Zašto tako kasno! Pre pojave hemije životne sredine već su postojale čvrsto utemeljene nauke koje su se bavile određenim problemima sredine, kao što su geologija, geohemija, meteorologija, hidrologija, geofizika, neki delovi geografije, a naročito ekologija, u okviru biologije. Početke razvoja hemije životne sredine treba tražiti u pedesetim godinama XX veka, kada su mnogi krajevi Evrope, Severne Amerike i Azije odavno već bili dramatično zagađeni industrijskim otpacima svih agregatnih stanja, dimom i izduvnim gasovima. Tada je postepeno shvaćeno da relativno mala količina neke hemijski aktivne supstance u vazduhu, vodama ili sedimentima može da prouzrokuje teška oštećenja zdravlja kod Ijudi i životinja i da remeti ekosisteme voda i zemljišta. Danas se smatra da ima dva osnovna razloga relativno kasnom razvoju hemije životne sredine. Prvo, niz godina se pretpostavljalo, čak u nekim stručnim krugovima, da ona nije potrebna. Drugi razlog bila su ograničenja pri istraživanju životne sredine nametnutih tadašnjim skromnim mogućnostima analitičke tehnike. Naime, osnova razvoju svake nauke su istraživanja.
I danas, polazište svakom hemijskom istraživanju životne sredine jeste zadovoljavajuće pouzdano utvrđivanje relativno niskih koncentracija neke supstance.

Savremeni prirodnjak. Karakter i glavni ciljevi hemije životne sredine proizlaze iz definicije koju je 1975. godine dao poznati britanski organski geohemičar Geoffrey Eglinton: „Hemija životne sredine proučava raspodelu i interakciju elemenata i jedinjenja u životnoj sredini, njihov način rasprostiranja i njihov uticaj na biološke i druge sisteme. Dragim rečima, hemija životne sredine je hemija prirode i hemija zagađivača.“ Vidi se, da je za kompetentno hemijsko istraživanje životne sredine u cilju njene racionalne zaštite potrebno i solidno obrazovanje iz fundamentalnih oblasti hemije. Definicija ukazuje i na potrebu vraćanja sveobuhvatnom istraživanju prirode, uz puno njeno poštovanje, kao u vremenu Philosophia natnrae. To, prevedeno u današnje vreme znači da obrazovanje iz hemije životne sredine treba da osposobi istraživača za kompetentan hemijski interdisciplinami ali i multidisciplinami timski rad.

Razvoj. Počev od sedamdesetih godina sve veći broj hemičara se posvećuje istraživanjima iz pojedinih oblasti hemije životne sredine. Na mnogim univerzitetima se osnivaju istraživačke grape, stvaraju se specijalizovani instituti. Razvoj istraživačkog rada ubrzo pokazuje daje neophodno i specifično obrazovanje. Tako, na univerzitetima dolazi do uvođenja predmeta sa tematikom iz hemije životne sredine, a kasnije se otvaraju i specijalni departmani ili fakulteti. Sem u mnogobrojnim monografijama, rezultati istraživanja se danas objavljuju već u više stotina naučnih i preko hiljadu stručnih časopisa, posvećenih pojedinim užim oblastima hemije životne sredine. Mnogi vodeći časopisi fundamentalne ili primenjene hemije takođe objavljuju radove iz neke oblasti hemije životne sredine.

Još je osamdesetih godina utvrđeno da je najveći broj problema u životnoj sredini, oko 80%, hemijske prirode. Iz toga sledi da su za istinsko rešavanje tih problema potrebni stračnjaci sa solidnim hemijskim odnosno hemijsko-tehnološkim obrazovanjem, sposobni da sarađuju i sa stručnjacima adekvatnih profila. Postoji izvestan broj slučaja gde su i u prošlosti neki složeni problemi rešavani na pogrešan način (na primer, eutrofikacija jezera, razaranje ozonskog sloja), bilo zbog nedovoljne istraženosti problema, ili zbog zakasnele odluke upravljačke strukture. Neki takvi primeri prikazani su u ovom udžbeniku. Međutim dugoročno gledano, verovatno najštetnije, u mnogim zemljama, tako i kod nas, jeste pojava znatnog broja uticajnih „ekspres eksperata ekologije“ kao i „instant ekohemičara“, koji nisu imali vremena da se hemijski odgovarajuće obrazuju. Nadam se da će ovaj, kao i drugi takvi udžbenici doprineti smanjenu njihovog uticaja – u interesu životne sredine.

Udžbenik. Ovaj, prvi deo udžbenika Hemijaživotnesredine po svom obimupredstavlja nešto više od jedne trećine celog udžbenika. U opštom uvodnom delu objašnjavaju se ekološke osnove hemije životne sredine i data je klasifikacija zagađivača. Veći broj primera, koji na popularniji način objašnjavaju razvoj stanja zagađenosti raznih sredina, kao i prikaz doprinosa biljaka i mikroorganizama hemijskom sastavu sredine treba da podvlače sveopštu povezanost procesa u prirodi i tako da doprinesu izgradnji ekohemijskog načina razmišljanja. Uvodni deo se završava prikazom savremenih prioritetnih problema životne sredine uz navođenje najnovijih pravaca istraživanja. Glavni deo prvog dela udžbenika predstavlja uvod u atmosfersku hemiju i prikaz porekla toksičnijih zagađivača. Relativno detaljna obrada specifičnosti atmosferske hemije, uz primere i zadatke, ima za cilj da čitaoca upozna sa elementima ove hemije, koji će se kroz udžbenik stalni koristiti. Sledi prikaz porekla atmosferskog omotača Zemlje i kiseonika u njemu, strukture omotača, glavnih fizičkih i hemijskih karakteristika pojedinih sfera omotača, od najbliže, troposfere, do najudaljenije, egzosfere. Detalji o hemijskim procesima u udaljenijim sferama vazdušnog omotača kao i u atmosferi planeta nisu dati i mogu se naći u specijalnoj literaturi. Znatan prostor je dat hemijskim procesima u stratosferskom ozonskom sloju, uz detaljan prikaz učešća zagađivača koji stižu iz troposfere. Prikaz se završava ulogom ozonskog sloja u zaštiti biosfere planete i hemijskim osnovama strategije njegove zaštite. Dva osnovna kriterijuma je bilo za izbor prikazanih toksičnijih zagađivača životne sredine: 1) relativna raširenost izvora zagađivača i 2) posedovanje sistemskih toksikoloških efekata prema čoveku i ostalom živom svetu, kao što su izazivanje mutacija, malignih oboljenja, hormonskih poremećaja ili poremećaja u razmnožavanju. Knjiga se završava prikazom hemijskog sastava nezagađene troposfere, prirodnog aerosola i interakcije vodenog aerosola (oblačne kapi, magla, kišne kapi) sa gasovima atmosfere.

Sa specifičnom stručnom terminologijom korisnik udžbenika se upoznaje postepeno, proučavajući pojedine odeljke, ali, od pomoći je i indeks na kraju knjige. U cilju lakšeg povezivanja pojedinih procesa, hemijske reakcije su prikazane sistematično i uglavnom relativno detaljno, uz navođenje konstante njihove brzine. Međutim, za eventualno poznate mehanizme reakcije čitalac se upućuje na specijalnu literaturu. Veliki broj tabela ima za cilj da pruža detaljan uvid u razne aspekte atmosferske hemije i da sistematizuje obiman broj podataka. Cilj računskih zadataka, pitanja ili predloga za teorijska istraživanja, sa kojima se završava većina odeljaka, jeste isticanje ključnih sadržaja i da doprinose osamostaljivanju korisnika udžbenika. Poželjno je da po mogućstvu obrađuje što više od toga.

Udžbenik je namenjen pre svega studentima hemije i želja autora je bila da oni budu zadovoljni sa načinom objašnjavanja složenijih pojava i procesa u životnoj sredini. Koncepcija udžbenika polazi od pretpostavke da je student već savladao osnovne kurseve iz opšte i neorganske hemije, organske hemije i fizičke hemije. Opširnost nekih delova odeljaka prevazilazi potrebe osnovnog kursa iz hemije životne sredine i ponekad zahteva osnovno poznavanje industrijske hemije, hemije prirodnih proizvoda i biohemije. Zamisao je bio da takvi delovi posluže kao osnovni materijal za studije iz hemije životne sredine na višim godinama kao i poslediplomcima. Naročito u tom cilju udžbenik obiluje sadržajima iz najnovije literature (1999-2008) i upućuje interesenta preko literaturnih citata na savremena ključna istraživanja ili na revijske članke. Zbog nalaženja relativno popularnih uvodnih delovi i drugih takvih sadržaja u mnogim odeljcima, kao i postojanja velikog faktografskog materijala, recenzenti i autor se nadaju da će ovaj deo udžbenika biti od koristi i nastavnicima hemije u njihovom radu u školama. U relativno opširnom indeksu na kraju knjige izbegnute su formule čime je omogućeno da i interesenti bez fundamentalnog hemijskog obrazovanja lako dolaze do željenih podataka ili sadržaja.

Naša nastava. Profesor Dragomir Vitorović je 1972. godine na smeru Primenjena hemija uveo predmet Nove oblasti primenjene hemije. Tada su na predlog autora ovog udžbenika, u program tog predmeta uvršćeni i neki sadržaji iz problematike životne sredine. Već 1978. se pomenuti ekohemijski sadržaji izdvajaju i uz dopune predaju kao poseban predmet – hemija životne sredine, za studente smera Primenjena hemija. Autor priprema neautorizovana skripta za hemiju životne sredine a 1982. godine i za predmet hemija i tehnologija vode. Tokom narednih godina ove, kao i druge predmete sa smera Primenjena hemija biraju i studenti ostalih smerova na Fakultetu. Veliko interesovanje studenata za izradu diplomskih radova kao i magistarskih i doktorskih teza iz hemije životne sredine bilo je tokom svih godina i tako je ostalo do danas. Od 1987. godine predmet hemija životne sredine postaje obavezan za sve studente Fakulteta. Početkom 90-tih godina uvedeno je usmerenje Hemija životne sredine i plan nastave je upotpunjen predmetima Hemodinamika zagađivača, Hemija životne sredine II i Instrumentalna analiza II. Tada je uveden i smer Hemija životne sredine za studente poslediplomskih studija. Najzad, 2004. godine, po predlogu profesora Branimira Jovančićevića, šefa Katedre za primenjenu hemiju, Hemijski fakultet na osnovnim studijama otvara studijsku grupu Hemija životne sredine, sa savremenom i kompletnom nastavom neophodnom za obrazovanje stručnjaka ovog profila.

