יסודות של קינטי כימיקלים בכימיה סביבתית

זיהוםים המשוחררים לסביבה אינם נשארים סטטיים.הם עוברים שינויים כימיים הקובעים את הרעילות, הניידות והגורל האולטימטיבי. המסגרת המתמטית המשמשת לתיאור שיעורי הטרנספורמציה האלה מושרשת בקינטיקה כימית, במיוחד באמצעות יישום חוקי הריבית.חוקי הריבית מתייחסים למהירות התגובה הכימית לריכוזים של המינים מגיבים.עבור מדענים ומהנדסים סביבתיים, משוואות אלה הן הכרחיות לחיזוי כמה זמן ארוך של חוקי קצבה, הן אסטרטגיות אוויריות והן להגדרה יעילה, הן עבור מים, או יעילות, או לאסטרטגיות אוויריות, או לאסטרטגיות אוויריות, הן אסטרטגיות אוויריות, והן להגדרה כלכלית, והן להגדרה יעילה, והן להגדרה.

חוק קצב מתבטא בצורה כללית:

[ב] ויקרא י"ד: ⁇

(ב) , (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חוקי הריבית נקבעים בדרך כלל ניסיוניים על ידי מדידה של ריכוז של ירידה מזוהמת לאורך זמן.הנתונים מתאימים לצורות משולבות של משוואה השיעור כדי להבחין בין אפס סדר, סדר ראשון, וקנטינים מסדר שני.כל הזמנה יש השלכות נפרדות על מחצית החיים ואת תלות הריכוז של שיעור ההשפלה.

קביעת חוקי הריבית למזהמים

כדי ליישם חוק קצב לזיהום סביבתי, מדענים צריכים קודם לקבוע את סדר התגובה ואת שיעור קבוע.זה נעשה באמצעות ניסויים מעבדה מבוקרת, לעתים קרובות באמצעות מברשות סביבתי כגון מים, שפלמנט או מזחלות אדמה. גישה נפוצה היא הגישה המשותפת (FLT:0) של שיעורי הראשוניים-FLT:1, שבו שיעור התגובה נמדד במספר ריכוזים ראשוניים שונים של חומרת, בעוד שעקב אחר עקבות של אפס-אופטיקה, 2, 2.

Zero-Book Kinetics

בתגובה ל- Zero-order, השיעור הוא עצמאי מהריכוז המזויף:

(ב) ⁇ (ב"ג)

[א] [א]]] [א]]] [א]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]]] [ה]]]]] [ה]]] [ההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההצורה המשולבתב"כבירההההההההההההההההההההההההההההההה] [הההההההההההההההההההההההההההההה] [הההההההההההההה

הזמנה ראשונה Kinetics

קינטיקה מסדר ראשון היא דפוס ההשפלה הנפוץ ביותר עבור רבים של אבקות אורגניים במים טבעיים ובאוויר.השיעור הוא פרופורציה ישירה לריכוז המזוגן:

(ב) ויקרא י"ד:

[א] [=]]] [ב]]] [ב]] [ב]] [ב]]] [ב]]]]] [ה']] [ב]]]][ב[ב]]]] [ב]]] [ב[[המאה ה'], כלומר, [ב[[המאה ה'],], ה'[ב[[ה'], ב'[ב[[ה'], ב'], ב'], ב'], ב[[ה'], [[ה'[ב[[ה'[ב[[ה'[ה']]], [[ה']]], [[ה', [[ה', [[ה', [[ה', [[ה']]], [[ה']]], [[ה']]], [[ה', [[ה', [[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[1924]], [[ה[[1924]],]],]],]], [[ה[[ה[[1924]], [[המאה ה']], [[ה[[1924]], [[ה[[1924]],

המונחים: Kinetics

כאשר שיעור ההשפלה תלוי בריכוז של שני מגיבים (או הכיכר של אחד מגיב), הקינטיקה השנייה של הסדר חל:

(ב) ויקרא י"א:2 ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד)

[הצורה המשולבת של תגובה אחת היא 1/ [A]= 1/ [A]0 + kt. עבור שני מגיבים שונים, הפתרון הופך מורכב יותר אך עדיין ניתן להשגה.

גורמים המשפיעים על שיעורי הפחתת משקל בסביבה

חוקי הריבית מספקים את המשוואה הליבה, אך שיעור קבוע של שיעור:0.18001 אינו קבוע; זה משתנה עם תנאים סביבתיים.הבנת התלויות הללו חיונית להורדת נתוני מעבדה להגדרות שדה.

