrzési és fejlesztési eszközök  Országos intézetek és hálózatuk: - Országos Környezetvédelmi,Természetvédelmi és Vízügyi Főfelügyelőség - 10 Környezetvédelmi Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség, - Önkormányzatok  Országos Környezetvédelmi Tanács:

Az Országos Környezetvédelmi Tanács a Kormány tanácsadó szerve. E minőségében joga és kötelessége, hogy a tervezett kormányzati, ágazati, testületi szabályozókat és/vagy fejlesztési programokat véleményezze, hogy azokban készítőjük/előterjesztőjük megfelelő mértékben mérlegelte, vizsgálta-e a környezetre várhatóan gyakorolt hatást.  Civil szervezetek: NGO-k (Non Govermental Organisations) pl. Duna Kör, Zöldek, Levegő munkacsoport, 11 Törvények, rendeletek  1995. évi LIII trv a környezet védelmének általános szabályairól.  1996. évi LIII trv a természet védelemről  1995. évi LVII trv a vízgazdálkodásról  2012. évi CLXXXV Törvény a hulladékgazdálkodásról  2000. évi XXV trv a kémiai biztonságról  314/2005. (XII 25) Korm Rendelet a környezeti hatásvizsgálati és az egységes környezethasználati engedélyezési eljárásról  96/2009. (XII 9) OGY határozat ◦ Nemzeti

Környezetvédelmi Program (2009-2014.) 12 A Föld legfontosabb környezeti problémái ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦  A népesség számának növekedése A sztratoszférikus ózon csökkenése Savasodás A biodiverzitás csökkenése Az üvegházhatás fokozódása Erdőpusztulás Hulladékprobléma Környezetvédelmi Világnap: június 5. 13 A környezeti kémia alapjai  A környezet fogalma: egy élettér valamennyi tényezőjének összessége, amelyek az ott található élőlényekre hatnak és azzal anyag-, energia- és információcsere kapcsolatban állnak.  A környezeti kémia feladata: a természeti környezetben lejátszódó kémiai reakciókat vizsgálja, leírja és modellezze, továbbá felderítse azok termodinamikai és kinetikai törvényszerűségeit, vizsgálja a reakciók mechanizmusát. 14 A környezeti kémia alapjai  A környezeti kémia szoros kapcsolatban áll a kémia más területeivel (biokémia, geokémia, analitikai

kémia, szerves és szervetlen kémia, stb.) és más tudományterületekkel (biológia, geológia, műszaki tudományok, orvos-tudomány, agrártudomány, stb.) is  A természeti környezetet reakciótérnek tekinti, amelynek összetétele és tulajdonságai a kémiai reakciók lejátszódása során megváltozhatnak. 15 Környezetünk szerkezete, a környezeti kémia tárgya 16 A korszerű ökológiai-kémiai kutatások több területre koncentrálódnak: 1. 2. 3. 4. Környezetanalízis Ökotoxikológia Biogeokémiai körforgás Kémiai technológiák 17 A korszerű ökológiai-kémiai kutatások több területre koncentrálódnak: 1. Környezetanalízis:  A környezetbe jutó természetidegen anyagok kimutatásával és kvantitatív meghatározásával foglalkozik, továbbá a természetes anyagok antropogén hatásra bekövetkező globális, regionális és lokális koncentrációváltozásait követi.  A feladat rendkívül összetett, hiszen azt

jelenti, hogy a környezet analitikai vizsgálatok során az ökoszféra egyes tartományaiban százezres nagyságrendben előforduló anyagok koncentrációit kellene meghatároznunk 10-1- 10-12 g/l tartományban.  Ily módon a rutinanalízisek során csupán néhány kiválasztott anyag koncentrációjának vagy az összeg(ző)paraméternek a meghatározására szorítkozhatunk. 18 A korszerű ökológiai-kémiai kutatások több területre koncentrálódnak: 2. Ökotoxikológia:  A környezetbe jutó kémiai anyagok hatásának következményeit értékeli, illetve azt vizsgálja, hogy ezek milyen módon alakulnak át az ökoszférában.  Nagyon fontos a kémiai anyagoknak az élő és élettelen környezettel való kölcsönhatásainak megismerése, azaz annak a feltárása, hogy milyen módon zavarják meg a biológiai rendszereket, milyen kémiai reakciókban alakulnak át, hogyan bomlanak miként dúsulnak fel és terjednek tova.  Ezek a hatások a

toxicitást jellemző paraméterek és a veszélyességi kritériumok segítségével konkrét esetekben felderíthetők. 19 A korszerű ökológiai-kémiai kutatások több területre koncentrálódnak: 3. Biogeokémiai körforgás:  A környezeti kémia egy további feladata a természetes biogeokémiai körfolyamatok vizsgálatán túlmenően annak megállapítása, hogy az emberi tevékenység erre milyen hatást gyakorol.  A globális körfolyamatokat fel kell vázolni, ezek révén tendenciák állapíthatók meg a nyersanyagok jövőbeni lehetséges forrásaira, továbbá a globális és a regionális nyersanyag-, környezeti és energiaprognózisokra. 20 A korszerű ökológiai-kémiai kutatások több területre koncentrálódnak: 4. Kémiai technológiák:  A környezeti kémiának elkerülhetetlen része az ökológiai szempontok szerint orientált kémiai technológiák is.  Ugyanis a tudományos-technikai és különösen a kémiai ismeretek

alkalmasak az ökológiai problémák hosszú távú megoldására, más szóval: széles körű kémiai ismeretek nélkül a hatékony környezetvédelem nem lehetséges.  A környezeti kémia ezen ágának középpontjában természetszerűleg a hulladékszegény és hulladékmentes technológiák kifejlesztése és alkalmazása áll.  Ezek zárt anyagkörforgalmat feltételeznek és olyan kémiai-technológiai eljárások kialakítását igénylik, amelyek tehermentesítik és ezáltal megőrzik a természeti környezetet, visszanyerik az értékes nyersanyagokat és eltávolítják, továbbá méregtelenítik a szennyező anyagokat. 21 A környezeti kémia alapjai A Föld, mint reakciótér 22 A Föld, mint reakciótér  Földünk a naprendszer kilenc bolygójának egyike, a Nap körül 1,496 . 108 km átlagos távolságra kering A Föld kémiai értelemben zárt rendszer, amely környezetével energia- és anyagcserét folytat.  A Földnek mérések

és megfigyelések számára közvetlenül észlelhető részét szférákra osztjuk. Ezek a következők: ◦ ◦ ◦ ◦ Atmoszféra Hidroszféra Litoszféra (a szilárd felső réteg 70-100 km vastagságú része). Bio- vagy ökoszféra (ahol életjelenség tapasztalható). 23 A Föld, mint reakciótér  A Föld teljes felülete 5,1 x 108 km2, amelyből 70,8 % vízfelület, 29,2 % pedig szárazföld. A földfelület tagozódása 24 A Föld, mint reakciótér  A folyamatos anyag- és energiaáramlás alapján a Föld bármely önkényesen kiválasztott, természetes vagy csupán elvi határokkal rendelkező része nyitott rendszernek tekinthető, amelyben a szó valódi értelmében véve kémiai egyensúly nem létezik, ezek a rendszerek tehát kváziegyensúlyi rendszerek.  Az egyes szférák „dobozként” kezelhetők, amelybe anyag és energia áramlik (input), s ezt követően fizikai, kémiai és biológiai állapotváltozások játszódnak le, majd

a térből anyag és energia távozik (output). 25 A Föld, mint reakciótér A vizsgált részrendszerre érvényes az anyag-, az energia- és az impulzus-megmaradás törvénye. Az ökológiai rendszerek dobozmodellje 26 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája 27 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája  Az ökológiai rendszer élő szervezetekből, élettelen környezetének komponenseiből és technikai tényezőkből tevődik össze, melyek szerkezeti és funkcionális kapcsolatok révén tartoznak egybe.  Az ökológiai rendszerek térben és időben korlátozva vannak, más rendszerekkel anyag- és energiacserét folytatnak, éppen ezért különböző tényezők állapotukat megzavarhatják.  Jellemző rájuk a hosszú időn át fennmaradó stacionárius állapot és dinamikájukat az energiaáramlás és az anyagátalakulás határozza meg. 28 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája  Az ökológiai

rendszereket az emberi beavatkozás mértéke szerint : ◦ Természeti (vagy természet-közeli) és ◦ Városi-ipari rendszerekre oszthatjuk fel.  A legfontosabb természeti ökológiai rendszerek a következők: ◦ Szárazföldi vagy terresztriális (trópusi erdő, sivatag és félsivatag, sztyepp, tundra, tajga, szavanna, stb.) redszerek ◦ Tengeri és limnológiai (álló és folyó édesvizek) rendszerek. 29 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája  A városi-ipari ökológiai rendszerek az emberi beavatkozás révén erősen módosult természeti rendszerekből állnak, amelyekre az jellemező, hogy bennük jelentős mértékű nyersanyagés energiahordozó kitermelés folyik.  Ennek és a technológiai, valamint a fogyasztással összefüggő folyamatoknak a következtében jelentős a természeti környezet felé irányuló anyag- és energiaáramlás.  Ez a természeti környezetben megzavarásával jár együtt.  A fentiek

együttesen az ún. nooszférát képezik, ami a bioszférának az emberi tevékenység által erősen érintett övezetét jelenti. lejátszódó folyamatok 30 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája  Egy ökológiai rendszer állapota és minősége abiotikus és biotikus faktoroktól függ.  Az abiotikus tényezők közül legfontosabbak a következők: ◦ a rendszerbe áramló energia, ◦ regionális, illetve lokális éghajlati feltételek (fény, hő, levegő, nedvesség, stb.) ◦ A talajban, a vizekben és a levegőben jelenlévő: makrotápanyagok (C, H, O, N, K, Ca, Mg, S, P) - továbbá mikrotápanyagok (Fe, Mn, Na, Mo, Zn, Cu, Cl,V, B, Co stb.) - 31 Az ökológiai rendszerek szerkezete és dinamikája  Az élő szervezetek számára legfontosabb energiaforrást a napenergia jelenti, míg az egyéb energiaforrások (kozmikus sugárzás, a Föld másodlagos energiatartalékai) ebből a szempontból kisebb jelentőséggel bírnak.

 Az ökológiai rendszerbe tartozó élőlények kölcsönhatásban vannak biotikus környezetükkel, azaz más organizmusokkal, a kölcsönhatás lehet: ◦ Interspecifikus musokkal) és (kapcsolatok az eltérő fajú organiz- ◦ Intraspecifikus (kapcsolat a hasonló fajú organiz-musokkal). 32 A környezetet felépítő elemek, vegyületek 33 A környezetet felépítő elemek, vegyületek Az elemek szintézise:  A modern tudományos ismeretek alapján az univerzum kialakulása mintegy 13-15 milliárd évvel ezelőtt igen nagy sűrűségű, komprimált neutrongáz hirtelen felrobbanásakor játszódott le.  Ez az ún. „ősrobbanás” („Big Bang”) és az azt követő tágulás során a neutronokból protonok keletkeztek, s az utóbbiakból igen gyorsan lejátszódó magfúzió révén deutérium- és héliummagok képződhettek. 34 A környezetet felépítő elemek, vegyületek  Az atmoszférában, a hidroszférában és a litoszférában

stabilan 82 elem található meg, további 11 pedig kizárólag radioaktív elem formájában.  A Földön található kémiai elemekből és ezek kombinációjából épül fel a világegyetem, természeti környezetünk és maga az ember is.  A hidrogénnél és a héliumnál nagyobb rendszámú elemek ezen két könnyű elemből a csillagokban lépcsőzetesen lejátszódó magreakciók révén jöttek létre. 35 A periódusos rendszer 36 AZ ANYAGSZERVEZŐDÉS KÉT ÚTJA Elemi részek Atomok Molekulák Kristályok Kőzetek biomolekulák precelluláris képzőm. Bolygók, csillagok sejtek Csillaghalmazok, galaktikák soksejtű élőlények ember élettelen természet élő természet 37 A Föld keletkezése  A naprendszer 5-6 milliárd évvel ezelőtt atomok, molekulák, kozmikus por és csillagközi anyagok gravitációs erő által előidézett kondenzációja révén jött létre.  Az összehúzódó rendszer középpontja csillaggá

változott, míg a külső részekből viszonylag nagy sűrűségű, forgó korong keletkezett. A gravitáció potenciális energiája hőenergiává alakult át, és a hőmérséklet növekedni kezdett. Bizonyos hőmérsékleten beindultak a hidrogénfúziós reakciók. 38 A Föld keletkezése  A Nap sugárzó csillag lett, míg a többi égitest a Naphoz viszonyítva lényegesen kisebb tömege miatt nem érhette el a magfúzióhoz szükséges hőmérsékletet, így évmilliók alatt folyadék- és végül szilárd fázis képződése közben lehűlt.  A Föld életkora mintegy 4,6 milliárd év. 39 A Föld keletkezése  A Föld létrejötte után a felülete átmenetileg megszilárdul, majd egy felmelegedés után „megömlik”. (Elemek elsődleges differenciálódása).  Az ősatmoszféra: összességében reduktív, nincs O2.  A fémek a mag felé mozogtak (Fe, Ni), az oxidok, szulfidok kifelé húzódtak. 40 A Föld keletkezése  Kb. 4

milliárd éve véglegesedik a mai földalak és földméret, kialakul a földkéreg: végbemegy az elemek másodlagos differenciálódása.  Ezután fokozatosan alakul ki a másodlagos légkör, amit már az élőszervezetek befolyásolnak.  A kellő lehűlés után megjelenik a hidroszféra, az őstenger. - reakcióközeg (koncentrálódási lehetőséggel), - reaktáns - a kemény UV sugárzás ellen védelmet nyújt, - hőmérsékletet stabilizál. 41 A Föld keletkezése Az elemek differenciálódása:  Az elemek elsődleges differenciálódásának okai: a világűrbe történő gázkilépés és oxidációs-redukciós folyamatok.  Az egyes elemeknek a Föld kialakulása során mutatott eltérő viselkedése alapján Goldschmidt az elemeket geokémiai szempontból rendszerezte, így a következő elemeket különböztethetjük meg: 42 A Föld keletkezése      Sziderofil (a vassal együtt fordulnak elő: Fe, Co, Ni, Au, stb.) Kalkofil

(szulfidos ásványokat képeznek: Cu, Ag, Zn, Hg, stb.) Litofil (affinitásuk az oxidionhoz nagy: Li, Na, K, Be, Mg, stb.) Atmofil (az atmoszféra gáz-halmazállapotú komponensei: O, N, He, Ne, H, stb.) Biofil (az élőlényekben feldúsulnak: H, C, O, N, P). Az elemek másodlagos differenciálódásán olyan szeparálódási folyamatot értünk, amely az illető elem kötési sajátságaitól, a kristályrács tulajdonságaitól, illetve a hőmérséklettől függ. 43 A Föld keletkezése Az elemek feldúsulása ércekben:  Érceknek azokat a fémtartalmú ásvány-keverékeket nevezzük, amelyekből a fémek gazdaságosan előállíthatók.  Az érctelepek kialakulásának folyamatai: ◦ Hőmérséklet-változás. ◦ Mállás- és transzportfolyamatok. ◦ Redoxifolyamatok. 44 A Föld keletkezése A földi élet keletkezésének hipotézise:  Élőlényeknek azokat az egyedi rendszereket nevezzük, amelyek reprodukcióra és mutációra képesek,

szaporodnak és környezetükhöz szelektíven alkalmazkodnak.  Az élőlények rendszerek.  A mai biológiai környeztünk kb. 4 milliárd éve tartó evolúciós folyamat átmeneti eredménye. termodinamikai értelemben nyitott 45 Az élet fejlődése megközelítőleg öt szakaszra osztható: 1. Fizikai evolúció: Az ősrobbanás és a hozzá kapcsolódó jelenségek. 2. Kémiai evolúció: Ennek során az ősatmoszféra, illetve őshidroszféra egyszerű anyagaiból, kémiai úton összetettebb molekulák, biomonomerek és biopolimerek (biomakromolekulák) jöttek létre. A kémiai evolúció feltételezett lépcsőfokai 46 Az élet fejlődése megközelítőleg öt szakaszra osztható: 3. Prebiotikus evolúció: A biopolimerekből adott rendszerek önszerveződése következett be (nukleinsavak és fehérjék). 4. Biológiai evolúció: Az élőlények keletkezése a pro- és az eukarióták megjelenésével. 5.Társadalmi evolúció: Az ember és az

emberi társadalom fejlődését jelenti. 47 Néhány fontos elem ciklusa a környezetben Az elemek biogeokémiai körforgása 48 Az elemek biogeokémiai körforgása  A kémiai elemek mennyisége a Földön megközelítőleg állandó. Azonban az egyes szférákban való eloszlásuk rövid és hosszú távon egyaránt változik.  Biogeokémiai körforgáson azt értjük, hogy az adott elem milyen mennyiségben, koncentrációban és vegyület formájában van jelen az egyes előfordulási helyeken, milyen mértékű az egyes helyek közötti anyagtranszport, melyek azok a kémiai, biológiai és fizikai mechanizmusok, amelyek az anyagtranszportot szabályozzák. 49 Az elemek biogeokémiai körforgása  A különböző elemek körforgását a kémiai reakciók összekapcsolják, s az emberi tevékenység többé-kevésbé valamennyit befolyásolja.  Az elemek biogeokémiai körforgását a földkéregben biológiai, kémiai, fizikai és technológiai

tényezők határozzák meg. 50 Az elemek biogeokémiai körforgása  Biológiai tényezők: ◦ Az elem részaránya a biomassza átlagos összetételében. ◦ Redoxi-sajátsága a biológiai rendszerekben. ◦ A bioakkumuláció mértéke. ◦ Az elem és vegyületeinek mérgező hatása.  Kémiai tényezők: ◦ Az elem redoxi-sajátsága az élettelen környezetben. ◦ Fotokémiai folyamatok lejátszódásának valószínűsége. ◦ A vegyület stabilitása és képződési feltételei. ◦ Komplexképzési hajlam, disszociáció, illetve asszociáció vizes közegben. ◦ A legfontosabb vegyületek adszorpciós ill. ioncsere-képessége ◦ A leggyakoribb vegyületek oldhatósága. 51 Az elemek biogeokémiai körforgása  Fizikai tényezők: ◦ ◦ ◦ ◦  Az elem gyakorisága a földkéregben. Az elem és vegyületeinek illékonysága. A különböző fázisok közötti megoszlás. A biológiai és abiotikus rendszerekben lejátszódó

