Hỏi – Đáp hoá học trong cuộc sống Câu 1: Ô nhiễm môi trường không khí đã phá huỷ các công trình xây dựng như thế nào? Trả lời: Đầu tiên, các hạt nhỏ trong khói và bụi trong không khí bao phủ thành màng mỏng lên bề mặt các công trình xây dựng, kể cả các mặt trơn bóng của đá mài bóng hoặc kim loại. Trong bụi và khói bao giờ cũng chứa một lượng nhỏ các chất muối (chủ yếu là muối sunfat và clorua). Chính các muối này là tác nhân chính hút ẩm mạnh nên làm cho màng bụi luôn luôn ẩm ướt, tạo điều kiện cho các khí có tính axít như HCl, SO2,…có trong không khí hoà tan (hấp thụ) vào lớp màng bụi. Sau khi bị hoà tan, các khí axít bị phân ly. Ngoài ra một phần SO2 và SO32- bị ôxy không khí ôxy hóa đến SO3 và gốc SO42- (sunfat). Quá trình này càng mạnh khi trong bụi có chứa các ion kim loại có vai trò làm xúc tác cho các phản ứng ôxy hóa và càng mạnh khi môi trường bụi hơi có tính kiềm. Nói tóm lại sau một quá trình tiếp xúc với không khí ô nhiễm, trên bề mặt vật liệu công trình xây dựng có chứa các loại axít mạnh như HCl, H2SO4 là những chất ăn mòn rất mạnh các loại vật liệu như đá vôi, sắt, thuỷ tinh … Cũng vì lý do trên, các công trình xây dựng và các kiến trúc sau một thời gian tồn tại đều mất vẻ bóng bên ngoài, thậm chí có thể bị ăn mòn và phá huỷ. Để bảo vệ tốt các công trình kiến trúc quý, người ta phải sơn phủ hoặc dùng các vật liệu trơ với axít để bao bọc hoặc mạ bên ngoài như đá hoa cương, các kim loại kém hoạt động (như crôm, niken, bạc, vàng, v.v ), đồng thời phải lau chùi sạch sẽ và bảo dưỡng thường xuyên. Câu 2: Tại sao khi thay đổi thời tiết hay sinh ra sương mù? Trả lời: Các chất hơi, khí (gọi chung là khói) trong đó có nhiều loại hơi khí độc hại xuất phát từ một nguồn phát thải nào đó, chẳng hạn một cái lò, một khu vực đốt lửa, v.v… có thể tản trong không khí theo một trong 3 cách: Bốc hơi lên cao, bay ngang hoặc bay là xuống mặt đất. Các yếu tố quyết định trạng thái lan tỏa của khói chủ yếu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của thời tiết và khí tượng (gió, nhiệt độ không khí), địa hình và cả của chính bản thân nguồn tạo khói (nhiệt độ, tải lượng). Ngoài ra tính chất của các phần tử có chứa trong khói như độ tan trong nước, khả năng tham gia các phản ứng hóa học với không khí… sẽ xác định thời gian phân tử đó có thể lưu lại trong không khí bao lâu. Nếu chất đó có thể lưu lâu trong không khí thì khả năng lan tỏa của các phân tử chất đó càng lớn. Nếu chỉ đơn thuần xét về góc độ vật lý, sự lan tỏa của khói từ các nguồn vào không khí trong điều kiện địa hình bằng phẳng thì người ta thấy hướng gió xác định hướng phát tán của khói, còn tốc độ gió, tình trạng nhiệt độ các lớp không khí sẽ xác định độ bốc cao của cột khói. Nếu hoàn toàn không có chút gió nào thì cột khói sẽ bốc thẳng đứng lên cao do khói thoát ra từ nguồn thường nóng hơn (nhiệt độ cao hơn) và nhẹ hơn (tỷ trọng thấp hơn) không khí. Khi có gió, khói nhanh chóng trộn lẫn với không khí xung quanh, bị pha loãng và bay theo hướng gió và vẫn tiếp tục bay cao. Độ cao cực đại của cột khói phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt của các lớp không khí phía trên cột khói. Thông thường cứ lên cao 100m thì nhiệt độ không khí giảm 1oC nên cột khói tiếp tục lên cao đến khi khói loãng và không khí xung quanh cân bằng về nhiệt độ và tỷ trọng. Trong một vài trường hợp đặc biệt của thời tiết, càng lên cao không khí càng nóng thì cột khói sau khi bốc lên đến độ cao nào đó sẽ lại là