Хлор как токсикант

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Химическое загрязнение является нарастающей угрозой среде обитания.

Охрана природы от нависшей над ней химической опасности стала глобальной проблемой. Она связана с производительными силами общества: с развитием промышленного и сельскохозяйственного производства, энергетики, транспорта, добычей полезных ископаемых. Все это ведет к поступлению в воздух, воду, почву сотен тысяч токсичных соединений, проникновению их в организм растений, животных и человека. Повсеместное применение различных химических веществ в быту, в сфере научных исследований также способствует нарастанию химико-экологической опасности. В продаже сейчас около 40000 различных химикатов и ежегодно к ним добавляется сотня других.

Масштабы техногенного химического загрязнения природной среды не поддаются точной оценке, однако приводимые в литературе данные свидетельствуют о дорогой цене, которую приходится платить человеку за успехи, достигнутые в ходе научно-технического прогресса. Так, за один год на Земле сжигается 7 миллиардов тонн условного топлива и выплавляется более 800 миллионов тонн различных металлов, что сопровождается выделением в окружающую среду сотен миллионов тонн вредных веществ.

В настоящее время под токсикантами окружающей среды понимают такие вредные вещества, которые распространяются в окружающей нас среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения и оказывают скрытое вредное воздействие на животных, растения и впоследствии на человека.

Подлинные токсиканты - это те ядовитые вещества, которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот природы. Основное ядро токсикантов окружающей среды составляют пестициды: это собирательное название охватывает все средства борьбы с вредными организмами.

Проблема деградации окружающей среды в значительной мере связана с отрицательным воздействием неорганических веществ, среди которых наибольшую экологическую опасность создают металлы и их соединения, а также диоксид серы и оксиды азота.

Все металлы по степени токсичности можно разделить на три группы:

1) высокотоксичные металлы - ртуть, уран, индий, кадмий, медь, таллий, мышьяк, золото, ванадий, платина, бериллий, серебро, цинк, никель, висмут;

2) умеренно токсичные металлы - марганец, хром, палладий, свинец, осмий, барий, иридий, олово, кобальт, галлий, молибден, скандий, сурьма, рутений, родий, лантан, лантаноиды;

3) малотоксичные металлы - алюминий, железо, германий, кальций, магний, стронций, цезий, рубидий, литий, титан, натрий.

К природным токсикантам относятся биогенные амины, некоторые алкалоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и ряд других соединений.

В наливках и настойках, полученных с использованием фруктов с косточками (вишня, персик, абрикос и др.), амигдалин гидролизуется ферментами с образованием синильной кислоты, что опасно для здоровья. Поэтому хранить такие наливки и настойки длительное время (свыше 1 года) не рекомендуется. В то же время компоты и варенья из косточковых безопасны, так как при нагревании ферменты, гидролизующие амигдалин, инактивируются и образование синильной кислоты не происходит.

В некоторых растениях встречаются и другие природные токсиканты, например кумарины (в некоторых листовых овощах).

Чтобы обезопасить себя от нежелательного действия натуральных токсикантов, следует возможно разнообразнее питаться. В этом случае исключено, чтобы в ежедневном рационе произошло накопление нежелательных токсикантов в опасной для здоровья концентрации.

1. Физико-химическая характеристика хлора

Хлор - элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы VII группы), третьего периода, с атомным номером 17. Обозначается символом Cl. Химически активный неметалл. Входит в группу галогенов (первоначально название «галоген» использовал немецкий химик Швейгер для хлора - дословно «галоген» переводится как солерод - но оно не прижилось и впоследствии стало общим для 17-й (VIIA) группы элементов, в которую входит и хлор).