anyagmozgás mértéke. Technológiai tényezők: ◦ A globális igény, ill. fogyasztás, továbbá az előállított mennyiség. ◦ A kitermelés, gyártás és átalakítás alapvető folyamatainak technológiai jellemzői. ◦ Az alkalmazás jellegzetes formái. 52 A továbbiakban néhány nemfémes elem biogeokémiai körforgását tanulmányozzuk! 1. 2. 3. 4. 5. Szén Nitrogén Oxigén Foszfor Kén 53 1. A szén körforgása 54 A szén körforgása  A szén mind az élő, mind az élettelen természet jelentős alkotóeleme.  Körforgásának két legfontosabb folyamata: a fázisátmenettel járó reakciók és a redoxi-reakciók.  A szén a körforgásban elemi formában, valamint nagyszámú szerves és szervetlen vegyület formájában vesz részt, melyek az elemet + 4 és – 4 közötti oxidációfokú állapotban tartalmazzák.  A szén az atmoszférában 99 %-ban szén-dioxid formájában fordul elő.  A szén biológiai

körforgása tulajdonképpen a szén-dioxid körforgását jelenti. 55 A szén körforgása  Ez az oldódási és párolgási folyamatok következtében egyensúlyban van a hidroszférával, légzési, mineralizációs és égési folyamatok, valamint fotoszintézis kapcsán pedig a kondenzált szférák alacsonyabb oxidációfokú szenet tartalmazó szénvegyületeivel.  A fotoszintézis révén évente mintegy 1,80 . 103 Mt biomassza képződik és kb ugyanennyi használódik el légzés és mineralizáció útján. 56 A szén körforgása   A fotoszintézis lényege, hogy a külső energia felhasználásával a széndioxid a vizet oxidálja, s eközben a sugárzó energia kémiai energiává alakul. Bruttó egyenlete: hv 6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2  A biomassza lebomlása (beleértve a légzést is): C6 H12 O6 + 6 O2  6 H2O + 6 CO2 + energia  A gázhalmazállapotú és hidratált szén-dioxid az igen intenzív biológiai körforgás

meghatározó vegyülete.  Az antropogén energia-ellátás során a fosszilis tüzelőanyagokból (ásványi szén, kőolaj, földgáz, stb.) szén-dioxidot nyerhetünk vissza 57 A szén körforgása  Az óceánok az atmoszférából szén-dioxidot nyelnek el és megfordítva szén-dioxid juttatnak vissza az atmoszférába, de a két folyamat eredőjeként mégis szén-dioxid nyelőként működnek.  Napjainkban igazolt tény az atmoszféra szén-dioxidtartalmának antropogén forrásból származó növekedése, amihez hozzájárul a biomassza egy részének megsemmisítése is.  Hatása az éghajlati viszonyokra és egyéb ökológiai tényezőkre egyre inkább igazolt. 58 A szén körforgása 59 A szén-dioxid körforgása 60 2. A nitrogén körforgása 61 A nitrogén körforgása  A nitrogén szerves és szervetlen vegyületek egész sorát képezi, amelyek az atmoszférában, a hidroszférában, a pedoszférában és a biológiai

rendszerekben lejátszódó kémiai reakciók szempontjából egyaránt fontosak.  A nitrogénatom – 3 és + 5 között oxidáció-fokkal számos vegyületet képez (pl.: NO, NO2, N2O, NH3, NH4+, HNO2, HNO3, stb.) 62 A nitrogén körforgása  A mobilis nitrogén fő forrása az atmoszférában lévő nitrogén.  A nitrogén körforgásának meghatározó lépései: ◦ Nitrogénfixálás: a molekuláris nitrogén átalakulása növények által felvehető vegyületekké. ◦ Denitrifikáció: az elemi nitrogén újraképződése nitrátokból. ◦ Az elemi nitrogén újraképződése más oxigénvegyületekből. 63 A nitrogén körforgása 64 A nitrogén körforgása  A nitrogén biogeokémiai körforgásában a nitrogénfixálás az uralkodó folyamat, mely során az atmoszféra nitrogénje a hidroszférába, a pedoszférába és a biomasszába jut.  Ez többféle mechanizmus szerint megy végbe (különböző baktériumok és más

mikroorganizmusok segítségével).  A nitrogén az atmoszférában, az ott lejátszódó kémiai reakciók miatt oxidjai formájában is megtalálható (NO és NO2), de az ipari tevékenységgel is kerülhetnek ide nitrogén-oxidok. 65 A nitrogén körforgása  A nitrogénműtrágyák (karbamid, nitrátok) miatti nagy igény, valamint az ipari és kommunális szennyvizekből származó ammónia és ammónium-sók miatt is nőhet a nitrogén-koncentráció pl. a felszíni vizekben  Antropogén beavatkozás a folyamatba: Megfelelő intézkedésekkel a különböző nitrogénvegyületek feldúsulását szabályozni lehet. Ezek fő célja az, hogy a nitrogénvegyületeket a körfolyamatba visszavezessék, illetve veszélytelen termékké alakítsák át. 66 3. Az oxigén körforgása 67 3. Az oxigén körforgása  Az egyetlen elem, amely nagy koncentrációban van jelen a földkéregben (szilikátok), az atmoszférában (O2), a hidroszférában (H2O) és a

bioszférában is (H2O, szénhidrát, fehérje stb.)  Az oxigén a természeti környezetben elemi állapotban és vegyületeiben egyaránt előfordul.  A négy nagy lelőhelyen (földkéreg, atmoszféra, hidroszféra, biomassza) található mennyisége egymástól nagyságrendekkel különbözik.  Az oxigén egyike a természeti környezetben megtalálható legerősebb oxidálószereknek.  A Földön található oxigén szinte teljes mennyisége a fotoszintetikus folyamatokban képződik.  Az oxigén biogeokémiai körforgását a 8. ábra mutatja 68 Az oxigén körforgása 69 Az oxigén körforgása  A vízmolekulában lévő oxigénnek az atmoszféra és a hidroszféra között bekövetkező vándorlását az ábrán nem vettük figyelembe.  Az atmoszféra oxigén-koncentrációját hosszú távon két tényező határozza meg: ◦ Az oxigén mennyiségének növekedése (a biomassza átmenetileg anaerob körülmények között

tárolódik). ◦ Az oxigén mennyiségének csökkenése: a földkéreg redukáló anyagaival lejátszódó reakciók miatt. 70 4. A foszfor körforgása 71 A foszfor körforgása  A foszfor az élet számára nélkülözhetetlen elem, a földkéregben a 11. helyet foglalja el  A természeti környezetben előforduló vegyületeiben oxidációfoka: + 5.  Valamennyi foszfor-vegyület származéka. a foszforsav (H3PO4) 72 A foszfor körforgása 73 A foszfor körforgása  A szárazföldi növények és a tengeri organizmusok jelentős foszformennyiséget vesznek fel, amelyek a táplálékláncban továbbhaladnak, illetve az organizmusok elhalása után oldható szervetlen vagy nehezen oldódó szerves foszfátokká alakulnak át.  A növények a talaj foszfát-tartalmának csak kis részét (5 %) képesek felvenni (rossz oldhatóság).  A szárazföldi és a vízi rendszerekben jelen levő foszfátmennyiség a magasabb rendű növények

táplálásához nem elegendő, így a hiányt foszfát-műtrágyákkal (szuperfoszfát, NPK-műtrágya) pótolják. (Így a foszfátok a folyóvizekbe kerülnek.)  A körforgás a talaj-talajfelszín és a víz-üledék rendszerekre különválasztva tárgyalható, hiszen a kettő közötti anyagcsere csekély mértékű. 74 5. A kén körforgása 75 A kén körforgása  A kén Fölünkön az oxigén után az ún. kalkofil elemek legfontosabb reakciópartnere.  Környezeti kémiai viselkedését több tényező határozza meg: ◦ A kén oxidációfoka – 2 és + 6 között változhat, ennek megfelelően számos vegyületet képez, amelyek redoxireakciókban vesznek részt. ◦ A természeti környezetben szervetlen, szerves és biológiailag fontos vegyületek formájában egyaránt megtalálható. ◦ Biogeokémiai körforgását az emberi tevékenység jelentősen felgyorsította. 76 A kén körforgása  A kén előfordulása a litoszféra

vulkáni és üledékes kőzeteiben, továbbá az óceánok sóiban a legnagyobb, mégpedig szulfátos formában.  Kisebb mennyiségben előfordul elemi kén, szulfid állapotban is.  A kénipar nyersanyagigényét a fosszilis tüzelőanyagok kéntartalmából, fém-szulfidokból és elemi kénelőfordulásokból fedezi. 77 A kén körforgása 78 A kén körforgása  Az atmoszférába jutó kénvegyületek geokémiai, biokémiai illetve antropogén eredetűek.  Vulkáni működés következtében a kén kén-dioxid formájában kerül a levegőbe.  A kén-dioxid antropogén úton is idekerülhet. Ez az antropogén emisszió a kén körforgásának egyik alapvető folyamata.  Az antropogén eredt a következőket jelenti: a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, szulfidos ércek kohósítása, kénsavgyártás.  Az óceánok felszíni rétegéből párolgással és permetképződéssel szulfát-aeroszol kerül az atmoszférába. 79 A kén

körforgása  A biomassza mikrobiológiai lebomlási és átalakulási folyamatai során alacsony oxidációfokú kénatomot tartalmazó gázok (kén-hidrogén, dimetilszulfid, szén-diszulfid, stb.) jutnak az atmoszférába  A kénvegyületek igen jelentős mennyisége mállás, erózió és a műtrágyaipar révén mobilizálódik. Ezek ahhoz vezetnek, hogy a kén a vulkáni kőzetekből az üledékbe, illetve a folyók segítségével a hidroszférába kerül.  Az eddig tárgyalt elemek körforgásai között igen szoros kapcsolat van. Ez a kémiai és biokémiai reakciók révén jön létre és valamennyi szférára kiterjed. 80 2. konzultáció Szennyező anyagok a környezetben 81 Szennyező anyagok a környezetben Jellegzetes hatásaik, reakciómechanizmusaik, forrásuk, terjedésük, határértékek  Az emberi társadalom fejlődése során - az addig csak a természetben előforduló - vegyületek egész sorát állította elő, a technika

nyújtotta új eszközökkel.  Ez az emberi aktivitás magával vonzotta azt, hogy a természeti környezetbe általa szennyező anyagok kerültek ki, melyeket antropogén eredetű szennyező anyagoknak nevezünk.  Az antropogén szennyező anyagok természetben való jelenléte következtében az ökológiai rendszerek működése hosszú távon vagy éppen irreverzibilisen megváltozhat. 82 Szennyező anyagok a környezetben  Ezek szerint a környezetszennyezést úgy definiálhatjuk, mint az ökológiai rendszerek dinamikus egyensúlyának megzavarását vagy megszüntetését, amelyet az emberi tevékenység kapcsán a kritikusnál nagyobb energiaáram, továbbá természetes vagy természetidegen anyagok túlzottan nagy mennyisége idéz elő.  Szigorú értelemben véve minden természetes eredetű vagy ember által szintetizált anyag része lehet egy ökológiai rendszernek, tehát velük kapcsolatban első közelítésben a környezetkemikália

elnevezést használjuk.  Kémiai szempontból káros anyaggá akkor válnak, ha olyan mennyiségben és koncentrációban fordulnak elő, hogy az ember számára veszélyt jelentenek, az állatokat és növényeket károsítják vagy a természeti környezetet és annak evolúcióját szétrombolják. 83 Szennyező anyagok a környezetben Jellemző hatásuk szerint a káros anyagokat a következő csoportokba soroljuk:  Mérgező anyagok: Zavarják vagy megakadályozzák az anyagcserefolyamatokat, az enzimek blokkolása vagy a biológiai membránok megtámadása révén.  Teratogén anyagok: az embrionális fejlődést károsítják, az utódoknál születési hibák lépnek fel.  Mutagén anyagok: Az megváltozása.  Rákkeltő anyagok: A genetikus rendszer következtében rákos megbetegedések lépnek fel. öröklődési információk irreverzibilis megváltozása 84 Az antropogén szennyező anyagok forrásai és hatásuk 85 Szennyező

anyagok Szennyező anyag Por Források Hatás Az albedo megnövelése, Energia-előállítás, nagy szennyeződés, hőmérsékletű folyamatok, ködképződés, káros hatás közlekedés. az élőlényekre. Szennyező gázok Energia-előállítás, anyagátalakító iparágak. Melegházhatás, ózonfogyasztás, füstköd, savas ülepedés, toxikus hatás. Fémvegyületek Energia-előállítás, közlekedés, fémkohászat, felületkezelés. Akut és krónikus mérgezés, bioakkumuláció. Savak/bázisok Anyagátalakító iparágak. pH-változás 86 Szennyező anyag Források Hatás Szervetlen növényi tápanyagok Műtrágyaipar, mezőgazdaság. Eutrofizáció, oxigénfogyasztás Sók Sóbányászat, szénbányászat, kémiai iparok. Felszíni édesvizek elsózása. Peszticidek Kémiai iparok, mezőgazdaság . Toxikus hatás, perzisztens vegyületek akkumulációja. Ipar, háztartások. Oxigénfogyasztás, habképződés, felszíni vizek terhelése.

Tenzidek 87 Szennyező anyag Források Hatás Szerves vegyületek Anyagátalakító iparágak. Oxigénfogyasztás Olajok Ásványolaj-kitermelés, szállítás, és –feldolgozás, petrolkémia, közlekedés. Feldúsulás a vizek felszíni rétegében, gázcserélődés akadályozása. Színezékek, műanyagok Anyagátalakító iparágak. Oxigénfogyasztás, felszíni vizek szennyezése. Oldószerek Feldolgozó ipar, háztartások. Oxigénfogyasztás, habképződés, felszíni vizek terhelése. 88 Szennyező anyag Források Hatás Radionuklidok Atomtechnika, atomfegyverek. -, -, -sugárzás, a biomakromolekulák elbontása, az élőlények károsítása. Hulladékok Ipar, bányászat, háztartás, szennyvíziszap. Területek elfoglalása, kultúrtájak károsítása. Meddő Bányászat, érckitermelés. Erózió, kultúrtájak károsítása. Vegyi fegyverek Vegyi fegyverek gyártása. Extrém toxicitás, tömeges mérgezés. 89

Szennyező anyagok a környezetben  A természetes úton létrejövő anyagok biokémiai úton elbomlanak és ezzel a körforgásban való ismételt részvételük lehetővé válik.  Ezzel szemben a természetidegen anyagok, amelyek gyakran jelentős perzisztenciával rendelkeznek, az ökológiai rendszerekben feldúsulnak.  Perzisztencián egy kémiai vegyület tartózkodási idejét értjük a természeti környezet jól körülhatárolt régiójában. Nagysága adott körülmények között a biokémiai lebomlás sebességétől függ. 90 Szennyező anyagok a környezetben Az antropogén szennyező anyagok transzportfolyamatai és átalakulása az ökoszférában  A környezetbe kerülő antropogén vegyületek az ökoszférában való bejutásuk helyétől kiindulva tovaterjednek és sok esetben globális eloszlást mutatnak.  Egy tetszőleges vegyület koncentrációja a bioszféra egy résztartományában függ: ◦ Az emissziós források számától

és anyagkibocsátásától. ◦ Az anyagátviteli- és keveredési folyamatok hatékonyságától. ◦ A kémiai és biokémiai átalakulás sebességétől.  A szennyező anyag koncentrációjának térbeli és időbeli változása az ökoszférában külső és belső tényezők (légáramlás, vízsodrás, reakciópartner, redoxi-állapot, hőmérséklet, pH, stb.) függvénye. 91 Szennyező anyagok a környezetben I. Kemodinamika:  Kemodinamikán az antropogén vegyületek fizikai és fizikaikémiai sajátságaiból származó azon ismeretek összességét értjük, amelynek alapján az adott vegyület eloszlását az élő és az élettelen környezetben megjósolhatjuk, leírhatjuk.  Az egyik szférából a másikba történő anyagátmenetet a vegyület fizikai, illetve fizikai-kémiai sajátságai határozzák meg.  Ezek a sajátságok a következők: oldhatóság, oldódási és kristályossági sebesség, gőznyomás, párolgási sebesség,

ionizációs állapot, adszorpciós egyensúlyok, adszorpció- és deszorpció sebesség, megoszlás. 92 Néhány fontos fizikai-kémiai sajátság 1. Gőznyomás és párolgási sebesség:  Egy szilárd anyag vagy folyadék gőznyomásának azt a nyomást nevezzük, amely a gáztérben a folyékony vagy szilárd fázissal egyensúlyban adott hőmérsékleten alakul ki.  Az elpárolgás, elgőzölés vagy szublimáció azok a folyamatok, amelyek adott anyag transzportját szilárd vagy folyékony fázisból a gázfázisba (pl. atmoszféra) leírják  Ez az átmenet lejátszódhat a vegyület forráspontján, de annál lényegesen kisebb hőmérsékleten is, továbbá tiszta vagy keverék fázisból is bekövetkezhet.  Az antropogén vegyületek szétoszlását az atmoszférán keresztül a nagy gőznyomás, ezzel együtt az elpárolgási folyamat nagy hajtóereje segíti elő.  Pl. a peszticidek esetében ilyen módon fontos kritérium, hogy gőznyomásuk

viszonylag kicsi legyen. 93 Néhány fontos fizikai-kémiai sajátság 2. Oldhatóság és diffúzió:  A napjainkban a környezetbe kerülő anyagok jelentős hányadának vízolhatósága viszonylag csekély, ezért az oldhatóság pontos meghatározása nagy körültekintést igénylő feladat.  Mint ismeretes az oldhatóságot idegen anyagok jelenléte erősen befolyásolja.  A kemikáliák mozgását a talajban diffúziós és extrakciós folyamatok (kilúgozódás, kimosódás) határozzák meg.  A kimosódás porózus talajokban az anyagtranszportot tekintve az egyik legfontosabb folyamat.  A szerves és a szervetlen vegyületek a talaj felületéről vagy a felülethez közeli rétegekből átszivárgó víz hatására az állandó talajvízszintig, illetve az elöntési szintig eljutnak. 94 Néhány fontos fizikai-kémiai sajátság  Ezen folyamatok során a talajvíz és a felszíni vizek antropogén vegyületekkel szennyeződnek.  A

szennyező anyagok vándorlása a talajban a vizes fázis segítségével elsősorban az oldhatóság függvénye.  Ezek az ismeretek a növényvédőszerek alkalmazása esetén rendkívül fontosak, hiszen pl. a peszticidek, amelyeknek transzportsebessége csekély, lassan jutnak a növényekhez, míg másfelől a gyors kilúgozódás a vegyület feldúsulását idézi elő a mélyebb talajrétegekben. 95 Néhány fontos fizikai-kémiai sajátság 3. Adszorpció és deszorpció:  Az adszorpciós és deszorpciós folyamatok, valamint ezek összekapcsolódása a vizes oldatokban lejátszódó sav-bázis reakciókkal az antropogén vegyületek számára az üledékben és a talajban a legfontosabb megoszlási mechanizmusokat képviselik.  A gyengén adszorbeálódó anyagokat a víz könnyen kioldja és nagy távolságra szállítja. A talaj eróziója révén pedig ezek a vegyületek az atmoszférába is bejuthatnak.  Ezzel szemben az erősen adszorbeálódó

anyagok a szilárd talajrészecskéken kölcsönhatás során gyorsan megkötődnek és ennek következtében ártalmatlanná válnak.  Az adszorpció mértéke az adszorbens fizikai és kémiai tulajdonságaitól (fajlagos felület, felületi csoportok minősége, stb.), valamint az adszorbeálódó anyag sajátságaitól függ. 96 Szennyező anyagok a környezetben II. A szennyező anyagok kémiai és biokémiai átalakulása  A földi körülmények között a leggyakoribb szennyező anyagok a következő reakciótípusokban alakulhatnak át: fotokémiai folyamatok, redoxireakciók, hidrolízis, biokémiai folyamatok 1. Fotokémiai folyamatok:  A környezetben lejátszódó fotokémiai ultraibolya és a látható fény indítja el. reakciókat az  Ha a kérdéses anyag ebben a tartományban abszorbeál, akkor gerjesztett állapotba kerül, majd alapállapotba kerül vissza esetleges reakciók lejátszódása mellett. 97 Szennyező anyagok a környezetben