טמפרטורה

משוואה ארנזיוס מתייחסת לטמפרטורה קבועה: k= גורם אמברולו:0-Ea/(RT)FLT:1, שבו A הוא הגורם לפני-ההשפעה, Ea הוא אנרגיית ההפעלה, R הוא קבוע הגז, ו-T הוא הטמפרטורה המוחלטת של מערכות סביבתיות, תנודות (צהוב, עונתיות, עונתיות או גיאוגרפי) יכולות לשנות באופן דרמטי את ההידרדרות של שמן כפול, אם כי הוא גבוה יותר מגובהו של 10 מעלות צלזיוס הוא למעשה.

pH pH

מסלולים רבים של השפלה, במיוחד הידרוליזה וכמה תגובות פוטו-כימיות, הם תלות pH.לדוגמה, הידרוליזה של חומרי הדברה מסוימים כמו אנטרזין הוא מוקרן על ידי חומצות ובסיסים, המוביל לפרופיל pH עם מינימום ליד נייטרליות. חוקי שיעור ניתן להרחיב כדי לכלול ריכוז מימן כתגובה או זרז, הניב תנאים כגון kH + [=] או k.

אור ו Photolysis

photolysis ישיר מתרחש כאשר autant סופג אור השמש ועובר שינוי כימי.הקצב תלוי בקריבוי השמש, ספקטרום הקליטה של המזוין, ואת התשואות הקוונטיות.הקצב photolysis ניתן להתבטא כ k= ⁇ × ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) λ, שבו ⁇ הוא התשואות קוונטיות, הוא סגסוגת הוא ⁇ הוא משטח גדול כמו λ הוא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ הוא מים גדול הוא מים גדול הוא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נוכחות של Catalysts או Inhibitors

(החומר האורגני, המינרלים של מתכת, והמסו את החומר האורגני יכול לזרז או לעכב את ההשפלה המזויפת.לדוגמה, תחמוצות ברזל יכולות לזרז את ה-FLT:0Fenton responseFLT:1 (p2+ H2O2) ⁇ + OH + OH-), ייצור רדיקלים הידרוקסל אשר במהירות מחמצן את המזווגנים אורגניים על פני מינים אחרים, לעתים קרובות, אם הם יכולים להאט את רמת ריכוזים.

יישום מעשי: מודל זיהום Persistence

לאחר שחוק הריבית והתלויים הסביבתיים מבוססים, מדענים יכולים לעצב את ריכוזו של זיהום לאורך זמן ומרחב.סוכנות הגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) וגופים רגולטוריים אחרים משתמשים במודלים כאלה כדי להעריך את גורלם הסביבתי של כימיקלים במהלך תהליך הרישום.

Half-Life and Persistence Classifications

הרעיון של מחצית החיים הוא מרכזי תקנות סביבתיות.לדוגמה, משרד חומרי הדברה של EPA של תוכניות Pesticide FLT:1 מסווגת חומרי הדברה המבוססים על מחצית החיים שלהם באדמה: לא-פרסיוני (פחות מ -30 ימים), באופן מתון (30 עד 100 ימים), וקבוע (יותר מ -100 ימים) סיווגים אלה מסתמכים ישירות על מספר מקרי הפחתת מידע על פי סדר ראשון: על בסיס נתונים סטטיים כגון LT2, כמו רישום נתונים על בסיס קבוע של EPA.

מחקר: Atrazine in Groundwater

Atrazine, atrazine בשימוש נרחב עשבי, מרמות בעיקר באמצעות פעולה מיקרוביאלית הידרוליטיזה כימית. מחקרי מעבדה הראו כי ירידה אנרג'ין באדמה עוקב אחר קינטיקה מסדר ראשון עם מחצית חיים החל מ -13 עד 261 ימים, בהתאם לסוג הקרקע, לחות, וטמפרטורה.שימוש בחוק, החוקרים יכולים לחזות כי לאחר שנה אחת, ריכוז של atraz ב £ 3 ימים לאחר מכן של 0.

מחקר: כלורוומים במים

(הופנה מהדף Trichloroethylene (TCE) ו-tetrachloroethylene (PCE) הם בעלי קרקעות נפוצים המידרדרים באמצעות dechlorination מופחת, לעתים קרובות מתווך על ידי microorganisms.ההשפלה היא לעתים קרובות מודל של סדרה של תגובות סדר ראשון: PCE CE DCE DCE DCE DCE DCE) אלכוהול ethn, יש להעריך את המשוואה באופן קבוע (F) ו-H) הוא לעתים קרובות עיצוב כולל של EPA.

נושאים מתקדמים: Active-order Kinetics ו- Composite Systems

(ה) לא כל ההשפלה המזויפת נובעת מפקודות פשוטות של אטרוגנז, בסביבות heterogeneous, מסלולי השפלה מרובים עשויים לפעול בו זמנית, מה שמוביל להזמנות קינטיות לכאורה משתנות לאורך זמן.לדוגמה, בריכוזים גבוהים, השפלה עשויה להיות אפס סדר בשל אנזימים (במערכות מיקרוביות), אך כקטיפות ריכוז, המעבר למסדר ראשון.

