Поведение химических веществ в окружающей среде. Хлорэтилен, фосфор

 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Химическая технология и промышленная экология»

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Химия окружающей среды»

Поведение химических веществ  в окружающей среде.

Хлорэтилен, фосфор.

 

 

 

 

Выполнил:

 студент 3-НТФ-11

Тюрина Т. А.

Консультант:

к.х.н., доцент

Смирнов Б. Ю.

 

Самара 2012

Содержание

Введение

Глава 1.

Хлорэтилен  в окружающей среде…………………….……….……..….……5

1.1.Физико-химические свойства……………………………….…….………6

1.2.Нахождение в природе……………………………………………….……7

1.3.Антропогенные источники поступления в биосферу……………………7

1.4.Основные превращения в биосфере………………………………………11

Глава 2. Фосфор в окружающей среде…………………………...…..………13

2.1.Физико-химические свойства…………………………………….………13

2.2. Нахождение в природе……………………………………………...……15

2.3. Антропогенные источники  поступления в биосферу………….………15

2.4.Основные превращения  в биосфере……………………………..………18

Заключение……………………………………………………………………22

Список литературы……………………………………………………………23

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Наша окружающая среда  или попросту природа – это  наш дом. Но почему то мы не задумываемся над тем, чем мы разрушаем этот дом… Почему то люди считают, что это  лично их не касается. Наверное, забота о природе – это дело кого-то другого, но не меня! Какого-то 3его лица, государства, экологов.. но не моя! А  что я? Я как все… Неужели билетик, который я выкинул просто на улицу, а не в урну чего то изменит; неужели, если я один раз до магазина пройдусь пешком,  а не поеду на машине, что то поменяет?..

Оказывается, да! Ведь этот несчастный трамвайный билетик как капля  в море, но именно из капель и состоит  море, да что там море… целый  мировой океан. Так и наши поступки, касающиеся окружающей среды, складываются в один большой механизм, который чаще всего наносит природе вред. И каждый человек должен 10 раз подумать и все-таки донести билетик до урны. Как говориться: «Семь раз отмерь один отрежь». Эта пословица, на мой взгляд, актуальна и по сей день и как никогда подходит к нашему  отношению к природе.

Цель моей курсовой работы – изучение процессов миграции и  трансформации хлорэтилена и фосфора в различных частях биосферы, а также определение их влияния на живые организмы и способы утилизации.

Винилхлорид (хлористый винил, хлорвинил, хлорэтилен, хлорэте́н, этиленхлори́д) — органическое вещество; бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, имеющий формулу C2H3Cl и представляющий собой простейшее хлорпроизводное этилена. Вещество является чрезвычайно огне- и взрывоопасным, выделяя при горении токсичные вещества. Винилхлорид — сильный яд, оказывающий на человека канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие.

Промышленное производство винилхлорида входит в первую десятку  производства крупнейших многотоннажных продуктов основного органического  синтеза; при этом почти весь производимый объём используется для дальнейшего  синтеза полихлорвинила (ПВХ), мономером  которого и является винилхлорид.

Винилхлорид – это канцероген, с резорбтивным определяющим показателем, который характеризует направленность биологического действия вещества. То есть винилхлорид может способствовать развитию общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов. Хроническая интоксикация винилхлоридом носит название «винилхлоридной болезни».

Фо́сфор (от др.-греч. φωσφόρος — светоносный) — химический элемент 15-й группы имеет атомный номер 15. Один из распространённых элементов земной коры: его содержание составляет 0,08—0,09 % её массы. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), фосфорит и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни. Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белый, красный, чёрный и металлический фосфор. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора, а в условиях сверхвысоких давлений — также металлическая форма.

Фосфор является важнейшим  биогенным элементом и в то же время находит очень широкое  применение в промышленности. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации. Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется (в зажигательных бомбах и пр.). Красный фосфор — основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, взрывчатых веществ, зажигательных составов, различных типов топлива, а также противозадирных смазочных материалов, в качестве газопоглотителя в производстве ламп накаливания.

