Çevre Kimya Kinetiklerinin Temelleri
Çevreye serbest bırakılan kirleticiler statik olarak kalmayın. Kimyasal dönüşümleri, toksisitelerini ve nihai kaderini belirlemek için geçiriyorlar. Bu dönüşüm oranlarının kimyasal kinetiği, özellikle de hız yasalarının uygulanmasıyla ilgili olarak, çevresel bilim adamları ve mühendisler için, bu denklemler için, bu denklemler, toprak, su veya hava durumuyla devam edecek olan ve özellikle de etkili ve ekonomik olarak uygulanabilir olan bir kimyasal reaksiyon hızıyla ilgilidir.
Genel formda bir oran yasası ifade edilir:
[B] ^ ([0)[0)[0)
İşte, [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
Puan yasaları genellikle bir kirletici azaltımının zaman içinde nasıl azaltıldığını ölçmekle belirlenir. Veriler daha sonra sıfır sipariş arasında ayrım yapmak için oran denkleminin bütünleşik biçimlerine uygundur, ilk sipariş ve ikinci sipariş kinetiği.Her sipariş yarı yaşam için farklı etkilere sahiptir ve bozulma oranın konsantrasyonuna sahiptir.
Kirlilik için Oran Yasalarının Belirlenmesi
Bir çevresel kirleticiye bir oran yasasını uygulamak için, bilim insanları ilk önce tepki siparişini ve oranı sürekli olarak belirlemelidir. Bu, kontrollü laboratuvar deneyleri aracılığıyla yapılır, genellikle su, sedi, ya da toprak incelikleri gibi çevresel matrisleri kullanarak yapılır.
Zero-Order Kinetics
Sıfır sipariş reaksiyonunda, oran kirletici konsantrasyondan bağımsızdır:
[0]([Kıyıt)
Bütünleşik form [A] = [A]0 - kt. Bu tür kinetik, toprak yüzeylerdeki bazı pestisitlerin (Dönetici) ile sınırlı olduğu zaman meydana gelebilir[Döneticiler, bir katalizörün kullanılabilirliği, ışık yoğunluğu, fotolysis veya bir şeytan bölgesi ile sınırlı, örneğin, sıfır derecelendiricinin yarı-yaşamı için).
İlk-Order Kinetics
İlk sipariş kinetics, doğal sularda ve havadaki birçok organik kirletici için en yaygın olarak gözlemlenen bozulma modelidir.
[A][[D][/FONT=0)
Bütünleşik form ln[A] = ln[A]0 - kt, veya [A] = [A]0 e) -kt) yarı-yaşam sabitdir: t/2[D)[D[D][/FONT][/TRNT][/tr|D)))))))))) Birçok dozda ilk su arıtma işlemine izin veren bir miktar.
İkincisi-Order Kinetics
Regresyon oranı iki tepkinin konsantrasyonuna bağlıdır (veya bir tepkinin karesine) ikinci sıra kinetiği uygulanır:
[A]2[Dönemli: 2) veya [A][B][D][/FONT=[D][/FONT)[[[değiştir | kaynağı değiştir]
Tek bir tepki veren dava için bütünleşik form 1/[A] = 1/[A]0 + kt. İki farklı tepki için, çözüm daha karmaşık hale gelir, ancak yine de kullanılabilir. İkinci sipariş kinetiği, bir tepki için önemli olan tepkiler için önemlidir[0] = 1/[Düzücükler atmosferde veya akıp giden iki organik moleküllerin tepkisi:2)
Ortamdaki Degradasyon Oranlarını Etkileyen Faktörler
Puan yasaları temel denklemi sağlar, ancak oranı sabit değildir:0)k[Dönetici: 1) sabit değildir; çevresel koşullara göre değişir. Bu bağımlılıklar, alan ayarlarına ekstrapolating laboratuvar verileri için önemlidir.