2. Redoxireakciók:  A redoxireakciók az antropogén vegyületek ökoszférában történő lebontását tekintve kiemelkedő jelentőségűek. A redoxifolyamatok nagy része enzimkatalizált és biológiai rendszerekben játszódik le.  A szerves és a szervetlen vegyületek környezetben lejátszódó redoxireakcióinak két jellegzetessége van: ◦ Adott vegyület oxidált és redukált formája sok esetben egészen eltérő ökológiai vagy toxikus tulajdonsággal rendelkezik (pl.: Cr(III)-Cr(VI) rendszer) ◦ Az egyes redoxirendszerek egyensúlyát a környezeti közeg redoxiállapotának megváltozása eltolhatja (pl. higany bejutása a biológiai rendszerekbe). 98 Szennyező anyagok a környezetben 3. Hidrolízis reakciók:  A víz az a vegyület, amelyet majdnem minden környezeti szférában megtalálhatunk.  Ennek következtében az antropogén szennyező anyagok hidrolizálnak és ennek eredményeképpen mérgező hatásuk is megszűnhet (pl.:

cianidok hidrolízise)  A kemikáliák hidrolízisének sebessége fontos jellemzője perzisztenciájuknak, illetve a környezeti hatásokkal szemben mutatott ellenállásuknak. 99 Szennyező anyagok a környezetben 4. Reakciók biológiai rendszerekben:  A szintetikus vegyületek biokémiai átalakulása a bioszférában az élő és az élettelen környezet közvetlen kölcsönhatását hozza magával. A lebontási mechanizmusok milyensége meghatározza a természetidegen anyagok sorsát az ökológiai rendszerben.  A mikroorganizmusok képesek arra, hogy termelt enzimek segítségével a szerves és szervetlen vegyületeket energia- és tápanyagforrásként hasznosítsák.  A mikrobiológiai lebontás alapvetően három úton mehet végbe: ◦ A vegyület közvetlenül - közömbös köztiterméken át - teljes egészében stabilis szervetlen vegyületekké alakul át (szén-dioxid, víz, nitrogén). ◦ Az anyag biokémiai úton más szerves vegyületté

alakul. ◦ Azok a vegyületek, amelyek a biológiai rendszerek számára sem energia-, sem szénforrásként nem jöhetnek számításba, megfelelő szubsztrátumok jelenlétében alakulnak át. 100 A Föld szféráinak jellemzése, antropogén szennyezőanyagok az egyes szférákban 1. A LITOSZFÉRA KÉMIÁJA 2. AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE, ÖSSZETÉTELE,TULAJDONSÁGAI 3. A HIDROSZFÉRA SZERKEZETE, ÖSSZETÉTELE,TULAJDONSÁGAI 101 1. A LITOSZFÉRA KÉMIÁJA 102 A Föld szerkezete A Föld fizikai jellemzőinek változásai alapján bolygónk belsejét négy eltérő gömbhéjra oszthatjuk. (A Föld sugara: 6378 km). A Föld gömbhéjakba (földkéreg, földköpeny, külső mag, belső mag), a forgás és a lehűlés hatására, a sűrűség szerint rendeződött. 103 A Föld szerkezete 1. Földkéreg Különböző összetételű és vastagságú, a szárazföldek és az óceánok alatt.  A szárazföldi kéreg rendkívül bonyolult szerkezetű és

felépítésű. Általában két jellegzetes réteg kimutatható: a kéreg felső része szilikátokban gazdag. Kőzetei alapján gránitos rétegnek is nevezik (sűrűsége 2,7 g/cm3). Lefelé már inkább fémekben gazdagabb és sűrűbb rétegekkel találkozunk (3,0 g/cm3), jellemző kőzete után kapta a gabbrós kéreg nevet.  Az óceáni kéreg egyszerűbb, mivel minden óceán alatt azonos felépítésű. Itt hiányzik a kisebb sűrűségű gránitos kőzet A fémeket nagyobb arányban tartalmazó óceáni kéreg két részre tagolható: A felső, bazaltos réteg finomabb, az alsó gabbrós réteg hasonló, de durvább, szemcsésebb anyag alkotja, mint a szárazföldi kéreg gabbrós rétegét. 104 A Föld szerkezete 2. Földköpeny Nagyjából 2900 km vastag. A mélység függvényében fokozatosan nő a fémes elegyrészek aránya. Ezen belül felső-, átmeneti- és alsó zónát különítenek el. 3. Külső mag Maghéjnak is hívják, mely 1800 km vastag. Anyaga

folyékony fémekből (pl. vasból, nikkelből) áll 4. Belső mag E határfelület pontos mélysége bizonytalan, nagyjából 4700 és 5100 km között húzták meg, szilárd vasból és nikkelből áll. 105 A litoszféra felépítése  A földkéreg és a földköpeny felső részének együttesen mintegy 70-100 km vastag rétegét litoszférának vagy a Föld kőzetköpenyének nevezzük, amelyhez a földmag irányában az asztenoszféra csatlakozik.  A litoszféra közvetlen megfigyelésére jelenleg csupán a földkéreg külső, vékony, mintegy 16 km-es rétegében van lehetőségünk (mélyfúrásokkal 20 km).  A földkéreg a földköpeny irányában fokozatosan melegszik, a geotermikus hőmérséklet gradiens mintegy 30 K/km.  A földkéreg kémiai összetételére jellemző, hogy benne a litofil elemek koncentrációja nagy, tömegének több, mint 99 %-át kilenc elem (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti) alkotja. 106 A földkéreg fő alkotóelemei

107 A litoszféra felépítése  A természeti környezet kémiai és biológiai folyamatai számára a földfelülettől a mállásfolyamatok által még nem érintett kőzetréteg felső határáig terjedő rész a pedoszféra (talajzóna) alapvető fontosságú.  Ez a litoszféra, a hidroszféra és az atmoszféra érintkezési felületénél gyakran laza illeszkedésű, heterogén rendszert alkotó régió intenzív anyag- és energiacsere színhelye.  A talaj és a talajt képező rétegek egyidejűleg a mikroorganizmusok, a növények és állatok életteréül is szolgálnak.  A benne lejátszódó természetes folyamatok és az antropogén hatások miatt a pedoszféra állandó átalakulásnak van kitéve. 108 A litoszféra felépítése  A földkéreg kőzetei lényegében véve szilikátokból és alumínium-szilikátokból állnak.  A szilicíum-oxigén kötés nagyon stabilis, felszakítására kevés reakciópartner (hidrogén-fluorid

vagy erős bázis) képes, rendszerint drasztikus reakciókörülmények között. A Si-O-Si kötésszög a szilikátokban 130-170° között változik.  Az Si atomok lépcsőzetes helyettesítése a közel azonos méretű alumínium-atomokkal alumínium-szilikátokat hoz létre. Ezen vegyületek számos szilikát szerkezetét alapvetően meghatározzák.  A csere az anionos váz negatív töltését megnöveli, s ily módon az elektroneutralitást egy-, két- vagy három-értékű kationok beépülése állítja helyre.  Ez magyarázza a természetes szilikátok sokféleségét. 109 Sziget Csoport Lánc Szalag 3D térháló A szilikátok típusai 110 Kőzetek és ásványok  Az ásványok meghatározott kémiai összetétellel és anyagspecifikus tulajdonságokkal rendelkező szervetlen szilárd testek.  A kőzet ásványok keveréke.  A mintegy 2500 ismert ásványból a kőzetképződés szempontjából kereken 150 jelentős, és ezek közül

is csupán 40 szerepel a kőzetek fő alkotói között.  A földkéregben a leggyakoribb ásványok a a földpátok, a piroxének, az amfibolok és az olivinek, ezek a földkéreg tömegének 75 %-át teszik ki. 111 Kőzetek és ásványok  A földkéreg külső rétegében: ◦ magmatikus (a kőzetcsoport 95 %-a), ◦ üledékes (1%) ◦ és ún. metamorf kőzetek (4 %) találhatók  1. A magmatikus kőzetek megszilárdult magmából állnak Ezeket két csoportba soroljuk: ◦ Plutonikus (mélységi): a magma lassú lehűlése során, a földkéreg belsejében, nagy nyomás alatt jönne létre, így nagyobb kristályokból állnak. ◦ Vulkanikus (eruptív): a vulkánkitörések révén a felszínre jutott olvadt magma gyors lehűlése során képződnek, apró kristályszemcsékből állnak, gyakran üvegszerűen dermednek meg. 112 Kőzetek és ásványok  A magmatikus kőzetek SiO2-tartalmúk alapján az alábbiak szerint oszthatók fel: ◦ Savas (>66

%) ◦ Intermedier (52-66 %) ◦ Bázikus (45-52 %) ◦ Ultra bázikus (<45 %)  Közülük leggyakoribbak: ◦ a bazalt (bázikus, vulkanikus=eruptív) ◦ és a gránit (savas, plutonikus=mélységi). 113 Kőzetek és ásványok 2. A üledékes kőzetek az atmoszféra ill a hidroszféra komponenseinek a földkéreg felületéhez közeli régióira való hatása és az ezt követő szedimentációs folyamatok (tömörödés) eredményeképpen jönnek létre.  Ennek következtében a Föld felületén halmozódnak fel és a szárazföld nagy részét befedik.  Az üledékrészecskéket gyakran ásványok (gipsz, anhidrit, kalcit, stb.) ragasztják össze.  Az üledékes kőzetek főbb ásványi komponensei a következők: kvarc (SiO2), agyagok (rétegszilikátok), kalcit (CaCO3), dolomit (CaCO3 x MgCO3), hematit (Fe2O3), halit (NaCl), gipsz (CaSO4 x 2 H2O).  A legfontosabb üledékes kőzetek a pala (80 %), a homokkő és a mészkő. 114 Kőzetek és

ásványok 3. A metamorf kőzetek magmatikus és üledékes kőzetekből nagy nyomás és magas hőmérséklet hosszú ideig tartó hatására keletkeznek.  Eközben fizikai és kémiai folyamatok játszódnak le (dehidratálás, formaképződés, fázisátalakulás), melyek során hőmérséklet-stabilis és specifikus sűrűségű ásványok jönnek létre.  Fontos metamorf ásványok: ◦ muszkovit: KAl2(AlSi3O10)(OH)2, ◦ a biotit: K (MgFe)3(AlSi3O10)(OH)2 ◦ gránátok: A3B2(SiO4)3, ahol: A=Ca, Mg, Fe, Mn, B=Fe, Cr Fontos metamorf kőzetek: gneisz, márvány, kvarcit. 115 Az egyes kőzettípusok egymásba való alakulásának lehetséges útjai Aprózódás Üledékesedés Kitörés 116 MÁLLÁS  A kőzetek atmoszférával, hidroszférával és bioszférával való kölcsönhatás útján történő átalakulását mállásnak nevezzük.  A mállás fizikai, kémiai vagy biológiai folyamat lehet.  A folyamat szilárd anyag

felaprózódásához és azt követő szétoszlásához vezet, s ezzel a természetes talajkialakulás jelentős tényezője. 117 FIZIKAI MÁLLÁS  A kőzetek fizikai mállását a gyors és jelentős hőmérséklet-változás idézi elő, amely a benne lévő, különböző hőtágulási együtthatójú ásványokra eltérő mértékben hat, továbbá az a nyomásnövekedés, amelyet a jég kristályosodása okoz.  Ennek során a kőzetek átlagos keménységét messze meghaladó nyomás keletkezhet.  A fizikai mállást a szél, a gleccserek és az erózió is előidézheti. 118 BIOLÓGIAI MÁLLÁS  A biológiai mállás a biológiai rendszerek (növény, állat) bomlástermékeinek, valamint váladékainak hatására és ezáltal a biokémiai mikrokörnyezet állapotának megváltozására vezethető vissza. 119 KÉMIAI MÁLLÁS  A kémiai mállás egész sor viszonylag egyszerű kémiai folyamatot (hidrolízis, karbonizáció, redukció,

oxidáció, kioldódás, kristályosodás) foglal magában, amelyek azonban csaknem mindig komplex mechanizmus formájában fejtik ki hatásukat.  Eközben a víz és a levegő reaktív komponensei (O2, CO2, H2O) reakciópartnerként állandó szereplői a folyamatnak.  E két fázis összetételét regionális hatások jelentősen befolyásolják (esővíz pH-jának csökkenése, esővíz CO2-tartalom növekedése, oldott oxigén mennyisége).  A kémiai mállás során lejátszódó folyamatok áttekintése: 1. Kioldódás és kristályosodás 2. Karbonizáció 3. Hidrolízis 4. Oxidáció és redukció 120 A TALAJ KÉMIÁJA  A talaj négy alapalkotórészből áll, egymással dinamikus egyensúlyban vannak: ◦ ◦ ◦ ◦  amelyek Szervetlen komponensek Szerves komponensek Talajvíz Talajatmoszféra Lsd. Később Talajvédelem c tantárgy anyaga 121 Litoszféra: a talaj állapota napjainkban  Területünk 83%-a művelésre alkalmas,

mezőgazdasági hasznosítás alatt áll. 70%-a  A talajminőség általában jó, mérsékelt károsodás.  Savasodás több helyen, mérsékelten jelentkezik.  A műtrágyázás radikálisan csökkent, most még növelhető a jobb terméshozamok érdekében.  Az öntözésben rosszul állunk, különösen a jó adottságokhoz képest. 122 2. AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE, ÖSSZETÉTELE,TULAJDONSÁGAI 123 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai Az atmoszféra szerkezete:  A Föld atmoszférája különböző anyagokból álló komplex rendszer, mely mintegy 50 kémiai vegyületet tartalmaz. Ezeket több száz reakcióegyensúly kapcsolja össze.  Az atmoszféra kémiai viselkedésére az jellemző, hogy: ◦ A részecskekoncentráció itt lényegesen kisebb, mint a kondenzált szférákban, s a koncentráció a földfelülettől való távolsággal erősen csökken. ◦ Az állandó energiaközlés miatt (a Nap sugárzó energiája)

a gerjesztett állapotok számos reakciója lehetséges. ◦ A nagy oxigén-koncentráció miatt az atmoszférában oxidáló reakciókörülmények uralkodnak. 124 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  Vertikális (függőleges) irányban az atmoszférát célszerűen különböző tartományokra osztjuk, amelyek hőmérsékleti értékben és a részecskekoncentrációban különböznek egymástól. Ezek a következők: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Troposzféra Sztratoszféra Mezoszféra Termoszféra Exoszféra 125 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  Az egyes szférákat átmeneti rétegek választják el egymástól, melyeket pauza elnevezéssel illetnek. ◦ ◦ ◦ ◦  Tropopauza (8-18 km magasságban) Sztratopauza (50-55 km magasságban) Mezopauza (8-85 km magasságban) Termopauza (500 km magasságban) Ezekben a rétegekben a hőmérséklet-gradiens előjelet vált (először csökken, majd nő). 126 Az atmoszféra

szerkezete, összetétele, tulajdonságai  Troposzféra (felette tropopauza): ◦ Kiterjedése a sarkvidéken mintegy 8 km, az egyenlítő felett pedig 18 km. ◦ Ez az atmoszféra 80 %-át teszi ki. ◦ Ez a régió az anyagcsere közvetítője az atmoszféra és a hidroszféra, ill. a litoszféra között. ◦ A hőmérséklet felfelé csökken (6,5 K/km). ◦ Melegét a földfelszíntől kapja. ◦ Főleg vízszintes légmozgás révén keveredik és ezzel összetétele homogenizálódik.  Sztratoszféra (felette sztratopauza): ◦ A hőmérséklet felfelé nő:  0 oC-ig. ◦ Kb. 50 km-ig terjed  Mezoszféra (felette mezopauza): ◦ A hőmérséklet felfelé ismét csökken  -80 oC-ig (50 – 85 km).  Termoszféra (felette termopauza): ◦ A hőmérséklet felfelé nő, ez egyúttal az ionoszféra. 127 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  A sztratoszférát és a mezoszférát atmoszférának nevezzük. együttesen középső

 Mintegy 50 km magasságtól kezdődően az atmoszférában az ionos részecskefajták koncentrációja erősen megnövekszik (ionoszféra).  A termopauza felett jelentős hőmérséklet-növekedés következik be, amelynek nagysága az 1700 °C-ot is elérheti.  Az atmoszféra felső határát pontosan nem tudjuk definiálni, de kb. 1000 km-es kiterjedéssel számolunk  Az atmoszféra hőmérséklet-eloszlását az egyes részecskék és a napenergia közötti kölcsönhatás szabja meg. 128 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  A Nap sugárzó energiájából az atmoszféra külső határára jutó részéből csupán 45% jut a földfelületre.  A sugárzó energia túlnyomó része 400-800 nm közé esik, mivel a rövidebb hullámhosszú tartomány a sztratoszférában lejátszódó abszorpció során, míg a nagyobb hullámhosszú a troposzféra gázaival (CO2, H2O) való kölcsönhatás során végső soron hőenergiává alakul.

