環(huán)境科學(xué)化學(xué)的必要性

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1化學(xué)是中心科學(xué)

化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的歷史幾乎伴隨了人類(lèi)歷史的整個(gè)過(guò)程，人類(lèi)社會(huì)的每一次進(jìn)步常常用化學(xué)成就作為標(biāo)志。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的主要方法和手段之一，是研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化和應(yīng)用的科學(xué)。不同人群對(duì)化學(xué)的形象有不同的定論。在公眾層次上，一提起化學(xué)就想起環(huán)境污染；對(duì)在校大學(xué)新生一提化學(xué)，就想到瓶瓶罐罐；而對(duì)年輕化學(xué)家一提化學(xué)，就以為做高深的論文〔1〕。其實(shí)對(duì)化學(xué)形象的正確認(rèn)識(shí)在于，化學(xué)是解開(kāi)自然界奧妙的鑰匙，也是創(chuàng)造新生事物的科學(xué)。在當(dāng)代所謂的八大朝陽(yáng)科學(xué)(Sun-Rise-Sciences)：環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、地球科學(xué)、空間科學(xué)和核科學(xué)中，化學(xué)是一門(mén)中心科學(xué)〔2〕，無(wú)論哪一門(mén)科學(xué)的誕生、發(fā)展和未來(lái)都離不開(kāi)化學(xué)。通過(guò)化學(xué)，人們?cè)诜肿雍驮拥膶哟紊侠斫馐挛锏谋举|(zhì)，同樣在分子和原子的層次上合成新生事物，創(chuàng)造自然界原本不存在的物質(zhì)。

2環(huán)境科學(xué)是綜合科學(xué)

環(huán)境科學(xué)中所指的環(huán)境(environmental)是以人類(lèi)為主題的外部世界，即人類(lèi)生存、繁衍所必需的相適應(yīng)的物質(zhì)條件的綜合體〔3〕。人類(lèi)與環(huán)境構(gòu)成了一對(duì)矛盾體系。環(huán)境科學(xué)主要研究這對(duì)矛盾體系，即環(huán)境在人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈干預(yù)下所發(fā)生的變化和為了保護(hù)這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)采取的對(duì)策與措施。在宏觀上，環(huán)境科學(xué)研究人類(lèi)與環(huán)境之間的相互作用、相互促進(jìn)、相互制約的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，揭示社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的基本規(guī)律；在微觀上，環(huán)境科學(xué)研究環(huán)境中的物質(zhì)，尤其是人類(lèi)排放的污染物在有機(jī)體內(nèi)遷移、轉(zhuǎn)化和累積的過(guò)程與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，探索其對(duì)生命的影響及其作用機(jī)理等。可見(jiàn)，環(huán)境科學(xué)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的科學(xué)，不僅牽涉到自然科學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)的許多部門(mén)，還涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)和法學(xué)等社會(huì)科學(xué)方面，要充分運(yùn)用地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)和社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和法學(xué)等多種學(xué)科的知識(shí)〔4〕。環(huán)境科學(xué)的任務(wù)是揭示人類(lèi)與環(huán)境矛盾體系的實(shí)質(zhì)，研究二者的辯證關(guān)系，掌握其發(fā)展規(guī)律，調(diào)控二者之間物質(zhì)、能量和信息交換過(guò)程，尋求解決矛盾的途徑和方法，謀求人類(lèi)環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展。

3環(huán)境科學(xué)中的化學(xué)

當(dāng)今工業(yè)社會(huì)，人口劇增大量消耗和破壞自然資源，排放到環(huán)境中的工業(yè)“三廢”引起的環(huán)境惡化，直接構(gòu)成對(duì)全人類(lèi)生存的威脅。其實(shí)，自然環(huán)境可以通過(guò)大氣、水流的擴(kuò)散、氧化以及微生物的分解作用，將污染物化為無(wú)害物。但是當(dāng)進(jìn)入環(huán)境中的污染物的量超過(guò)環(huán)境自?xún)裟芰r(shí)，就會(huì)直接或者間接有害于生物生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖。

