人口增长中的化学因素.pptVIP

身边的化学 第一讲民以食为天 1914年 第一次世界大战一开始 英国就从海上封锁德国从智利进口硝石 于是人们预言 德国得不到智利硝石 农田将缺乏肥料 炸药工厂也将停产 那么德国最迟在1915年或1916年便要自动投降 可使1916年过去了 德国还在顽强的战斗 农田照样一派浓绿 前线的炮火反而更加猛烈 原来 德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题 以廉价的空气 水和煤炭合成了重要的化工原料 氨 NH3 一 伟大的合成氨 哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间 德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索 单是寻找高效稳定的催化剂 2年间他们就进行了多达6500次试验 测试了2500种不同的配方 最后选定了一种合适的催化剂 使合成氨的设想在1913年成为工业现实 鉴于合成氨工业的实现 瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖 智利硝石 NaNO3 缺氮的棉花 氮的固定 把大气中的氮转化为氮的化合物叫做氮的固定 包括 自然固定 豆科植物固氮 雷雨天产生NO气体 人工固定 合成氨等 合成氨工业 1 合成氨的适宜条件 1 压强 20 50MPa 2 温度 500 3 催化剂 铁触媒 以Fe为主体的多成分催化剂 2 合成氨工业简述 原料 空气 水 燃料 原料气的制备 净化 压缩 防止催化剂中毒 合成 分离 液氨 N2 H2 二 尿素 在化学肥料的氮肥中 尿素的发展是比较晚的 但自投入工业生产以来得到迅速的发展 20世纪70年代以来 其生产速度和规模远超过其它氮肥 目前 全世界尿素产量占氮肥总产量的三分之一以上 跃居首位 且还有继续增长的趋势 尿素施于土壤 铵的碳酸盐 水分 NH3和CO2 水解 微生物 NH3在细菌的作用下硝化为硝酸盐而被作物吸收CO2也可被作物吸收 促进光合作用 在土壤中不留下无用物 也不会酸化土壤 1 尿素的发展历程 生产方法简介 1828年 唯勒在实验室由氨和氰酸合成尿素 1773年 鲁爱耳 Rouelle 蒸发人尿时发现了尿素 在人类历史上 这是第一次用人工方法从无机物制得人体排泄出来的有机化合物尿素 打破了当时流行的 生命力论 成为现代有机化学兴起的标志 目前 世界上广泛采用由氨和CO2直接合成尿素法 1922年 首先在德国的法本公司奥堡工厂实现了工业化生产 30年代中期有了连续生产的不循环法50年代初期发展了半循环法60年代初期生产技术以水溶液全循环法为主70年代初期气提法生产尿素占优势 此后 出现了以氨基甲酸铵 碳酸铵及氰氨基钙 石灰氮 等作为原料的50余种合成尿素方法 但都因原料难得到或有毒性或因反应条件难以控制或在经济上不合理而在工业上均未得到实现 2NH3 CO2 CO NH2 2 H2O Q 2 工业上 可作为高聚物合成材料工业尿素约有一半用来制成尿素 甲醛树脂 用于生产塑料 漆料和胶合剂等 此外 医药 纤维素 造纸 炸药 选矿 颜料等生产中也要用到尿素 国外用尿素作污染控制剂 吸收污染物 保护环境 1 尿素作化肥含氮量为硝酸铵的1 3倍 硫酸铵的2 2倍 碳酸氢铵的2 6倍 节省了以吨氮营养物计的运输 贮存 施用等费用 尿素是中性速效肥料 长久施用不会土质板结 施用及贮藏性能好 不分解 不吸潮 不结块 流动性好 还可配成多营养成分的混合肥料和复合肥料 以满足不同土质 不同作物之需 尿素的重要用途 与甲醛的缩合反应尿素与甲醛作用生成尿甲醛缩合物 可作为脲醛塑料的原料 也是一种很好的缓效肥料 NH2CONHCONHCONH2 HCNO 3 NH3三聚氰酸 6Ur 三聚氰胺 6NH3 3CO2 2CO NH2 2 NH2CONHCONH2 NH3缩二脲 NH2CONHCONH2 CO NH2 2 NH2CONHCONHCONH2 NH3缩三脲 二 毁誉参半的农药 1 DDT是怎样发现的 1874年 德国著名化学家O Zeidler首先合成出来的 当时人们并没有发现它有什么用途 O Zeidler合成它完全是出于对化学反应研究和化学结构的兴趣 1939年 瑞士化学家PaulMiller合成了二氯二苯基三氯乙烷 Dichloro Diphenyl Tricloroethane DDT的化学结构式为 Cl C ClCl C Cl Cl 2 不可磨灭的历史功绩DDT的六个特点 1 对害虫毒性很高 2 对温血动物和植物相对无害 3 无刺激性 气味极淡 4 能广泛使用 5 化学性质稳定 残效期长 6 廉价且容易大量生产 1944年美国首先在意大利的军队和平民中广泛使用DDT 对付斑疹伤寒流行病 