 A földfelület a felvett energiát hősugárzás, illetve vízelpárologtatás révén részben visszaadja a troposzférának.  Ez a folyamat a földfelülettől a tropopauzáig mintegy 6,5 K/km hőmérséklet-csökkenést idéz elő. 129 Az atmoszféra összetétele és tulajdonságai Az atmoszférában a fő alkotók (nitrogén (78 %), oxigén (21 %), argon, szén-dioxid) mellett számos nyomelem is található, melyek összes mennyisége mintegy 0,02 térfogat %. A fő légköralkotók tulajdonságai: N2: inert, fontos „hígító” gáz – problémamentes. O2: életfontosságú gáz, egyúttal ózon (O3) forrás. Ar: nincs sem környezeti, sem élettani funkciója. CO2: kardinális környezetkémiai vegyület, a növényi szénhidrát-szintézis forrása az állati/emberi életműködés terméke a szénkörforgalom fontos résztvevője az üvegházhatás, a globális felmelegedés okozója (+ CH4, freonok, N2O) technikai CO2 emisszió növekedése kritikus

H2O: körforgásáról, fizikai és kémiai szerepe lásd hidroszféra. 130 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  A száraz levegő közepes molekulatömege: ◦ 28,97 g/mol, ◦ a 20 °C-on vízgőzzel telített levegő 17,3 g/m3 vizet tartalmaz.  Az atmoszféra összetételének időbeni és térben történő változása: ◦ természeti folyamatok (vulkáni tevékenység, természeti katasztrófák) ◦ és antropogén emissziók (energia-ellátás, ipari tevékenység) következménye (pl.: az atmoszféra CO2tartalma 0,029 térfogat %-ról 0,035 térfogat %-ra nőtt) 131 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  A kémiai anyagok adott atmoszféra-tartományból történő eltávozását az alábbi folyamatok befolyásolják: ◦ Kémiai és fotokémiai, ◦ Transzport- és megoszlási folyamatok. ◦ Ülepedés. Az ülepedés három mechanizmus szerint történik: ◦ 10 m-nél nagyobb átmérőjű részecskék

kiülepedése ◦ Száraz lerakódás ◦ Nedves ülepedés, illetve csapadékkal való távozás 132 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  Az atmoszféra fontos komponenseit képezik a nem gázállapotú anyagok (lebegő szilárd vagy cseppfolyós részecskék, por).  Ezek átmérője 10-6-10-1 mm közötti. Ezek forrása szintén vagy természeti folyamat vagy emberi tevékenység.  Az atmoszféra 0,02-10 m átmérőjű részecskéi az atmoszféra zavarosságát idézik elő, ami jelentősen hozzájárul az időjárás alakulásához. 133 Az atmoszféra szerkezete, összetétele, tulajdonságai  Az oxigén, a nitrogén, az ózon és a víz koncentrációja az atmoszférában érdekes módon változik a magassággal. A víz fő tömege 14 km magasságig helyezkedik el.  Az ózonra fotokémiai képződési és bomlási reakciók jellemzőek, amelyek függőleges irányban tipikus koncentrációeloszláshoz vezetnek.  Az ózon

fő képződési tartománya a sztratoszféra trópusi területek feletti felső régiója ( 35 km). Az egyenlítő fölött az ózonkoncentráció maximuma mintegy 25 km magasságban található.  Ettől távolodva a réteg 15-20 km vastagságban helyezkedik el, ugyanis a turbulens légáramlások az ózont a sarkvidékek felé szállítják és ott koncentrációját megnövelik. 134 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok 1. Fotokémiai reakciók:  Ezekben az átalakuláshoz szükséges energiát a látható vagy az ultraibolya tartományba eső sugárzó energia formájában közöljük a rendszerrel.  A fotokémiai reakciókat csak az illető részecske által abszorbeált foton váltja ki. A fotonok abszorpciója miatt az illető atom vagy molekula gerjesztett állapotba kerül.  Ez a folyamat elektronátmenettel jár. Majd a gerjesztett állapot megszűnésével a részecske olyan állapotba jut vissza, mely az alapállapottól

különbözik.  Azaz a kezdeti és végállapot egymástól eltér. A két energiaállapot közötti energiakülönbség fluoreszcencia foszforeszcencia, rekombináció és egyéb folyamatokban hasznosul. 135 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok 2.Termikus reakciók: Ezek heterogén vagy homogén fázisban játszódnak le. Itt a gerjesztés termikus úton történik. 3. Az oxigén- és az oxigénvegyületek reakciói: Az oxigénmolekula elektronállapotának gerjesztésére számos lehetőség kínálkozik. A reakciók közül az ózonképződés a legfontosabb, ugyanis az ózon az oxigén allotróp módosulata. Az ózon az oxigén atom és az oxigénmolekula reakciójában keletkezik: O + O2 = O 3 136 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok  Az ózon a troposzférában gyökös folyamatokban keletkezhet és el is bomolhat. Az ózon bomlása során oxigénmolekula képződik: O + O3 = 2 O2  Ezt a folyamatot különböző katalizátorok

(NO, hidrogén-gyök, hidroxid-gyök, atomos klór) gyorsítják.  Igazolt tény, hogy a sztratoszféra ózonkoncentrációját mind a Földön kívüli (napkitörés, részecskeáramok, stb.), mind az antropogén hatások jelentősen befolyásolják.  Ózonlyuk probléma: NOx és a freonok katalizálják az ózon bomlását, ezért a déli sark fölött (?) az ózon ritkul, majd regenerálódik. 137 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok 4. A vízmolekula reakciói: A vízmolekulák csak az energiában gazdag fotonokat nyelik el. A leggyakoribb folyamatok a következők: H2O  H + OH. H + OH.  H2 + O OH. + OH = H2 + O2 138 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok 5. A nitrogénvegyületek reakciói:  A molekuláris nitrogén az atmoszféra fő komponense, mégis fotokémiai reakcióit összevetve az oxigénmolekuláéval annál kisebb fontosságúak. Ez a nitrogénmolekula nagy disszociációs energiájára vezethető vissza. 

Ezek a folyamtok csak az ózonréteg felett játszódhatnak le.  A nitrogén atmoszférikus kémiája szempontjából az oxidjai játsszák a legfontosabb szerepet. 139 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok  NOx: toxikus, veszélyes a NO, az NO2.  Egyéb vegyületei: N2O, N2O3, N2O5, NH3, NH4+, NO3-.  Természetes források: élő és holt szervezetek, villámlás.  Mesterséges források: erőmű, gépkocsi, repülőgépek, vegyipar.  NO: irreverzibilis hatása van, a vér hemoglobinjára kötődik.  NO2: savassága révén tüdőkárosító.  NOx-k emissziója: korszerű módszerekkel eredményesen csökkenthető (gk. katalizátor, ad- és abszorpciós eljárások, stb.) 140 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok  A nitrogén-monoxid jelentős mennyiségben keletkezik, ha elektromos kisülés közben a molekuláris nitrogén és a molekuláris oxigén reagálnak: N2 + O2 = 2 NO  A nitrogén-monoxid

reakciója az oxigénnel lassú folyamat: 2 NO + O2 = 2 NO2  A nitrogén-dioxid a fotokémiai reakciók szempontjából rendkívül instabil, gyorsan bomlik.  Ezek a nitrogén-oxidok az ózon bomlását katalizálják, és egyéb reakcióikat is figyelembevéve nagy szerepük van az ún. fotokémiai szmog kialakulásában. 141 Az atmoszférában lejátszódó kémiai folyamatok 6. A szénvegyületek reakciói:  Az atmoszférában előforduló leggyakoribb szénvegyületek a következők: szén-dioxid, metán, szén-monoxid.  Jelentős a fenti anyagok antropogén emissziója is.  Megtalálhatók még egyéb szénvegyületek is, melyek a következők: szénhidrogének, klórozott szén-hidrogének, stb. ezek nagyon sokféle és bonyolult reakciókban vehetnek részt, melyek során különféle gyökök és más vegyületek keletkeznek. 142 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában 143 Antropogén eredetű szennyező anyagok az

atmoszférában  Az atmoszféra nagy öntisztulási képességgel rendelkezik, képes a természetes eredetű szennyező anyagok lebontására és az egyensúly fenntartására.  Az emberi tevékenység miatt azonban az atmoszférába irányuló anyagáram jelentősen megnövekszik. Ilyen körülmények között az öntisztulási kapacitás túllépésével maradandó változások jönnek létre.  Emisszión a szennyező anyagok kilépését értjük pontszerű vagy nagy felületű forrásból az atmoszférába. Az anyagkibocsátás természeti és antropogén forrásból egyaránt lejátszódhat. 144 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában  Immissziónak azt a folyamatot nevezzük, mely során a szennyező anyag egy ökológiai rendszerbe belép és ennek következtében a rendszer biotikus és abiotikus tényezőire hatást gyakorol.  Az atmoszférába jutó szennyező anyagokat a szemcseméret szerint két nagy csoportba soroljuk: ◦

Kolloidális méretű anyagok (porok, aeroszolok). ◦ Molekuláris méretű anyagok (gázok, gőzök). 145 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában 1. Porok és aeroszolok:  A por finom eloszlású szilárd anyag, melyet a légmozgások diszpergálnak és szállítanak. Jellemzésére kémiai és ásványi összetétele, továbbá szemcsemérete szolgál. Az antropogén por-emisszió számos ipari folyamat kísérőjelensége.  Az aeroszolok a levegőben lebegő, finom eloszlású, kolloidális dimenziójú részecskék, melyek primer módon nem ülepednek, azonban felhő- és csapadékképződést idéznek elő.  Az ipari forrásokból származó globális por és aeroszol-emissziót mintegy 200 Mt-re becsülik.  Az aeroszolok és a porok kémiai összetétele erősen függ a közepes részecskemérettől. Bennük a fő oxidkomponensek a következők: SiO2, Al2O3, CaO. 146 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában  A

porok és az aeroszolok tartalmazhatnak fém nyomelemeket, melyek koncentrációját a fém illékonysága szabja meg.  A porokban és az aeroszolokban lévő vegyületek kémiai és mechanikus hatásuk révén károsítják az organizmusokat, de az abiotikus környezet adott részeit is.  A talajfelszínre való lerakódás a talaj pH-jának megváltozását eredményezi, s így a növények felületén toxikus vegyületek (nehézfémek, kondenzált aromás vegyületek) halmozódnak fel.  Az emberre gyakorolt hatás is sokrétű: a bőr, a szem és a légzőszervek irritálása, allergia, szöveti elváltozások a tüdőben, stb. 147 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában Legfontosabb, „legolcsóbb” a megelőzés: ◦ A technológia megváltoztatásával pl. porszén helyett granulátum égetése. ◦ „Tiszta” nyersanyagok alkalmazásával pl. N, S szegény szenek, kőolajok égetése. ◦ Tisztító (szűrő) berendezésekkel pl.

portalanítók, szűrők, ülepítők, ciklonok, nedves, elektrosztatikus leválasztók). ◦ Elégetéssel, katalitikus utóégetéssel pl. gépkocsikban ◦ Magas kémények alkalmazásával (nem az igazi !!!) ◦ Egyéni (munkahelyi) védőfelszerelések (légkondicionálás, álarcok, maszkok). 148 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában 2. Gáz-halmazállapotú szennyező anyagok:  Ide tartoznak a gázok és a gőzök. A környezetre gyakorolt hatásuk miatt azonban azokat a szilárd anyagokat és folyadékokat is figyelembe kell venni, amelyek gázzá vagy gőzzé alakulva az atmoszférába jutnak.  Az antropogén eredetű különböző típusú gázok mennyisége eltérő.  A leggyakoribb gázok a következők: szén-dioxid, kén-dioxid, nitrogén-oxidok, szén-monoxid, metán, ammónia, halogénezett szénhidrogének.  A gáz-halmazállapotú szennyező anyagok az atmoszféra állapotára és tulajdonságaira primer hatást fejtenek

ki, amelyekhez még a klimatikus változások, továbbá a növényekre, az álatokra és az emberre gyakorolt kedvezőtlen hatások is hozzájárulnak. 149 A közlekedés környezeti hatásai  Ártalmai: CO, CO2, NOx kibocsátás.  Csökkenőben: Pb,VOC (Volatile (elpárolgó) Organic Compounds)  Egyéb káros melléktermékek: akkumulátorok, gumiabroncsok, autóroncsok, fáradt olajok, stb.  Vasúti közlekedés: a forgalom nagy hányada villamosított (a régi dízelmozdonyok károsak). 150 Az ipar környezeti hatásai  Nehézipar visszaszorulóban: SO2, CO2, por, kibocsátás, jelentős hulladéktermelés (pl. vörös-iszap, kohósalak, vegyszerek)  Szennyvíz kibocsátás nagy: a felhasznált víz zártkörű cirkuláltatás lassan terjed.  Zárt – hulladék kibocsátás nélküli – technológiák lassan terjednek.  „Zöld kémia”: minden mellékterméket feldolgoz, hasznosít. 151 Antropogén eredetű szennyező

anyagok az atmoszférában Melegházhatás:  Az ember által előállított energia mintegy 80 %-a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során jön létre.  Ez a folyamat egyik hulladékként szén-dioxidot termel. Az energiaszükséglet növekedése miatt a szén-dioxid emisszió is növekszik, ami hatással van az atmoszféra CO2-koncentrációjára.  A melegházhatás a troposzféra fokozatos felmelegedését jelenti, amelyet az okoz, hogy a földfelület által kibocsátott nagy hullámhosszúságú hősugárzást a levegő növekvő szén-dioxid tartalma abszorbeálja. A modellszámítások alapján a jelenlegi szén-dioxid koncentráció megduplázódása esetén átlagosan 2-3 K hőmérséklet-emelkedés történne, míg a sarkvidékeken ez a 6-8 K-t is elérné.   Ez a tényező messzeható klímaváltozást, a klímaövek eltolódását és a globális vízháztartása drasztikus megváltozását vonhatja maga után. 152 Antropogén eredetű

szennyező anyagok az atmoszférában Savas eső és füstköd:  Az atmoszférába jutó gázok jelentős része savas kémhatású.  Átalakulásuk és a csapadékban való abszorbeálódásuk révén az esővíz pH-ja az egyensúlyi 5,65-ös értékről 4-4,2-re csökkenhet. NOx és SOx hatására: < 4,5, sőt 2,25 (Kína)!  Az esővízben lévő savas kémhatású komponensek: kénsav, salétromsav, kén-dioxid és ritkán sósav.  A savas esők hatására a talajok is elsavasodnak, a növények, az állatok és ezek révén az emberi szervezet is károsodik.  A savas eső a fémes szerkezeti anyagokat és az ásványi építőanyagokat (homokkő) korrodeálja. 153 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában  Az atmoszféra alacsonyabb régióiban található savas kémhatású anyagok döntő szereplői a füstködök kialakulásának.  A füstköd (szmog) a nagyvárosok és az ipartelepek felett, hőmérsékleti inverzió

kapcsán létrejövő füstből, porból és kémiailag aktív komponensekből álló szennyeződés. 154 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában Kétféle füstködöt különböztetünk meg: 1. Redukáló füstköd (London-típusú):  Alacsony hőmérsékleten, por és koromszemcsékkel szennyezett tengeri levegőben megfigyelhető jelenség, amely viszonylag magas kén-dioxid koncentrációt és kénsavas aeroszolok kialakulását feltételezi.  Maró hatású, a sejtmembránok nagyobb permeábilitását idézi elő és akadályozza a fotoszintézist. Forrás: hu.wikipediaorg 155 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában 2. Oxidáló füstköd (Los Angeles típusú):  Ciklikus fotokémiai folyamatok következménye, amelyet mozdulatlan levegő-rétegekben figyelhetünk meg.  A domináló reakciópartnerek: ózon, nitrogén-oxidok és szénhidrogének.  Ezek a füstköd kialakulása során megnövekedett

koncentrációban vannak jelen.  A napkelte idején keletkező ózon a nitrogén-monoxidot nitrogén-dioxiddá oxidálja. Forrás: globalproblems.nyfhu 156 Antropogén eredetű szennyező anyagok az atmoszférában Az atmoszféra gáz-halmazállapotú nyomanyagai  A levegőben a felsoroltakon kívül még számos természeti vagy antropogén eredetű, szerves vagy szervetlen komponens található nyomnyi mennyiségben.  Az ammónia pl. ipari folyamatok során, valamint a mezőgazdaságban és a természetben lejátszódó mineralizácis reakciókban keletkezik. Ez az anyag pl a troposzféra savas jellegű gázait aeroszol-képződés közben semlegesíti.  További nyomanyagok: sósav, hidrogén-fluorid, klór, fluor, kén-hidrogén, szén-monoxid, freonok.  A freonok fluor-klór-szénhidrogének, melyek élettartama az atmoszférában hosszú. Ezeket az anyagokat hűtőközegként és vivőanyagként használják  Fontos tulajdonságúk, hogy a

sztratoszféra ózonrétegének lebomlásához nagymértékben hozzájárulnak. Azaz a levegőbe kerülésüket meg kell akadályozni, illetve vissza kell szorítani.  A klóratom és a hipoklorit-gyök felelős a nagy déli szélességek felett kialakuló ózonhiányért (ózonlyuk). 157 Atmoszféra: a levegő állapota napjainkban  A (nehéz)ipari termelés visszaesése kedvezett.  A közlekedés (gépkocsiforgalom) növekedése ártott – (villanymozdonyok, katalizátoros gépkocsik jobbak) – különösen lokálisan.  Porkibocsátás is cementipar, ).  Nemzetközi mértékkel mérve közepes mértékű a légszennyezettség. csökkent (kőfejtés, őrlés, 158 3. A HIDROSZFÉRA SZERKEZETE, A VÍZ KÖRFORGÁSA 159 A víz jellemzése  A víz a Föld leggyakoribb vegyülete.  Életfontosságú - víz nélkül az emberi test 64%-a víz.  Élettevékenységeinkhez is nélkülözhetetlen (pl. hőháztartás)  Szinte minden

ipari termék előállításához is kell.  A Föld energiaháztartásában is kulcsszerepe van.  A „jó” (ivó-, tiszta-, ipari-, öntözővíz, stb.) víz mára óriási kincs lett. nincs élet (máshol sem), 160 Az hidroszféra szerkezete  A Föld felületének 71 %-át víz borítja.  A víz eloszlása az egyes előfordulási helyek között kifejezett aránytalanságokat mutat.  A vízmennyiség 97 %-a az óceánokban foglal helyet. A legjelentősebb édesvíz-előfordulásokat a sarkvidéki jég és a gleccserek képezik.  A talajvíz és a felszíni vizek viszont azok a legfontosabb források, amelyekből vízszükségletünket fedezzük.  A világ éves vízfogyasztása több mint 3000 km3. 161 Az hidroszféra szerkezete, a víz tulajdonságai A vízkészlet megoszlása: Óceánok és tengerek Sarki és hegyvidéki jég és hó Felszín alatti vizek Édesvizű tavak Sósvizű tavak Talajnedvesség Atmoszféra Folyóvizek