Zahvalnost. Želeo bih da se zahvalim svima koji su doprineli nastajanju ovog udžbenika. Prvo, i najtoplije se zahvaljujem recenzentima udžbenika, akademiku profesoru dr Dragomiru Vitoroviću i dr Ivanu Gržetiću redovnom profesoru Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Profesor Vitorović, kao šef Katedre za primenjenu hemiju je pre mnogo godina predložio pisanje ovog udžbenika. Kako su godine prolazile, uz čestitanje Nove godine ponavljao bi svoj predlog. Pregledajući sad rukopis, Profesor je sugestijama, altemativnim izrazima, kritikom pojedinih delova i korekcijama nastojao da udžbenik napišem na najbolji mogući način. Svaka reč zahvalnosti za sve to izgleda mala. Profesor Gržetic je uvek imao vremena za mene i zahvalan sam na mnogim kolegijalnim sugestijama, korisnim savetima, kao i na izvrsnoj literaturi, što je sve uticalo na sadržaj i strukturu udžbenika. Akademiku, profesom dr Živoradu Čekoviću zahvaljujem se na interesovanju i za važnu literatura. Profesora dr Branimira Jovančićeviću sam zahvalan na savetima a teško mogu zaboraviti njegove prijateljske reči podrške. Dr Aleksandar Popović, docent Hemijskog fakulteta trebao je da bude koautor ovog dela udžbenika, ali sticajem okolnosti nije bio u mogućnosti. Njemu se zahvaljujem na stalnom interesovanju i mnogim savetima. Posebnu zahvalnost dugujem svojim bivšim studentima za njihovu kvalitetnu tehničku pomoć: Mr Sanja Mrkić, istraživač-saradnik Centra za hemiju IHTM, je krajnje strpljivo izradila sve komplikovane formule i neke slike u udžbeniku. Dr Aleksandra Sajnović, istraživač Centra za hemiju i dr Ksenija Stojanović, docent Hemijskog fakulteta su uvek imale vremena da mi pomognu. Mr Vbjin Krsmanović, asistent Hemijskog fakulteta mi je stalno donosio novu literatura. Uredniku u Zavodu za udžbenike, profesoru mr Nikoli Stojancu sam zahvalan na korisnim sugestijama, za ovaj deo, kao i za ceo udžbenik. Svojoj suprazi profesora dr Lidiji Pfendt želim i ovde da se zahvalim na njenim sugestijama i trajnoj podršci. Korisnicima udžbenika biću zahvalan na sugestijama.

Avgusta 2008

Autor

Sadržaj

PREDGOVOR

1. UVOD

1.1. EKOLOŠKE OSNOVE HEMIJE ŽIVOTNE SREDINE
1.1.1. Zadaci i istraživanja
Literatura
1.2. ZAGAĐIVANJE ŽIVOTNE SREDINE
1.2.1. Razvoj stanja zagađenosti životne sredine
1.2.2. Klasifikacija zagađivača životne sredine
1.2.2.1. Klasifikacija hemijskih zagađivača
1.2.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
1.3. FUNDAMENTALNA KARAKTERISTIKA ŽIVOTNE SREDINE: UTICAJ BIOSFERE NA HEMIJSKI SASTAV ŽIVOTNE SREDINE
1.3.1. Zelene biljke kao hemijski faktor životne sredine
1.3.2. Mikroorganizmi kao hemijski faktor životne sredine
1.3.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
1.4. STRATEGIJA ZAŠTITE ŽIVOTNE SREDINE I PRIORITETNI PROBLEMI
1.4.1. Zadaci i istraživanja
Literatura

2. HEMIJA ZEMLJINE ATMOSFERE

2.1. POREKLO ZEMLJINE ATMOSFERE
2.1.1. Poreklo kiseonika i razvoj sadašnje, tercijarne atmosfere Zemlje
2.1.2. Opšte karakteristike razvoja Zemljine atmosfere
2.1.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.2. STRUKTURA ATMOSFERSKOG OMOTAČA ZEMLJE
2.2.1. Osnovne fizičke i hemijske karakteristike vazdušnog omotača Zemlje
2.2.2. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3. SPECIFIČNOSTI ATMOSFERSKE HEMIJE
2.3.1. Izražavanje koncentracije sastojaka vazduha
2.3.1.1. Izražavanje koncentracije sastojaka vazduha preko odnosa mešanja, tj. stepena razblaživanja
2.3.1.2. Broj čestica u jedinici zapremine vazduha
2.3.1.3. Parcijalni pritisak gasa
2.3.1.4. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3.2. Vreme zadržavanja supstanci u vazduhu
2.3.2.1. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3.3. Kretanje vazduha i procesi prenosa supstanci u vazduhu
2.3.3.1. Kretanje vazduha
2.3.3.2. Prenošenje sastojaka vazduha
2.3.3.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3.4. Interakcija elektromagnetnog zračenja
sa sastojcima vazduha – fotohemijski procesi
2.3.4.1. Foton ili kvant zračenja
2.3.4.2. Izvori zračenja
2.3.4.3. Pregled fotohemijskih i fotofizičkih procesa u atmosferi
2.3.4.5 Glavne karakteristike fotodisocijacije
2.3.4.6. Zakon apsorpcije zračenja (Lambert-Beerov zakon)
2.3.4.7. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3.5. Osnovi kinetike atmosferskih reakcija
2.3.5.1. Reakcija I reda
2.3.5.2. Reakcija II reda
2.3.5.3. Reakcije II reda sa jednom vrstom reaktanta
2.3.5.4. Pseudomonomolekulska reakcija
2.3.5.5. Reakcije sa tri reaktanata
2.3.5.6. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.3.6. Aerosol i prašina
2.3.6.1. Poreklo aerosola
2.3.6.2. Fizičke karakteristike aerosolnih čestica
2.3.6.3. Koncentracija aerosola
2.3.6.4. Efekti aerosola u troposferskom vazduhu
2.3.6.4.1.Interakcija aerosola sa elektromagnetnim zračenjem
2.3.6.4.2. Kondenzacija vodene pare (fizika oblaka)
2.3.6.4.3. Heterogene reakcije na površini aerosolnih čestica
2.3.6.5. Sudbina (hemodinamika) aerosola
2.3.6.6. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.4. HEMIJA STRATOSFERE I OZONSKOG SLOJA
2.4.1. Osnovni hemizam ozonskog sloja
2.4.1.1. Modeli osnovnog hemizma ozonskog sloja
2.4.1.2. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.4.2. Stratosferski aerosol
2.4.2.1. Poreklo stratosferskog aerosola
2.4.2.2. Efekti stratosferskog aerosola
2.4.2.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.4.3. Antropogeno ugrožavanje ozonskog sloja
2.4.3.1. Uticaj hidroksilnog radikala na hemizam ozonskog sloja
2.4.3.2. Uticaj azotovih oksida na hemizam ozonskog sloja
2.4.3.3. Uticaj hlomih jedinjenja na ozonski sloj
2.4.3.3.1. Model Molinae i Rowlanda (1974)
2.4.3.3.2. Razvoj metodologije istraživanja uticaja freona na ozonski sloj
2.4.3.4. Savremeni, dopunjeni modeli hemizma razaranja ozonskog sloja
2.4.3.5. Stratosferski ozonski sloj nad sevemom hemisferom
2.4.3.6. Posredni antropogeni uticaji na ozonski sloj
2.4.3.7. Strategija zaštite ozonskog sloja
2.4.3.8. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.5. PRIRODNI I ANTROPOGENI SASTOJCI TROPOSFERSKOG VAZDUHAI NJIHOVIIZVORI
2.5.1. Iz istorije zagađivanja vazduha
2.5.1.1 Opštipregled
2.5.1.2 Havarija u Sevezu (emisija dioksina i trihlor-fenola)
2.5.1.3 Havarija u Bopalu sa emisijom metil-izocijanata
2.5.1.4 Havarija nukleame centrale u Čemobilu
2.5.1.5 Zadaci i istraživanja
Literatura
2.5.2. Rasprostranjeniji toksični zagađivači vazduha – pregled njihovog porekla i štetnog dejstva
2.5.2.1 Dejstvo zagađivača vazduha na organizam čoveka i životinja – uvodne napomene
2.5.2.1.1. Relativno često prisutni zagađivači vazduha značajne toksičnosti (sem pesticida)
2.5.2.1.2. Pesticidi
2.5.2.1.3. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.5.2.2. Uticaj zagađivača vazduha na biljke
2.5.2.2.1. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.5.2.3. Štetno dejstvo zagađivača vazduha na materijale
2.5.2.3.1. Dejstvo sumpor-dioksida na materijale
2.5.2.3.2. Dejstvo oksida azota na materijale
2.5.2.3.3. Dejstvo ozona na materijale
2.5.2.3.4. Dejstvo sumpor-vodonika na materijale
2.5.2.3.5. Dejstvo amonijaka na materijale
2.5.2.3.6. Dejstvo aerosola i prašine na materijale
2.5.2.3.7. Zadaci i istraživanja
Literatura
2.5.3. Sastav nezagađenog troposferskog vazduha
2.5.3.1. Vbdena para u troposferskom vazduhu
2.5.3.2. Troposferski aerosol, oblačne kapi, atmosferske padavine
2.5.3.3. Rastvaranje gasova u vodenoj fazi čestica
2.5.3.3.1. Uticaj parcijalnog pritiska
2.5.3.3.2. Uticaj temperature na rastvaranje gasova u vodi
2.5.3.3.3. Uticaj sadržaja soli narastvorljivost gasova u vodi
2.5.3.3.4. Uticaj hemijske prirode gasa na njegovu rastvorljivost u vodi
2.5.3.4. Zadaci i istraživanja

Literatura
Index

1. Uvod

1.1. Ekološke osnove hemije životne sredine

Pod životnom sredinom ili okolinom, uže posmatrano, podrazumeva se prostor u kome se odvija život nekog bića. Prema preciznijoj, ekološkoj, definiciji, životna sredina predstavlja skup svih organizama, stvari, pojava i energija, koji u najširem smislu određuju život nekog bića.