xuống gần mặt đất. Quá trình này gọi là quá trình đảo. Quá trình này thường xảy ra vào ban đêm khi mặt đất nguội đi rất nhanh còn phía trên cao có luồng không khí nóng từ nơi khác tràn về. Hiện tượng này còn có thể xảy ra cả ban ngày vào mùa lạnh. Khi khói là xuống mặt đất và lan toả trong không khí sẽ tạo điều kiện cho các phần tử tạo mù trong khói như SO2, NOx, v.v gây ra hiện tượng sương mù. Đây là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng cứ “trở trời” là có hiện tượng sương mù. Câu 3: Tại sao các chất CFC lại làm thủng tầng ôzôn của khí quyển? Trả lời: Ở khoảng độ cao 11 – 50 km so với mặt biển được coi là tầng bình lưu của khí quyển. Trong tầng này dường như không còn mây nên bức xạ cực tím (UV) của mặt trời rất mạnh. Trong điều kiện này có nhiều phản ứng quang hoá xảy ra, trong đó có phản ứng tạo ôzôn. Dưới sự tác động của tia UV bước sóng ngắn (242nm) các phân tử oxy bị bẻ gãy thành các nguyên tử O2 → O(3P) + O(3P) Sau đó O(3P) tác dụng với phân tử O2 để tạo ra phân tử O3 (ôzôn) O(3P) +O2.= O3 Trung bình ở độ cao 20 -25 km nồng độ O3 tối đa có thể đạt 7ppm. Lớp này gọi là lớp giầu ôzôn. Ở các vùng cực, lớp này ở gần mặt đất hơn vài km so với ở vùng xích đạo. Lớp giầu ôzôn của khí quyển có khả năng hấp thụ mạnh các tia UV (nhất là ở vùng sóng 254nm) và cả các tia đỏ (ở vùng 600 nm) và sự hấp thụ này rất quan trọng trong quá trình phân phối năng lượng của khí quyển phía bên dưới, làm thay đổi quá trình đối lưu của không khí và ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự sống trên trái đất vì chính các tia UV có tác động trực tiếp đến các phân tử ADN của các tế bào. Cũng vì lý do trên mà chiếc “áo” ôzôn được xem như lá chắn bảo vệ sự sống trên mặt đất. Sự mỏng đi hoặc dầy lên của lớp giầu ôzôn trong khí quyển do nhiều yếu tố quyết định và đến nay người ta cho rằng một số chất tồn tại trong khí quyển như các NOx, các hợp chất clo-flo cacbon (CFC) có vai trò quan trọng trong việc phá huy tầng ôzôn. Các NOx có thể do con người (nền công nghiệp) hoặc do các hiện tượng tự nhiên tạo ra (sấm, sét…), nhưng các CFC thì duy nhất chỉ xuất phát từ hoạt dộng của con người. Các CFC, đặc biệt CFCl3 (R11), CF2Cl2 (R12), và CHClF2 (R22) đã được dùng lâu nay trong công nghiệp lạnh hoặc trong công nghiệp tạo bột xốp polyurethan. Hàng năm trên thế giới đã sử dụng trên 2 triệu tấn các chất này và một lượng không nhỏ của chúng bị phát thải vào không khí. R11, R12 không có chứa nhóm CH được gọi là các chất CFC “cứng”. Chúng rất khó bị kết hợp hoặc phá huỷ nên chúng dần dần khuyếch tán khắp bầu khí quyển và tồn tại lâu hàng trăm năm. Chỉ có các CFC “mềm” như R22> mới bị phân huỷ dần từng phần trong tầng đối lưu. Các CFC trong tầng bình lưu sẽ bị tác động của ta UV ngắn (< 230 nm) và bị bật gốc clo Cl* ra. Cl* sẽ tiếp tục tác dụng với ôzôn (O3) và các gốc ôxy (*O*) để thành phản ứng tiếp diễn liên tục phá huỷ ôzôn CFC → Cl* Cl* + O3 → ClO* + O2 ClO* + *O* → Cl* + O2 Theo ước tính, hiện nay các phản ứng trên có thể làm mất từ 2-8% lượng ôzôn trong các tầng bình lưu dưới độ cao 100 km. Riêng ở vùng Nam Cực lượng mất ôzôn càng trầm trọng, nhất là vào mùa đông. Vì vào mùa đông có sự tạo các đám mây ty do các sol khí núi lửa. Các đám mây ty chứa các tinh thể băng rất nhỏ và trên bề mặt các hạt băng này sẽ sảy ra các phản ứng dị thể giữa CFC, ôzôn và *O* để duy trì các phản ứng phá huỷ ôzôn . Ngoài ra còn một loạt phản ứng nữa liên quan đến sự có mặt của NO2 trong