Összesen Víz mennyisége km3 % 1 380 000 97,61 29 000 2,08 4 000 0,29 125 0,009 104 0,008 67 0,005 14 0,0009 1,2 0,00009 1 413 311 100 A Föld vízkészlete (Láng)  A víz a többi folyadékhoz képest néhány szokatlan tulajdonsággal rendelkezik.  Fajhője, párolgás- (fajl. párolgáshő: 2,25*106 J/kg) és olvadáshője a közönséges körülmények között létező valamennyi ismertebb vegyület közül a legnagyobb.  Vezetőképessége, a higanyét leszámítva szintén a legnagyobb. 162 A víz tulajdonságai Tulajdonság Kiváló oldószer Hatás és eredmény Tápanyagok és bomlástermékek transzportja, a biológiai lét biztosítása Más folyadékoknál nagyobb dielektromos Ionos anyagok jó oldhatósága és állandó disszociációja Más folyadékoknál nagyobb felületi feszültség Anyagtranszport és szabályozás a biológiai rendszerekben Jó fényáteresztó képesség (látható és közeli Színtelen, lehetővé tesz a fotoszintézist

UV) Sűrűségmaximum +4°C-on Jégúszás és a folyadék vertikális cirkulációjának gátlása Más anyagoknál nagyobb párolgáshő Hőtranszport a víz és az atmoszféra között Más anyagoknál nagyobb fagyáshő Más anyagoknál nagyobb hőkapacitás Hőmérsékletstabilizálás a fagyáspont környékén Földrajzi régiók és organizmusok hőmérsékletének stabilizáslása A víz jellemző tulajdonságai, forrás: Dr. Papp Sándor: Környezeti kémia, HEFOP 331-P-2004-0900152/10 pályázat, elektronikus jegyzet, Veszprém, 2008 163 A vizek forrása  Atmoszférikus (csapadék) víz: tiszta (CO2)  Felszíni vizek: - édesvizek: folyók, tavak és - sósvizek: tenger (zárt tavak) 3,3-3,7% só  Felszín alatti vizek: - karsztvízek, ásványvizek - talajvíz (első vízzáróréteg fölött) [kútvíz] - rétegvíz (vízzárórétegek között) [artézi víz: magától feljön – Artois grófság] hévizek, gyógyvizek, gejzírek ◦ Talajvíz: 5-13

°C, hévíz: – 37°C, termálvíz: >37 oC. 164 A víz felhasználása  Ivóvíz: (más Európa és más Afrika vagy India) általában vezetékes, de palackozzák, vagy tartály(kocsi)kban szolgáltatják.  Háztartási: főzés, mosás, tisztálkodás, fűtés.  Ipari víz: reaktáns (pl. kénsavgyártás), oldószer, hűtő/fűtő közeg (pl. atomreaktor), mosószer (pl vágóhidak), kimosószer (pl. bányászat)  Mezőgazdasági: öntözővíz, műtrágyaoldó. 165 A víz körforgása A víz globális körforgása valójában nem más, mint a napenergia által működtetett hatalmas desztillációs folyamat, amelynek anyagforgalma évenként 423000 km3. 166 A víz körforgása Forrás: tamop412a.ttkptehu 167 Az hidroszféra szerkezete  Az óceánok (párolgás) az atmoszférán keresztül évente 37000 km3 vizet küldenek a szárazföldre, melyet az utóbbi az óceánok felé folyékony állapotban hasonló mennyiségű vízzel

kompenzál. A párolgás és a lecsapódás globális mértékben kiegyenlítik egymást.  A víz körforgásában fontos szerepe van a fotoszintézisnek is. A klorofill napenergia segítségével a vízből és széndioxidból növényi szöveteket állít elő, miközben oxigén szabadul fel. Tehát az élelmiszertermelésben a víz döntő szerepet játszik.  A természetes vizek oldott anyagainak minőségére és koncentrációjára a bennük lejátszódó kémiai reakciók alapvető hatást gyakorolnak. 168 Az hidroszféra szerkezete  Az édesvizek összetételét sav-bázis reakciók, valamint oldódási és mállási folyamatok határozzák meg.  Az édesvizekre jellemző továbbá, hogy csekély, erősen változó koncentrációjú oldott és szuszpendált anyagot tartalmaznak, közöttük biológiai eredetűeket is. Sótartalmuk széles határok között változhat.  A talajvíz általában kevés szerves anyagot tartalmaz, mivel a kőzetek és a

talaj ezeket átszűri. 169 Az hidroszféra szerkezete A természetes vizek öntisztulása  Ha a természetes vizekben lévő szennyeződések mennyisége nem túlságosan nagy, a víz – körforgása és mikroorganizmusok segítségével – emberi beavatkozás nélkül megtisztul.  A tisztulási folyamat során: Az oldott gázok és illékony szennyeződések levegővel történő keveredés során távoznak el. A szilárd lebegő részecskék kiülepednek vagy talajon való átszivárgás közben kiszűrődnek. A lokálisan feldúsuló anyagok koncentrációja hígulás útján csökken. A vízbe jutó élő vagy holt növényi és állati eredetű termékeket viszont baktériumok bontják le. A bonyolult összetételű szerves molekulák az elbomlás során egyszerű, a biológiai rendszerekre veszélytelen molekulákká és ionokká alakulnak át (mineralizáció). 170 A természetes vizek öntisztulása  Amennyiben a folyamat oxigén jelenlétében

játszódik le, aerob bomlásról beszélünk. Ennek a feltétele, hogy a vízben elegendő mennyiségű oldott oxigén legyen jelen. Ezt a hőmérséklet határozza meg, a hőmérséklet növekedésével az oldott oxigén mennyisége a vízben csökken.  Ha a bomlás oxigéntől elzártan történik anaerob bomlásról beszélünk. Ennek során szintén egyszerűbb vegyületek keletkeznek Az öntisztulás ilyen úton gázfejlődéssel jár, a víz sötét színű és iszapos lesz, s élővilága jórészt kipusztul.  Ha az élővizekbe nagy mennyiségű tápanyag kerül (pl. nitrogén és foszfor tartalmú műtrágya), bizonyos növényi és állati szervezetek gyors növekedésnek indulnak.  Ezt a folyamatot eutrofizációnak nevezzük. Ekkor az algák a vizekben elszaporodnak, ami miatt oxigénhiány lép fel, s végül a terület ki is száradhat. 171 Antropogén eredetű szennyező anyagok a hidroszférában 172 Antropogén eredetű szennyező anyagok a

hidroszférában  A víz, amely a legkülönfélébb anyagok számára jó oldószer, az antropogén szennyező anyagok szállítása és eloszlásának kialakulása szempontjából is rendkívül fontos szerepet játszik.  A víz az antropogén felhasználás során szennyvízzé válik. A kommunális és ipari szennyvizekben lévő szennyező anyagok előtárolókba, folyókba, tavakba és tengerekbe jutnak.  Itt nagyon gyakran a természetes öntisztuló képességet meghaladó terhelést idéznek elő. Ezért fizikai, kémiai és biológiai szennyvízkezelő eljárások alkalmazása szükséges, hogy a természetes vízkészletek minőségét megőrizzük. 173 Antropogén eredetű szennyező anyagok a hidroszférában A vízbe jutó szennyező anyagokat a következők szerint csoportosíthatjuk: 1. Fertőzést okozó ágensek:  Az emberiség már évezredekkel ezelőtt szenvedett olyan betegségektől, amelyeket a tisztátlan ivóvíz okozott (kolera, fertőző

májgyulladás, tífusz, stb.)  Az ilyen betegségektől szenvedő ember ürüléke a kórt tovább terjeszti. Megakadályozása fertőtlenítéssel történik (pl. klórozás) 174 A vízbe jutó szennyező anyagok 2. Oxigént fogyasztó anyagok:  A baktériumok számára a vízben csaknem valamennyi szerves anyag táplálékul szolgál, s anyagcseréjük során a szerves anyag szén-tartalma szén-dioxiddá, hidrogénjét pedig vízzé alakítja át.  Ha a vízben sok szerves anyag van, az oldott oxigén annyira lecsökkenthet, hogy a magasabb rendű élőlények életműködése lehetetlenné válik.  Az oldott oxigén azon mennyiségét, ami a vízben lévő szerves szennyeződések bakteriális oxidációjához szükséges, biokémiai oxigénigénynek (BOI) nevezzük.  A kísérleti meghatározás során 5 napig (BOI5) mérik az oxigénfogyasztást állandó hőmérsékleten, keverés mellett. 175 A vízbe jutó szennyező anyagok 3. Eutrofizációt

okozó szennyeződések: (Nitrogén és foszfor mennyisége)  Ha (műtrágyák) megnövekedik, bizonyos algafajták elszaporodnak. Ezáltal csökken az oldott oxigén szint a vizekben, s a víz élővilágának egyensúlya felborul.  Az iparilag fejlett országokban az élővizek foszfor és nitrogéntartalmának mintegy 75-80%-a emberi tevékenységből származik.  A foszfor fő forrása a városi szennyvíz, amelynek foszfortartalmából a mosószerek 70%-kal részesülnek. Ezek mennyiségét mindenképpen csökkenteni kell! 176 A vízbe jutó szennyező anyagok 4. Szerves és szervetlen vegyületek:  A szintetikus szerves anyagok termelése a negyvenes évektől kezdve hirtelen megnőtt.  Ezek a vegyületek hajtóanyagként, műanyagként, oldószerként, festékként, rovarölő-, gombaölő- és gyomírtó-szerekként kerültek forgalomba.  Jó részük bakteriálisan nem bontható le, tehát a talajban és az élővizekben felhalmozódnak. A

szennyvízből való eltávolításuk igen nehéz feladat, így a környezetbe való kijutásukat kell megakadályozni.  Az élővizekbe a legtöbb szervetlen eredetű szennyeződés a műtrágyák használata során és a bányavizekből jut.  Ezeket a szennyeződéseket részben meg lehet kötni kémiai úton, de nagy részük még így is a vizekben marad. A legfontosabb szennyezők: nehézfémek, oldott gázok, stb. 177 A vízbe jutó szennyező anyagok 5. Olajszennyeződések:  Az olajszennyeződések nagy része emberi hibából jut a vizekbe.  A vízbe ömlő olaj a felületen igen vékony réteget képez, így az oxigén és a szén-dioxid cseréjét a víz és az atmoszféra között megakadályozza.  Az olajat szilárd adszorbensekkel lehet megkötni, vagy lefölözéssel eltávolítani. Az eltávolított olajszármazékokat leggyakrabban elégetik. 6. Szuszpendált szilárd anyagok:  Az élővizekbe került szilárd részecskék a

fenékiszapba jutnak, ahol számos mikroorganizmus életműködését gátolják. Ezzel a biológiai egyensúly felborul, s a magasabb rendű állatok kipusztulnak. 178 A vízbe jutó szennyező anyagok 7. Radioaktív hulladékok:  A radioaktív anyagokból származó -, - és -sugárzás az élő szövetekre egyaránt káros, mivel ionizáló hatású.  Ez azt jelenti, hogy a szöveteket alkotó atomokról elektronokat szakítanak le, módosítva ezzel azokat a vegyületeket, amelyek a szövetek felépítése és működése szempontjából alapvető fontosságúak.  Az ilyen szennyező anyagok vizekbe jutását meg kell akadályozni. Radioaktív anyagok az uránbányák környékén is feldúsulhatnak az élővizekben. 179 A vízbe jutó szennyező anyagok 8. Felszíni vizek hőszennyezése:  A hőerőművek hűtővize a folyóba vagy a tóba visszajutva a víz hőmérsékletének emelkedésével a biológiai egyensúlyt megzavarhatja.  Ennek az

alábbi kedvezőtlen következménye lehet: ◦ Az oldott oxigén koncentrációja a hőmérséklet növelésével csökken. ◦ A biokémiai folyamatok meggyorsulnak, ami az élőlények egy részénél az anyagcserét károsan befolyásolja. ◦ A hőmérséklet olyan nagy lehet, hogy a biokémiai egyensúly gyors megváltozása közvetlen pusztulást okoz. ◦ A hűtővizet az algásodás elkerülésére klórozzák, a klórozott víz pedig a folyóba visszajutva egyébként kívánatos mikroorganizmusokat pusztíthat el.  Tehát a vizet a visszavezetés előtt le kell hűteni! 180 Hidroszféra: a felszíni vizek állapota napjainkban  A szennyeződések 96%-a kívülről érkezik, (ezen belül Duna-Tisza 90%) meglehetősen szennyezetten, de néhány tekintetben még rontunk rajta  Duna: mérsékelten szennyezett, mikrobiológiai szempontból rossz (fürdésre alig alkalmas).  Tisza: mikrobiológiailag erősen szennyezett, mikroszennyezőkre nézve pedig

közepesen.  Tiszán kétszeri nagy ipari szennyezés + árvizek. 181 3. Konzultáció KÖRNYEZETI ANALITIKA 182 A környezeti analitika célja és feladata  Az a gyors fejlődés, amely a környezeti kémiát az elmúlt évtizedekben jellemezte, az újonnan bevezetett analitikai eljárások nélkül elképzelhetetlen lett volna.  A környezeti analitika szolgálja ugyanis azokat az információkat, amely: ◦ az aktuális ökológiai helyzet kiértékeléséhez, ◦ anyagáramok követéséhez, ◦ a környezet-szennyezés okainak feltárásához, ◦ továbbá védelmi intézkedések bevezetéséhez és ellenőrzéséhez szükségesek. 183 A környezeti analitika célja és feladata  A környezetanalitika vizsgálatok elsődleges célja az lenne, hogy az ökológiai rendszerek különböző résztartományainak kvalitiatív és kvantitatív összetételét, az összetétel időbeli változását képes legyen teljességében feltárni.  Ez

azonban nem mindig szükséges és ésszerű.  A környezet összetételére, továbbá a szennyező anyagok aktuális koncentrációjára vonatozó információkat fizikai, kémiai és biológiai módszerekkel szerezhetjük meg.  A nagyteljesítményű méréstechnikák mellett gyorsmódszereknek is nagyon fontos szerep jut. a kémiai 184 A KÉMIAI ANALITIKA JELENTŐSÉGE, FEJLŐDÉSÉNEK IRÁNYAI Az analízis két irányba folyik:  Minőségi (kvalitatív) analízis: feladata az anyagot képező komponensek azonosítása (tehát annak megállapítása, hogy a vizsgált vegyület milyen atomokból, atomcsoportokból, molekulákból, fázisokból áll, illetve a vizsgált keverék milyen vegyületeket tartalmaz).  Mennyiségi (kvantitatív) analízis: feladata az anyagot képező komponensek mennyiségének, koncentrációjának, arányának a meghatározása. Az analitikai kémia e két ága szorosan összetartozik és ezeket soha nem különítjük el

egymástól teljesen. 185 A KÉMIAI ANALITIKA JELENTŐSÉGE, FEJLŐDÉSÉNEK IRÁNYAI A kémiai analitika osztályozása történhet a vizsgálatok tárgyát képező anyagok csoportosítása szerint. Eszerint megkülönböztetünk:  szervetlen kémiai  és szerves kémiai analízist. A szervetlen kémiai analitikán belül beszélhetünk: ◦ fémanalitikáról, ◦ szilikátanalitikáról, stb. A szerves kémiai analitikán belül pedig ismert: ◦ szénhidrogén◦ fehérje◦ élelmiszer◦ gyógyszer◦ és biológiai anyagok analitikája. 186 A környezeti analitika módszerei Az analitika osztályozása az alkalmazott módszerek szerint lehetséges: 1. Régebben az elemzést olyan módszerekkel végezték, amelyek kémiai reakciókon alapultak és a mennyiségi elemzéshez csupán a tömeg és a térfogat pontos mérésére volt szükség. Ezeket a módszereket klasszikus analitikai módszereknek nevezzük. Ezen belül titrimetriát (térfogat szerinti elemzést)

és gravimetriát (tömeg szerinti elemzést) különböztethetünk meg. 2. Az analitikai módszerek másik nagy csoportjába a műszeres analitikai eljárások tartoznak. Itt a jelképzés fizikai vagy fizikaikémiai kölcsönhatások révén történik. Alcsoportok: elektroanalitikai, spektrokémiai, kromatográfiás, termikus analitikai és egyéb technikák. 187 A környezeti analitika módszerei  A műszeres analitikai technikák gyorsabb és pontosabb mérést tesznek lehetővé.  Ma az analitikus a környezeti mintákból egyes elemeket ppt (1 ppt = 1 ng/l) koncentrációban is képesek kimutatni, így remélhető, hogy bármely kémiai elemet bármely környezeti mintából azonosíthatunk. 188 A mérési eredmény megadása Koncentrációegységek:  Molaritás: oldott anyag (mol) / oldat (dm3)  Molalitás: oldott anyag (mol) / oldószer (kg)  ppt (parts per thousand, 1 mg/g vagy 1 mg/cm3): cppt = [oldott anyag tömege/oldat tömege]x103 

ppm (parts per million, 1 mg/kg vagy 1 mg/dm3): cppm = [oldott anyag tömege/oldat tömege]x106  ppb (parts per billion, 1 g/kg vagy 1 g/dm3, ill. 1 mg/m3): cppb = [oldott anyag tömege/oldat tömege]x109 189 A környezeti analitika módszerei  Környezetanalitikai problémákat az alábbiak szerint oldhatunk meg: ◦ Mintavétel: Reprezentatív mintavétel a környezeti közegből (víz, talaj, levegő, hulladék stb.), oly módon, hogy a közeg összetételét lehetőleg ne befolyásoljuk. ◦ Mintaelőkészítés: A meghatározandó vegyületek koncentrációjának növelése (dúsítás) a mintában a részecskefajták minőségének megváltozása nélkül (oldószer-extrakció, kromatográfiás módszerek, ioncsere, adszorpció, stb.) ◦ Analitikai mérés: A keresett környezetkemikália meghatározása érzékeny mérőműszer segítségével. kvantitatív ◦ Utókövetkeztetés: felhasználói szintű információ nyerése a kémiai információból