Nauka koja proučava uzajamnu povezanost pojedinih bića ili životnih zajednica i sredine u kojoj žive naziva se ekologija (grčki: oikos = kuća; logos = nauka). Ekologija spada u biološke nauke, ali je tesno povezana sa nizom drugih nauka, kao što su fizika, hemija, geologija, meteorologija, geografija, kao i nizom drugih naučnih oblasti. Jedna od najnovijih naučnih oblasti, koja se oslanja na zakonitosti ekologije, jeste hemija životne sredine, ponekad nazvana ekološkom hemijom ili ekohemijom.

Osnovna jedinica koju ekologija proučava predstavlja ekosistem. Ekosistem se sastoji od grupe organizama zajedno sa njihovom neživom, fizičkom, okolinom. Svaki ekosistem ima, dakle, svoju živu i neživu, tj. biotičnu i abiotičnu komponentu. Drugim rečima, ekosistem se sastoji od biocenoze i biotopa (grčki: bios = živ, živo biće; koinos = zajednički; topos = mesto). Biocenozu ili životnu zajednicu sačinjavaju svi organizmi koji zajedno žive na jednom mestu, biotopu. Biotop sačinjavaju, na primer, zemljište, voda, vazduh, sve neorganske i organske supstance i materijali u tim sredinama, kao i skup fizičkih faktora (intenzitet i sastav svetlosti, količina toplote, temperatura, vlažnost, kretanje vazduha).

Najvažnija karakteristika ekosistema jeste vrlo tesna uzajamna povezanost svih njegovih sastojaka. Promena bilo kojeg sastojka izaziva promenu svih ostalih. Ova međusobna povezanost prikazana je na slici 1.1-1 i biće ilustrovana jednim primerom. Da bi povećao prinos nekog pšeničnog polja, čovek obrađuje zemljište sa nekim herbicidom radi uništavanja korova. Uništavanjem korova stvoreno je više mesta za rast pšenice, ona raspolaže većom količinom hranljivih supstanci i zbog svega toga prinos je veći. Životinje koje
su se hranile korovom, posle uništavanja korova oskudevaju u hrani. Zbog toga će kod nekih vrsta tih životinja da se smanji broj jedinki, a druge vrste će početi da se hrane pšenicom umesto korovom. Prema tome, primami poremećaj, tj. uništavanje korova, izazvao je sekundarne poremećaje, a to je promena broja i vrste životinja u ekosistemu. Smanjenje broja i vrste životinja može da ima negativan uticaj i na sastav i način funkcionisanja zemljišta.

• klima
• biljke
• životinje
• čovek
• tlo

Slika 1.1-1. Prikaz međusobne povezanosti glavnih sastojaka ekosistema.

Izostavljeno iz prikaza

Svakom ekosistemu, da bi mogao da opstane, potrebna je energija. Osnovni izvor energije je Sunce i njegovu energiju koriste primarni proizvođači u ekosistemu, zelene biljke (alge, trave, drveće), u procesu fotosinteze, tj. sinteze organske supstance iz ugljen-dioksida i vode pod uticajem svetlosti uz katalitičko dejstvo hlorofila, zelenog biljnog pigmenta:

6CO2 + 6H2O + hv + HLF → C6H12O6 + 6O6 + HLF (1.1-1)

Vrlo uprošćeni prikaz fotosinteze, jednačina (1.1-1), pokazuje da kao neposredni proizvod postaje jedna heksoza i kiseonik. Na ovaj način postaje praktično celokupna količina kiseonika koji se nalazi u atmosferi. Zbog svega toga je ovo ključna i za Zemlju specifična hemijska reakcija.

Od stvorene heksoze biljka sintetizuje sve ostale svoje sastojke, kao što su celuloza, razni drugi ugljeni hidrati, lignin, hlorofil i dmgi biljni pigmenti, aminokiseline itd. Od strane proizvođača prvog reda tako stvorenu organsku supstancu, biomasu, koriste potrošači prvog reda (biljojedi), za svoje životne potrebe. Biomasu stvorenu od strane biljojeda koriste za svoje životne potrebe potrošači drugog reda (mesojedi). Ovaj hijerarhijski lanac ishrane nedvosmisleno demonstrira međusobnu povezanost i zavisnost sastojaka nekog posmatranog ekosistema, a, šire gledano, i celokupnog živog sveta.

Međusobna povezanost između biljnog i životinjskog sveta i njihove sredine (biotopa) može se detaljnije demonstrirati razmatranjem funkcionisanja jednog malog eksperimentalnog ekosistema, koji je prikazan na slici 1.1-2.

Slika 1.1-2. Eksperimentalni ekosistem.

Izostavljeno iz prikaza

Opis eksperimentalnog ekosistema (slika 1.1-2). Ispod staklenog zvona nalaze se vazduh, biljka (u saksiji sa zemljom), miš, i hrana i voda za miša. Ovaj ekosistem dobija toplotu i svetlost od Sunca. Pod uticajem sunčeve svetlosti i toplote, biljka fotosintezom, reakcija (1.1-1), proizvodi svoju organsku supstancu, trošeći pri tome ugljen-dioksid i vodenu paru koji nastaju disanjem miša i biljke. Pri fotosintezi istovremeno postaje kiseonik koji je potreban mišu i biljci za disanje. Pored toga, da bi mogao da živi i tako da stvara ugljen–dioksid i vodenu paru koji su potrebni biljci, mišu su potrebni hrana i voda.

Preko dva pomenuta biohemijska procesa, fotosinteze i disanja, živi sastojci ekosistema su uzajamno povezani. Pri tome se uočava da živi svet menja sastav nežive okoline: a) fotosintezom biljka troši ugljen-dioksid i vodenu paru iz vazduha i stvara organsku supstancu i kiseonik, b) miš disanjem povišava koncentraciju ugljen-dioksida i vodene pare u vazduhu i iz njega troši kiseonik.

Visokom koncentracijom kiseonika u atmosferi, koja je postignuta fotosintetičkom aktivnošću biljaka, neživoj prirodi je nametnuta oksidaciona sredina – što znači da se u neživoj prirodi oksiduje sve što se po zakonima hemijske reaktivnosti i termodinamike može oksidovati (na primer, Fe(II) u Fe(III), S(II) u S(IV) ili S(VI), C(0) u C(IV). Isto tako, po uginuću, na primer, biljaka, za oksidaciju zaostale biomase će biti potrebna tačno ista količina kiseonika koja je stvorena pri njenoj sintezi (reakcija 1.1 -1. u suprotnom smeru). Sve to ukazuje na postojanje vrlo visokog stepena fundamentalne hemijske međusobne povezanosti svih sastojaka i pojava u prirodi.

Na osnovu pokazane uzajamne povezanosti svih sastojaka u eksperimentalnom ekosistemu može da se zaključi da će se pri izazivanju poremećaja bilo kojeg sastojka ekosistema poremetiti ceo sistem. Analizom nekoliko primera biće demonstrirana ispravnost ovog zaključka.

1. Poremećaj izazvan smanjivanjem količine svetlosti koju ekosistem prima. Ako se na put svetlosti prema staklenom zvonu (slika 7.7-2) stavi filter od tamno obojenog stakla, količina svetlosti koju će biljka u ekosistemu da prima biće manja. Zbog toga se smanjuje intenzitet fotosinteze (jednačina 1.1-1), a samim tim se smanjuje i količina kiseonika koju biljka stvara. Neposredni hemijski efekat jeste, prema tome, smanjenje koncentracije kiseonika u atmosferi ekosistema. Usled snižene koncentracije kiseonika, životne aktivnosti miša se smanjuju: manje se kreće i manje jede i pije vode. Zbog toga se kod miša usporava metabolizam, tj. smanjuje se količina ugljen-dioksida koju on izdiše. Sledeći hemijski efekat je dakle sniženje koncentracije ugljen-dioksida u vazduhu ekosistema i zato će se kod biljke još više smanjiti intenzitet fotosinteze – što će za posledicu imati još nižu koncentraciju kiseonika u atmosferi ekosistema. Srazmerno sniženju koncentracije kiseonika u atmosferi, životne aktivnosti miša se progresivno smanjuju – što za posledicu ima dalje, progresivno smanjenje intenziteta foto- sinteze. Može da se zapazi da je početni poremećaj bio fizički po svojoj prirodi (promena intenziteta i sastava Sunčeve svetlosti), a da je taj poremećaj doveo do ekološkog (biohemijskog poremećaja – sniženje intenziteta fotosinteze). Posledica ekološkog poremećaja bila je hemijska: smanjenje koncentracije kiseonika u vazduhu. Posle toga su usledili, naizmenično ekološki i hemijski poremećaji i svaki od njih bio je posledica prethodnog poremećaja i uzrok narednog. Očigledno je da će se ekosistem „raspasti“ pri daljem progresivnom snižavanju koncentracije sastojaka vazduha koji su ključni za održavanje ekosistema. Međutim, odgovarajućom blagovremenom intervencijom ekosistem može da bude spašen.

2. Poremećaj izazvan smanjenjem kvaliteta vode koju miš pije (zagađivanje vode). Ako se pijaćoj vodi miša doda neka supstanca koja smanjuje njen kvalitet, miš će manje da je pije. Zbog toga će da se smanjuju njegove životne aktivnosti. Kao posledica usporenog metabolizma kod miša, količina izdisanog ugljen- -dioksida će se smanjiti – što će kao posledicu imati sniženje intenziteta fotosinteze kod biljke. Pri daljem uzajamnom prigušivanju životne aktivnosti glavnih činilaca ekosistema, miša i biljke, progresivnom nepovoljnom promenom sastava atmosfere ekosistema, ishod će biti isti kao u prethodnom primeru. Početni uzrok ,,raspada“ ekosistema u ovom slučaju je hemijski, tj. nepovoljna promena sastava pijaće vode. I u ovom slučaju ekosistem može da se spase blagovremenom i odgovarajućom intervencijom.