Sıcaklık Sıcaklık
Arrhenius denklemi sıcaklıkla sürekli ilgilidir: k = E[D:0) -Ea/(RT)), AFLÜ'nin ön-doktoru olduğu yerde, Ea aktivasyon enerjisidir, RD'nin ısıtılması, R'nin ısıtılması ve T'nin, tropikal denizlerdeki sıcaklık dalgalanmaları (diurnal, mevsimsel veya coğrafi) her iki katına kadar çok daha yavaştır.
pH pH
Birçok bozulma yolu, özellikle hidroliz ve bazı fotokimyasal tepkiler, tepki veren veya katalizör olarak, her iki asit ve üs tarafından darp edilen bazı pestisitlerin hidro-analizi, minimum yakın tarafsızlık ile yüksek oranda bir profile yol açan.
Işık ve Fotolysis
Doğrudan fotolysis, bir kirletici ışığı absorbsiyon olduğunda ve kimyasal bir değişiklik geçiriyor. Oran, kuantum verimine bağlı, ⁇ ve kuantum veriminin ⁇ .In many organic kirleticiler gibi ifade edilebilir.
Catalyst veya Inhibitors'un prestijisi
Metal iyonlar, kil mineraller ve organik madde katalyze veya kirletici bozulmaları engelleyebilir. Örneğin, demir oksitler organik kirleticiler kullanılmaktadır.Diğer yandan, doğal organik madde spert radikaller ve yavaş bozulmalar.
Pratik Uygulamalar: Kirli Persistlik Modeling Pollutant
Oran yasası ve çevresel bağımlılıklar kurulduktan sonra, bilim adamları zaman ve uzay üzerinde bir kirletici konsantrasyonu modelleyebilirler. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve diğer düzenleyici organlar, kayıt sürecindeki kimyasalların çevresel kaderini değerlendirmek için bu tür modelleri kullanırlar.
Half-Life ve Persistence Sınıfları
Yarı yaşam kavramı çevresel düzenlemelere merkezidir. Örneğin, ESRAT:0)EPA'nın Pestisit Programları Ofisi), ilaç kayıtları için yarı yaşamlarına dayanan pestisitleri sınıflandırır: 30 günden fazla), orta derecede (30-100 gün), ve kalıcı (100 günden fazla).
Vaka Çalışması: Groundwater'da Atrazine
Atrazine, yaygın olarak on iki61 gün boyunca, toprak tipine ve sıcaklığına bağlı olarak, araştırmacılar bir yıl sonra, toprak sınırlarının yarısına kadar uzanan bir kirliliğin azaltılmasını öngörmüşlerdir.
Vaka Çalışması: Groundwaters'ta klorinated Branson
Krom kloralin (TCE) ve tetrakopi (PCE) gibi çözücüler genellikle mikroorganizmalar tarafından belirlenir ve bu kinelerin bozulması, doğal olarak değerlendirilmek için kritiktir.
Gelişmiş Konular: Karma-Order Kinetics ve Kompozit Sistemleri
Her türlü kirletici bozulma basit tamsayı takip etmez. heterojen ortamlarda, birden fazla bozulma yolu aynı anda çalışabilir, zamanla değişen belirgin kinetik emirlere yol açabilir.Örneğin, yüksek konsantrasyonlarda, bozulma genellikle enzim doygunluğu nedeniyle sıfır sipariş edilebilir (in mikrobiyal sistemlerde) ama konsantrasyon damlaları olarak, [Smax[TDüzükler)[TDüzüğün 1.
Bir başka karmaşıklık, hidrasyon süreçleri ile ilgili birçok kirletici bölümünden ortaya çıkar.Örneğin, iki-kompartment modeli) hızla çözülmemiş bir fraksiyon ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir şekilde kesir.