190 Az elemzés folyamata 191 Az elemzés részletesebb folyamata Mintavétel, mintatárolás  Laboratóriumi minta előkészítése  Mintaoldat készítése  Zavaró anyagok eltávolítása  Kalibrálás és mérés  Eredmények számítása  Az eredmény értékelése és megbízhatóságának becslése (A levont következtetés akkor helyes, ha a vizsgált minta a mintavételi helyen lévő viszonyokat tükrözi.)  192 1. Mintavétel, a vizsgálati anyag előkészítése 193 Mintavétel, a vizsgálati anyag előkészítése  Magát az elemzést a vizsgált anyag egy részén, a mintán végezzük.  A mintakészítésnek biztosítania kell, hogy a minta jellemzői minél inkább egyezzenek a vizsgált anyag egészének jellemzőivel (a minta akkor reprezentatív, ha az egész vizsgált térrészre, anyagra jellemző), valamint, hogy a minta a méréshez megfelelő formába kerüljön.  Ha pl. a vizsgálati anyag szilárd, a

mérést pedig oldatban lehet végezni a mintakészítés mintavételből és oldatkészítésből áll.  Az elemzési eredmény hibája nemcsak a módszertől, az elemzés végrehajtásától, de a mintavétel hibájától is függ. 194 A mintavételi eljárás során a következő főbb szempontokat kell figyelembe venni:  A minta legyen jellemző a mintavételi ponton levő viszonyokra,  A mintavétel időtartamát helyesen kell megválasztani,  A mintavételi eljárás alkalmas legyen a vizsgált anyag feldúsítására,  Lehetőleg legyen szelektív,  Oldja meg a minta eltarthatóságát. 195 A minták a mintavétel módjától függően lehetnek:  Pontminták, vagy részminták (egy adott időpontban, egy hely adott pontjáról vett minták),  Átlagminták: ◦ Időbeli átlagminta (egy hely adott pontjáról különböző időpontokban vett minták elegye, vagy hosszabb időn át folyamatosan vett minta), ◦ Térbeli átlagminta

(a vizsgálandó tér, különböző pontjairól vett minták elegye), anyag 196 A vizsgálatok szempontjából a minta lehet:  Laboratóriumi nyersminta (még nem alkalmas a laboratóriumi vizsgálatra),  Elemzési minta (kémiai és/vagy biológiai, bakteriológiai vizsgálatra alkalmasan előkészített minta) 197 A mintavétel  A kellően megválasztott mintavételi helyen az elemzés céljainak megfelelően veszünk mintát:  A.) Egyszeri mintavétel: esetén a kijelölt helyen egyetlen ponton, egy alkalommal veszünk mintát és ennek vizsgálati eredményét értékeljük. Ez csak akkor használható, ha időben és térben állandó, vagy közel állandó a vizsgálandó anyag (mélyen fekvő talajvíz, mélyfúrású kút vize, talajok), esetleg rendkívüli szennyezés történt. 198 A mintavétel  B.) Sorozatminta: vételével legtöbb esetben kielégíthetjük a követelményeket. A mintavétel térben és időben egyszeri

mintavételekből tevődik össze, pontminta vagy átlagminta vételével.  C.) Periódikus mintavétel: erre meghatározott időközönként kerül sor sorozatminta formájában. Ilyenkor a vizsgált közeg időbeli változására, vagy a vizsgált komponensek és pl. a vízhozam, vagy a szélirány, a hőmérséklet közötti összefüggésre vagyunk kíváncsiak. 199 A mintavétel  D.) Automatikus mintavételre: a csapadék, a levegő, a víz esetében van lehetőség, illetve gyakorlat. A mintavevők pontminták gyűjtésére alkalmasak. és/vagy átlagminták Az automatikus mintavevőknél a mintavétel gyakorisága, a minták mennyisége tág határok között szabályozható. Rövid idejű 1-30 perces és hosszúidejű 24-48 órás mintavételek a gyakoriak. 200 Mintavételi eljárások  Homogén, tiszta anyag: Ilyen anyag vizsgálata esetén – ha az anyagnak nem szennyezettségére, hanem kémiai összetételére vagyunk kíváncsiak – előzetes

tisztítást (kristályosítás, desztilláció, szárítás) végzünk.  Összetett anyagok: Ebben az esetben átlagmintát kell venni. A minta átlagösszetételének meg kell egyeznie a vizsgálandó anyag összetételével.  Szilárd anyag: A szilárd anyagok mintavételezése a legnehezebb feladat, ennek oka az, hogy esetükben nagymértékű inhomogenitással kell számolni. 201 Szilárd anyag mintavételezése  Aprítással, szitálással, keveréssel segítjük elő az egyenletes összetétel kialakulását.  A mintát kör alakban egyenletesen kiterítjük, megnegyedeljük, a két szemben lévő negyedet eldobjuk, a másik kettőt egyesítjük. Újból aprítjuk, majd újra átlózzuk  A mennyiséget addig csökkentjük, míg laboratóriumi dörzsmozsárba vihető nem lesz. Ekkor nagyon finomra porítjuk, majd megfelelő edényben és megfelelő körülmények között tároljuk. 202 Mintavételi eljárások  Fémek esetén: Ügyelni kell

arra, hogy a fémtömben lehűlés következtében a szennyező anyagok differenciálódnak. Furással, forgácsolással a tömb több helyéről veszünk mintát.  Folyadékok mintavétele: A céltól függően vagy nyugvó oldatból, vagy intenzív keverés után veszünk mintát. Megkülönböztetünk pont- és átlagmintavételt. 203 Folyadékok mintavétele a., A pontmintavétel: A vett folyadékminta a vizsgálandó folyadéknak azon kis térfogatelemét reprezentálja ahonnan a mintavétel történt. Pontmintavételre alkalmas ha egy folyadékba egy üvegcsövet úgy merítünk a folyadék felszíne alá, a kívánt pontmintavételi mélységig, hogy a cső felső nyílását dugóval, csappal vagy az ujjunkkal lezárjuk, s a kívánt mélység elérésekor e zárást megszüntetjük. Mikor a cső megtelt bezárjuk. A mintát a mintatartó edénybe töltjük. Olyan pontmintákból, amelyek összekeverése az átlagmintában minőségi változást eredményez,

átlagmintát készíteni nem szabad! 204 Folyadékok mintavétele b., Az átlagmintavétel: A reprezentatív mintavétel a vizsgálandó folyadék lehető legnagyobb térfogatára terjesztjük ki úgy, hogy a vizsgálathoz vett átlagminta optimálisan reprezentálja azon nagy térfogatot, melyből a mintát vettük. Átlagmintavételkor a korábban említett üvegcsövet úgy merítjük a folyadék alá, hogy mindkét vége nyitott. Ekkor a fokozatosan mélyebbre hatoló csőbe arról a helyről áramlik be a folyadék, ahol éppen a cső alsó vége van. Így a felszín egy-egy pontjáról mélységi átlagmintát vehetünk. Ma már ismeretek folyamatos mintavevők, melyek pont- vagy átlagminta gyűjtésére alkalmasak (levegő esetén is). Ezeknél a készülékeknél a mintavétel gyakorisága, a minták mennyisége tág határok között szabályozható. Rövid idejű (1-30 perc) vagy hosszú idejű (24-48 óra) mintavételek a gyakoriak. 205 Folyadékok mintavétele

206 Mintavételi eljárások  Gázok mintavétele: (pl. levegő, stb) Gázmintavételnél fontos, hogy a mintavevő edény megfelelő zárófolyadékot tartalmazzon. Az itt használatos berendezések: a különféle szondák, pormintavevők, áramlásmérők. Mintavételnél a nyomást, hőmérsékletet és a térfogatot is fel kell jegyezni. 207 Mintatárolás, tartósítás Ideális esetben a mintavétellel egyidőben kellene az anyagok vizsgálatát végezni. A mintavétel és az elemzés közötti időben ugyanis fizikai, kémiai, esetleg biológiai ill. bakterológiai változások következhetnek be a mintán. Igen fontos feladat a vett minták megfelelő tárolása (pl. hűtve 4 fokon) és a tárolóedények helyes megválasztása. Bizonyos esetekben a tárolás mellett a mintát tartósítani kell (sav, lúg, szerves oldószer hozzáadásával), hogy az anyag jellemző tulajdonságait megőrizzük. Esetlegesen kivonatkészítés szükséges (pl. vizes vagy KCl-os

talajkivonat) Csak olyan anyagú edényekben szabad tárolni a mintát, melyben eredeti tulajdonságait megőrzi, azaz az edény anyagával a minta nem lép kölcsönhatásba. 208 A minta tartósítása történhet: Megfelelően záró mintatároló edény alkalmazásával,  Az adott komponens fixálásával, megkötésével,  Megfelelő, az analízist nem zavaró kémiai anyagokkal (sav, lúg, oldószer),  A minta hűtésével (többnyire +4ºC hőmérsékleten),  Kivonat készítésével.  Mivel a tartósítási eljárások sem védik meg tökéletesen a mintákat, ezért a tartósított mintákat a lehető legrövidebb időn belül fel kell dolgozni! 209 A minta laboratóriumi feldolgozása  A szilárd anyagot rendszerint kiterítve, levegőn szárítjuk, majd a légszáraz anyagot porítjuk és üvegdugós üvegben tároljuk.  A minta nedvességtartalmának meghatározása rendszerint szárítószekrényben történő szárítással (105 vagy

110°C) és súlyváltozás mérésével történik. Szilárd mintáknál aprítás, őrlés, szitálás, homogenizálás, illetve esetlegesen más műveletek (ülepítés, felúsztatás, centrifugálás) is szükséges lehet.  A vizsgálathoz bemérendő minta mennyisége, ha a főalkotót kívánjuk meghatározni 200-500 mg, ha szennyező alkotót 1-10 g is lehet.  Az anyag bemérése analitikai mérlegen történik (4 tizedes pontosság). (A mérés hibája: 0,2 mg). 210 A minta laboratóriumi feldolgozása  Más módon a nagyobb mennyiségű, pontosan lemért mintát feloldjuk és pontosan ismert térfogatú törzsoldatból mérünk ki pipettával ismert térfogatú részleteket elemzés céljára. A minta oldása:  A módszerek legnagyobb része az egyes alkotóknak oldatban történő meghatározására alkalmas. Oldás után gyakran szükséges szűrés, melyet megfelelő pórusméretű (pl. 0,45 m) szűrőközegen át végzünk Ennek célja a nem

oldott részek visszatartása.  A bemért vizsgálandó anyagot mindig maradék nélkül kell oldatba vinni ahhoz, hogy mennyiségi eredményt kapjunk.  A vizsgált szilárd anyag feloldása történhet: vízben, híg sav vagy lúg oldatban.  Szerves anyagok feloldása esetleg alkoholban, benzolban, petroléterben. 211 A minta laboratóriumi feldolgozása Feltárószerek:   Szervetlen alkotók meghatározása esetén gyakran erőteljesebb beavatkozás szükséges (oldás sósavban, salétromsavban, királyvízben, kénsavban vagy perklórsavban). Savban, melegítés közben sem oldódó anyagokat feltáróanyaggal keverve hevítéssel megömlesztjük, feltárjuk. A feltárás célja vízben oldható vegyületek előállítása. Fajtái: roncsolás, ömlesztés.  Lúgos feltárószerek: nátrium-hidroxid (NaOH), kálium-hidroxid (KOH), nátrium-karbonát (Na2CO3), kálium-karbonát (K2CO3).  Savas feltárószerek: kálium-hidrogén-szulfát (KHSO4),

kálium-piroszulfát (K2S2O7).  Oxidáló feltárószerek: Na2O, KClO3, KNO3.  Redukáló feltárószerek: szén, kálium-cianid (KCN). 212 2. Analitikai mérés Az analitikai mérés két fő részből áll:  jelképzésből  és jelértelmezésből. A jelképzés során a minta valamilyen fizikai és/vagy kémiai folyamatban, kölcsönhatásban vesz részt, és ennek eredménye a jel. A jelből a kémiai (összetételi) információt a jelértelmezés állítja elő.  Módszerek: ◦ Klasszikus analitikai módszerek ◦ Műszeres analitikai módszerek 213 Az analitikai módszer megválasztásakor figyelembe kell venni: ◦ a rendelkezésre álló minta mennyiségét ◦ a meghatározandó komponens mennyiségét és arányát az anyagban ◦ a kísérő anyagok természetét és mennyiségét ◦ az analízis célját ◦ a megkövetelt pontosságot ◦ a munkához rendelkezésre álló időt ◦ a rendelkezésre álló eszközöket (műszer, reagens,

stb.) 214 Az elemzés eredményének megbízhatósága  A mérési eredmény a megismerni kívánt mennyiséget (pl. a keresett koncentrációt) csak többé-kevésbé közelítheti jól.  Ezért van szükség az analitikai mérések megbízhatóságának leírására, a mérési eredményt befolyásoló tényezők, folyamatok áttekintésére.  Az analitikai mérési eredményt a valódi érték és a hiba összegének tekintjük, az utóbbit pedig két taggal, a rendszeres és a véletlenszerű hibával írjuk le. Mérési eredmény = valódi érték + hiba = = valódi érték + rendszeres hiba + véletlenszerű hiba 215 1. Rendszeres hibák  A rendszeres (szisztematikus) hibák létrejöttét mint determinisztikus folyamatot tekintjük, vagyis feltételezzük, hogy az ilyen hibát bizonyos tényezők egyértelműen meghatározzák. A hiba nagyságát függvényekkel írjuk le.  A rendszeres hiba fajtái: ◦ a. Additív hiba: az eredmény a valódi

értéknél egy állandó eltéréssel mindig nagyobb vagy kisebb; ◦ b. A valódi értéktől függő hiba: a hiba lehet a valódi értékkel egyenesen arányos vagy függhet tőle nemlineárisan; ◦ c. Más tényezőktől függő hiba: pl a mérendő komponens mellett jelenlévő anyagtól, hőmérséklettől, az előzőleg mért értéktől stb. 216 Mért érték-valódi érték ábrázolása rendszeres hibák esetén A 45° -os egyenes a hibamentes értéknek felel meg 217 Rendszeres hibák  Az additív és a valódi értéktől függő rendszeres hibákat általában könnyű kiküszöbölni (pl. újrakalibrálással) Az egyéb tényezőtől függő hatás felismerése nehezebb.  Külön figyelmet érdemelnek a kísérő komponensek által okozott hibák.  A mérendő, meghatározandó alkotót, az analátot kísérő anyagok együttesét mátrixnak szokták nevezni. A mátrix anyagai két módon zavarhatják a mérést: ◦ Bizonyos alkotók adhatnak

ugyanolyan jelet, mint az analát; ezt interferenciának nevezzük. ◦ Más esetekben a kísérő anyag nem ad jelet, de megváltoztatja a mérendő komponensre vonatkozó érzékenységet ez a mátrixhatás. 218 2.Véletlenszerű hibák  A véletlenszerű hibákat valószínűségi folyamatok eredményének tekintjük, nagyságukra gyakran igen sok tényező hat.  Leírásukra a valószínűség-számítás statisztika eszközeit használjuk.  Matematikai szempontból a véletlenszerű hibák valószínűségi változók, melyek jellemzőit véges számú mérés alapján becsüljük. és a matematikai A véletlenszerű hiba összetevői: ◦ Véletlen (random) hiba: várható értéke nulla, szórása véges. Ez a típus mindig fellép, sok, egyenként kis hatás következményeképp. Gyakran normális eloszlású, és statisztikai eszközökkel jól leírható. ◦ Kiugró érték következménye. (outlier): időnként fellépő jelentős hatás(ok) ◦

Rendkívüli hiba (biunder): értelmetlen mérés. 219 3. Az elemzés befejezése  Az elemzési folyamatot utókövetkeztetés zárja le. az Míg az analitikai mérési folyamat a vizsgált minta összetételéről szolgáltat adatot, az elemzés célja a vizsgálati anyag egészének jellemzése, gyakran felhasználói szem-pontból. 220 Környezeti analitika és környezeti kémia  A környezetünkről szerzett analitikai információk, továbbá az ökológiai rendszerekben lejátszódó folyamatok ismerete a kemodinamikai (tovaterjedés modellezése) vizsgáló módszerek eredményeinek fontos kiegészítését jelentik.  Az ökokemikáliák fizikai-kémiai sajátságaiból kiinduló kemodinamikai megoszlási és terjedési mechanizmus vizsgálatok pedig arra irányulnak, hogy az antropogén vegyületek viselkedését a természetben prognosztizálhassuk. 221 A környezetanalitika vizsgálatok további javításának lehetséges irányai    