3. Poremećaj izazvan prisustvom supstance koja menja hemijski sastav sredine ekosistema. Ako se u opisani ekosistem unese sud sa rastvorom neke baze, na primer, natrijum-hidroksida, ovaj rastvor će intenzivno da apsorbuje ugljen-dioksid kao „kiseli gas“ iz vazduha:

CO2(gas) ↔ CO2(rastvor) (1-1-2)
CO2(rastvor) + H2O ↔ H2CO3 (rastvor) (1.1-3)
H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (1-1-4)

Zbog apsorpcije ugljen-dioksida u rastvoru natrijum-hidroksida, njegova koncentracija u vazduhu će biti veoma niska – čime će se drastično umanjiti intenzitet fotosinteze kod biljke, tj. stvaraće se manje kiseonika. Dalji naizmenični sled ekološkog i hemijskog poremećaja će biti isti kao u prethodnim primerima.

1.1.1. Zadaci i istraživanja

 

1.1-1. Na primeru eksperimentalnog ekosistema (slika 1.1-2), sastavite redosled događaja koji će se desiti kao posledica:

a) povišavanja koncentracije prašine u atmosferi oko staklenog zvona;
b) prskanja biljke ili zemljišta u kome ona raste supstancom koju biljka ne podnosi (herbicidom);
c) povećanja broja miševa u ekosistemu od jednog na deset;
d) činjenice da miš pojede biljku.

1.1-2. Predvidite, u obliku beleške, sve sekundame posledice (ekološke i hemijske), koje treba očekivati uništavanjem korova u pšeničnom polju primenom nekog herbicida (slika 1.1-1).

1.2. Zagađivanje životne sredine

Izvori zagađivanja. Zagađivači. Uzroci zagađivanja. Hemija životne sredine

Osećaj umora ili glavobolje tokom vožnje automobilom u koloni, zagušljiv vazduh u sezoni loženja, miris izduvnih gasova vozila duž ulica, park ili izletište puni otpadaka, deponije smeća duž puteva i na rečnoj obali, mutna i zaprljana voda reke ili jezera — sve to predstavlja lako uočljivi znak zagađenosti neke sredine. Međutim, istraživanja izvedena tokom poslednjih pet decenija u svetu pokazala su da su problemi zagađivanja sredine znatno složeniji od navedenih pojava koje čovek može da zapaža svojim čulima. Utvrđeno je da zagađivanje životne sredine, kao i kod svih drugih procesa u prirodi, ima svoje uzroke, svoj intenzitet i trajanje, kao i svoje, ponekad vrlo ozbiljne, zdravstvene, ekološke, ekohemijske, ekonomske i estetske efekte.

U široj primeni danas se nalazi oko 70.000 ,,hemikalija“, tj. neorganskih i organskih supstanci i materijala, dok je ukupan broj hemikalija u datom smislu reči, koje se proizvode za razne primene, procenjen na oko 400.000. Međutim, ukupan broj neorganskih i organskih supstanci koje se nalaze u prirodi, odnosno, koje su do sada proizvedene sintezom, procenjen je na preko 5 miliona. Svaka od proizvedenih supstanci, pod određenim uslovima, može da stigne u neki segment životne sredine: u atmosferu, hidrosferu, litosferu ili biosferu. Sem toga, proizvodnja svih materijala, kao i energije i hrane, direktno ili indirektno je povezana sa velikim brojem raznovrsnih hemijskih procesa, a svaki od ovih procesa pored proizvoda daje i svoje ,,otpatke“. Posledica svega toga je nalaženje sve više raznovrsnih supstanci i materijala u životnoj sredini i ta se pojava u najnovije vreme definiše terminom porast hemio-diverziteta (porast raznovrsnosti hemikalija u životnoj sredini).

Svaka supstanca, zavisno od njene hemijske prirode i njenih fizičkih osobina, može da prouzrokuje manji ili veći poremećaj u sredini u koju dospeva. Prema već pomenutim zakonitostima ekologije, svaki primami poremećaj u datoj sredini izazvaće niz sekundarnih poremećaja — što sve zajedno ima za posledicu određen zdravstveni, ekološki, ekohemijski, ekonomski ili estetski efekat. Ceo kompleks poremećaja ili promena izazvanih supstancama, elektromagnetnim zračenjima, toplotom ili bukom, tj zagađivačima, označava se kao zagađivanje životne sredine.

Poznato je više pokušaja da se definiše pojava zagađivanja životne sredine. Tako je Savetodavni komitet predsednika SAD još 1965. godine sastavio sledeći definiciju: „Zagađivanje životne sredine predstavlja svako nepogodno menjanje sredine delatnošću čoveka, i to neposrednim ili posrednim efektima energetskih izvora, intenzitetom zračenja, kao i promena hemijske i fizičke konstitucije organizama. Pri tome, navedene nepogodne promene mogu da utiču na čoveka direktno ili indirektno, preko njegovih izvora hrane, fizičkih objekata koje koristi, ili preko njegovih mogućnosti za rekreaciju i uživanje u prirodi“. Po drugoj, vrlo kratkoj definiciji, zagađivanje znači upropašćavanje materijala i nemarnost. Prema ovoj definiciji, dakle, svako upropašćavanje ili neadekvatno korišćenje nekog materijala predstavlja zagađivanje životne sredine.

lako ove dve definicije sa naučnog aspekta problema zagađivanja ne zadovoljavaju, one pokazuju da je zagađivač svaka supstanca ili svako dejstvo koje na bilo koje način prouzrokuje promene kvaliteta životne sredine u negativnom smislu. Izrazi „nepovoljno menjanje“ ili ,,negativno“ ujedno ukazuju na mogućnu subjektivnost ovih definicija, jer mogućnost odlučivanja o tome da li je neki efekat negativan ili nepovoljan zavisi od kvaliteta saznanja, tj. od stepena naučnog poznavanja problema u datom vremenu. Altemativno se kod nas mesto termina zagađivač koriste i izrazi zagađujuća materija ili polutant (od engleske reči pollutant = zagađivač, nečistoća), koji se smatraju lingvistički neispravnim.

Mesto na kome neki zagađivač ulazi u životnu sredinu (na primer, iz dimnjaka, izduvne cevi automobila, radioaktivnog materijala, izlazne cevi otpadne vode, pri havariji tankera sa naftom, nezaštićene deponije otpadnog materijala itd.), naziva se izvorom zagađivača ili izvorom zagađivanja.

Covek je relativno kasno shvatio da on nije samo ,,gospodar“ prirode već i njen sastavni deo (videti sliku 1.1-1). Ne ulazeći ovde detaljnije u istorijat razvoja čovekove svesti o pripadnosti prirodi i o saznanju da upravo čovek svojom delatnošću izaziva njene poremećaje, tj. da zagađuje životnu sredinu, treba istaći da je krajem pedesetih godina 20. veka o ovome već postojao obiman faktografski materijal sakupljen od mnogih istraživača. Ove, naučno obrađene činjenice o zagađivanju životne sredine, zajedno sa još nekoliko događaja, od kojih će u nastavku neki biti pomenuti, dali su tokom šezdesetih i sedamdesetih godina snažan impuls razvoju naučne misli i javnog mnjenja o problematici zagađivanja. Među ovim događajima treba svakako pomenuti neke, kao što su: objavljivanje knjige Nemo proleće (Silent Spring) američkog biologa i književnice Rachel Carson, 1962. godine, zatim katastrofalne posledice smoga u Londonu 1952. i 1954. godine, pesimističke poglede istaknutih hemičara i ekonomista okupljenih oko „Rimskog kluba“ u vezi s mogućnostima daljeg razvoja civilizacije, zatim, postojanje velikog broja jezera i rečnih tokova ekološki potpuno degradiranih zbog ulivanja otpadnih voda koje sadrže fosfate. Istraživanjem je kao pretežni uzrok zagađivanja životne sredine identifikovano hemijsko dejstvo, tj. ,,hemikalije“ kao uzročnik početnog poremećaja. Sve to je doprinelo svesti da je potrebno da se proučava ponašanje pojedinih hemikalija u životnoj sredini i da se na naučnoj osnovi razvijaju mehanizmi zaštite. Posledica toga bio je razvitak jedne nove oblasti hemije koja se bavi istraživanjem problematike zagađivanja — hemije životne sredine. Jednu od najobuhvatnijih definicija hemije životne sredine dao je engleski organski geohemičar G. Eglinton:

„Hemija životne sredine proučava raspodelu i interakciju elemenata i jedinjenja u životnoj sredini, njihov način rasprostiranja i njihov uticaj na biološke i druge sisteme. Drugim rečima, hemija životne sredine je hemija prirode i hemija zagađivača.“

Poznati američki pisac knjiga iz hemije životne sredine, S.E. Manahan daje sledeću definiciju: „Hemija životne sredine predstavlja studiju izvora, reakcija, rasprostiranja, efekata i sudbine hemijskih vrsta u vodenoj, zemljišnoj i vazdušnoj sredini.“

Hemija životne sredine se ponekad deli prema tri osnovna segmenta nežive prirode, na atmosfersku hemiju, hidrohemiju i hemiju litosfere.

1.2.1. Razvoj stanja zagađenosti životne sredine

U realnoj makrosredini, stanje zagađenosti razvija se slično kao u razmatranom mikrokosmosu, eksperimentalnom ekosistemu (odeljak 1.1): početna promena izazvana kod jednog sastojka sistema izaziva promene kod svih ostalih. Međutim, usled učešća znatno većeg broja prirodnih faktora (na primer, kretanje vazduha, promena vlažnosti vazduha, promena temperature, smena dana i noći, smena godišnjih doba, kretanje vode, prirodna fluktuacija sastava ekosistema, kontakt hidrosfere, atmosfere i litosfere, nalaženje živog sveta u sve tri sfere), a i zbog istovremenog dejstva većeg broja antropogenih faktora (na primer, istovremeno ispuštanje više zagađivača različite hemijske prirode, postojanje nepokretnih i pokretnih izvora zagađivanja), procesi izazvani zagađivačima, tj. hemikalijama, mogu biti veoma složeni.