1952年不少国家用DDT对付虐蚊 以控制疟疾流行病 没用DDT以前 由于疟疾 全世界每年死亡200 300万人 使用DDT10年后 疟疾作为人类的主要祸患基本消除 印度 7500万人 1952 10万人 1964 前苏联 3500万 1956 1 3万 1966 斯里兰卡 1 2万人 1956 0 1966 WHO的一项报告中指出 单从疟疾病看 DDT可能拯救了5000万个生命 因此 1948年 PaulMiller获诺贝尔医学奖 1963年 希腊赛塞努力克大学授予他博士学位 飞机喷洒DDT杀蚊 3 退出历史舞台 1972年 美国环境保护局 EPA 对在美国使用DDT发出一项禁令 DDT的成功历史就此结束 这是因为 1946年 科学家就认识到 DDT可在人体的脂肪中富集 并能长期地残留 富集效应 土壤100ppm 蚯蚓140ppm 知更鸟400ppm 1960年 美国加利福尼亚的图利湖 TuleLake 和下克拉马斯保护区发生食鱼性鸟类大量死亡 检查发现小鹈鹕体内脂肪中的DDT含量比湖水中高77万倍 DDT经食物链浓缩107倍 水中DDT浓度3x10 6ppm 鹰体内DDT浓度25ppm DDT对消灭农业害虫和居家杀虫确实发挥过神奇作用 但DDT是一种难降解有毒化合物 长期使用会在环境及生物体内积累 造成环境污染 1976年美国洛杉矶动物园小河马突然全部死亡 就是饮用附近农药厂排放的DDT废液所致 据此 许多国家70年代就停止使用DDT 影响远未终结 在1995年美国医生发现死婴的脑部也有DDT DDT还造成男性发育异常 有 非男性化 表现 同时DDT还造成在美国 日本出现大量畸形青蛙 1983年 中国停止生产 停止使用DDT 历年累计产量约40多万吨 占国际用量的20 目前 某些国家仍生产用于控制疾病的传播 5 POPsandPTS POPs PersistentOrganicPollutants持久性有机污染物PTS PersistentToxicSubstances持久性有毒污染物 国际上公认POPs具有下列四个重要的特性 1 能在环境中持久地存在 由于POPs物质对生物降解 光解 化学分解作用有较高抵抗能力 一旦排放到环境中 它们难于被分解 可以在水体 土壤和底泥等环境中存留数年时间 衡量化学物质在环境中持久性的评价参数为半衰期 2 能蓄积在食物链中 对有较高营养级的生物造成影响 由于POPs具有低水溶性 高脂溶性特性 导致POPs从周围媒介物质中生物富集到生物体内 并通过食物链的生物放大作用达到中毒浓度 由于POPs多为对人类 动物和水生生物有较高毒性的物质 通过饮食和环境污染接触到POPs 从而造成健康危害 生物富集因子 BCF 评价一种化学物质被生物富集时可能达到的程度 一般用鱼作为实验生物来测定 BCF值为稳定状态下 鱼体内受试化学物质的浓度与实验水体中受试物质的比值 3 能够经过长距离迁移到达偏远的极地地区 POPs所具有的半挥发性使得它们能够以蒸汽形式存在或者吸附在大气颗粒物上 便于在大气环境中做长距离迁移 同时这一适度挥发性又使得它们不会永久停留在大气中 能重新沉降到地球上 通常以饱和蒸汽压作为评价化学物质挥发性的指标参数 所谓饱和蒸汽压是指化学物质在一定温度下 与液体或固体处于相互平衡时的蒸汽饱和压力 4 在一定的浓度下会对接触该物质的生物造成有害或有毒影响 POPs大多具有 三致 致癌 致畸 致突变 效应 对人类和动物的生殖 遗传 免疫 神经 内分泌等系统具有强烈的危害作用 由于POPs兼具上述四个方面的特性 因此造成的结果是 POPs进入环境 其持久性会长时间残留 对人类和动物的潜在暴露 其强烈的亲脂憎水性 POPs会在生物器官的脂肪组织内产生生物积累 并沿着食物链逐级浓缩 从而使在大气 水 土壤等环境介质中低浓度存在的污染物最终在高营养级的人类和野生动物体内达到足以造成严重负面影响的水平 其半挥发性 POPs会随着大气和水的流动以及动物迁徙等到达距离污染源较远的地方 并通过所谓的 全球蒸馏效应 和 蚱蜢跳效应 而实现长距离越境迁移 最终沉积到地球的偏远极地地区 导致全球性污染 大量的检测研究已表明 目前从炎热的赤道地区到寒冷的极地地区的各种环境介质 大气 气溶胶 水体 土壤 底泥等 以及动物 人体组织中均发现存在POPs 人类已经处于POPs的包围中 POPs对全球环境和人类健康所构成的威胁正是各国政府 管理部门 学术界 工农业界和公众对其广泛关注的直接原因 目前POPs成为一个新的备受关注的全球性环境问题 2001年5月 中国政府签署了 关于对某些持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约 根据这项公约 各缔约国将采取一致行动 首先控制并逐步消除12种对人类健康和自然环境特别有害的持久性有机污染物 POP 它们是 艾氏剂 氯丹 狄氏