    A gyorsaság, a szelektivitás és az érzékenység növelése. A rutinvizsgálatok automatizálása. Érzékeny analitika módszerek alkalmazása bonyolult összetételű mátrixok esetén. Adott kémiai elem különböző részecskefajtáinak elválasztása és külön történő vizsgálata. Termodinamikailag instabil vegyületek és labilis szerkezetek meghatározása. A szennyezőanyag-átalakulás kinetikai jellemzőinek mérése. Előrelépés a nagy molekulatömegű vegyületek kísérleti meghatározásában. Környezetanalízisek tervezése és kiértékelése számítástechnika segítségével. 222 1. KLASSZIKUS ANALITIKAI MÓDSZEREK 1. 1 GRAVIMETRIA 223 GRAVIMETRIA  A tömegszerinti (súlyszerinti) elemzés, más néven gravimetria az analízis elválasztási módszerei közé tartozik.  Lényege, hogy a vizes oldat formájában előkészített mintából az ionos formájú mérendő alkotót oldhatatlan csapadék formájában

leválasztjuk, s a csapadék vagy a belőle nyert végtermék tömegéből számítjuk ki az alkotó mennyiségét.  A klasszikus analízisben ezen kívül például extrakcióval, desztillációval, illetve gázképződéssel járó reakciókkal választhatunk el anyagokat. 224 GRAVIMETRIA 225 GRAVIMETRIA Pl. Vizes talajkivonat vagy más előkészített környezeti minta szulfát-ion tartalma Ba2+-ionok (BaCl2) segítségével meghatározható úgy, hogy a vizsgálandó iont BaSO4 csapadékká alakítjuk, majd gravimetriás tömegmérésből következtetünk a minta szulfát-ion tartalmára: Ba2+ + SO42- = BaSO4 96 g x/235,3 . 96 g 235,3 g xg 226 A gravimetria fő lépései és a velük szemben támasztott követelmények 1. Mintaelőkészítés: általában híg mintaoldat előállítása. Az ehhez szükséges műveletek (oldás, esetleg feltárás vagy a zavaró komponens előzetes elválasztása), nem járnak anyagveszteséggel. 2. A csapadék leválasztása:

a lecsapásnak mennyiséginek (kvantitatívnak) kell lennie. Mivel a klasszikus analitikai eljárásokkal általában 0,1 %-os nagyságrendű megbízhatóság érhető el, ez azt jelenti, hogy a csapadéknak az alkotó legalább 99,9 %-át kell tartalmaznia. Kívánatos, hogy a csapadék lehetőleg minél tisztább is legyen, bár bizonyos szennyezőket a következő lépésekben még el lehet távolítani. 3. A csapadék szűrése mosása: az anyagveszteség itt is elkerülendő! 4. Szárítás vagy hőkezelés: (esetleg egyéb átalakítás): olyan végterméket kell előállítanunk, mely a mérendő alkotót mennyiségileg tartalmazza, sztöchiometrikus összetételű és stabil. 5. Tömegmérés, számítás: 227 GRAVIMETRIA A gravimetriás analízis előnyei:  egyszerű és olcsó  nem kíván kalibrálást (kivéve a mérleg)  nagy pontosság  főkomponens mérésére kiváló Hátrányai:    lassú és munkaigényes, kicsi érzékenység,

szelektivitása nem elég jó. 228 GRAVIMETRIA Néhány környezetanalitikai példa a gravimetria alkalmazására 229 Vízben előforduló összes oldott és oldhatatlan (lebegő, vagy ülepedő) anyag meghatározása: 1. Összes száraz maradék meghatározása (mg/dm3)  A nem illó oldott és oldhatatlan anyagok mennyiségét megkapjuk, ha egy lemért térfogatú vízmintát adott körülmények között (105°C, 180°C vagy 260°C hőmérsékleten) bepárolunk, súlyállandóságig szárítunk, majd a tömegét mérjük. 230 Vízben előforduló összes oldott és oldhatatlan (lebegő, vagy ülepedő) anyag meghatározása: 2. Bepárlási maradék (mg/dm3)  Vizekben a nem illékony, oldott anyag mennyisége, amit adott körülmények között (szűrő típusa, pórus mérete, bepárlási hőmérséklet) készítünk elő és mérünk. 3. Izzítási maradék (mg/dm3)  Az az anyagmennyiség, amelyet a bepárlási maradék izzítása után mérünk.

(Izzítás 400-500 °C-on, 1 óra hosszat). 231 Vízben előforduló összes oldott és oldhatatlan (lebegő, vagy ülepedő) anyag meghatározása:   4. Oldhatatlan anyag tartalom (mg/dm3) A szuszpendált, ülepedő és lebegő anyag tartalom együttvéve, amit meghatározott paraméterek mellett szűrnek és mérnek. 5. Gravimetriás szulfátion meghatározás A szulfátion meghatározására viszonylag kevés analitikai módszer áll rendelkezésünkre. Nagy szulfát-ion tartalmú vizek és talajkivonatok elemzésére báriumsóval, vagy 2aminoperimidinum reagenssel történő lecsapással gravimetriás módszert is alkalmazhatunk. 232 Vízben előforduló összes oldott és oldhatatlan (lebegő, vagy ülepedő) anyag meghatározása: 6. Víztartalom meghatározás talajokban és növényekben gravimetriás módszerrel:  A meghatározás során mérjük az eredeti nedves minta tömegét, majd 105°C-on szárítjuk a mintát, lehűtés után újból mérjük. A

szárítást súlyállandóságig végezzük  A talajok, növények egyes komponensei változást szenvedhetnek még 105°C-on történő szárítás mellett is, ezért ilyen esetekben a szárítást csak 30°C-on végzik legalább 24 órán keresztül. 233 Vízben előforduló összes oldott és oldhatatlan (lebegő, vagy ülepedő) anyag meghatározása: 7.Vas-tartalom meghatározása Fe(III)-oxid formájában: ◦ A Fe3+-ionokat hidroxid alakjában csapjuk le. Ha az oldat Fe2+ ionokat is tartalmaz, ezt pl. brómos vízzel előzetesen oxidáljuk A leválasztást 1-2 % NH4Cl tartalmú oldatból melegen, ammóniával végezzük el. ◦ A csapadék egy kolloid aggregátum, amely nem sztöchiometrikus összetételű. Melegen, szűrőpapíron szűrjük és NH4NO3-os vízzel mossuk az anyagot. Szárítás, majd 800-900°C-os izzítás után a mérési forma Fe2O3. 234 1. KLASSZIKUS ANALITIKAI MÓDSZEREK 1. 2TITRIMETRIA 235 TITRIMETRIA  A térfogatos analízis

(titrimetria) azon alapul, hogy az oldat formájában előkészített minta mérendő alkotóját egy reagens ismert koncentrációjú oldatával, a mérőoldattal reagáltatjuk és a mérendő alkotó kémiai mennyiségét a reakcióhoz felhasznált mérőoldat térfogatóból (a fogyásból) számítjuk.  A mérőoldatok 10-3-tól 1 M-ig terjed.  A mérőoldatot a mintához fokozatosan, kis részletekben adjuk hozzá (automatizálás is lehetséges) – ez a titrálás. szokásos koncentrációja 236 TITRIMETRIA  Megfelelő módszerrel jelezzük (indikáljuk), hogy a hozzáadott reagens mennyisége a reakció sztöchiometriája szerint mikor válik egyenértékűvé a mérendő alkotó kémiai mennyiségével. Ezt az állapotot egyenértékpontnak (ekvivalenciapontnak) nevezzük.  A gyakorlatban végpontjelzésről beszélünk, az alkalmazott módszer ugyanis nem feltétlenül pontosan az egyenértékpontban jelez.  A térfogatos elemzéshez olyan

reakcióra van szükség, amelyek: ◦ szigorúan sztöchiometrikusak, ◦ gyorsan (pillanatszerűen) egyensúlyra vezetnek, ◦ és egyensúlyúk a kívánt irányba el van tolva. 237 TITRIMETRIA A kémiai folyamat (illetve az egyensúly) típusa szerint beszélünk: sav-bázis  komplexometriás  redoxi-reakciókon alapuló  és csapadékos titrálásokról.  Általános kémia III. ea 238 TITRIMETRIA A végpontjelzés lehet:  Kémiai végpontjezés: Ekkor az egyenértékpontban vagy annak közelében látható változást (rendszerint színváltozást) mutat a reakcióelegybe kis mennyiségben bevitt indikátor (jelzőfesték), esetleg valamelyik reaktáns. Az indikátor reakciója rendszerint hasonló jellegű, mint maga a titrálási folyamat.  Műszeres végpontjelzés: Valamilyen fizikai vagy fizikai-kémiai jellemzőt követünk a reakcióelegyben (pl. redoxipotenciál, pH, vezetőképesség, abszorpció változás) és ennek változása alapján

állapítjuk meg a végpontot. 239 TITRIMETRIA Kémiai végpontjelzés 240 TITRIMETRIA Műszeres végpontjelzés 241 TITRIMETRIA  Ha a mérendő komponens a mérőoldatban lévő reagenssel közvetlenül nem (vagy nem megfelelően) reagál, először kémiai reakcióval állíthatunk elő a mérendővel egyenértékű mennyiségben egy jól reagáló anyagot, és azt titráljuk. Az ilyen eljárásokat közvetett titrálásnak nevezzük.  A jól definiált titrálási reakcióknak köszönhetően a térfogatos elemzéssel igen megbízható eredményeket kaphatunk. A megengedett relatív hiba: 0,1 % nagyságrendű.  A térfogatos meghatározás folyamatait grafikusan logaritmikus egyensúlyi diagramokon és titrálási görbéken szokás megjeleníteni. A logaritmikus transzformáció előnye az, hogy széles tartományban lineáris függvények írják le a koncentrációkat. 242 Titrálási görbék  A titrálási görbe: ha a mérőoldat

fogyásának függvényében a mérendő komponens koncentrációjának (negatív) logaritmusát ábrázoljuk.  Szokásos ábrázolás még, hogy a vízszintes tengelyen a titrálás előrehaladását százalékban jelezzük, függő változóként pedig azt a paramétert tüntetjük fel, amelynek változását indikálni kívánjuk. Pl sav-bázis titrálásoknál a pH-t, vezetőképességet, vagy redoxi titrálásnál az oldat elektródpotenciálját. 243 Titrálási görbék  Természetesen más lefutású titrálási görbék is vannak, pl. többértékű savaknál, bázisoknál több inflexiós pont van, gyenge komponenst erőssel titrálva pufferrendszer alakul ki, ami miatt a görbe nem lesz olyan meredek.  Hígabb oldatok esetén pedig az inflexiós pont körüli ugrás lesz kisebb. 244 TITRIMETRIA Néhány környezetanalitikai példa a titrimetria alkalmazására 245 1. Sav-bázis titrálások (Acidi-alkalimetria) (pH mérése, savasság,

lúgosság meghatározása) 246 Sav-bázis reakciók  Brönsted-Lowry elmélet: Savak: Protont adnak le/át (Kell egy bázis is ami felveszi!). ◦ Bázisok: protont vesznek fel/át (függetlenül attól, hogy töltéssel rendelkeznek-e, vagy sem). Általános kémia III. ea 247 Sav-bázis párok közötti protonmegoszlási reakciók: Sav1 + bázis2  bázis1 + sav2 Példák: a.) Általánosan: H+ + A-  AH H+ + B  BH+ b.) Konkrétan: CH3COOH + H2O  CH3COO- + H3O+ NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ 248 Sav-bázis titrálások  Erős sav titrálása erős bázissal (sósav-nátriumhidroxid)  Erős bázis titrálása erős savval  Gyenge sav titrálása erős bázissal (ecetsav-nátriumhidroxid)  Gyenge bázis titrálása erős savval (nátrium-acetát vagy ammónia titrálása sósavval) 249 Sav-bázis titrálások A titrálás végpontjának jelzése:  Valamennyi titrálás esetén, egyenértékpont környékén a pH változás

ugrásszerű.  Ha a pH-t mérni tudjuk a titrálás folyamán, úgy a kapott adatok segítségével az egyenértékpont megszerkeszthető.  A végpontjelzés végezhető el.  Az indikátorok: szerves bázisok vagy szerves savak, melyek protonfelvétel illetve leadás közben színüket megváltoztatják.  A végpontjelzés műszeres technikák által még pontosabban megoldható, ennek néhány módja: ◦ Potenciometria: pH, redoxipotenciál változás. ◦ Konduktometria: vezetőképesség változás. ◦ Fotometria: szín-, fényelnyelés- (abszorpció) változás. egyszerűbb módon, szín-indikátorok alkalmazásával 250 Sav-bázis titrálások A legfontosabb sav-bázis indikátorok:  Metil-narancs: (Dimetilamino-azobenzol-szulfonsav nátrium sója) I- + H+ = -IH+ Sárga Piros Átmeneti szín: hagymahéj  Metilvörös: IH + H+ = IH2+ Sárga Vörös Átmeneti szín: hagymahéj  K = 104 K = 105,3 Fenolftalein: indikátor sav Közegtől

függő színek: vörös (lúgos forma) és színtelen (savas forma). 251 Sav-bázis indikátorok 252 Sav-bázis titrálások  Jellemzésükre az átcsapási tartomány fogalmát használjuk: az a pH-intervallum, melyben szabad szemmel látható, hogy nemcsak savas vagy lúgos forma van jelen.  Ha a titrálandó oldathoz kétszínű indikátort (pl.: metil-narancs) adunk, az oldat akkor fog átmeneti színt mutatni, ha az indikátor mindkét alakja azonos mennyiségben lesz jelen.  Egyszínű indikátor (pl.: fenolftalein) alkalmazása esetén az észlelhető szín megjelenéséhez, vagy eltűnéséhez tartozó pH érték az indikátor koncentrációjától is függ. 253 Sav-bázis titrálások Titrálási hiba: A titrálás során elkövetet hiba abból adódik, hogy a titrálás végpontja nem egyezik meg az egyenértékponttal. Az ok kétféle lehet: ◦ Az indikátor nem az egyenértékpontban (indikátorhiba, módszeres hiba). vált színt ◦ A

végpont észlelés bizonytalansága miatt nem titrálunk minden egyes titrálás során ugyanaddig a pH értékig (véletlen hiba). A színindikátorral általában:  0,5 pH. történő végpont-meghatározás hibája 254 Sav-bázis titrálások Alkalmazott mérőoldatok (c: 0,1-1 mol/dm3):  Sósav: tömény savból készítjük hígítással.  Nátrium-hidroxid: Karbonát-mentes lúgoldatot kell készíteni, kiforralt és lehűtött desztillált víz felhasználásával.  Egyéb: pl. kénsav Beállító anyagok:  Ismert koncentrációjú sav vagy bázis.  Kálium-hidrogénkarbonát: KHCO3 255 Sav-bázis titrálások alkalmazásai a. A pH mérése: A környezeti mintákban az egyik alapvető mérés a pH mérése, melyet vizek elemzésénél gyakorlatilag a mintavétel helyén azonnal elvégeznek. Mivel a pH mérése elsősorban műszeres módszerrel történik, ezért ezzel a potenciometriás módszerek tárgyalásánál foglalkozunk majd

részletesen. 256 b.Vizek savasságának és lúgosságának meghatározása  A vizek savasságát a savasan hidrolizáló sók és savak okozzák. A savasságot a semlegesítéshez szükséges erős bázis mennyiségével határozzuk meg. Ez fejezi ki a víz összes savasságát (p).  Természetes vizekben a savasságot rendszerint a szabad, oldott széndioxid, továbbá huminsavak és egyéb, gyenge szerves savak okozzák. Ilyen esetekben a víz pH-ja rendszerint 4,5 felett van.  Ipari szennyvizek tartalmazhatnak nagyobb mennyiségű szabad erős savat, vagy azok savanyú sóit, amelyek megbontják a szabad széndioxid és a karbonát-ionok egyensúlyát.  Ilyen esetekben a víz pH-ja 4,5-nél alacsonyabb is lehet. A savasságnak azt a részét, amelytől a pH 4,5 alá csökken, a víz szabad savasságának (m) nevezzük. 257 A savasság meghatározása  A víz savasságát úgy határozzuk meg, hogy a vizet erős bázis - NaOH vagy Na2CO3 -

mérőoldattal titráljuk: ◦ A pH = 4,5 eléréséhez felhasznált mérőoldat mennyisége adja a szabad savasságot (m), (Metil-narancs indikátor) ◦ a pH = 8,3 eléréséhez felhasznált mennyiség pedig az összes savasságot (p) jelenti. (Fenolftalein indikátor) ◦ Ha a pH 8,3-nál magasabb, a savasság nulla.  A savasság meghatározását lehetőleg a mintavétel helyszínén kell meghatározni. 258 A lúgosság meghatározása  Vizek lúgosságát lúgosan hidrolizáló sók és bázisok okozzák. A lúgosságot erős sav mérőoldattal, titrálással határozzuk meg.  A természetes vizeknél a lúgosságot rendszerint az alkáliföldfém-hidrokarbonátok okozzák. Ebben az esetben a víz pH értéke 8,3 alatt van.  Az oldott karbonátok és hidroxidok a pH értékét 8,3nál nagyobbra növelik.  Az összes lúgosságnak (m’) azt a részét, amely meghaladja a pH = 8,3-at, a víz szabad lúgosságának (p’) nevezzük. 259 A lúgosság

meghatározása A lúgosságot úgy határozzuk meg, hogy a vizet erős sav (HCl, H2SO4) mérőoldattal titráljuk:  A pH = 8,3 eléréséig fogyott mérőoldat mennyisége adja a szabad lúgosságot (p’), (Fenolftalein indikátor)  A pH = 4,5 érték eléréséhez szükséges mennyiség pedig az összes lúgosságot (m’). (Metil-narancs indikátor) 260 Savasság és lúgosság meghatározása összes lúgosság m szabad lúgosság p pH-skála 1 2 3 4 5 6 7 8 + HCl 9 10 11 12 13 14 + NaOH m szabad savasság p összes savasság 261 2. Csapadékos titrálások (pl. halogenid-ionok mérése) 262 Csapadékos titrálások  Míg a gravimetriás eljárással szinte mindegyik szervetlen ion meghatározható, a csapadékképző reakciók többsége titrálásra nem alkalmas.  A titrálásnál az oldhatóság felesleg használatával nem csökkenthető, a reakciónak gyorsnak és sztöchiometrikusnak kell lennie.  Gyakorlati szempontból

legfontosabb csapadékos titrálások az ezüst-halogenidek, illetve az ezüstpszeudohalogenidek képződésén alapulnak, ezért e módszercsalád neve argentometria. 263 Csapadékos titrálások  A mérőoldatok ezüst-nitrátból, ammónium- vagy káliumtiocianátból (kálium-rodanid), nátrium-kloridból, illetve káliumjodidból készülnek. Leggyakoribb: AgNO3 (c: 0,1-0,01 mol/ dm3). Beállító-oldat: NaCl (c: 0,1-0,01 mol/ dm3).  A titrálás végpontjának jelzése más, egyszerűbb módszerekkel megvalósítható, mint a sav-bázis titrálások esetén: ◦ Csapadékképző indikátor: olyan ion, mely a titrálószerként használt ionnal rosszul oldódó, színes csapadékot ad. Pl káliumkromát (K2CrO4, c: 5-10 vegyes %) ◦ Komplexképző indikátor: kevésbé jelentősek ◦ Adszorpciós indikátor: Pl. Fajans-féle adszorpciós indikátorok használata halogenid-ionok meghatározására. 264 Csapadékos titrálások  Az adszorpciós indikátorok a

csapadék felületén megkötődő szerves vegyületek, melyeknek az adszorbeált formája változtatja meg a színét a végpontban.  A leggyakrabban alkalmazott adszorpciós indikátor a fluoreszcein, a belőle képződő anion zöldessárga színnel adszorbeálódik a felületen.  Az egyenértékpont után egy felületi csapadékot ad az ezüstionok fölöslegével, ez rózsaszínű.  A fluoreszcein semleges közegben használható klorid-, bromid-, jodid- és rodanid ionok ezüst-nitrátos titrálásának végpontjelzésére. 265 Csapadékos titrálások Az argentometria gyakorlati alkalmazása 1. Klorid- és bromid-ion mérése Mohr módszerével:  Ezüst-nitráttal titrálunk, az indikátor kálium-kromát. Cl- + Ag+ = AgCl  Az indikálás alapja, hogy ha az oldatban a kromát-koncentráció megfelelő – az egyenértékpontot követően vöröses-barna ezüstkromát csapadék válik le.  A módszer a 6,5  pH  10 tartományban működik.