3.1臭氧層空洞的化學(xué)解釋

臭氧層存在于距地表16-40Km的大氣平流層中〔4〕。在自然狀態(tài)下，大氣平流層中的臭氧分子能夠吸收紫外線的能量，分解成為氧原子，并很快與大氣中的氧氣發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，生成新的臭氧分子，使臭氧層中的臭氧分子的量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。太陽(yáng)發(fā)射出的短波(200~280nm)紫外線的能量足以斷開(kāi)人與其他生物機(jī)體組織的化學(xué)鍵，從而傷害機(jī)體。由于太陽(yáng)和地球之間存在臭氧層，這種紫外線全部被臭氧層吸收，臭氧層成為地球的天然屏障，使地球上的生命免遭強(qiáng)烈的紫外線傷害。臭氧的分子構(gòu)型為V字形，含有離域π34鍵。雖然在紫外線的照射下，臭氧化學(xué)鍵斷裂成氧分子和自由態(tài)氧原子，同樣在紫外線的照射下自由態(tài)氧原子也能吸收能量和周?chē)难醴肿臃磻?yīng)生成臭氧分子。這個(gè)化學(xué)平衡的左右移動(dòng)過(guò)程，就是臭氧吸收紫外線的原因所在。然而，人類(lèi)合成的氟利昂及排放的NOx，SOx等導(dǎo)致臭氧分解、消耗，給地球生命造成威脅。氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，本身沒(méi)有毒，在強(qiáng)烈的紫外線照射下吸收能量，產(chǎn)生高活性原子態(tài)自由基。由于自由基帶有成單電子，穩(wěn)定性差，反應(yīng)活性也大，能夠立即和周?chē)某粞醴肿臃磻?yīng)生成氧氣分子和自由氧原子破壞臭氧層。

3.2環(huán)境監(jiān)測(cè)中的化學(xué)方法

為隨時(shí)了解現(xiàn)有的環(huán)境質(zhì)量及其變化規(guī)律，環(huán)境部門(mén)隨時(shí)進(jìn)行著監(jiān)督和監(jiān)測(cè)，即所謂的環(huán)境監(jiān)測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段對(duì)代表環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量的各種因素的監(jiān)視、監(jiān)控和測(cè)定，對(duì)環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中化學(xué)發(fā)揮著重要作用。無(wú)論是水，空氣和土壤的監(jiān)測(cè)都離不開(kāi)化學(xué)方法。

3.2.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水樣pH：電化學(xué)原理；加入酸堿保存水樣：沉淀反應(yīng)中溶度積規(guī)則；加入氧化還原劑保存水樣：氧化還原原理；消解方法進(jìn)行水樣前處理：酸堿在高溫下的氧化還原性水樣COD，BOD的測(cè)定：化學(xué)滴定法；水樣中金屬離子的測(cè)定：儀器分析方法中原子吸收或原子發(fā)射分光光度法；水樣中氟離子測(cè)定：電化學(xué)中離子選擇性電極法；總有機(jī)碳的測(cè)定（TOC）：燃燒氧化-非色散紅外吸收法。

3.2.2大氣監(jiān)測(cè)

SO2的監(jiān)測(cè)：特定溶劑濃縮吸收-分光光度法；紫外熒光光度法；NOx的監(jiān)測(cè):化學(xué)發(fā)光法；總烴和非甲烷烴：氣相色譜法；總懸浮顆粒物的組分測(cè)定：化學(xué)熔融法溶解顆粒物。

3.2.3土壤監(jiān)測(cè)

有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定：特定溶劑提取、萃取、凈化-氣相色譜法；有機(jī)物測(cè)定：有機(jī)溶劑萃取-氣相色譜法；金屬離子的測(cè)定：消解、溶解-原子吸收分光光度法；有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定：微波萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法。

4結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是控制或防治環(huán)境污染和生態(tài)惡化，還是從改善環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)人體健康、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展等各個(gè)方面，化學(xué)都可以發(fā)揮重要作用。要作出環(huán)境污染的認(rèn)知、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境毒理學(xué)機(jī)制到污染評(píng)價(jià)與防止對(duì)策，都離不開(kāi)化學(xué)知識(shí)。在化學(xué)教育過(guò)程中把每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)和身邊的環(huán)境問(wèn)題相結(jié)合的方法，不僅引起學(xué)生的興趣，更使學(xué)生懂得每一個(gè)基礎(chǔ)課程在今后生活工作中的重要性。