Простое вещество хлор (CAS-номер: 7782-50-5) при нормальных условиях - ядовитый газ желтовато-зелёного цвета тяжелее воздуха, с резким запахом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl₂). Плохо растворяется в воде, хорошо - в некоторых органических растворителях. В практических условиях растворимость хлора в воде незначительна и составляет 3 кг на 1 т воды. При обычном давлении сжижается при температуре - 34°С, образуя маслянистую жидкость желтовато зелёного цвета, затвердевающую при минус 101°С. Твёрдый хлор это бледно жёлтые кристаллы. Под давлением хлор сжижается уже при обычных температурах. Температура кипения сжиженного хлора -34,1°С, следовательно, даже зимой хлор находится в газообразном состоянии. При испарении образует с водяными парами белый туман. Один килограмм жидкого хлора дает 0,315 м³ газа.

Хорошо адсорбируется активным углём. Химически очень активен.

Хлор - один из наиболее химически активных элементов, он непосредственно взаимодействует со всеми металлами и большинством неметаллов (образуя хлориды), лишь реакция хлора с О₂, N₂ и Хе требует специальных методов активации - УФ облучения или электро разряда, в остальных случаях достаточно простого нагревания.

Причина высокой химической активности хлора в сравнительной легкости образования атомов С1 из молекулС1₂, в высоком сродстве атома хлора к электрону (самое высокое среди атомов химических элементов; выше, чем у фтора) и в высокой энергии связи хлора с большинством элементов. Стабильные соединения хлора - хлориды, гипохлориты, хлориты, хлораты, перхлораты.

Хлор находит широкое применение для отбеливания тканей и бумажной массы, в производстве пластмасс, каучука, пестицидов, дихлорэтана, в цветной металлургии, а также в коммунально бытовом хозяйстве.
Хлор хранят и перевозят к местам потребления только в сжиженном состоянии. Наиболее распространённым способом хранения и транспортировки жидкого хлора является хранение под давлением, соответствующим давлению насыщенных паров хлора при температуре окружающей среды. Обычно он хранится в цилиндрических (10-250 м³) и шаровых (600-2000 м³) резервуарах в сжиженном состоянии под давлением собственных паров, величина которого зависит от температуры жидкого хлора. При температуре 25°С оно составляет 8 кгс/см², а при температуре 60°С - 18 кгс/см². Сжиженный хлор перевозят в железнодорожных цистернах, контейнерах и баллонах, которые одновременно могут являться временными хранилищами.

2. Источник поступления хлора в среду и организм

Основной источник поступления хлора в атмосферу - электролиз хлористых солей, массовые выбросы при очистке воды, сжигание продуктов, содержащих хлор. Средние концентрации хлора в атмосферном воздухе колеблются от 1 до 3,7 мг/куб. м. К промышленным предприятиям, наиболее загрязняющих атмосферу хлором, следует отнести химико-фармацевтические, металлургические, целлюлозно-бумажные. При ядерных взрывах под действием нейтронного излучения радиоактивный хлор образуется в воде и почве из стабильного хлора. Источниками поступления хлора в атмосферный воздух являются производства хлора, хлорной извести, соляной кислоты, неорганических и органических соединений хлора.

Радиоактивный хлор может поступать в организм через органы пищеварения, дыхания и кожные покровы. Процессы всасывания, распределения и выведения из организма аналогичны стабильному хлору. Всасывается радионуклид очень быстро. Всосавшийся хлор распределяется в организме относительно равномерно. Из всосавшегося хлора 84% депонируется в мягких тканях и 16% в скелете. Кратность накопления для организма в целом составляет 18,3, в мягких тканях - 15,6, в скелете - 2,7. Выводится хлор из организма с Тб, равным 10 сут. Выведение происходит в основном с мочой (85%). С пищей хлор поступает обычно в избытке в виде хлорида натрия и хлорида калия. Особенно богаты хлором хлеб, мясные и молочные продукты. В организме человека хлор - основное осмотически активное вещество плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости и некоторых тканей. Играет роль в водно-солевом обмене, способствуя удержанию тканями воды. Регуляция кислотно-щелочного равновесия в тканях осуществляется наряду с других процессами путем изменения в распределении хлора между кровью и других тканями. Хлор является компонентом желудочного сока.