Već je napred istaknuto da su svi procesi u životnoj sredini međusobno povezani i da svaka promena koja se izazove u jednom segmentu sredine prouzrokuje određene promene u svim ostalim njenim segmentima. Ovoj opštoj zakonitosti podležu, prema tome, i procesi izazvani zagađivačima. Razvoj stanja zagađenosti biće u nastavku razmatran u nekoliko karakterističnih primera.

Primer 1.2-1. Zagađivanje površinskih voda usled sadržaja kritično velike količine toplote.

Poslednje tri decenij e se sve više pažnj e posvećuj e tzv. toplotnom zagađivanju površinskih voda, tj. pojavi postepenog povišenja srednje godišnje temperature reka i jezera. Povišenje srednje godišnje temperature nekih voda prouzrokovano je ulivanjem tople vode iz termocentrala i nukleamih centrala, ali je verovatno i posledica pojave globalnog zagrevanja atmosfere Zemlje. Efekat tople vode je najveći u blizini uliva, gde temperatura vode može da se povisi i za više desetina stepeni. Sa udaljavanjem od mesta uliva, uticaj tople vode postepeno opada njenim hlađenjem kao i zbog razblaživanja sa hladnom vodom iz vodene mase.

Kako je temperatura jedna od osnovnih ekoloških karakteristika vode, porast temperature će direktno i indirektno da utiče na zastupljenost pojedinih vrsta živih bića u vodi, tj. smanjiće se biodiverzitet (raznovrsnost živog sveta). Promena biodiverziteta u slučaju ribe može da ima i negativni ekonomski efekat.

Ovaj ekološki poremećaj praćen je i direktnim hemijskim poremećajem jer hemijski sastav neke vode i hemijske reakcije koje se u njoj odvijaju zavise od sastava biocenoze. Povišenje temperature vode izaziva niz direktnih i indirektnih hemijskih promena, tj. poremećaja:

1. Zavisno od veličine temperaturnog koeficijenta brzine neke hemijske reakcije, povišenje temperature imaće nejednak uticaj na pojedine hemijske reakcije što za rezultat ima promenu relativnih koncentracija sastojaka vode. Promena sastava vode može da utiče na fimkcionisanje vodenog ekosistema.

2. Povišenje temperature imaće različito i suprotno dejstvo na položaj ravnoteža endotermnih i egzotermnih reakcija (što takođe prouzrokuje promenu sastava vode, sa svim ekološkim i hemijskim posledicama):

A + B ↔ D, pri čemu je ΔH =+Q ili-Q (1-2-1)

3. Sa povišenjem temperature raste rastvorljivost, ali ne podjednako, pojedinih čvrstih supstanci koje se nalaze suspendovane u vodi, ili se nalaze u sedimentu na dnu. Posledica je promena koncentracije pojedinih supstanci, tj. promena hemijskog sastava vode.

4. Sa povišenjem temperature opada rastvorljivost gasova u vodi. Svakako najnepoželjnije je sniženje ravnotežne koncentracije kiseonika, jer od koncentracije kiseonika u vodi zavisi aerobni živi svet i zavise redoks-ravnoteže. Sa stanovišta zaštite vode od zagađivanja, od koncentracije kiseonika zavisi i moć samoprečišćavanja (aerobna bakterijska razgradnja organske supstance; detaljnije o tome je rečeno u odeljku 1.3.2). Drugim rečima, od toga zavise procesi koji teku u suprotnom smeru od reakcije fotosinteze (1.1-1): za jedan molheksoze potrebno je šest mola kiseonika odnosno 6 x 32g= 192g kiseonika. Dijagram na slici 1.2-1. pokazuje daje ravnotežna koncentracija kiseonika, u vodi koja je u kontaktu sa vazduhom, na 10 °C oko 10,5; na 20 °C 9,0, a na 30 °C samo još 7,8 mg dm-3 vode. Vidi se da se pri porastu temperature vode od 0 °C na 30 °C ravnotežna koncentracija kiseonika praktično prepolovljuje.

Glavni direktni hemijski i ekološki poremećaji prouzrokovani sniženjem koncentracije kiseonika su sledeći:

a) Sniženje redoks-potencijala vode. Kako je rastvoreni molekulski kiseonik u vodi najjače oksidaciono sredstvo (ako se zanemare eventualno prisutni tragovi vodonik-peroksida), redoks-ravnoteže u najvećoj meri zavise od koncentracije rastvorenog kiseonika. Mnoge redoks-ravnoteže preko zajedničkih jona stoje u vezi sa pH-ravnotežama, tako zbog promene
koncentracije kiseonika može doći i do pomeranja pH-ravnoteža. Rezultat će biti promena sastava vode.

Slika 1.2-1. Ravnotežna koncentracija kiseonika u čistoj vodi koja je u kontaktu sa vazduhom (pri normalnom vazdušnom pritisku od 101,32 kPa = 1 atm) u zavisnosti od temperature.

Izostavljeno iz prikaza

b) U nedostatku rastvorenog kiseonika doći će do bakterijske ili hemijske redukcije Mn(IV,III)-jedinjenja u Mn(II)-jedinjenja i do redukcije Fe(III)-jedinjenja u Fe(II)-jedinjenja. Kao posledica toga će rasti koncentracija nepoželjnog Mn(II)-jona (povišenje toksičnosti). Isto tako, pri redukciji pomenutih viševalentnih jedinjenja (MnO, ili Fe(OH)3), oslobađaju se u njima sadržani, tj., sa taloženi, joni toksičnih metala, kao što su Cd(II), Hg(II), Pb(II), Cu(II).

c) Sa sniženjem koncentracije kiseonika u vodi menja se sastav ekosistema sa težnjom smanjenja biodiverziteta. Na primer, slatkovodne ribe su prema koncentraciji kiseonika koja je neophodna za njihov neometani razvoj, podeljene u tri grupe: 1) ribe tipa pastrmke, koje imaju najviše zahteve u odnosu na koncentraciju kiseonika, 2) ribe tipa šarana, koje mogu da žive pri srednjim koncentracijama rastvorenog kiseonika, i 3) ribe tipa soma koje mogu da žive i pri relativno niskim koncentracijama kiseonika. Jasno je da će sa sniženjem koncentracije kiseonika teći progresivno sniženje zastupljenosti zahtevnijih vrsta ribe i njihov prostor će eventualno da zauzmu vrste kojima je dovoljna manja količina kiseonika. Očigledno je da opisana zavisnost raznovrsnosti ribljih vrsta od koncentracije kiseonika ima i svoj ekonomski aspekt.

Zaključak: Razvoj stanja zagađenosti izazvan je primamim poremećajem, u ovom slučaju fizičkim, tj. porastom temperature vode. Primami poremećaj izaziva složene međuzavisne hemijske, a i ekološke promene. Nastalo stanje zagađenosti karakteriše se porastom toksičnosti vode zbog porasta koncentracije teških metala i sniženja koncentracije kiseonika, eventualno čak do anaerobnog stanja, pri čemu je sve to praćeno smanjenjem biodiverziteta.

Primer 1.2-2. Zagađivanje životne sredine kao posledica primene hemikalija u poljoprivredi (primene azotnih đubriva)
Jedna od karakteristika savremene poljoprivredne proizvodnje je i primena veštačkih đubriva radi povišenja prinosa. Među veštačkim đubrivima nalaze se i nitratna, čijom se primenom zemljište snabdeva nitratnim jonima. Biljke koriste nitratni azot kao „hranljivu suspstancu“ a deo nitratnog azota zemljišne bakterije uz katalitičko dejstvo svojih enzima (ENZ), redukuju do amonijačnog azota (koji je takođe potreban biljkama). Pri tome se kiseonikom iz nitrata oksiduje stehiometrijska količina organske supstance zemljišta i oslobađa toplota:

Izostavljeno iz prikaza

Istraživanjem je tokom sedamdesetih godina prošlog veka utvrđeno da je u vazduhu iznad velikih poljoprivrednih površina povišena koncentracija azot-suboksida, N2O. Smatra se da zemljišne bakterije kao „sporedan proizvod“ stvaraju male količine azot-suboksida u jednoj sličnoj reakciji redukcije nitrata:

Izostavljeno iz prikaza

Azot-suboksid je hemijski vrlo inertan gas i pod uslovima koji vladaju u ,,nižim“ slojevima atmosfere ne reaguje ni sa jednom supstancom. Prema tome, kao posledica nepostojanja hemijske barijere, azot-suboksid odlazi u više slojeve atmosfere i prvi obilniji reaktant na koji nailazi predstavlja ozon:

N2O + O3 → 2NO + O2 (1.2-4)

Zbog potrošnje ozona smanjuje se gustina ozonskog sloja koji štiti živi svet od uticaja zračenja velike energije koje dolazi iz Vasione. Opšti je stav istraživača da smanjenje gustine ozonskog sloja ima katastrofalne posledice po živi svet na Zemlji (videti i odeljak: Antropogeno ugrožavanje ozonskog sloja).

Izraz hemijska barijera, u hemiji životne sredine označava postojanje reaktantau datoj sredini (vazduh, voda, zemljište, živi organizam), koji hemijskom reakcijom troši neku posmatranu supstancu i na taj način sprečava njeno dalje širenje ili izlazak iz date sredine. Prema tome, azot-suboksid uglavnom nema hemijsku barijeru u ,,nižoj“ atmosferi, a u višoj atmosferi ozon predstavlja hemijsku barijeru za ovaj gas.