tầng bình lưu để tạo ra Cl* và phá huỷ ôzôn. Cũng vì lý do trên, các chất CFC ngoài gây hiệu ứng nhà kính, còn bị quy kết là nguyên nhân quan trọng làm mỏng lớp ôzôn của khí quyển và theo Nghị định thư Montreal, người ta đang cố gắng cắt giảm sự sản xuất và sử dụng các chất này, đặc biệt là các CFC “cứng”. Câu 4: Tại sao chúng ta lại ngửi thấy mùi đặc biệt ở ruộng khô nẻ khi mưa xuống, nhất là các cơn mưa đầu mùa? Trả lời: Mùi đặc biệt được sinh ra do các vi khuẩn sống trong đất có tên gọi là Streptomycetes. Streptomycetes có rất nhiều trong đất khô và ấm. Số lượng vi khuẩn có thể lên đến hàng triệu trong mỗi nhúm đất. Vi khuẩn này thải ra các hợp chất như geosmin và 2 -methyl isoborneol, là những chất rất dễ bay hơi khi gặp mưa xuống. Đó là lý do tại sao chúng ta thường ngửi thấy mùi mốc sau trận mưa đầu tiên của mùa mưa trên những thửa ruộng khô. Mùi này cũng có thể ngửi thấy ở những thửa ruộng vừa cày xong do đất cày được phơi ra và bốc ra hơi các hóa chất kể trên. Câu 5: Khí cacbonic trong khí quyển sẽ tồn tại trong bao lâu, và ảnh hưởng như thế nào? Trả lời: Hàng năm, một lượng lớn khí cacbonic (CO2) sinh ra trên trái đất, trong đó CO2 có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa phun trào, sự phát thải của sinh vật…) là 600.000 triệu tấn, và có nguồn gốc từ hoạt động của con người (đốt nhiên liệu trong hoạt động sản xuất và đời sống) là 22.000 triệu tấn. Tuy sinh ra nhiều như vậy, nhưng sẽ có một lượng CO2 tương đương chuyển hóa sang dạng khác và tồn tại một cân bằng trong tự nhiên, các cân bằng này có liên kết mật thiết với các quá trình trên mặt đất, mặt biển và trong sinh vật. Như vậy, ngược lại với các quá trình phát sinh CO2, còn có quá trình “tiêu diệt CO2″. Đó là các quá trình quang hợp ở thực vật, quá trình hoà tan CO2 của nước (chủ yếu là nước biển), sự lắng đọng xác sinh vật giầu cacbon (các loại vỏ đá vôi của sinh vật) và sự tạo thành hóa thạch, v.v… Theo các tính toán của các nhà khoa học CO2 sau khi hình thành trong khí quyển (dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo) đều có thể tồn tại từ 2 đến 4 năm. Trong thời kỳ tồn tại, CO2 đủ thời gian để phát tán suốt dọc vùng xích đạo và ảnh hưởng chung đến bầu khí quyển trái đất và gây ra hiệu ứng nhà kính, hấp thụ mạnh tia hồng ngoại. Theo dự báo của các nhà khoa học, vào năm 2050 nồng độ CO2 trong khí quyển sẽ vượt 0,06% thể tích (khoảng 10.000ppm), và vào năm 2200 con số này sẽ là 0,07% thể tích (hiện tại là 0,035% thể tích hay 5.800ppm) nếu như con người không có biện pháp giảm phát thải CO2. Khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng cao hơn nữa, có thể khí hậu sẽ có nhiều thay đổi bất lợi cho sự phát triển của nền kinh tế thế giới và đe doạ sự sống của con người Câu 6: Các chất PCB là gì và có tác dụng độc hại như thế nào? Trả lời: Có một số chất hữu cơ như các hợp chất phtalat, các hydro cacbon clo hóa, các polyclobiphenyl (PCB), các hydro cacbon thơm đa vòng, dioxin, pentaclo phenol và nhiều hợp chất hữu cơ clo khác, có đặc tính là đều có nguồn gốc từ hoạt động của con người. Ví dụ phtalat có nguồn gốc từ các chất dẻo hóa, PCB từ một số loại dầu cách điện, chất lỏng công nghiệp, v.v…Trong quá trình phân huỷ hoặc cháy, các chất kể trên sẽ phát tán ra môi trường không khí, ngấm vào nước và lắng đọng trong đất và gây độc hại cho sinh vật, trong đó có con người. Có ý nghĩa đặc biệt trong các chất này là PCB và dioxin vì 2 loại chất này có độc tính cao lại