Savak az ezüst-kromátot oldják, erősebben lúgos közegben pedig AgOH képződik. 266 Csapadékos titrálások 2. Klorid-, bromid-, jodid-, rodanid- és ezüst-ion mérése Volhard módszerével. Visszatitrálás:  Az indikátor Fe(III)-nitrát, mellyel savanyú közegben dolgozunk (pH2,5). Amikor ezüstionokat rodanid- mérőoldattal titrálunk, 2+ az egyenértékpont után vörös színű Fe(SCN) komplex jön létre.  A halogenid-ionok meghatározásakor először ismert mennyiségben fölöslegben adunk ezüst-nitrát mérőoldatot, majd az utóbbi feleslegét mérjük meg rodaniddal az indikátor jelenlétében.  Az ilyen eljárások neve a visszatitrálás, amit ebben az esetben tehát a végpontjelzés lehetősége miatt alkalmazunk.  Visszatitrálásra más esetekben is szükséges lehet (pl. ha a meghatározandó alkotó időreakcióban alakul át, vagy ha káros mellékreakciót akarunk elkerülni). 267 3. Komplexometriás titrálások

(pl. vízkeménység mérése) 268 Komplexometriás titrálások  A komplexképződési reakciókon alapuló titrálásoknak az egyik legjobb kelátképző anyag, az etilén-diamid-tetraecetsav (EDTA) felfedezése óta van jelentősége. Fémek meghatározására használhatók fel.  Az EDTA négybázisú gyenge sav. A konjugált bázis (etiléndiamid-tetraacetát-ion) hatfogú ligandumként számos fémionnal képez igen nagy stabilitású 1:1 összetételű komplexet.  Mérőoldat: etilén-diamid-tetraecetsav-dinátrium sójából (Na2H2Y . 2 H2O, Komplexon III) beméréssel készül, c: 0,01-0,05 mol/dm3. Beállítóanyagok: CaCl2 vagy MgSO4 oldat, c: 0,01-0,05 mol/dm3. 269 Komplexometriás titrálások Az etilén-diamin-tetraecetsav képlete 270 Komplexometriás titrálások Komplexképzés esetén a ligandum hat donor atomja a központi fémion körül oktaéder csúcsokon helyezkedik el. 271 Komplexometriás titrálások  Az EDTA-mérőoldat

és a titrálandó két vegyértékű fém között lejátszódó reakció: Mn+ + L4-  ML(4-n)-  A stabilitási állandó a következőképpen írható fel: K = ML/ML 272 Komplexometriás titrálások Kémiai végpontjelzés:  A komplexometriás titrálásokhoz fémindikátorokat használunk. Ezek szerves molekulák, amelyek maguk is komplexképző ligandumok és szabad formájuk színe a fémkomplexétől eltér.  Az indikátorkomplex kevésbé stabil, mint a fémionok EDTA-ionokkal képzett komplexe. Így az EDTA, miután a szabad fémionok koncentrációja már nagyon lecsökkent, megbontja a fém-indikátor komplexet.  A reagens hozzáadott mennyisége akkor válik egyenértékűvé a meghatározandó fémion mennyiségével, amikor az indikátor kiszorította a fémkomplexéből. 273 Komplexometriás titrálások  Ezért a titrálást nem az indikátor átmeneti színéig, hanem a szabad indikátorforma színének

megjelenéséig folytatjuk (a végpont után az indikátor színe már nem változik).  A szabad indikátormolekuláknak egyébként általában sav-bázis funkciójuk is van, így különböző kémhatású közegekben más-más színűek. Az EDTA-komplex látszólagos stabilitási állandójának pH-függése mellett ezért is fontos a pH beállítása. 274 Komplexometriás titrálások Leggyakrabban alkalmazott komplexometriás indikátorok  Kétszínű indikátorok: ◦ Eriokrómfekete T: olyan azo-szinezék, mely bizonyos fémionokkal színes komplexet képez. ◦ Murexid ◦ Calcon ◦ Xilenolnarancs  Egyszínű indikátorok: ◦ Szulfoszalicilsav: a vas(III)-ionokkal vörös színű komplexet képez. 275 Komplexometriás titrálások A komplexometria gyakorlati alkalmazása  Közvetlen mérés akkor lehetséges, ha a komplexképzési reakció pillanatszerű.  Fémionokat egymás mellett akkor mérhetünk, ha a látszólagos stabilitási

állandójuk aránya legalább 106. Példa: Kalcium- és magnézium-ionok egymás melletti meghatározása (vízkeménység meghatározása): ◦ Kalcium- és magnézium-ionokat tartalmazó oldatban a stabilabb komplexet képező kalcium-ionok szelektíven megtitrálhatók EDTA-mérőoldattal, ha a titrálást 12-es pH-jú (pH-beállítás: pufferekkel) oldatban végezzük és indikátorként Murexidet használunk. 276 Komplexometriás titrálások ◦ A Murexid a kalcium-ionok titrálásának befejezését jelzi és a magnézium-ionnal nem képez komplexet. ◦ 10-es pH-jú oldatban viszont a kalcium- és a magnéziumionok együttes mennyiségét titrálhatjuk meg Eriokrómfekete T indikátor jelenlétében. ◦ Titrálás során először a kalcium-, majd a magnézium-ionok reagálnak a titrálószerrel. Az indikátor a második ion titrálásának befejezését jelzi, ugyanis azzal képez stabilabb komplexet. 277 Vízkeménység meghatározása: A vízkeménység típusai:

◦ A víz összes keménységét az alkáliföldfémek, a kalcium- és magnéziumionok okozzák. Ezek az elemek természetes körülmények között a szénsav oldó hatása, vagy a talajban lejátszódó biokémiai folyamatok révén jutnak a vízbe. A természetes eredetű keménység különböző fajtájú szennyvizek hatására megváltozhat. ◦ Az a kalcium és magnézium mennyiség, amely a vízben lévő karbonátok, vagy bikarbonátok mennyiségével egyenértékű, a karbonát-, vagy változó keménységet okozza. ◦ Az állandó keménység az összes és a karbonát-keménység közötti különbség. Azt az alkáli földfém kation mennyiséget mutatja, amely egyéb ásványi savak - kloridok, szulfátok, nitrátok stb. - anionjaival van egyensúlyban 278 Vízkeménység meghatározása  A keménység kifejezése ún. német keménységi fokban történhet:  Definíció: 1 német keménységi fokú az a víz, amelynek 1 dm3-ben 10 mg CaO-dal

egyenértékű 2+ 2+ Ca - vagy Mg -só van.  Az összes keménység meghatározására valamennyi víz esetén komplexometriás módszert használunk. A karbonát- és az állandó keménység meghatározását számítással végezzük. 279 4. Redoxi-reakciókon alapuló titrálások (pl. KOI mérése, szulfid kén meghatározása, oldott oxigén mérése) 280 Redoxi titrálások  A redoxi titrálások elve: a mérőoldat olyan oxidáló vagy redukáló tulajdonságú anyagot tartalmaz, mely a meghatározni kívánt anyagot oxidálni vagy redukálni képes.  Leggyakoribbak azok a módszerek, amelyekben a mérőoldat oxidálószert tartalmaz, ezek az oxidimetriás módszerek (permanganometria, cerimetria, kromatometria, bromatometria, stb.)  Ezzel a mérőoldattal redukáló tulajdonságú komponensek (pl.: Fe2+) titrálhatók.  Oxidálószereket redukáló tulajdonságú segédmérőoldat közbeiktatásával, visszatitrálással határozhatunk meg.

281 Redoxi titrálások  Kidolgoztak reduktometriás módszereket is, ebben az esetben a mérőoldat redukálószert tartalmaz. E módszereket lényegesen ritkábban használjuk, mert a reagenseket a levegő oxigénje is oxidálja.  Mind oxidimetriás, mind alkalmazható a jodometria.  A reakció végpontját jelezzük, a fogyott mérőoldat térfogatának ismeretében a meghatározni kívánt alkotórész mennyiségét kiszámítjuk.  A térfogatos meghatározásokhoz használható redoxirendszerekben olyan anyagoknak kell lenniük, amelyeknek legalább két, vízben oldható különböző oxidációs állapotuk van (pl.: Fe2+/Fe3+) Titrálás közben a két redoxirendszer lép kölcsönhatásba. reduktometriás módszerként 282 Redoxi titrálások Végpontjelzés:  A vizuális végpontjelzés a kétszínű és egyszínű redoxi indikátorok segítségével vagy nem reverzibilisen működő azoindikátorokkal valósítható meg.  A redoxi

indikátorok szerves redoxirendszerek. Átalakulásukat általában aromás-kinoidális szerkezeti változás kíséri.  Átcsapási potenciáljuk az az érték, ahol az oxidált és a redukált forma koncentrációja egyenlő. 283 Redoxi titrálások 1. Kétszínű indikátorok: ◦ Ferroin: Az oxidált forma kék, a redukált pedig piros. Az indikátor a vas(II)ionok cerimetriás titrlásának végpontjelzésére kitűnően alkalmazható. 2. Egyszínű indikátorok: ◦ Difenilamin: kénsavas oldatban két lépésben oxidálódik. Difenilamin (színtelen)difenil-benzidinbenzidinkék(sötétkék) ◦ Variaminkék 284 Redoxi titrálások 3. Azoindikátorok: ◦ Redoxindikátorként történő alkalmazásuk azon a jelenségen alapszik, hogy bizonyos oxidálószerek (pl.: elemi bróm) az intenzív színű azofestékeket (pl. metilnarancs) pillanatszerűen elroncsolják. ◦ A szín az elroncsolás redukáló anyaggal nem hívható vissza. Az indikátor tehát nem

reverzibilis 285 Redoxi titrálások Pl. Permanganometria: A kálium-permanganát különbözőképpen oxidál: a közeg kémhatásától függően ◦ Leggyakrabban erősen savas közegben használjuk: MnO4- + 8 H+ + 5 e- = Mn2+ + 4 H2O ◦ Gyengén savas és semleges közegben a redukált forma a mangán(IV)-oxid: MnO4- + 4 H+ + 3 e- = MnO(OH)2 + H2O ◦ Erősen lúgos közegben +6 oxidációs fokú termék keletkezik: MnO4- + e- = MnO42286 Redoxi titrálások  A mérőoldat: ibolyásvörös színű kálium-permanganát. Az oldat elkészítése után azonban MnO(OH)2 keletkezése közben bomlik, amely a további bomlást katalizálja.  Ezért a frissen elkészített mérőoldatot forraljuk és a kivált mangán(IV)-hidroxidot leszűrjük. Az így stabilizált mérőoldat hosszú ideig használható.  A mérőoldat faktorozásához leggyakrabban nátrium-oxalátot vagy oxálsav-dihidrátot használunk: 2 MnO4- + 8 H+ + 5 H2C2O4 = 2 Mn2+ + 10 CO2 + 4 H2O

 A permanganometriához nincs szükség indikátorra, a végpontot a permanganát színének megjelenése mutatja. 287 Redoxi titrálások A permanganometria alkalmazása: Vas(II)-ionok meghatározása kénsavas közegben,  Nitrit-ionok,  KOI meghatározása,  Hidrogén-peroxid (savas közeg),  Hexaciano-ferrát(II)-ionok,  Vanádium(IV)-ionok,  Arzén(III)-ionok meghatározása.  288 Redoxi titrálásokon alapuló környezetvédelmi elemzési eljárások a. Oxidálható szerves anyag tartalom meghatározása vizekben, szennyvizekben (KOI)  Vizek minősítésére fontos paraméter a benne lévő szerves anyag mennyisége. Meghatározás történhet ún TOC (Total Organic Carbon) mérésével megfelelő berendezés segítségével, de történhet az oxidálószer meghatározásával, ami a szerves anyagot tudja oxidálni.  A szerves anyag által elfogyasztott oxigén az ún. kémiai oxigénigény (KOI), mely nem specifikus jellemző adat. A

kémiai oxigénigény különböző módon adható meg aszerint, hogy milyen oxidálószert használunk.  A szerves anyaggal reagáló oxidálószer mennyiségét mérjük és abból a vele egyenértékű oxigén mennyiségét számoljuk. 289 a/1. Kálium-permanganátos oxigénfogyasztás:  A meghatározás az alábbi reakcióegyenletnek megfelelően leadott oxigén oxidáló hatásán alapszik: 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 H2O + 5 O  A mérés során ismert mennyiségű kálium-permanganátot adunk a megsavanyított mintához, majd 10 percen keresztül forrásban tartjuk.  Ezután a KMnO4 feleslegét oxálsavval reagáltatjuk, majd az így feleslegbe került oxálsav mennyiségét kálium-permanganáttal, titrálással határozzuk meg. A titrálás végpontját a KMnO4 színe jelzi az oldatban  A tapasztalat azt mutatta, hogy a legtöbb szerves vegyület nem oxidálódik 10 perc alatt, ezért a kálium-permanganátos oxigénfogyasztás helyett

egyre inkább a kálium-dikromáttal mért kémiai oxigénigény meghatározást írják elő a szabványok és a vízminősítési előírások. 290 a/2. A kálium-dikromáttal végzett oxigénigény meghatározás:  Reakcióegyenlet: K2Cr2O7 + 4 H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3 O  A módszer a fenti reakcióegyenlet szerint keletkező oxigén oxidáló hatásán alapszik.  A kálium-dikromát erősen savas közegben, ezüst-szulfát katalizátor jelenlétében lényegesen erélyesebb oxidációt biztosít, mint a KMnO4.  A kétórás forralás során (visszacsepegő hűtővel ellátott lombikban) általában 90-95 %-os oxidációs hatásfok érhető el, a kloridionok zavaró hatása higany-szulfát hozzáadásával küszöbölhető ki. 291 A kálium-dikromáttal végzett oxigénigény meghatározás:  A mintához adagolt ismert mennyiségű kálium-dikromát feleslegét vas(lI)-ammónium-szulfát oldattal térfogatosan határozzuk meg a

következő reakcióegyenlet alapján: Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ = 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O  A titrálás végpontját ferroin redox-indikátorral jelezzük, amely Fe2+ jelenlétében vörös, Fe3+ jelenlétében pedig kék színű. 292 b. Szulfid kén meghatározása jodometriás módszerrel:  A jodometriás titrálást a mintavétel helyén el tudjuk végezni. A szulfidion koncentráció jelentősen változhat a minta tárolása során, ezért fontos a helyszíni elemzés.  A vizekben, talajkivonatokban előforduló szulfidot cinkszulfid formájában megkötjük, majd feleslegben adagolt savas jódoldattal oxidáljuk. A jód fogyasztást nátrium-tioszulfát (Na2S2O3) mérőoldattal titráljuk. ZnS + I2 + 2 H+ = S + 2 HI + Zn2+ I2 + 2 Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2 Nal  A titrálás végpontjának jelzésére keményítő indikátort használunk. 293 c. Oldott oxigén meghatározása vizekben:  Az oldott oxigén igen fontos paraméter a vízminőség

ellenőrzésében.  Jelenléte szükséges a biológiai élet formáihoz, továbbá lényeges a víz oxigénegyensúlya, a szennyvíz tisztulása szempontjából is.  Tiszta felszíni vizek általában telítettek oxigénnel, de ez az oldott oxigén csökken a szerves szennyezés oxigénigényétől.  A vizek oldott oxigén tartalmának meghatározására Winkler Lajos dolgozott ki egy jodometriás módszert, amit jelenleg is alkalmaznak. 294 Oldott oxigén meghatározása vizekben: Ennek lényege a következő:  A vizsgálandó vízben Mn(OH)2 állítunk elő: MnCl2 + 2 NaOH = Mn(OH)2 + 2 NaCl  A csapadék kvantitatíve reagál az oldott oxigénnel, magasabb oxidációs állapotú mangán-hidroxo vegyületek képződésével: 2 Mn(OH)2 + O2 = 2 MnO(OH)2  Savanyítás után KI-ból a keletkezeti mangánsó jódot szabadít fel: MnO(OH)2 + 2 I- + 4 H+ = Mn2+ + 3 H2O + I2  A keletkező jódot nátrium-tioszulfát oldattal titráljuk, keményítő

indikátor jelenlétében. 295 2. Félév tananyaga MŰSZERES ANALITIKAI MÓDSZEREK ÉS KÖRNYEZETVÉDELMI ALKALMAZÁSAIK 296 Köszönöm a figyelmet! 297 Felhasznált irodalom  Papp Sándor – Rolf Rümmel: Környezeti Kémia ,Tankönyvkiadó, Budapest, 1992.  Dr. Papp Sándor: Környezeti kémia, HEFOP 331-P-2004-0900152/10 pályázat, elektronikus jegyzet, Veszprém, 2008. http://mkwebuni-pannonhu/tudastar/  Dr. Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi kiadó, Budapest, 2000  Pokol György – Sztatisz Janisz: Analitikai kémia I., Műegyetem Kiadó, Budapest, 1999.  http://www.globalwarmingorg/indexhtm  http://zeus.szifhu/ejegyzet/ejegyzet/levved/levego/node33htm 298