Primer 1.2-3. Zagađivanje životne sredine kao posledica primene hemikalija u domaćinstvima (uvođenje praškova za pranje koji sadrže fosfate)

Preduslov za uvođenje automatizovanih mašina za pranje u prvoj polovini XX veka bio je razvoj praškova za pranje koji spontano, jonskom izmenom ili stvaranjem kompleksa, odstranjuju katjone zemnoalkalnih metala iz vode. Odstranjivanje zemnoalkalnih katjona iz vode u mašini za pranje je potrebno jer u njihovom prisustvu, pri zagrevanju vode, stvara se, teškorastvomi kalcijum-karbonat koji se taloži na delove mašine (stvaranje kamenca), a i na materijal koji se pere. Građenje CaCO3 je posledica termičkog razlaganja Ca(HCO,)2 sadržanog u vodi, koje se odvija već na oko 95 °C:

Izostavljeno iz prikaza

Istraživanja su pokazala da su kao sredstva za odstranjivanje zemnoalkalnih katjona pogodni „jonski izmenjivači“, odnosno kompleksirajuća sredstva u obliku polifosfata ili kompleksnih metafosfata, kao što su, na primer, pentanatrijumtripolifosfat Na.P3O10, i dinatrijum-heksametafosfat Na[Na4(PO3)6], Jonoizmenjivačko vezivanje Ca2+ ili Mg2+ iz vode sa heksametafosfatom odvija se tako što se joni zemnoalkalnih metala zamenjuju jonima natrijuma iz unutrašnje sfere kompleksa, dajući vrlo stabilno koordinaciono jedinjenje (reakcija 1.2-7). Voda stoga praktično više ne sadrži zemnoalkalne katjone i zbog toga ne može da se stvara teškorastvorni kalcijum-karbonat.

Izostavljeno iz prikaza

Tako su se početkom pedesetih godina XX veka pojavili praškovi za pranje koji su sadržavali 20 do 45 % nekog od pomenutih fosfata (praškovi za pranje druge generacije), što je omogućilo uvođenje automatizovanih mašina za pranje i predstavljalo vrlo veliki napredak procesa pranja tekstilnih predmeta. Međutim, pri pranju, fosfati iz praškova za pranje (detergenata) praktično se ne troše i celokupna količina odlazi sa otpadnom vodom u kanalizaciju, a odatle u prijemne vode (reke, jezera, mora), povišavajući drastično koncentraciju fosfata u njima.

Fosfor, u obliku fosfata, za celokupni živi svet predstavlja jedan od esencijalnih biogenih elemenata. Koncentracija fosfata izražena kao fosfor, u nezagađenim vodama je vrlo niska i iznosi uglavnom između 0,01 i 0,04 mg dm-3.

S jedne strane, zbog velike potrebe živog sveta za fosforom, a s druge strane zbog niske koncentracije, fosfor predstavlja ograničavajući faktor u nezagađenim vodama tako da je rast algi srazmeran raspoloživoj količini fosfata. Širenjem primene praškova za pranje koji sadrže fosfate tokom pedesetih godina imalo je stoga za posledicu bujanje, tj. tzv. „cvetanje algi“ u mnogim rekama, jezerima i priobalnim područjima mora. Već krajem pedesetih godina, znači za manje od jedne decenije, stanje u mnogim vodama Zapadne i Srednje Evrope kao i Severne Amerike postalo je u ovom pogledu dramatično. Naročito jezera, čak i bistra planinska jezera, pretvorila su se u bare sa mirisom na trulež. Uzrok zagađivanja voda bila je velika količina algalne biomase pri čijem se mikrobiološkom razlaganju trošila celokupna količina raspoloživog kiseonika rastvorenog u vodi, tako da se glavni deo algalnog materijala razlagao pod anaerobnim uslovima (trulenjem). U to vreme, mehanizam razvoja ovakvog stanja zagađenosti nije još bio poznat. Pretpostavljalo se da višak fosfora može da bude osnovni uzročnik zagađivanja voda. Da bi se razjasnila uloga fosfora i drugih faktora izvedena su mnogobrojna istraživanja.

Pouzdan dokaz o ključnoj ulozi fosfora za ovu vrstu zagađivanja objavili su Redfield i saradnici 1963. godine. Ovi istraživači su, uprošćeno posmatrajući algalnu biomasu kao hemijsko jedinjenje, odredili njen elementarni sastav i ,,bruto-formulu“ i na osnovu toga postavili stehiometriju sinteze algalne biomase prema osnovnoj reakciji fotosinteze (1.1-1). Redfieldova jednačina (1.2-9) pokazala je da je samo jedan mol fosfora (31 g) potreban da bi se pokrenulo fotosintetičko vezivanje 106 molova CO,, 122 mola vode itd., pri čemu se stvara algalni materijal sa „molekulskom masom“ od 3553,2 D, tj. oko 3,5 kg:

Izostavljeno iz prikaza

Drugim rečima, svaki gram fosfora u vodi teorijski može da da blizu 115 g algi.

Intenzivan rast algi u vodama je nepoželjan pre svega zbog velike količine kiseonika koja je potrebna pri razlaganju algalne biomase kad alge uginu:

Izostavljeno iz prikaza

Vidi se da je za potpuno mikrobiološko razlaganje uginule algalne mase potrebna ista količina kiseonika koja je postala pri sintezi alge, tj. 138 molova (138 x 32 = 4416 g). Ako je potreba za kiseonikom u vodi veća od brzine njegovog obnavljanja (apsorpcija iz vazduha i fotosinteza u vodi), nastajaće anaerobni uslovi (uginuće celokupnog živog sveta osim anaerobnih organizama).

U ovom mehanizmu razvoja stanja zagađenosti, osnovni uzrok je hemijski, tj. povišenje koncentracije fosfata u vodi. Sekundarni poremećaj je ekološki: bujanje algi. Ovaj u nastavku opet izaziva hemijski poremećaj — deficit kiseonika sa nastankom anaerobnog stanja. Anaerobno stanje za sobom povlači ekološki poremećaj: drastično smanjenje biodiverziteta. Od posebnog ekohemijskog značaja je činjenica što se pri razlaganju algalne mase (1.2-10), ponovo oslobađa celokupna
količina fosfata, čime proces bujanja algi može da bude ponovo pokrenut čak i bez novog zagađivanja vode fosfatom.
Kao dalje hemijske posledice treba istaći sledeće:

a) Pri razlaganju algalne mase (1.2-10) stvara se velika količina ugljen-dioksida, što u vodi izaziva poremećaj ugljen-dioksid/karbonatne ravnoteže, tj. dolazi do rastvaranja čestica CaCO3 (uključujući i betona, u čiji sastav ulaze i takve čestice):

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2 (1.2-11)

Rastvaranjem čestica CaCO3 povišava se tvrdoća i jonska sila vode (hemijski i potencijalno ekološki poremećaji), i oslobađaju se supstance adsorbovane na ovim česticama, kao što su joni nekih teških metala (Cd, Zn) i fosfati.

b) Pri deficitu kiseonika u vodi, anaerobni mikroorganizmi će da troše kiseonik iz oksida i hidroksida Mn(III,IV) i Fe(III), redukujući ove metale u dvovalentno stanje. Na taj način raste koncentracija ovih jona u vodi, i, što je još nepoželjnije, povišava se koncentracija toksičnih teških metala (Cu, Zn, Hg, Cd, Pb i dr.), koji su bili adsorbovani na pomenutim viševalentnim oksidima i hidroksidima ili su u njima bili okludovani.

Celokupni opisani kompleks pojava izazvan viškom „hranljivih supstanci“ u vodi, u konkretnom slučaju fosfata, te bujanjem algi i time nastalim neskladom između količine degradabilne biomase i raspoložive količine kiseonika, uz eventualno stvaranje anaerobnih uslova, naziva se eutrofikacija vode (grčki: eu = mnogo; trofe = hrana). Nastanak eutrotrofnog stanja prikazan je šematski na slici 1.2-2.

(1) Nezagađena voda → (2) Unošenje deficitarnog elementa →(3) Bujanje algi → (4) Uginuće algi → (5) Anaerobna razgradnja algi → (6) Regeneracija deficitarnog ELEMENTA → (3) do (6) → (3) do (6) →→→

Slika 1.2-2. Šematski prikaz nastajanja eutrofnog stanja.

Izostavljeno iz prikaza

Eutrofikacija voda tokom šesdesetih godina XX veka dostigla je alarmantne razmere i pretila ekološkom katastrofom. Zbog toga su razvijeni i uvedeni složeniji tehnološki postupci za prečišćavanje gradskih i nekih drugih otpadnih voda da bi se
odstranio bar deo fosfata iz tih voda. Međutim, ova mera je značajno povisila cenu prečišćavanja otpadnih voda i nije davala zadovoljavajuće rezultate. U nekoliko država S AD uvedena j e potpuna zabrana proizvodnj e i upotrebe praško va za pranj e koji sadrže fosfate, pri čemu je problem odstranjivanja zemnoalkalnih katjona iz vode rešavan dodatkom organskih kompleksirajućih sredstava praškovima za pranje, koja stvaraju stabilne komplekse sa tim katjonima. Najviše su u primeni bile soli nitrilotrisirćetne kiseline (I) i EDTA, tj. soli (etilen-dinitrilo)tetrasirćetne kiseline (II):

(I) N(CH3COOH)3 (II) (HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2

Iz vrednosti konstante stabilnosti Ca-kompleksa pri potpunoj disocijaciji karboksilnih grupa (jednačine 1.2-12. i 1.2-13) proizlazi da se radi o vrlo stabilnim kompleksima:

K tab = [Ca(NTac4-)2]/[Ca2+]-[NTac3-]2 = 4,09 × 1011 (1.2-12)
K tab= [CaEDTA2-]/[Ca2+]-[EDTA4 ] = 3,88 × 1O10 (1.2-13)

S aspekta potrebe da se zemnoalkalni katjoni u vodi za pranje vežu u nereaktivni oblik, dodatak pomenutih kompleksirajućih sredstava predstavljao je uspešno rešenje. Međutim, u prijemnim vodama u koje su se ulivale ovakve otpadne vode, ubrzo je uništavan celokupan živi svet, uključujući i anaerobne bakterije. Istraživanja su pokazala da je opustošenje voda bilo posledica vezivanja jona esencijalnih metala (Cu, Zn, Fe, Co, Mn, Mo itd.) u stabilne komplekse tako da su oni u svom jonskom obliku postajali nedostupni živom svetu u prijemnim vodama. Zbog toga je u tim državama Zakon o zabrani primene „fosfatnih praškova“ za pranje morao da bude povučen već posle 18 meseci.