Несмотря на то, что хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия, пути обмена хлора и натрия не одинаковы. Хлор способен отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении. Содержание хлора в пищевых продуктах незначительно. В плазме крови человека в норме содержится 340 - 380 мг% хлоридов.

Основным источником поступления хлора в организм человека является поваренная соль. Некоторое количество хлора есть в мясе, молоке, крупах, бобовых и оливах. Другие овощи и фрукты содержат намного меньше этого минерала. Взрослый человек нуждается в 2-4 г. хлора в сутки. У любителей солёных блюд обычно эта норма всегда бывает превышена.

3. Токсикологическая характеристика хлора

Хлор относится к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов.

У животных и человека, ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия, хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена.

В желудке, ионы хлора создают благоприятную среду для действия ферментов желудочного сока. Хлорные каналы представлены во многих типах клеток, митохондриальных мембранах и скелетных мышцах. Эти каналы выполняют важные функции в регуляции объема жидкости, трансэпителиальном транспорте ионов и стабилизации мембранных потенциалов, участвуют в поддержании рН клеток. Хлор накапливается в висцеральной ткани, коже и скелетных мышцах. Всасывается хлор, в основном, в толстом кишечнике. В клетках аккумулируется 10-15% всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 - в эритроцитах. Около 85% хлора находятся во внеклеточном пространстве.

По физиологическому действию на организм хлор относится к группе веществ удушающего действия. В момент контакта он оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей и глаза. Признаки поражения наступают сразу после воздействия, поэтому хлор является быстродействующим АХОВ. Проникая в глубокие дыхательные пути, хлор разрушает лёгочную ткань, вызывая отёк лёгких. В зависимости от концентрации (токсодозы) хлора степень тяжести отравления может быть различной. При воздействии хлора уже в незначительных концентрациях наблюдается покраснение конъюнктивы глаз, мягкого нёба и глотки, а также бронхит, лёгкая одышка, охриплость, чувство сдавливания в груди. Пребывание в атмосфере, содержащей хлор в концентрациях 1,5-2 г./м³, сопровождается появлением болевых ощущений в верхних дыхательных путях, жжением и болью за грудиной (чувство сильного сдавливания в груди), жжением и резью в глазах, слезотечением, мучительным сухим кашлем. Через 2-4 ч появляются признаки отёка лёгких. Увеличивается одышка, учащается пульс, начинается отделение пенистой жёлтоватой или красноватой мокроты. Воздействие высоких концентраций хлора в течение 10-15 мин может привести к развитию химического ожога лёгких и смерти. При вдыхании хлора в очень высоких концентрациях смерть наступает в течение нескольких минут из за паралича дыхательного центра.

Предельно допустимая концентрация хлора в воздухе рабочей зоны производственного помещения составляет 1 мг/м³, однако человек начинает ощущать хлор в атмосферном воздухе при превышении концентрации 3 мг/м³. Следовательно, если чувствуется резкий удушливый запах хлора, то работать без средств защиты уже опасно. Раздражающее действие возникает при концентрации около 10 мг/м³. Воздействие 100-200 мг/м³ хлора в течение 30-60 минут опасно для жизни. Предельно допустимая концентрация хлора в атмосферном воздухе населённых пунктов равна: среднесуточная 0,03 мг/м³; максимальная разовая 0,1 мг/м³.

Признаки поражения хлором: сильное жжение, резь в глазах; слезотечение; учащённое дыхание; мучительный сухой кашель; сильное возбуждение; страх; в тяжёлых случаях остановка дыхания. При утечке или розливе хлора нельзя прикасаться к пролитому веществу, так как оставшийся в проливе хлор захолаживается до температуры минус 34°С.