Çevresel Düzenlemeler ve Politikalar için Implikasyonlar
Dünya çapında düzenleyici kurumlar temizleme standartları, emisyon limitleri ve güvenli maruz kalma seviyelerini belirlemek için kinetik verilere güveniyor. Örneğin, [[Üyetim:0) Avrupa Kimyasal Ajansı (ECHA)), deniz suyu veya 120 gün içinde kalıcı bir şekilde, çevresel kesintiler için yapılan değerlendirmeler, aynı şekilde değerlendiriliyor.
Yenidenleme Stratejilerini Takip Etmek için Kinetics Kullanımı
Mühendisler, remediasyon sistemlerini tasarlamak için oran yasaları kullanırlar. Örneğin, inurFLT:0)pump-and-treat sistemleri[Döneticileri 1 ), enjeksiyon oranı ve tedavi süresi, mikrobiyal nüfusun bozulması (minant) nispinin (düşünme) tarafından belirlenen süre içinde azaltılabilir.
Alan ölçekli uygulamalar genellikle heterojen jeoloji ve mikrobiyoloji nedeniyle sürekli olarak değişkenlik içerir.ASIFLT:0)Stochastic modelleme) için olasılık dağılımı içerir[Dönemli bir kesintiye uğrama değerlerinin belirli bir mesafeyi aşacağını tahmin edebilir.[Dönetici). Örneğin, bir günlük gecikmeli kesintiler kullanarak bir Monte Carlo simülasyonu, bir günlük kesinti sabit kesintinin normal dağılımını kullanarak bir kontenja görebilecek bir kontrasepsiyonel bir limiti aşacaktır.
Limitler ve Zorluklar Kodlar
Oran yasaları güçlü olsa da, gerçek çevresel sistemlerdeki uygulamaları birkaç zorlukla karşı karşıya kalır:
- [FONT:0]Complex karışımlar:[Döneticiler nadiren yalnız var. Co-contaminants reaktif türlere rekabet edebilir veya yerel kimyasal ortamı değiştirebilir, belirgin kinetiği değiştirebilir.
- [FONT:0]Nonlinear etkiler: [Dönetici: [Dönetici:0] Çok düşük içme su standartlarının tipik olarak, bozulma yolları değişebilir ve geleneksel oran yasaları tutmayabilir.
- [FONT:0]Biolojik değişkenlik:[Döneticiler) Mikrobiyo toplulukları uyum ve evrimleşebilir, bu yüzden bir laboratuvar konsorsiyumunda ölçülen hız sabitleri, alan popülasyonları ile eşlemez.
- [FONT:0]Spatial ve zaman zaman ölçeği: Lab çalışmaları kontrollü koşullar altında yapılır, ancak alan sistemleri sıcaklık, pH ve mikrobiyal aktiviteyi metre ve mevsimler boyunca değiştirir.
Bu zorluklara rağmen, oran yasaları çevresel kader modelinin arka kemiği olarak kalır. analitik kimyada iyileştirmeler (örneğin, yüksek çözünürlüklü kitle spektrometri) ve hesaplama modelleme (örneğin, makine öğrenme)[Dört:0k[Dönetici)[Döneticisel yaklaşımlardaki uygulamasel edilebilirliği genişletir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Çevre kirleticilerinin bozulmasına yönelik oran yasalarının uygulanması, kirletici kalıcılığı anlamak, remediasyon stratejileri tasarlamak ve koruyucu düzenlemeleri belirlemek için sayısal bir temel sağlar.Denerede reaksiyon siparişlerini ve oranı sabitlerini belirlemek için, bilim insanları, farklı çevresel koşullar altında yarı-terminasyonel davranışları tahmin edebilir ve ekosistemlere ve insan sağlığına yönelik riskleri değerlendirebilir.
Çevre sistemlerinde kimyasal kinetiğin teorisi ve uygulanması, algFLT gibi kaynaklar:0)ACS Çevre Bilimi & Teknoloji) ► ve )EPA Kimyasal Araştırma) derinlemesine çalışmalar ve düzenleyici bağlamda sağlar.