rất khó bị phân huỷ. Ví dụ, các PCB trong tự nhiên có chu kỳ bán huỷ hàng trăm năm (rất bền, bền hơn cả DDT). PCB là nhóm hợp chất mà trong phân tử của chúng chứa 2 nhóm phenyl được clohoá, được phát hiện trong chuỗi thức ăn liên quan đến các thuỷ vực (sông, hồ) như trong bùn lắng, cây cỏ, sinh vật phù du, cá, động vật thân mềm, các loài chim sống quanh thuỷ vực và lẽ dĩ nhiên ở cả các mô mỡ của những người có sử dụng tôm, cá làm thực phẩm trong bữa ăn. Ví dụ ở vùng hồ Giơnevơ (Thụy Sỹ) hàm lượng PCB trong các đối tượng như sau (ppm): Sinh khối và bùn: 0,02; rong tảo: 0,04-0,07; động vật thân mềm: 0,06; cá: 3,2-4; trứng chim: 5-6; mỡ người 0,1-10. Các nhà khoa học cho biết, hàm lượng clo (Cl) trong PCB càng cao thì hợp chất càng độc. PCB ảnh hưởng đến hệ thần kinh, gan và có khả năng gây ung thư. Để phân huỷ các PCB người ta phải nung vật liệu chứa PCB đến nhiệt độ cao, trên 1200oC. Tuy nhiên khi nung, PCB có thể bốc theo khói, đồng thời có thể chuyển hóa thành các chất độc khác. Cũng vì lý do trên, việc quản lý các loại dầu công nghiệp, dầu biến thế thải cần phải thật chặt chẽ để tránh hiểm họa đối với môi trường sinh thái Câu 7: Ôzôn là khí gì, ứng dụng và độ độc hại ra sao? Trả lời: Ôzon là một dạng thù hình của ôxy, trong phân tử ôzôn có 3 nguyên tử ôxy (O3). Bình thường ôzôn là chất khí không màu, có mùi xốc. Trong tự nhiên ôzôn được tạo ra do các phản ứng quang hóa của oxy,oxit nitơ, đặc biệt ôzôn được tạo ra mạnh tại các tầng cao (bình lưu) của khí quyển, nơi mà cường độ các tia ánh sáng cứng (cực tím, tia X, v.v…) rất lớn. Do có khả năng hấp thụ rất mạnh các tia cực tím mà lớp ôzon trên tầng bình lưu của khí quyển chính là cái ô (dù) vĩ đại của tự nhiên bảo vệ cuộc sống muôn loài trên Trái đất Trong công nghiệp, người ta tạo ôzôn bằng cách phóng điện trong ôxy hoặc trong không khí. Trong cả hai trường hợp, chúng ta thấy oxy có thể chuyển hóa thành ôzôn trong những quá trình đặc biệt cần năng lượng cao. Đến lượt mình ôzôn lại có thể phân huỷ thành ôxy. Hiện nay người ta đã biết ứng dụng ôzôn trong nhiều lĩnh vực khác nhau. [...]... tác nhân khử trùng trong xử lý nước thải, bảo quản hoa quả tươi (nước ôzôn) Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của ôzôn hiện nay là khử trùng nước uống Khử trùng nước uống bằng ôzôn có ưu điểm hơn hẳn so với khử trùng bằng clo (Cl2) vì dùng ôzôn sẽ không lo tồn tại trong nước các sản phẩm cloramin, là chất được cho là có khả năng gây ung thư Ôxy là chất khí duy trì sự sống (nếu trong khí thở có... lớn hơn ngưỡng cho phép, người ta có thể bị phù phổi Tại các vùng công nghiệp tập trung có khói mù công nghiệp, vào mùa hè nồng độ ôzôn trong khói mù có thể đạt 0,3-0,4 mg/m3 và rất nguy hại cho cuộc sống con người Đó là chưa kể tác động độc hại của các chất khác có trong khói mù ... có phản ứng khi có các dị vật lọt vào Vì vậy, khi tiếp xúc lâu dài với ôzôn sẽ có nguy cơ bị tích tụ các dị vật trong phế quản và phổi, là điều kiện có khả năng dẫn đến ung thư Ngưỡng cho pháp của ôzôn trong khí thở là 0,2 mg/m3 (hay 0,1ppm), tuy nhiên nếu tiếp xúc lâu dài với ôzôn ngay cả trong điều kiện nồng độ thấp hơn ngưỡng cho phép này cũng sẽ làm con người mỏi mệt, đau đầu, viêm họng và niêm . Hỏi – Đáp hoá học trong cuộc sống Câu 1: Ô nhiễm môi trường không khí đã phá huỷ các công. nhiên bảo vệ cuộc sống muôn loài trên Trái đất Trong công nghiệp, người ta tạo ôzôn bằng cách phóng điện trong ôxy hoặc trong không khí. Trong cả hai