Хімія. 9 клас. Березан

§ 41. Основні органічні забруднювачі довкілля*

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • дізнаєтесь про органічні забруднювачі довкілля.

Попри беззаперечні досягнення хімічної науки та промисловості слід згадати про екологічний аспект. З розвитком цивілізації проблема охорони довкілля набуває все більшої актуальності. Найгостріше вона постала за останні 50-60 років унаслідок бурхливого розвитку самої органічної хімії як науки, власне хімічної промисловості, а також галузей економіки, що використовують природні та штучні органічні сполуки: транспорту, енергетики тощо.

* Матеріал цього параграфа — ознайомчого характеру і не є обов’язковим до вивчення.

У результаті роботи транспорту (зазвичай на нього припадає 80-85 % викидів), використання палива для потреб енергетики, виробництва, спалювання та переробки побутових і промислових відходів1 у повітря потрапляють сажа, пил (що містить важкі метали, радіоактивні ізотопи), шкідливі гази: оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену (токсичність оксидів Нітрогену вища за токсичність чадного газу в 10 разів), амоніак, а також недопалені вуглеводні (реакційноздатні алкани, олефіни, ароматичні вуглеводні), бензпірен, антрацен та інші леткі органічні речовини, включаючи альдегіди і кетони, органічні кислоти, розчинники, пестициди, продукти розкладу безлічі синтетичних органічних речовин (особливо на сміттєзвалищах), які спричиняють токсичні, канцерогенні, мутагенні, тератогенні та інші патогенні ефекти2.

1 Аналогічні процеси звичайно відбуваються і в природі — виверження вулканів, пожежі в лісах, на торф’яниках.

2 Канцерогенні речовини призводять до появи в людини (і тварин) злоякісних новоутворень, мутагенні спричиняють мутації (зміни на генному і хромосомному рівні), тератогенні проникаючи через плацентарний бар’єр, провокують спотворення плоду.

Це часто доволі стійкі сполуки, їх розпад у природі відбувається дуже повільно, а шкода підсилюється тим, що вони здатні накопичуватись у великих концентраціях у воді та особливо в ґрунті. Також ці сполуки можуть прогресивно акумулюватись у тканинах рослин і далі через трофічні ланцюжки — у тканинах тварин (біоакумуляція).

І окремі компоненти, які використовують у виробництві, і проміжні, і кінцеві продукти можуть бути токсичними й вогненебезпечними, можуть викликати різноманітні ураження шкіри, очей, дихальних шляхів, внутрішніх органів людини. Тому надзвичайну увагу слід приділяти техніці безпеки під час виробництва будь-якої хімічної продукції та її подальшого використання.

Органічні забруднювачі довкілля

Основними органічними забруднювачами земель, вод і повітря є нафта й нафтопродукти, пестициди, феноли, хлороорганічні сполуки, поліциклічні ароматичні вуглеводні, мийні засоби, пластикове побутове сміття, а також барвники і розчинники (лаки, фарби тощо), органічні кислоти. інші ксенобіотики1.

1 Ксенобіотики (від гр. ξένος — чужорідний і βίος — життя), або біоциди (від гр. βίος — життя і лат. caedo — убиваю), — група чужорідних для живих організмів хімічних речовин, які не входять у біотичний колообіг. «Природних» забруднювачів сьогодні нараховують близько 2000. Решта — близько півмільйона синтетичних хімікатів, які потрапляють у довкілля, — ксенобіотики.

Нафта. У місцях видобутку нафти її потрапляння в ґрунт відбувається не стільки внаслідок аварій, скільки через звичайну недбалість і недосконалість технологічних процесів. Зазвичай у підземних пластах нафта міститься під тиском. Буріння свердловин спричиняє витікання значних кількостей нафти на поверхню («нафтовий розлив»). Лише в Західному Сибіру Росії нафтою забруднено мільйони гектарів земель. Транспортування нафти і нафтопродуктів також завдає збитків природі: прокладання трубопроводу (як і розробка самого родовища) руйнує ґрунти, а його протікання (внаслідок аварій або умисного пошкодження) вбиває все живе на багато кілометрів довкола від місця пошкодження труби. Такі землі часто зовсім не піддаються рекультивації, оскільки вилучити нафтопродукти з них неможливо. Так, 1 кг торфу може утримувати від 100 до 500 г нафти.

Рис. 41.1. Розлив нафти в морі

Під час добування нафти на шельфі Світового океану (23 % світового видобутку), транспортування трубопроводами і танкерами відбуваються аварії, унаслідок яких значні кількості нафти (щорічно від 6 до 10 млн т — 0,25 % світового квадратних кілометрів поверхні моря1 і вбиваючи всіх його мешканців. Збір нафти буває ускладненим через швидкість її розтікання на поверхні води, припливи та течії, погодні умови (вітер, шторм), віддаленість місця аварії від місць базування рятувальних служб.

1 Одна тонна нафти під час розтікання утворює на поверхні моря пляму, площа якої 12 км2.

