Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
1 б -10 9
0'2(Е02) + Оз —-> 02 + О" (Н03) (продолжение цепи) (9)
248
1 1-105
но3 м > ОН + 02 (10)
ОН + Оз ———> НО4 (11)
Н04 2,8'104> Н02 + 02 (12)
1010
Н04 + Н02-> 03 + 02 + Н20 (обрыв цепи) (13)
9 7«107
О- + Н02 02 + НО" (14)
Н02 + Н02 8,3'1()5> Н202 + 02 (15)
Суммарный стехиометрический процесс запишем в виде
203-»302 (16)
При наличии в водной среде веществ-восстановителей более вероятно взаимодействие растворенного Оз не с ОН", НО^, а с донорами
электрона:
03 + БН" Н03 + Т)г (17)
Оз + ТУ ~* О3 + Б (18)
Фактически в стационарных условиях в естественной водной среде скорость образования радикалов при растворении озона будет определяться скоростью его поступления в водную среду. При глубине реакционной зоны 10 см эта скорость составит и Ю^М-с"1. Естественно, эта скорость тем выше, чем выше содержание Оз в атмосфере. А эта величина, как указывалось в гл. 3, может варьировать в пределах нескольких порядков.
Из других газов в инициировании радикалов может принять участие N02, способный отрывать электрон от доноров, в частности от Н202:
N02 + ОН" -> НЫ02 + ^ (19)
N02 + НО; N0" + Н02 (20)
В обычных условиях (без принудительного увеличения потока О3, N02 в водную среду) скорость инициирования радикалов за счет растворения активных газов относительно мала.
249
Радиационное инициирование в отсутствие радиационного загрязнения водной среды осуществляется под действием естественного радиоактивного фона (космических лучей, достигающих поверхности Земли, а также при распаде природных радиоактивных изотопов, в частности 40К).
Скорость образования радикалов под действием космического излучения составляет всего 3-10"18M-c_1. За счет распада 40К она еще меньше — 3'10_19M-c_1. Это пренебрежимо малые величины.
В то же время при радиационном загрязнении скорость инициирования свободных радикалов резко возрастает. Например, на Киевском водохранилище после аварии на Чернобыльской АЭС в июне 1986 г. скорость инициирования достигала 10'9М*с-1.
Воздействие радиоактивного излучения направлено в первую очередь на воду и приводит к образованию целого набора активных и стабильных промежуточных частиц:
Н20 а'^'7 > ОН, Н, «г, Н202) Н2
В аэробной водной среде частицы Н, е" взаимодействуют с 02 с образованием радикалов — Н02, 0^. Фактически при радиолизе оксигени-
рованной воды в нейтральной среде происходит генерация ОН и О^:
Н20 ОН, О" (21)
U2
Скорость инициирования радикалов определяется поглощенной дозой и радиационным выходом: числом частиц на 100 эВ поглощенной энергии. Радиационный выход для ОН и 0~2 радикалов равен 3.
Интенсивность радиоактивного излучения выражается в кюри. Это количество ядерных распадов, происходящих в 1 г радия за 1 с (3,7-1010с-1). Для измерения дозы излучения используют в качестве единиц рад и бэр (или Грей). Рад (от англ. Radiation absorbed dose) — это энергия излучения 10~2 Дж, поглощаемая 1 кг вещества. Поглощение 1 рад а-излучения может вызвать большие разрушения, чем 1 рад 7-излучения. Поэтому для оценки действия излучения на биологические объекты поглощенную дозу излучения умножают на коэффициент качества излучения (ККИ), учитывающий относительную биологическую эффективность воздействия излучения на организм. Этот коэффициент для ?~, 7-излучения равен 1, а для онизлучения — 10. Соответственно при внешнем радиационном воздействии наиболее 250 опасно 7-излучение, тогда как при попадании радионуклидов внутрь организма — анизлучение.
Произведение поглощенной дозы излучения (в радах) и ККИ дает эквивалентную дозу излучения, выражаемую в бэрах (биологический эквивалент рентгена). Сам по себе рентген представляет собой единицу экспозиционной дозы излучения. Измеряется она по ионизации воздуха.
Для людей опасны эффекты, вызываемые длительным облучением при низких дозах. Каждый человек ежегодно получает среднюю дозу 0,1 — 0,2 бэр в виде фонового излучения природных источников: радионуклидов и космических лучей.
При загрязнении местности радионуклидами они образуют прочные комплексы с гумусовыми веществами, в воде сорбируются взвешенными частицами, донными отложениями, водными организмами.
Биологическая эмиссия свободных радикалов — малоизученное явление. Известны примеры образования радикала О^ некоторыми
видами организмов (макрофагами). Почвенные грибы выделяют одновременно Н2О2 и катализатор, при взаимодействии с которым в среде образуются радикалы ОН. Такие грибы участвуют в разрушении столь химически инертных соединений, как лигнин, ДДТ. Некоторые почвенные бактерии (нитрозомонасы) выделяют радикал N0 в ходе окисления 1ЧНз.
В природной водной среде образование радикалов за счет биологических процессов происходит опосредованно (см. § 7.5).
Кавитационные эффекты могут играть значительную роль, но количественно вопрос недостаточно изучен. Как указывалось вкратце в § 6.1, в толще природных вод присутствуют своего рода "облака" из микропузырьков газовой фазы. Размер пузырьков 1—10 мкм, поверхность их покрыта тончайшей пленкой поверхностно-активных веществ.