Ekohemijski problem izazvan primenom „fosfatnih praškova“ za pranje je rešen, izgleda na zadovoljavajući način, krajem osamdesetih godina XX veka, na predlog M. Švugera (Schwuger; koncem Henkel AG, Dusseldorf), uvođenjem praškova za pranje kod kojih je odstranjivanje zemnoalkalnih katjona rešeno dodatkom zeolitskih jonskih izmenjivača (praškovi za pranje 3. generacije):

2Na-Zeolit + Ca2+ ↔ Ca(Zeolit)2 + 2Na+ (1.2-14)

Napomena. Zeoliti predstavljaju sintetičke silikate od kojih neki imaju jonoizmenjivačke osobine. Sastav zeolita može da se izrazi opštom formulom x[(M+,0,5M2+)AlO,]-ySiO,-zH,O, pri čemu M+ i M2+ označavaju jednovalentni odnosno dvovalentni katjon. Od sredine 90-tih godina su u primeni praškovi za pranje 4. generacije koji pored zeolita sadrži organske polikarboksilate.

Primer 1.2-4. Zagađivanje kao posledica dezinfekcije pijaće vode hlorom

U cilju zaštite od zaraznih oboljenja, kao što su kolera, encefalitis, ili dijareja, pijaća voda se dezinfikuje raznim dezinfekcionim sredstvima, među kojima se nalazi i hlor. Međutim, 1973. godine su objavljeni prvi naučni radovi koji su pokazali da pijaća voda koja je dezinfikovana hlorom može da sadrži tragove hlorovanih nižih alkana, tzv. trihalometana, kao što je na primer hloroform, CHCl4. Većina ovih hlorovanih alkana je potencijalno kancerogeno i/ili mutageno (sposobnost hemijskog jedinjenja da može da izazove zloćudni tumor kod čoveka odnosno da izazove mutaciju pojedinih vrsta ćelija). Ova halogenska jedinjenja nastaju kao sporedni proizvodi složenog spleta reakcija bilo koje organske supstance u vodi sa hlorom. Krajnje uprošćeno, proces je sledeći:

Org. supst. + Cl2 → Oksidacionii Cl-proizvodi + CHC13 (1.2-15)

Da bi se zaštitio kvalitet pijaće vode u pogledu sadržaja organskih hlomih jedinjenja, u drugoj polovini sedamdesetih godina uvedeni su složeniji tehnološki postupci pripreme pijaće vode: odvajanje trihalometana adsorpcijom na aktivnom uglju, primena altemativnih dezinfekcionih postupaka i dr. (videti i odeljak Dezinfekcija pijaće vode).

Primer 1.2-5. Ekološki poremećaj izazvan primenom insekticida DDT-a

Godine 1874. je nemački hemičar Cajdler (Zeidler) sintetizovao jedinjenje p,p’-dihlor-difenil-trihloretan (tačnije, l,l-bis(4-hlorofenil)-2,2,2-trihloretan), čija je formula (C1-C6H4)2CH-CC13. Na ovo jedinjenje se nije obraćala pažnja sve dok švajcarski hemičar Miler (Paul Miiller, 1899-1965), 1939. godine nije otkrio njegove izuzetne insekticidne osobine. Tokom Drugog svetskog rata počela je njegova industrijska proizvodnja u SAD, pod trgovačkim nazivom DDT. Zahvaljujući ovom otkriću, početkom četrdesetih godina XX veka prvi put je bilo moguće da se sprovede jednostavna i siguma preventiva protiv epidemijskih bolesti kao što su tifus (prenosilac: čovečja vaš), malarija (prenosilac: komarac), kuga (prenosilac: buva), bolest spavanja (prenosilac: ce-ce-muva) i druge zarazne bolesti koje se prenose insektima. Isto tako, čovek je prvi put raspolagao moćnim sredstvom za uništavanje putujućih skakavaca. Godine 1948, Paul Miler je dobio Nobelovu nagradu za hemiju.
Već početkom pedesetih godina pojavili su se u naučnoj literaturi alarmantni nalazi koji su pokazivali da se DDT akumulira u masnom tkivu čoveka i domaćih životinja i da se iz njih vrlo sporo izlučuje (slika 1.2-3). Utvrđeno je da je poluvreme izlučivanja kod čoveka oko 3,7 godina (vreme koje je potrebno da se izluči polovina jednokratno unete količine). Isto tako je utvrđeno da je izlučivanje znatno brže preko majčinog mleka, pri dojenju. Kasnija istraživanja su pokazala da DDT postepeno oštećuje razne organe i najzad je utvrđeno kancerogeno dejstvo DDT-a i njegovih primarnih proizvoda razlaganja.

Prosečno poluvreme razlaganja DDT-a u zemljištu iznosi oko 20 godina. Najznačajniji je fotohemijski put razlaganja DDT-a (1.2-16): pod uticajem svetlosti se iz etanskog dela stmkture otcepljuje jedan molekul HCl i nastaje olefinski derivat, koji je još toksičniji od matične supstance, ali se brzo dalje razgrađuje oksidativno, raskidanjem olefinske veze i uvođenjem hidroksilnih grupa.

(C1-C6H4)2CH-CC13 + hv → (Cl-C6H4)2C=CC12 + HCl (1.2-16)

Slika 1.2-3. Opadanje koncentracije DDT-a u masnom tkivu čoveka sa vremenom, posle jednokratnog unošenja (prema [Ariena et al., 1976]).

Izostavljeno iz prikaza

Na osnovu ovih saznanja, na predlog Svetske zdravstvene organizacije pri Ujedinj enim nacij ama (World Health Organization, WHO), tokom sedamdesetih godina, mnoge zemlje sveta drastično ograničavaju ili čak zabranjuju primenu ovog insekticida.
Postoji niz pokazatelja odnosno činjenica o drugim štetnim efektima DDT-a. Tako se pretpostavlja da DDT negativno utiče na fotosintezu morskog fitoplanktona — što predstavlja globalnu pretnju poremećaja sastava vazduha Zemlje (oko polovinu ukupne količine vazdušnog kiseonika proizvodi morski fitoplankton fotosintezom).

Pojava progresivne akumulacije neke toksične supstance u organizmima duž lanca ishrane naziva se biokoncentrovanje. Biokoncentrovanje DDT-a u marinskom lancu ishrane prikazano je nas/zcz 1.2-4. Prosečna koncentracija DDT-a u ribama je niža u poređenju sa koncentracijom kod mekušaca iako se ovi nalaze ispod riba u lancu ishrane, zato što se ribe sem mekušcima hrane i planktonom (najniži položaj u lancu ishrane) kod kojeg je koncentracija DDT-a najniža. Ptice grabljivice koje se hrane isključivo ribom, kao što je orao-ribar, nalaze se na vrhu lanca ishrane i stoga su najugroženije. Druga vrsta ptica grabljivica, morski galeb, takođe se nalazi na vrhu lanca ishrane, ali je njegova ugroženost za sada neznatna, jer se kod njega, kao svaštojeda, završavaju i relativno nezagađeni lanci ishrane.

Primeri 1.2-1 do 1.2-5 pokazuju da je primami poremećaj u životnoj sredini, izazvan nekom supstancom ili fizičkim dejstvom (toplota, zračenje dovoljno velike energije), uvek praćen nizom drugih poremećaja, kako hemijskih tako i ekoloških. Životna sredina ima određenu sposobnost odupiranja negativnom dejstvu, tj. ima određeni kapacitet samoprečićavanja. Ako je nastali poremećaj takav da svojim kvalitetom i kvantitetom prekoračuje kapacitet samoprečišćavanja (u primeru 1.2-3. veća potreba za kiseonikom od količine kiseonika koja može da dospe do poremećenog sistema), onda poremećaj postaje dugotrajan ili stalan i sistem teži ka novom ravnotežnom stanju.

Slika 1.2-4. Biokoncentrovanje DDT-a u marinskom lancu ishrane (prema [De, 1987]).

Izostavljeno iz prikaza

Iz svega ovog može da se zaključi da je zagađivanje životne sredine posledica raskoraka između kvaliteta i kvantiteta poremećaja u datom sistemu i kvaliteta odnosno kvantiteta mera preduzetih da se dati sistem zaštiti od zagađivanja. Glavni razlozi ovog raskoraka su nemarnost, neznanje i ekonomska ograničenja.

Metodologija procene rizika od zagađivanja treba da se oslanja prvenstveno na naučna saznanja, što se može zaključiti iz razvoja stanja zagađenosti u razmatranim primerima. Generalizacijom pouzdanih saznanja došlo se i do matematičkih izraza koji su korisni u postupku procene rizika. Jedan od najprostijih takvih izraza definiše stepen ili kvantitet očekivanog zagađenja nekog šireg područja:

E(Negativni uticaji) = A × (Gustina naseljenosti) × L(Proizvodi) (1.2-17) gde A označava faktor koji je upravo proporcionalan lošim navikama prema sredini, neusavršenosti procesa proizvodnje sa stanovišta zaštite životne sredine i slično (videti i glavu 1.4. Strategija zaštite životne sredine).

1.2.2. Klasifikacija zagađivača životne sredine

Da bi se olakšalo izučavanje procesa zagađivanja i ponašanja određenog zagađivača u životnoj sredini, kao i razvoja postupaka za sprečavanje zagađivanja i sprovođenja zaštitnih mera, uvedeno je više načina klasifikovanja zagađivača.

Opšta podela zagađivača, prema njihovoj prirodi:

1. Buka i druge vibracije;
2. Toplota (toplotno zagađivanje; videti Primer 1.2-1)’,
3. Elektromagnetno zračenje velike energije (radioaktivno zračenje, X-zraci, UV-zračenje);
4. Hemijski zagađivači (razne supstance i materijali, ,,hemikalije“);
5. Biološki zagađivači (mikroorganizmi).

Kako predmet izučavanja hemije životne sredine predstavljaju pre svega hemijski zagađivači, dalje izlaganje će da se odnosi prvenstveno na njih.

1.2.2.1. Klasifikacija hemijskih zagađivača

Hemijski zagađivači se klasifikuju prema više osnova. U primeni su operativno-praktične podele zagađivača (prema agregatnom stanju, prema sredini u kojoj se uobičajeno nalaze, prema izvoru zagađivanja) i naučno zasnovane klasifikacije (prema hemijskoj strukturi, prema toksičnom ili fiziološkom dejstvu).

1. Prema agregatnom stanju

a) Grupa gasovitih zagađivača obuhvata supstance koje se pri standardnim uslovima pritiska i temperature pojavljuju u gasovitom stanju, na primer, sumpor-dioksid, ugljen-monoksid, hlor, živina para, pare organskih rastvarača, benzina itd.
b) U tečne zagađivače spadaju, na primer, tečna goriva, razne organske supstance u tečnom stanju, rastvori pesticida, rastvori kiselina, baza i soli.
c) Cvrsti zagađivači: prašina, pesticidi, veštačka đubriva, razne neorganske i organske supstance u čvrstom stanju.

2. Prema sredini ili supstratu gde se pojavljuju

Ova klasifikacija takođe spada u operativno-praktične jer, teorijski, svaki zagađivač, bez obzira na svoje agregatno stanje, može da se javlja u bilo kojoj sredini. Prema tome, misli se na uobičajene ili ,,redovne“ zagađivače koji su karakteristični za određenu sredinu ili supstrat.
a) Zagađivači vazduha: razni gasovi, kao što su SO2 CO, oksidi azota, ozon, pare tečnosti, sitne kapljice tečnosti (aerosol), sitne čestice čvrstih supstanci (aerosol i prašina), mikroorganizmi.
b) Zagađivači vode: razni gasovi (na primer, NH3, H2S, Cl2), tečna goriva, razne organske tečnosti, katjoni i anjoni, detergenti, fosfati, pesticidi, fenoli, boje, fekalije, mikroorganizmi.
c) Zagađivači zemljišta: pesticidi, fenoli, joni teških metala, tečna goriva, plastične mase.
d) Zagađivači prehrambenih proizvoda: joni teških metala, aditivi (konzervirajuća sredstva, boje, antioksidansi, ugušćivači), pesticidi, detergenti, antibiotici, steroidi, plastifikatori, monomeri iz plastičnih masa, enzimi mikrorganizma.

3. Prema izvoru zagađivanja:

a) Zagađivači iz saobraćaja: CO, SO2 oksidi azota, jedinjenja olova, ugljovodonici, fenoli, aldehidi, čađ, prašina.
b) Industrijski zagađivači: vrlo su raznovrsni i često specifični za određenu vrstu proizvodnje. Zbog toga je ispravnije da se govori, na primer, o zagađivačima iz preradc nafte, dobijanj’a če/ika, koksovanja ug/ja, proizvodnje azotne kiseline, proizvodnje šećera, dobijanja celuloze itd.
c) Zagađivači iz poljoprivrede: pesticidi, fosfati, fekalije, organski otpadni materijali, prašina.
d) Zagađivači iz domaćinstava: CO, SO,, oksidi azota, čađ, pepeo, detergenti, fekalije, prehrambeni otpaci, razni otpadni materijali.

4. Prema hemijskim karakteristikama i strukturi

Za razliku od prethodnih, ova klasifikacija hemijskih zagađivača je suštinska, jer efekti zagađivanja zavise:

– od vrste reakcija ili poremećaja koji neki zagađivač može da izazove u životnoj sredini ili u nekom organizmu (na primer, promena pH, koordinaciono vezivanje, oksidacija, redukcija, jonska izmena, kondenzacija, polimerizacija, hidroliza), ili
– od vrste reakcije ili procesa kojem neki zagađivač može da podleže u životnoj sredini ili u organizmu (na primer, koordinaciono vezivanje, adsorpcija, akumulacija po bilo kom mehanizmu, hidroliza, oksidacija, kondenzacija, polimerizacija, mikrobiološka ili fotohemijska razgradnja).

Očigledno, od presudnog značaja je hemijska struktura pojedinih zagađivača. Zagađivači sličnih hemijskih karakteristika izazivaju i slične poremećaje. Drugim rečima, postoji kvantitativna veza između strukture i reaktivnosti nekog zagađivača. Zbog toga zagađivači mogu suštinski da se klasifikuju na osnovu hemijske strukture, tj. prema klasama jedinjenja, kao što su kiseline, baze, «-alkani, alkani račvaste strukture, olefini, aromatični ugljovodonici, polikondenzovani aromatični ugljovodonici, monohidroksilni alifatični alkoholi, fenoli, ketoni itd.

5. Prema toksikološkim osobinama

Ova klasifikacija je takođe suštinska, jer toksikološko ili fiziološko dejstvo nekog zagađivača zavisi od njegove hemijske strukture. Detaljnije se toksikološka dejstva izučavaju u toksikologiji, biohemiji, molekulamoj biologiji,
a u manjoj meri, pre svega samo fenomenološki, predmet su izučavanja hemije životne sredine. Prema toksikološkim osobinama, supstance se grubo dele, na primer, na kancerogene, mutagene, embriotoksične, alergogene, neurotoksične, hepatotoksične, fitotoksične.

1.2.3. Zadaci i istraživanja

1.2-1. Sačinite pregled pojava zagađivanja koje ste uočili na svom putu od kuće do Fakulteta.

1.2-2. Šta sve proučava hemija životne sredine? Koje oblasti hemije treba poznavati da bi se uspešno učestvovalo u zaštiti životne sredine od hemijskog zagađivanja?

1.2-3. Na koje sve reke i jezera u Srbiji bi mogle da utiču termoelektrane?

1.2-4. Sastavite pregled hemijskih promena do kojih može da dovede porast temperature vode reke ili jezera ulivanjem tople vode.

1.2-5. Zašto je za kvalitet vode bitno da jedinjenja mangana u vodenom sedimentu budu u viševalentnom stanju, Mn(III) ili Mn(IV)?

1.2-6. Zašto pH i koncentracija kiseonika u površinskim vodama mogu da zavise od toga da li je dan ili noć? Odgovor obrazložite reakcionim šemama.

1.2-7. Koja je zapremina kiseonika pod standardnim uslovima potrebna za potpunu aerobnu oksidaciju jednog kg algalne biomase? U kojoj se zapremini vode, na temperaturi od 20 °C, teorijski nalazi ova količina kiseonika? (Pri rešavanju ovog zadatka koristite dijagram na slici 1.2-1.).

1.2-8. Tokom osamdesetih godinaproizvođači praškova zapranjeu zemljama EEZ počeli su da snižavaju koncentraciju fosfata. Na koji način je za sada rešen problem sadržaja zemnoalkalnih metala u vodi za pranje?

1.2-9. Da li je problem eutrofikacije površinskih voda u potpunosti rešen zabranom proizvodnje praškova za pranje koji sadrže fosfate?

1.2-10. Koje supstance iz okolnog vazduha mogu u principu da dospevaju u ozonski sloj?

1.2-11. Zašto vode u kojima vladaju anaerobni uslovi mogu da budu značajan izvor zagađivanja vazduha?

1.2-12. Objasnite detaljnije ulogu lanca ishrane kao prenosioca zagađivača.

1.2-13. Da li vrlo gojazna osoba koja se podvrgava drastičnoj dijeti može da doživi trovanje DDT-em?

1.2-14. Objasnite detaljnije (pismeno), važne pojmove kao što su: porast hemio-diverziteta, hemijska barijera, eutrofikacija, lanac ishrane, bioakumulacija i stvaranje trihalometana, definišući pri tome uzrok i posledicu.

1.2-15. Između kojih procesa odnosno pojava navedenih u zadatku 1.2-14 može da se očekuje uzročno-posledična povezanost:

a) hemio-diverzitet ↔ lanac ishrane;
b) hemijska barijera ↔ eutrofikacija;
c) hemijska barijera ↔ lanac ishrane;
d) hemijska barijera ↔ bioakumulacija;
e) hemijska barijera ↔ stvaranje trihalometana;
f) eutrofikacija ↔ lanac ishrane;
g) eutrofikacija ↔ bioakumulacija;
h) eutrofikacija ↔ stvaranje trihalometana;
i) lanac ishrane ↔ bioakumulacija;
j) lanac ishrane ↔ stvaranje trihalometana;
k) bioakumulacija ↔ stvaranje trihalometana.

1.2- 16. Sastavite pisani elaborat o faktorima od kojih zavisi sadržaj kiseonika odnosno ugljen-dioksida u nekoj površinskoj vodi, uz navođenje svih procesa koji izazvaju povišenje odnosno sniženje koncentracije ovih gasova u vodi. (Sačuvajte elaborat za kasnije).

Beleška o autoru

Biografija. Petar Pfendt je rođen u selu Jaša Tomić (opština Sešanj) u Banatu. Gimnaziju je završio u Vršcu. Studirao je hemiju na Prirodno-matematičkom fakultetu u Beogradu, na kojem je doktorirao u oblasti Organske geohemije. Za docenta pri Katedri za Primenjenu hemiju izabran je 1975. godine. U nastavu i istraživanja na Fakultetu uveo je predmet Hemija životne sredine. Dve glavne oblasti njegovog istraživačkog rada su Hemija životne sredine (ponašanje teških metala i organskih zagađivača u vodama, prečišćavanje otpadnih voda i struktura humijskih supstanci) i Organska geohemija (struktura organske supstance Zemljine kore, rana dijageneza u ležištima budućih fosilnih goriva). Obrazovanje je sticao i tokom kraćih studijskih boravaka u BASF-u u Ludvigshafenu, zatim u Laboratoriji za otpadne vode u Linde AG u Minhenu, na institutu za primenjenu fizičku hemiju u Jilhu i u Henkel AG u Diseldorfu, u Odeljenju za istraživanja dejstva zagađivača na vodeni ekosistem. Predavao je i predmete Industrijska hemija, Hemija voda i Atmosferska hemija. Nekoliko godina bio je jedan od međunarodnih eksperata za životnu sredinu jugoistočne Evrope. Sem srpskim i nemačkim, koji muje matemji jezik, govori još pet jezika. Do devedesetih bio je član Evropske unije organskih geohemičara. Član je Srpskog hemijskog društva, Odbora „Čovek i životna sredina” SANU i član-saradnik Matice srpske.