В умовах сучасного рослинництва широко застосовують пестициди (лат. pestis — зараза і cаedo — убиваю) — сільськогосподарські отрутохімікати, призначені для боротьби зі шкідниками і хворобами рослин.

Під час використання пестицидів (особливо за неконтрольованого і необгрунтованого) виникає низка проблем:

1) неможливість їх вибіркового застосування: так, у полі (лісі) отрута діє не лише на шкідливих комах (1-2 види), а й на усе живе: мікроорганізми, рослини, тварин і людину. Серед цих організмів є хижаки, що знищують шкідників, а також збудники їх хвороб та їх біологічні конкуренти. Через тотальне знищення таких істот кількість шкідників часто не меншає, а збільшується;

2) практично лише п'ята частина пестицидів досягає потрібного об'єкта, тобто 80 % їх витрачають марно;

3) з'являються нечутливі до отрути шкідники;

4) більшість із цих речовин:

  • здатна до накопичення в усіх ланках трофічних ланцюжків і продуктах харчування, наприклад у зерні;
  • переноситься на великі відстані від місця застосування (у середині 60-х років минулого століття ДДТ було знайдено в печінці антарктичних пінгвінів);
  • розкладається повільно, зберігаючи токсичність тривалий час (декілька десятиліть).

Засоби дезінфекції набули значного розповсюдження не лише в медицині, а й у різних галузях промисловості. Часто, особливо в побуті, антисептики використовують без необхідності та надмірно. Слід пам'ятати, що вдихання навіть незначної кількості їх випарів, контакт цих речовин зі шкірою і слизовими може викликати отруєння та алергію.

Невиправдано часто їх використовують за дрібних пошкоджень шкіри: більшість таких пошкоджень потребує лише звичайного обмивання водою (якщо рана брудна, то з милом).

Засоби дезінфекції застосовують, щоб запобігти гниттю деревини, руйнуванню інших біополімерів, псуванню продуктів харчування (консерванти Е200-299: сорбати (солі сорбінової кислоти), бензоати, формальдегід, феноли, форміати, ацетати, лактати). Через вживання в їжу промислових консервованих продуктів ці речовини потрапляють в організм людини, згубно впливаючи не лише на нього, а й на його мікробіоту.

Слід пам'ятати, що харчові добавки не є їстівними. Їх додають у продукти лише з технологічних міркувань, щоб підсилити або змінити смак, щоб харчі не псувалися і тривалий час зберігали товарний вигляд — не змінювали кольору, консистенції, смаку.

Фенол (світове виробництво — понад 8 мли т на рік) використовують, головним чином, для синтезування пластмас. Також, незважаючи на високу токсичність, його продовжують застосовувати в медицині (консервант у вакцинах, антисептик тощо), харчовій промисловості (коптильний дим).

Хлороорганічні сполуки (ХОС). Діоксини та інші хлоровмісні сполуки можуть потрапляти в навколишнє середовище через повсякденну діяльність людини та аварійні скидання стічних вод целюлозно-паперових комбінатів, інших підприємств хімічного виробництва, які використовують хлор, а також унаслідок хлорування води і спалювання побутового сміття, яке містить Хлор. Період напіврозпаду в природі — близько 1 року, але, потрапивши в організм людини або тварини, ці речовини здатні накопичуватись у жировій тканині. Тоді період напіввиведення становить 30 років. Зрозуміло, що увесь час перебування всередині організму речовина згубно на нього діє.

Поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) — антрацен, бензпірен, овален тощо — мають виражені канцерогенні, мутагенні та тератогенні властивості. У навколишнє середовище ці речовини потрапляють через спалювання і переробку органічної сировини, а в організм людини — ще й унаслідок куріння тютюну.

Синтетичні мийні засоби (CMЗ, детергенти), залежно від потреб, можуть містити в різних співвідношеннях:

  • синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) — основні компоненти мийних засобів. Близько 2 % мийних засобів на нашому ринку — рідкі, близько 10 % — пастоподібні, решта — порошкоподібні. Практично всі вони (і продукти їх часткового розкладу) є небезпечними для людини і природи: вбивають усіх істот, які живуть на межі розділу середовищ «вода — повітря», у риб спричиняють зяброву кровотечу і задуху, у теплокровних — порушення хімічних процесів у клітинних мембранах, а також підсилюють токсичну і канцерогенну дію інших забруднювачів. Ці речовини є «екологічно жорсткими» — їх знешкодження у природних умовах потребує значної кількості кисню;
  • відбілювачі — оксигено-, хлоро- та сульфуровмісні;
  • речовини, які змінюють кислотність, твердість води, зменшують утворення піни;
  • ароматичні (пахучі) добавки; ензими, абразиви, підсинювані, підкрохмалювані, антисептики, антистатики, пом'якшувачі та багато інших.

Слід пам'ятати, що змивання CMЗ потребує значно більших об'ємів води, ніж змивання мила. Зазвичай певна кількість CMЗ залишається на шкірі, білизні1 та на посуді, а звідти потрапляє на поверхню і всередину нашого організму.

1 Навіть 10-кратне ополіскування в гарячій воді повністю не змиває хімікати. У пральних машинах здебільшого використовується всього 3 цикли ополіскування.

Головною небезпекою фармакологічних препаратів і косметичних та гігієнічних засобів є:

  • їх доступність, безконтрольність і буденність використання;
  • непередбачуванність дії (особливо після одночасного прийому двох і більше медикаментозних засобів);
  • побічні ефекти (характерні для всіх без винятку препаратів);
  • спосіб їх застосування (нанесення безпосередньо на шкіру і слизові, введення усередину організму, парентерально1).

1 Парентеральне (гр. παρά — поза, έντερα — кишечник) уведення лікарських засобів — таке потрапляння лікарських речовин в організм, коли їх уводять під / у шкіру, у м’яз, судину, порожнину тіла.

Дезодоранти (від фр. des- — префікс, що означає видалення, і лат. odor — запах) — хімічні препарати, призначені для маскування, ослаблення чи усунення неприємних запахів. Зазвичай це композиції органічних сполук. Більшість із них містить антиперспіранти — речовини, які пригнічують потовиділення2. Альтернативою їх використанню є дотримання правил особистої гігієни (щоденні водні процедури, душ після занять спортом), носіння одягу з натуральних матеріалів.

2 Надзвичайно шкідливо придушувати нормальні фізіологічні функції, однією з яких є потовиділення. Наслідком масового використання речовин цього класу став спалах захворюваності на рак молочної залози.

Промисловість випускає рідкі та тверді гігієнічні дезодоранти, освіжувані повітря, а також пасти, протипотові олівці, освіжувальні серветки для обличчя і рук тощо. Аерозольні упаковки містять, крім того, пропеленти — гази, які сприяють розпиленню основної композиції (фреони, суміші пропану і бутану тощо).

Будівельні матеріали, засоби для ремонту, меблі також містять речовини, шкідливі для всіх живих організмів, які є в будинку, — людей, тварин, рослин.

Щоб осягнути глобальну екологічну проблему, яка постала перед людством, слід зауважити, що, крім хімічного, постійно збільшуються обсяги інших забруднень:

  • механічні (інертне сміття, руйнування природних ландшафтів);
  • фізичні (тепло, світло, шум, електромагнітні поля, радіоактивні речовини);
  • біологічні (відсутність або недосконалість систем каналізації та очищення побутових стоків, біологічна зброя, потенційна небезпека від широкого використання генетично модифікованих організмів).

Наприкінці слід зауважити, що отруйна речовина (органічна чи неорганічна, природна чи синтетична) зазвичай впливає на біологічний об'єкт не ізольовано, а в комбінації з іншими отруйними речовинами та факторами.

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

Пестициди використовують для боротьби:

  • з бур'янами — гербіциди3;
  • з водоростями — альгіциди;
  • із кліщами — акарициди;
  • з комахами — інсектициди (понад 250 речовин);
  • із грибками — фунгіциди (у хліб для боротьби із пліснявою додають натрій пропіонат);
  • з бактеріями — бактерициди;
  • із гризунами — родентициди.

3 Крім сільського господарства, застосування гербіцидів є абсолютно необхідними на таких об’єктах, як автомобільні шляхи, залізниці, аеропорти.

Пестициди — це не завжди отрути. До них також належать:

  • десиканти — речовини, які висушують рослину. Їх застосовують під час збору бавовника, бобових трав, цукрового буряка, рису, пшениці тощо;
  • дефоліанти — речовини, які викликають опадання листя;
  • регулятори росту (фітогормони) — речовини, які впливають на різні фази розвитку рослинного організму.

Синтетичні мийні засоби. Співробітники Дніпровського державного хіміко-технологічного університету дослідили, що для повного очищення посуду від мийного засобу «Гала» потрібно 38 змивань, а від «Фейрі» — 98. Обполіскування в проточній воді повинно тривати 1-5 хв, а не 2-3 секунди. Таким чином, за рік користування такими засобами в організм людини їх потрапляє в середньому 250 мл.

Контрольні запитання

  • 1. Що таке ксенобіотики?
  • 2. Назвіть основні групи органічних забруднювачів природи.
  • 3. Наведіть приклади основних органічних забруднювачів.
  • 4. Які проблеми виникають під час використання пестицидів?

Вправи та задачі

1. Одним з гербіцидів, які найчастіше використовують є метоксифенон.

  • а) Складіть його молекулярну формулу.
  • б) Обчисліть його молярну масу.
  • в) Обчисліть масову частку Карбону в цій речовині.

Рис. 41.1. Метоксифенон

2. Одним з найбільш небезпечних інсектицидів є ДДТ (1,1,1-трихлоро-2,2-ди(4-хлорофеніл)етан). Він дуже стійкий, накопичується в жирових тканинах тварин. Виробництво ДДТ в більшості країн уже заборонено. Його структурну формулу наведено нарис. 41.2.

  • а) Складіть його молекулярну формулу.
  • б) Обчисліть його молярну масу.
  • в) Обчисліть масову частку Хлору в цій речовині.

Рис. 41.2. ДДТ