Ионы хлора жизненно необходимы растениям. Хлор участвует в энергетическом обмене у растений, активируя окислительное фосфорилирование. Он необходим для образования кислорода в процессе фотосинтеза изолированными хлоропластами, стимулирует вспомогательные процессы фотосинтеза, прежде всего те из них, которые связаны с аккумулированием энергии. Xлор положительно влияет на поглощение корнями кислорода, соединений калия, кальция, магния. Чрезмерная концентрация ионов хлора в растениях может иметь и отрицательную сторону, например, снижать содержание хлорофилла, уменьшать активность фотосинтеза, задерживать рост и развитие растений.

4. Пути устранения загрязнения токсикантов

Основными методами очистки подменной воды от хлора - отстаивание воды и химическая очистка.

Отстаивание воды. Хлор относительно непостоянен в воде, самостоятельно улетучиваясь в атмосферу. Касательно длительности отстаивания водопроводной воды обычно называется цифра 1-2 суток. Хотя рекомендуют более длительный срок: 5-6 дней. Резервуар для отстаивания воды должен иметь достаточно большую поверхность взаимодействия с воздушной средой. Процесс удаления хлора из воды можно ускорить, если при заливе воды в ведро для отстаивания пустить из водопроводного крана сильную струю, либо лить воду из душа, а так же если в ходе отстаивания воду аэрировать. Следует добавить, что при отстаивании водопроводная вода освобождается от ряда других вредных примесей, не рассмотренных в этой статье.

Химическая очистка. Самым быстрым способом удаления хлора из воды является применение химического препарата-дехлоратора, который вступает в химическую реакцию с растворенным в воде хлором, превращая его в малотоксичные вещества. Классический описанный в литературе дехлоратор - это тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, восстанавливающий хлор до хлорид-ионов. Также в качестве компонентов для удаления хлора используются сульфит натрия Na₂SO₃, гидросульфит натрия NaHSO₃ и более сложные соединения, такие как гидроксиметан сульфинат натрия CH₃NaO₃S. При использовании дехлораторов следует иметь в виду, что указанные в инструкции дозировки являются усредненными, в то время как содержание хлора в водопроводной воде может колебаться в зависимости от местности, времени года и других условий. Более надежным способом является адсорбционный метод - прогон хлорированной водопроводной воды через активированный уголь, хлор адсорбируется на нем, и вода освобождается от токсичного компонента. На практике этот способ очистки реализуется посредством проточного угольного фильтра, через который пропускается вода из-под крана, либо оснащения емкости для водоподготовки внутренним фильтром с углем. В числе способов по очистке воды от хлора называется также кипячение, либо нагревание до температуры 80-90°C. Кипячение делает воду «мертвой» с точки зрения содержания полезных микроэлементов и резко снижает карбонадную жесткость. Кроме того, нагревание воды до температуры кипения или близкой к ней не может быть произведено в штатных емкостях для водоподготовки. Для этого требуются специальные металлические емкости и длительное время для охлаждения воды до нормальной температуры.

Еще одним химическим веществом, применяемым предприятиями водоснабжения для обеззараживания воды является хлорамин, смесь хлора с аммиаком. Как считается, хлорамин «имеет значительные преимущества, т.к. его бактерицидное действие сохраняется в течение большего времени, чем у хлора, и, кроме этого, хлорамины не придают воде неприятного запаха и привкуса, как хлор и его соединения с веществами, содержащимися в воде». Тиосульфат натрия способен нейтрализовать только часть хлорамина - хлор, тогда как аммиак при этом остается в воде, хотя существует предположение, что хлорамин все-таки диссоциирует в воде не полностью и образует комплексы, которые поддаются адсорбированию углем. К счастью, в нашей стране практика хлораминирования водопроводной воды не получила широкого распространения. Однако следует иметь в виду, что хлорамин может образоваться и самостоятельно в результате взаимодействия хлора водопроводной воды и аммиака.

хлор токсикологический обеззараживание загрязнение

Размещено на Allbest.ru