Фосфор присутствует в  живых клетках в виде орто- и  пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са3(РО4)3·Ca(OH)2. В состав зубной эмали  входит фторапатит. Основную роль в  превращениях соединений фосфора в  организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. Суточная потребность человека в  фосфоре 800—1500 мг. При недостатке фосфора  в организме развиваются различные  заболевания костей.

Красный фосфор практически нетоксичен. Пыль красного фосфора, попадая в легкие, вызывает пневмонию при хроническом действии.

Белый фосфор очень ядовит, растворим в липидах. Смертельная  доза белого фосфора — 50—150 мг. Попадая  на кожу, тлеющий белый фосфор даёт тяжелые ожоги. Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2—3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем.  ПДК паров фосфора в воздухе производственных помещений — 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация в атмосферном воздухе — 0,0005 мг/м³, ПДК в питьевой воде — 0,0001 мг/дм³.

 

Глава 1. Хлорэтилен в окружающей среде

1.1.Физико-химические свойства

Винилхлори́д (хло́ристый вини́л, хлорвини́л, хлорэтиле́н, хлорэте́н, этиленхлори́д)

Формула: С₂Н₃ Cl

              

Винилхлорид при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ со слабым сладковатым запахом. Порог ощущения запаха в воздухе составляет приблизительно 3000 частей на миллион. Малорастворим в воде (около 0,95 масс.% при 15—85 °С), легко растворим в спирте, хлороформе и дихлорэтане, растворим в диэтиловом эфире.

Температура кипения: −13,8 °C;

Температура плавления: −153,8 °C

Относительная плотность при −20 °C: 0,983;

Относительная плотность при 20 °C: 0,911 (жидкость);

Плотность по воздуху: 2,17;

Вязкость жидкости при − 40 °C: 0,334 мПа·с;

Вязкость газа при 20 °C: 10,71 мкПа·с;

Винилхлорид — активное химическое соединение, чьи химические свойства определяются как наличием двойной связи, так и атома хлора. Подобно алкенам, винилхлорид вступает в реакции присоединения по кратной связи, при этом атом хлора выступает в роли электронакцепторного заместителя, тем самым снижая реакционную способность соединения в реакциях электрофильного присоединения и повышая реакционную способность соединения в реакциях нуклеофильного присоединения. Атом хлора в винилхлориде очень инертен, что связано с влиянием двойной связи, поэтому реакции замещения, связанные с ним, для винилхлорида не характерны. В то же время именно это свойство позволяет относительно легко отщеплять от него молекулу хлороводорода. Наибольший интерес представляет реакция полимеризации винилхлорида, имеющая огромное практическое значение.

1.2.Нахождение в природе

В окружающей среде винилхлорид  появляется исключительно вследствие его выбросов во время производства и переработки.

1.3. Антропогенные источники поступления в биосферу

Основные источники эмиссий  винилхлорида (ВХ) в атмосферу - производство винилхлорида, производство поливинилхлорида (ПВХ) и изделий из него. Так же были зарегистрированы эмиссии винилхлорида, источником которых являлись свалки муниципальных отходов. Винилхлорид поступает в атмосферу при вскрытии и чистке полимеризаторов и другого емкостного оборудования, при выделении ПВХ из суспензии в процессе центрифугирования, при сушке продукта горячим воздухом и при фасовке, а также в процессе переработки ПВХ. В непосредственной близости от заводов по производству ВХ и ПВХ среднесуточные концентрации ВХ в воздухе могут превышать 100 мкг/м3, но на расстоянии более 1 км от завода снижаются до менее 10 мкг/м3.

Вследствие высокой летучести  и реакционной способности присутствие  винилхлорида в воде в значительных концентрациях вряд ли возможно. Наибольшая концентрация, измеренная в питьевой воде (1,7 мкг/дм3), объяснялась поступлением мономера из поливинилхлоридных труб.

Существуют три основных способа получения винилхлорида, реализованные в промышленных масштабах:

1) каталитическое газофазное гидрохлорирование ацетилена;

2) комбинированный метод на основе этилена и ацетилена;

3) сбалансированный по хлору метод на основе этилена.