מורכבות נוספת נובעת מתהליכי שכנוע.חלקה של רבים מן המזהמים בין השלבים המפורשים והמפוזרים.שיעור ההשפלה עשוי להיות שונה עבור מולקולות sorbed לעומת מתמוססות, והעברה המונית בין השלבים יכולה להפוך להפחתה בקצב.

השלכות על תקנות סביבתיות ומדיניות

סוכנויות רגולציה ברחבי העולם מסתמכות על נתונים קינטיים כדי לקבוע סטנדרטים, מגבלות פליטה, ורמות חשיפה בטוחות.לדוגמה, הסוכנות הכימית האירופית (ECHA) ייצוב 1FLT דורשות עקשנות, ביוקפולציה, ו רעילות (PBT) מסתמך רק על חוקי REACH, אך ורק על פי הערכות של מחצית החיים של כדור הארץ, אם יש צורך ב- 60 ימים של חומרים כימיים או יותר מאשר ב-FV.

שימוש ב Kinetics כדי אופטימיזציה אסטרטגיות Remediation

(המהנדסים משתמשים בחוקי קצב לתכנון מערכות הפעלה מחדש (לדוגמה, במערכות טיהור:0) ו-טיפול ב-FLT:1 עבור מי קרקעי, ניתן לייעל את קצב החילוץ והזמן הטיפול אם ההידרדרות של המזהמים של המזהמים, מאפשרת לקבוע את הפחתת ה-FLT:2bioreationFLT 3, תוספת של חומרים מזינים או אלקטרונים ניתן למקסימום את הפעילות ה-FDIQIQ (FD) ב-FDLCD).

יישומים בקנה מידה שדה כוללים לעתים קרובות את יכולת החלל הקבועה בשכבות עקב גיאולוגיה היסטרוגנית ומיקרוביולוגיה.FLT:0Stochastic ModelingFLT:1 משלבת התפלגות הסתברות עבור FLT:2kuaFLT 3 ערכים כדי ליצור מגוון של תוצאות אפשריות, סיוע הערכת סיכונים.

מגבלות ואתגרים בהגשת חוקי הריבית

בעוד חוקי הריבית חזקים, היישום שלהם במערכות סביבתיות אמיתיות עומד בפני כמה אתגרים:

  • (FLT:0) תערובת מורכבת: 1FLT 1 זיהום נדיר להתקיים לבד. Co-contaminants יכול להתחרות על מינים תגובתיים או לשנות את הסביבה הכימית המקומית, שינוי קינטיקה לכאורה.
  • (FLT:0) השפעות לא-לינאריות: 1:1 בריכוזים נמוכים מאוד אופייניים לשתייה תקני מים, נתיבי השפלה עשויים להשתנות, וחוקי קצב מסורתיים עשויים שלא להחזיק.
  • (FLT:0) ניידות ביולוגית: FLT:1 קהילות מיקרוביאלי להסתגל ולפתח, כך קבועות שיעור נמדדים באוכלוסיית מעבדה לא יכולים להתאים אוכלוסיות שדה.
  • (FLT:0) spatial ו-temporal קנה: קידמה 1) מחקרים במעבדה נערכים בתנאים מבוקרים, אך מערכות שדה משתנות בטמפרטורה, pH, ופעילות מיקרוביאלית מעבר למטר ולאורך עונות.

למרות האתגרים הללו, חוקי הריבית נשארים עמוד השדרה של גורל סביבתי מודלינג.שיפורים בכימיה אנליטית (למשל, ספקטרומטריה המונית ברזולוציה גבוהה) ומודלים חישוביים (למשל, למידת מכונה כדי לחזות (FLT:0kuaFLT:1 ממבנה מולקולרי) מרחיבים את הכדאיות של גישות קינטיות.

מסקנה

היישום של חוקי הריבית ללמוד את ההשפלה שלמזהמים סביבתיים מספק בסיס כמותי להבנת ההתמדה המיושבת, תכנון אסטרטגיות תיווך, וקביעת תקנות הגנה. על ידי קביעת הוראות התגובה והקצב הקבועים, מדענים יכולים לחזות מחצית חיים, מודל התנהגות ארוכת טווח תחת תנאים סביבתיים שונים, והערכה של סיכונים למערכת האקולוגית ובריאות האדם.

לקריאה נוספת על התיאוריה והיישום של קינטיקה כימית במערכות סביבתיות, משאבים כגון FLT:0ACS Environmental Science & TechnologyIRLT:1 ו-FLT:2EPA Chemical ResearchFLT 3: לספק מחקרים מעמיקים והקשר רגולטורי.