Каталитическое  газофазное гидрохлорирование ацетилена

Метод каталитического гидрохлорирования  ацетилена, в котором ацетилен получался  реакцией карбида кальция с водой, был первым коммерческим процессом получения винилхлорида.

Химия процесса выглядит следующим  образом:

Получение ацетилена:

Гидрохлорирование ацетилена:

Краткое описание технологии производства: Произведённый, очищенный и осушенный ацетилен (содержание влаги не более 1,5 г/м³) смешивают с очищенным и высушенным хлороводородом в соотношении примерно 1,0:1,1. Эта смесь газов подаётся в верхнюю часть трубчатого реактора, трубы которого заполнены катализатором, представляющим собой активированный уголь, пропитанный двухлористой ртутью HgCl2 (10—15 %). Реактор изготавливается из углеродистой стали; высота труб составляет 3—6 метров, диаметр 50—80 м. Температура в области реакции 150—180 °C. После реактора реакционные газы подаются в специальную колонну, орошаемую соляной кислотой для извлечения двухлористой ртути. После первой абсорбционной колонны реакционные газы подаются в следующую, где орошаются водой и раствором щёлочи для отделения хлороводорода, ацетальдегида и углекислого газа. После этого газы охлаждаются в конденсаторе для удаления воды и подаются на ректификацию для удаления высококипящих примесей. Полученный винилхлорид на последней стадии пропускается через колонну, заполненную твёрдым едким натром для полного обезвоживания и нейтрализации.

Ниже представлено схематичное  изображение процесса:

Комбинированный метод на основе этилена и ацетилена

Комбинированный метод на основе этилена и ацетилена заключается  в совмещении реакции хлорирования этилена и последующей деструкции дихлорэтана с реакцией гидрохлорирования  ацетилена и использованием для  последней хлороводорода со стадии термического разложения.

Химия процесса:

Метод позволил заменить половину ацетилена на более дешёвый этилен, а также утилизировать хлороводород, тем самым довести почти до 100 % полезное использование хлора.

 

Сбалансированный  по хлору метод на основе этилена

Общее описание метода

В основанном на этилене  процессе винилхлорид получается пиролизом  дихлорэтана, который, в свою очередь, синтезируется каталитической реакцией хлора с этиленом. Хлороводород, получаемый в результате дегидрохлорирования  дихлорэтана, вступает в реакцию  с кислородом и этиленом в присутствии  медного катализатора, образуя дихлорэтан и тем самым уменьшая расход элементарного  хлора, используемого для прямого  хлорирования этилена. Этот процесс  известен как оксихлорирование. Для  получения товарного продукта винилхлорид  очищают дистилляцией, а побочные хлорорганические продукты либо выделяют для получения растворителей, либо подвергают термодеструкции для  вовлечения хлороводорода снова  в процесс.

Химия процесса выглядит следующим образом:

Хлорирование этилена:

Термическое дегидрохлорирование  дихлорэтана:

Окислительное хлорирование этилена:

При такой схеме производства распределение этилена происходит примерно поровну между стадиями прямого и окислительного хлорирования.

 

 

 

1.4. Основные превращения в биосфере

Миграция хлорэтилена в биосфере обусловлена его химическими и физическими свойствами. В лабораторных и производственных условиях легко переходит из раствора в газообразное состояние,  в экологических обычно выделяется из водоемов в атмосферу. Легко присоединяют галогены с образованием тригалогеноэтанов.

С-С, где Х – это хлор или бром.

Например, хлористый винил легко реагирует с хлором, как в жидкой, так и газовой фазе, образуя 1,1,2-трихлорэтан:

В отсутствие кислорода и  света при обычных условиях чистый винилхлорид может существовать достаточно долго, не претерпевая каких-либо изменений; однако появление свободных  радикалов, вызываемое как фотохимически, так и термохимически, приводит к  его быстрой полимеризации.

Механизм полимеризации  носит радикальный характер: