化學(xué)的今天和明天-課件

1、化學(xué)的今天和明天任課教師：彭正合 (教授) 李仁杰 (博士)武漢大學(xué)化學(xué)系教學(xué)大綱第1章 化學(xué)是核心科學(xué)第2章 化學(xué)是健康和生命的科學(xué)第3章 化學(xué)是實(shí)用和創(chuàng)造性的科學(xué)第4章 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)第5章 化學(xué)與信息科學(xué)第6章 化學(xué)與催化科學(xué)第7章 化學(xué)家怎樣創(chuàng)造分子第8章 認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化課程安排及要求學(xué)分 1，學(xué)時(shí) 36平時(shí)成績(jī)：按聽(tīng)課次數(shù)（課前簽到課后點(diǎn)名為準(zhǔn)）記分?？荚嚪绞剑鹤赃x專(zhuān)題寫(xiě)一篇2000字左右的正規(guī)學(xué)術(shù)論文。要求：引文獻(xiàn) 4 6 篇，并注明文獻(xiàn)號(hào)。 講授 8 10次，自學(xué)（包括復(fù)習(xí)和寫(xiě)論文）23 次。第4章 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)Hurt not the earth, neither t

2、he sea, nor the trees.- The Bible : Book of Revelation 4.1 我們能否擁有先進(jìn)的可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)？ 4.2 工業(yè)能否干凈的制造化學(xué)品？ 4.3 化學(xué)對(duì)核廢料的處理能作出什么樣的貢獻(xiàn)？ 4.4 人們?nèi)粘Ｉ顣?huì)造成什么樣的污染？ 4.5 能否選擇性的殺死害蟲(chóng)？ 4.6 能否保證新合成化學(xué)品沒(méi)有不良反應(yīng)？ 4.7 新的化學(xué)分支學(xué)科 - 環(huán)境化學(xué)，綠色化學(xué) 4.8 關(guān)于未來(lái)4.1 我們能否擁有先進(jìn)的可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)？ 圖表漫畫(huà)：投降?。?當(dāng)今的地球面臨著人口膨脹和資源過(guò)度消耗，大氣、水質(zhì)的污染，有毒廢物的排放，溫室氣體導(dǎo)致的全球氣候變暖，生物物種

3、的大量消失等一系列危機(jī)。面對(duì)如此困境，脆弱的地球還能承受嗎??？ 藥物化學(xué)家正在積極開(kāi)發(fā)避孕藥，但有諷刺意義的是，人口過(guò)剩在一定程度是由化學(xué)造成的，人類(lèi)的死亡率曾經(jīng)是如此的高，因此不存在人口過(guò)剩。藥物化學(xué)大大提高了我們的生存率，為此，我們有了人口問(wèn)題。當(dāng)然，我們肯定不會(huì)回到過(guò)去一個(gè)流行感冒就死亡數(shù)萬(wàn)人的日子，我們要出于自擇的辦法來(lái)控制人口，而不依靠大規(guī)模死亡的辦法黑死病The Black Death散播與年份14世紀(jì)襲擊歐洲的鼠疫, 患者會(huì)皮下出血,皮膚呈現(xiàn)黑色,故名.在整個(gè)十四世紀(jì)，大部分人口密度較高的城市，死亡率都在50%以上。在許多地方，“尸體象垃圾一樣被扔上了手推車(chē)”。據(jù)估計(jì)，14世紀(jì)的

4、100年中，歐洲有大約2500萬(wàn)人死于黑死病，占當(dāng)時(shí)歐洲人口的三分之一。不過(guò)，這次流行并沒(méi)有到此為止。直到15世紀(jì)末，歐洲每十年就遭到一次黑死病的襲擊。至于究竟有多少人死于黑死病，此后300年間，黑死病還曾多次暴發(fā)，可能總共殺死了多達(dá)2億人。我們和地球的關(guān)系從根本上改變了，我們必須看到這種轉(zhuǎn)變，理解它將會(huì)帶來(lái)什么。環(huán)境破壞的種種驚人圖景引起我們的警覺(jué)的程度也許各不相同，但這些在世界各地都出現(xiàn)的圖景卻有一點(diǎn)是共同的我們必須鼓起勇氣來(lái)承認(rèn)：它們都是同一個(gè)深層問(wèn)題的癥狀，而這個(gè)深層問(wèn)題比人類(lèi)任何時(shí)候面臨的問(wèn)題都來(lái)得更加廣泛更加嚴(yán)厲。全球變暖，臭氧層損耗，物種滅絕，森林毀壞這一切有個(gè)共同的原因：人類(lèi)文

5、明與地球的自然平衡之間的一種新型關(guān)系。 我們面臨的問(wèn)題其實(shí)有兩個(gè)方面。一方面是認(rèn)識(shí)到我們傷害地球的能力的確可能具有全球規(guī)模、的確可能是永久性的。我們已經(jīng)成為造成地球現(xiàn)狀的一個(gè)主要原因。另一方面是認(rèn)識(shí)到我們必須首先把自己看作這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，才能夠理解人在這個(gè)系統(tǒng)中的新角色。我們從前習(xí)慣于把這個(gè)系統(tǒng)看成一個(gè)因果作用的簡(jiǎn)單系統(tǒng)?，F(xiàn)在看來(lái)，首要問(wèn)題不在于我們對(duì)環(huán)境起了什么作用，而在于我們和環(huán)境處在怎樣一種關(guān)系之中。于是，無(wú)論我們用什么方式來(lái)解決環(huán)境危機(jī)，我們首先都需要重新審視人與環(huán)境的關(guān)系，這包括每一文明內(nèi)部的種種因素之間的復(fù)雜關(guān)系，各個(gè)文明之間的關(guān)系，以及生態(tài)系統(tǒng)各種主要自然成分之間的關(guān)

6、系。 圖表漫畫(huà)：“。只有今天待遇好！” 隨著“世界地球日”的來(lái)臨，全人類(lèi)都自發(fā)地敲響了保護(hù)家園的警鐘，舉行著各項(xiàng)對(duì)地球有益的活動(dòng)。然而，我們僅在一天大張旗鼓地關(guān)愛(ài)地球是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把每一天都當(dāng)成“地球日”看待，才能盡快救治地球的沉疴，延緩她的衰老。（4月22日） 科技的高度發(fā)展，是環(huán)境污染的主要原因之一，在高唱污染問(wèn)題嚴(yán)重性的今天，研究科學(xué)的人成為千夫所指的罪人，但研究科學(xué)的人最值得欽佩的一點(diǎn)，就是他們并不逃避責(zé)任。真正的科學(xué)家與工程師都抱著為人類(lèi)謀福利的宗旨，努力不懈，當(dāng)在這個(gè)過(guò)程中，出了毛病，他們并不否認(rèn)他們錯(cuò)了，但他們?nèi)匀宦耦^苦干，潛心研究，只盼望有朝一日能將功折罪。平心而論，解鈴還

7、須系鈴人，污染問(wèn)題仍須用科技方法解決?，F(xiàn)在舉個(gè)明顯的例子：洛杉磯的空氣污染：洛杉磯因?yàn)槲廴締?wèn)題十分嚴(yán)重，一般民眾早已普遍覺(jué)醒，在一九四八到一九六六年之間，他們利用科學(xué)方法完成了一個(gè)計(jì)劃包括研究現(xiàn)象形成的原因，對(duì)人口的增加、工廠數(shù)目、汽車(chē)的使用、燃料的消耗加以廣泛調(diào)查；一方面做橫向的調(diào)查，一方面也作縱向的整理，并得到立法的支持，頒布若干禁令，確立污染的規(guī)范。再利用科學(xué)技術(shù)的方法，研究發(fā)展許許多多的改進(jìn)設(shè)施?，F(xiàn)在這地區(qū)的污染已大為減低。4.2 工業(yè)能否干凈的制造化學(xué)品？在美國(guó)和其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家，化學(xué)加工業(yè)是制造業(yè)中最大的一個(gè)行業(yè)，物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)變化而轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，但一般也產(chǎn)生了廢物，對(duì)它們采取什

8、么樣的處理辦法是做到干凈生產(chǎn)的關(guān)鍵。有一時(shí)期，廢棄物只是簡(jiǎn)單的傾倒到河流中或埋在地下或直接排放到空氣中。但由于每一種物質(zhì)都包含多種化學(xué)品，這種做法不是一種真正有效的方法。1995年左右美國(guó)對(duì)全國(guó)的的有毒廢物堆放處展開(kāi)了一項(xiàng)規(guī)模龐大的清理工作，這些地方大自然是不會(huì)照顧到的，我們必須自己來(lái)解決問(wèn)題。新的工業(yè)革命 - 觀點(diǎn)的革命屬于化學(xué)制造商協(xié)會(huì)的化學(xué)制造商在美國(guó)制造了90的化學(xué)產(chǎn)品。他們通過(guò)了一個(gè)稱(chēng)為負(fù)責(zé)與關(guān)心（Responsible Care)的綱領(lǐng)，在此綱領(lǐng)中他們立誓只制造不破壞環(huán)境的商品。An important aspect of Responsible Care is to have h

9、ealth, safety, environmental, and security (HSES) performance measures readily available to the public. Eastman 化學(xué)公司下屬的一家工廠。廠里所采用的工藝，每年可節(jié)省150萬(wàn)桶原油。美國(guó)田納西州的一家化工廠從環(huán)境觀點(diǎn)出發(fā)，利用它的負(fù)責(zé)與關(guān)心綱領(lǐng)來(lái)指導(dǎo)操作，建造了這個(gè)國(guó)家最革新的廢水處理設(shè)備。這個(gè)設(shè)備高出地面，使得地下水的保護(hù)更容易一些。燃煤鍋爐所排放出的煤灰不像過(guò)去一樣被填埋，而是用來(lái)制造混凝土磚塊。這個(gè)工廠還有國(guó)家唯一的商業(yè)化設(shè)施，將煤轉(zhuǎn)化為各種化學(xué)產(chǎn)品，并最后用在合成纖維等的制作上

10、。利用當(dāng)?shù)厝〉玫母吡蛎?，這個(gè)廠每年省用了約150萬(wàn)桶原油。更值得一提的是這個(gè)設(shè)備回收了煤中所含硫的99.7。這個(gè)煤化工設(shè)備是如此的富有創(chuàng)新精神，以致被稱(chēng)為1995年化學(xué)里程碑。另一個(gè)污染問(wèn)題是與溶解各種各樣化學(xué)品的溶劑有關(guān)，當(dāng)有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)，它們會(huì)污染空氣。越來(lái)越多的制造商正在學(xué)會(huì)在加工工藝上如何使用水作為溶劑。水基油漆，包括用于汽車(chē)的烤漆，正在取代含有機(jī)溶劑的油漆。 4.3 化學(xué)對(duì)核廢料的處理能作出什么樣的貢獻(xiàn)？不是所有的廢棄物都能變?yōu)橛杏玫漠a(chǎn)品，化學(xué)品的毒性可以通過(guò)化學(xué)來(lái)解決，但放射性的物質(zhì)只能靠時(shí)間使其變的安全。利用現(xiàn)有的技術(shù)無(wú)法避免核能發(fā)電廠產(chǎn)生放射性廢料。然而，我們很清楚的看到核能是

11、我們未來(lái)的能源，在有些國(guó)家，它早已是主要能源。從核電廠產(chǎn)生的放射性物質(zhì)的物理量實(shí)際是不太大的，但它被嵌在許多其他物質(zhì)中，目前是將其整體存放，但這個(gè)量是如此之大，以致引起了麻煩?；瘜W(xué)家正試圖將放射性物質(zhì)分離出來(lái)并加以濃縮。只是存放有害物質(zhì)，這樣相當(dāng)于是將放射性物質(zhì)變成了有用的東西。我國(guó)的核電發(fā)展最新統(tǒng)計(jì)顯示，截止到2008年2月底，我國(guó)已有秦山一期核電站、大亞灣核電站、嶺澳核電站一期、秦山二期核電站、秦山三期核電站、田灣核電站共6座核電站11臺(tái)核電機(jī)組建成投產(chǎn)運(yùn)行，總裝機(jī)容量為906.8萬(wàn)千瓦。 中國(guó)廣東核電集團(tuán)與湖北省人民政府3月4日在京正式簽署了合作開(kāi)發(fā)湖北核電項(xiàng)目協(xié)議，雙方將采取多種措施，

12、積極開(kāi)展我國(guó)內(nèi)陸第一座核電站湖北咸寧大畈核電項(xiàng)目前期工作。這標(biāo)志著我國(guó)核電建設(shè)將由沿海向內(nèi)陸拓展. 4.4 人們?nèi)粘Ｉ顣?huì)造成什么樣的污染？廢水處理：利用化學(xué)方法（中和法、氧化法）處理廢水是治理水污染的常用方法。 4.4 人們?nèi)粘Ｉ顣?huì)造成什么樣的污染？ 汽油燃燒時(shí)會(huì)釋放出一些有毒性的一氧化碳，同時(shí)空氣中的一部分氮?dú)獗晦D(zhuǎn)化為氧化氮。未燃盡的汽油產(chǎn)物也同時(shí)散放出來(lái)。它們本身氣味就難聞，但在太陽(yáng)光下它們結(jié)合起來(lái)形成刺鼻的化學(xué)品，而成為煙霧的一部分。 化學(xué)家知道了引起煙霧的原因，通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程的研究，將發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)以降低所產(chǎn)生的污染物的量，為了處理其剩余的污染氣體就需要在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中安裝上催化轉(zhuǎn)化

13、器。這些固體催化劑能將污染物轉(zhuǎn)化為危害較少的物質(zhì)。點(diǎn)燃酸雨的形成過(guò)程：（弱酸）（強(qiáng)酸）有害氣體的排放，在空氣中會(huì)形成酸雨討 論 題 酸雨可能對(duì)環(huán)境造成什么樣的破壞？建筑物受損文物面目皆非森林植物枯死農(nóng)業(yè)嚴(yán)重減產(chǎn) 此外，酸雨能導(dǎo)致土壤的酸化、水體的污染、金屬制品的銹蝕。如何認(rèn)識(shí)酸雨問(wèn)題？酸雨已成為全世界范圍的環(huán)境問(wèn)題注：pH值越小，酸 性越強(qiáng)。 用一組蓄電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)才是真正無(wú)污染的。 主要問(wèn)題在于電池。蓄電池是一種以化學(xué)方法儲(chǔ)存電能的裝置，當(dāng)電池中發(fā)生一種化學(xué)變化時(shí)，電流就產(chǎn)生了。當(dāng)產(chǎn)生電流的化學(xué)用品用完后，電池就耗完了。但它可以重新加以充電，電流通過(guò)電池后，逆轉(zhuǎn)了化學(xué)變化并使化學(xué)物質(zhì)得以再

14、生，所以可以重復(fù)使用。 描述是很容易的，但要實(shí)際應(yīng)用卻還有一段距離。一些特殊用途的電池該圖為筆記本電腦電池圖航空燃料電池上圖為太陽(yáng)能電池氫氣燃燒放出的熱量大，生成物不污染環(huán)境，制氫的資源也很豐富。但氫氣的制取成本高，安全儲(chǔ)運(yùn)困難，氫氣作為能源目前還不能廣泛使用?；瘜W(xué)家們正在研究高效、廉價(jià)的儲(chǔ)氫材料，并取得了很大的進(jìn)展。環(huán)保汽車(chē)的悄然興起汽車(chē)是人們生活中的重要交通工具，而汽車(chē)排放的尾氣又是造成環(huán)境污染的重要原因，為此人們急需尋找一種代用燃料?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)幾十年的盡心研究發(fā)現(xiàn)，用氫燃料電池作為汽車(chē)的動(dòng)力，是無(wú)污染的理想能源。因此使用氫燃料電池的汽車(chē)才是名副其實(shí)的“綠色燃料”汽車(chē)。上圖為氫燃料電池汽車(chē)

15、電池的要求高容量，充電時(shí)間短重量輕，不會(huì)對(duì)車(chē)造成負(fù)擔(dān)使用年限長(zhǎng)成本低，普及方便安全可靠4.5 能否選擇性的殺死害蟲(chóng)？ 我們需要控制那些帶來(lái)疾病與破壞我們食物的某些蟲(chóng)類(lèi)。白蟻等甚至能破壞我們的房子。然而，沒(méi)有蜜蜂的話(huà)，很多植物就不能繁殖。我們?nèi)绾斡行У挠羞x擇的控制害蟲(chóng)而不致毒害我們自己或其他無(wú)害的動(dòng)物呢？DDT（注：二氯二苯三氯乙烷）事件 DDT是一種非常有效的合成殺蟲(chóng)劑，用DDT來(lái)控制蚊子，使流行在熱帶國(guó)家的瘧疾得以大大的減少。 DDT的效果如此的明顯和重要，它的發(fā)明者Paul Muller榮獲了1948年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。然而，DDT現(xiàn)在很少使用了，它在美國(guó)和許多國(guó)家都已經(jīng)被禁止。DDT

16、事件恐怕很少有哪一種化合物，會(huì)像DDT的歷史一樣，在過(guò)去的幾十年里，人類(lèi)對(duì)其傾注了又愛(ài)又恨的復(fù)雜情感。 自從1939年，瑞士科學(xué)家保羅米勒發(fā)現(xiàn)了DDT的殺蟲(chóng)功效以來(lái)，它被廣泛使用來(lái)?yè)錃⑽米舆@種斑疹傷寒、瘧疾等致命疾病的傳播者。此前，瘧疾是人類(lèi)遭受到的最嚴(yán)重的災(zāi)難之一每年的死者超過(guò)100萬(wàn)，但在此后25年中，DDT挽救了超過(guò)500萬(wàn)人的性命，并使至少10億人免于傳染。 那時(shí)，DDT被譽(yù)為“上帝賜予人類(lèi)的最好禮物”，保羅米勒由此獲得1948年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)DDT事件1962年“世界衛(wèi)生日”，在世界衛(wèi)生組織的建議下，100多個(gè)國(guó)家同時(shí)發(fā)行了一套“世界聯(lián)合抗瘧疾”郵票，許多國(guó)家都不約而同地采用了DDT

17、噴灑滅蚊的設(shè)計(jì)。但這也是DDT最后一次享受殊榮。 這一年，美國(guó)作家蕾切爾卡遜出版了寂靜的春天。在這本被很多環(huán)保主義者奉為經(jīng)典的書(shū)籍中，卡遜用優(yōu)美的文筆，將DDT的負(fù)面作用傳達(dá)給公眾，并很快影響了政府的決策。 卡遜發(fā)現(xiàn)，DDT高度穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其在土壤中可持續(xù)存在數(shù)十年。通過(guò)一種叫做“蝗蟲(chóng)作用”的過(guò)程，DDT在大氣中傳播，到達(dá)遠(yuǎn)離源地的區(qū)域。在北極熊和南極企鵝的血液中，都能夠監(jiān)測(cè)到DDT的殘留物。 作為一種有毒的化學(xué)物質(zhì)，DDT一度對(duì)環(huán)境產(chǎn)生難以估量的嚴(yán)重危害。它使得鳥(niǎo)類(lèi)的蛋殼變薄，幼鳥(niǎo)大量死亡，包括作為美國(guó)象征的白頭海雕、英國(guó)雀鷹等一大批珍稀鳥(niǎo)類(lèi)瀕臨滅絕。 然而，有關(guān)使用DDT的爭(zhēng)辯一直在

18、持續(xù)。2005年2月，英國(guó)化學(xué)家約翰亭布瑞在新作毒物魅影中提出自己的觀點(diǎn)：“DDT曾經(jīng)給人類(lèi)帶來(lái)莫大的好處，只要人類(lèi)在使用時(shí)更加小心謹(jǐn)慎，就可以改善危險(xiǎn)和利益之間的平衡。” 戰(zhàn)后的美國(guó)，DDT被廣為使用來(lái)消滅多種害蟲(chóng)。盡管每英畝土地只要使用1磅DDT,就足夠除掉所有的害蟲(chóng)，但人們?cè)凇霸蕉嘣接行А钡腻e(cuò)誤觀念驅(qū)使下，出現(xiàn)濫用DDT的趨勢(shì)。在美國(guó)的許多地區(qū)，數(shù)度對(duì)樹(shù)林噴灑每英畝超過(guò)25磅劑量的DDT。 而與此相反，英國(guó)人從未停止過(guò)使用DDT。但在使用前，他們經(jīng)過(guò)了審慎的評(píng)估。1963年，DDT被用來(lái)對(duì)付松樹(shù)尺蠖毛毛蟲(chóng)，按照每英畝1磅的劑量，大區(qū)域地噴灑DDT，在害蟲(chóng)被成功控制之后，雖然在當(dāng)?shù)匾恍B(niǎo)類(lèi)

19、身上發(fā)現(xiàn)了殘留的DDT，但從未出現(xiàn)死亡和數(shù)量減少的現(xiàn)象。 人們往往認(rèn)為，人體內(nèi)累積的DDT，將對(duì)健康造成威脅。事實(shí)上，在第二次世界大戰(zhàn)中，軍人身上被噴灑DDT粉末，穿的是經(jīng)過(guò)DDT處理的內(nèi)衣褲，但幾乎沒(méi)有出現(xiàn)不良副作用；英國(guó)一些志愿者，每天口服一顆半毫克的DDT，連續(xù)服用一年，也沒(méi)有出現(xiàn)中毒跡象。 科學(xué)的爭(zhēng)論 更具諷刺意味的是，在禁用DDT后，用來(lái)代替DDT的大部分殺蟲(chóng)劑毒性更強(qiáng)，DDT不曾造成任何人類(lèi)死亡，可取代DDT的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑（DDVP ，敵敵畏 ），每年都造成大量死亡事件。 在DDT被禁用后，消滅瘧疾的行動(dòng)也遭到沉重打擊，瘧疾很快就在第三世界國(guó)家中卷土重來(lái)。在今天的非洲國(guó)家，每年大約

20、有1億多的瘧疾新發(fā)病例，大約有100多萬(wàn)人死于瘧疾，其中大多數(shù)是兒童。 終于，在2006年9月一次“并不很隆重”的新聞發(fā)布會(huì)上，世界衛(wèi)生組織宣布，正式解除對(duì)DDT的禁令。 “來(lái)自科學(xué)和實(shí)踐的證據(jù)，都支持對(duì)DDT的這一重新評(píng)價(jià)?！笔澜缧l(wèi)生組織一名官員表示，“（DDT）只要使用得當(dāng)，并不會(huì)對(duì)人和動(dòng)物的健康造成不良影響?！?如今，在撒哈拉以南的非洲，已有10個(gè)國(guó)家在采取這種方式控制瘧疾，在重新啟用DDT之后，這些國(guó)家的瘧疾發(fā)病率和死亡率，都降到了歷史最低點(diǎn)。 “當(dāng)人類(lèi)誤解和扭曲化學(xué)物的毒性資料，并且毫不仔細(xì)地衡量它的危險(xiǎn)利益比例，就會(huì)造成原本很可貴，并且曾經(jīng)解救過(guò)數(shù)百萬(wàn)人生命的化學(xué)物遭到濫用或禁用，

21、這對(duì)它們很不公平?！蔽覀儜?yīng)該怎么做？開(kāi)發(fā)有選擇性的農(nóng)藥，能控制蟲(chóng)害而不引起不良的副作用，甚至可以利用蟲(chóng)類(lèi)本身所具有的特別的化學(xué)性能。用不同蟲(chóng)類(lèi)的化學(xué)密碼來(lái)做到誘捕。當(dāng)我們從化學(xué)和生物化學(xué)方面認(rèn)識(shí)了蟲(chóng)類(lèi)與其他動(dòng)物的不同以及一種蟲(chóng)類(lèi)與其他蟲(chóng)類(lèi)的不同，可以期望在我們的努力下，使那些對(duì)人類(lèi)構(gòu)成威脅的蟲(chóng)類(lèi)得以控制。我們不希望擾亂大自然的平衡，同時(shí)也不同意留在一個(gè)有些蟲(chóng)類(lèi)引起人類(lèi)蒙受苦難或疾病的世界上，利用現(xiàn)代的手段，我們應(yīng)該能夠達(dá)成一個(gè)恰如其分的和解。4.6 能否保證新合成化學(xué)品沒(méi)有不良反應(yīng)？ 因?yàn)檗r(nóng)藥和除草劑是為了要有實(shí)用的生物效應(yīng)而設(shè)計(jì)的。它們要經(jīng)過(guò)認(rèn)真地審查以保證其不會(huì)產(chǎn)生非故意的傷害。對(duì)新的藥品

22、也是一樣對(duì)待的，它們必須通過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)以保證不存在不良副作用。在過(guò)去的幾年中，人們對(duì)新品種的出人意料的不良副作用已經(jīng)變得越來(lái)越敏感。冰箱和空調(diào)的設(shè)計(jì)原理 冰箱和空調(diào)需要使用一種氣體，它容易被壓縮成液體，隨著這種壓縮過(guò)程物質(zhì)散熱-熱量從冰箱的冷凍室散發(fā)出去或從空調(diào)器散發(fā)到外面的空氣中去。當(dāng)液體膨脹成氣體時(shí)，熱則被吸收到冰箱的冷卻圈上或被吸收到空調(diào)器的冷卻面上。 早期的冰箱是用氨或二氧化硫作致冷劑來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的，但一旦吸入這種氣體非常危險(xiǎn)。早期的冰箱泄漏，曾造成了一些人的死亡。因此化學(xué)家著手發(fā)明一種含有恰當(dāng)性能的新型化學(xué)品，當(dāng)它從液態(tài)膨脹成氣態(tài)的時(shí)候，它必須能吸收大量的熱，但它也必須是低生物毒性的。為了

23、達(dá)到這個(gè)目的，經(jīng)過(guò)大量的研究后，發(fā)明了似乎是理想的CFCs-（氯氟烴）（chlorofluorocarbons)根據(jù)氟里昂制冷劑的分子結(jié)構(gòu)，大致可以分為以下3類(lèi)： 1.氯氟烴類(lèi)：簡(jiǎn)稱(chēng)cfc，主要包括r11、r12、r113、r114、r115、r500、r502等，由于對(duì)臭氧層的破壞作用以及最大，被蒙特利爾議定書(shū)列為一類(lèi)受控物質(zhì)。此類(lèi)物質(zhì)目前已禁止使用，在制造聚氨酯海綿的過(guò)程中，r11已由r141b作為過(guò)渡性替代品。 2.氫氯氟烴：簡(jiǎn)稱(chēng)hcfc，主要包括r22、r123、r141b、r142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是r11的百分之幾，因此，目前hcfc類(lèi)物質(zhì)被視為cfc類(lèi)物質(zhì)的最重要的過(guò)渡性替

24、代物質(zhì)。在蒙特利爾議定書(shū)中r22被限定2020年淘汰，r123被限定2030年，發(fā)展中國(guó)家可以推遲10年。 3.氫氟烴類(lèi)：簡(jiǎn)稱(chēng)hfc，主要包括r134a，r125，r32，r407c，r410a、r152等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值很高。在蒙特利爾議定書(shū)沒(méi)有規(guī)定其使用期限，在聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約京都議定書(shū)中定性為溫室氣體。 從生物學(xué)上看，它們確實(shí)達(dá)到了真正無(wú)害的程度，并在其他方面也被廣泛采用。當(dāng)在液體面上的壓力減小后，由液體變成氣體時(shí)的膨脹性質(zhì)對(duì)于生產(chǎn)供絕緣用的泡沫塑料是很理想的，同時(shí)在油漆，剃須膏包括很多噴霧罐中也大量的使用CFCs的廣泛使用第一次提醒有麻煩的證據(jù)是來(lái)自于對(duì)臭

25、氧分子的基礎(chǔ)研究。1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)-發(fā)現(xiàn)氯原子在高空層中是分解臭氧的一種強(qiáng)有力的催化劑。1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位環(huán)境化學(xué)家Crutzen, Rowland和Molina 在這個(gè)分解過(guò)程，一個(gè)臭氧分子（O3）與一個(gè)氧原子（O）被轉(zhuǎn)化為兩個(gè)普通的氧分子（O2）氯原子從臭氧上取走第三個(gè)氧原子，生成一個(gè)O2分子和一個(gè)反應(yīng)性極活潑的氧化氯（Cl-O），從而催化了這個(gè)分解反應(yīng)，然后這個(gè)Cl-O將它的氧原子轉(zhuǎn)移給一個(gè)自由氧原子并成為一個(gè)O2分子。經(jīng)過(guò)此轉(zhuǎn)移過(guò)程后，氯原子能重新進(jìn)行這個(gè)順序。 因此少數(shù)幾個(gè)氯原子就能破壞一大群臭氧分子-多達(dá)1000個(gè)（最后，氯原子與其他分子結(jié)合而終止了這個(gè)順序）。這

26、個(gè)效應(yīng)不僅破壞了臭氧分子；而且兩個(gè)反應(yīng)的每一順序也阻止了另外臭氧的形成。當(dāng)高能量的紫外線照射到一個(gè)O2分子上所產(chǎn)生的自由氧原子通常會(huì)加到O2上生成一個(gè)O3分子，但Cl-O捕獲到了氧原子并制止了它與O2的反應(yīng)。 臭氧在高空中臭氧是非常重要的-它吸收太陽(yáng)光的高能量紫外線。紫外線能危害地球上所有的生命，包括人類(lèi)生命在內(nèi)，那么這些與CFCs有什么關(guān)系呢？ 高能量紫外線也能將CFCs斷裂并釋放出氯原子。從這個(gè)反應(yīng)過(guò)程的速率測(cè)定結(jié)果看，從排放到大氣層的CFCs量來(lái)估計(jì)，氯原子的數(shù)量是足夠多的，足以對(duì)臭氧層構(gòu)成一種危險(xiǎn)。 對(duì)大氣層的研究表明，地球南極上空的臭氧層正在暫時(shí)的被破壞，已經(jīng)出現(xiàn)大面積的空洞。 這些

27、事實(shí)導(dǎo)致對(duì)CFCs無(wú)害的說(shuō)法已不能接受，因?yàn)檫^(guò)去對(duì)這種新的危險(xiǎn)沒(méi)有嚴(yán)肅地思考過(guò)。由于這個(gè)原因，現(xiàn)已發(fā)明用于冰箱與空調(diào)器中的新化學(xué)品種，并在灌裝噴霧罐方面引入了新化學(xué)品。這些新品種不像CFCs那樣具有強(qiáng)的破壞臭氧的能力，但更新?lián)Q代仍在繼續(xù)。自1987年關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)在加拿大簽約生效，目前全世界已有188個(gè)國(guó)家的政府簽字同意執(zhí)行這份旨在保護(hù)地球臭氧層的國(guó)際環(huán)境公約。我國(guó)政府1991年6月在蒙特利爾議定書(shū)上簽字后，有關(guān)部門(mén)制定了氟利昂制冷劑加速淘汰計(jì)劃，明確提出我國(guó)要在2007年7月1日前停止氟利昂制冷劑的生產(chǎn)與消費(fèi)。 蒙特利爾議定書(shū)從CFCs中吸取的教訓(xùn) 對(duì)待化學(xué)品和對(duì)待人不同

28、-對(duì)廣泛推廣的化學(xué)新品種必須先認(rèn)為它可能有罪（指起破壞作用），然后證明是清白無(wú)辜的。所有新的醫(yī)用化學(xué)品都要如此對(duì)待，其他的化學(xué)品一定也要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)。 我們不能因無(wú)知所造成的恐懼而簡(jiǎn)單地將全部的進(jìn)展放棄掉。假如冷藏法從來(lái)沒(méi)有被發(fā)明，我們的境況會(huì)好些嗎？假如我們還在用早先使用的有毒性的冷卻劑，我們的境況會(huì)好些嗎？當(dāng)發(fā)明了CFCs，它解決了我們當(dāng)時(shí)考慮到的所有問(wèn)題，當(dāng)新的問(wèn)題出來(lái)的時(shí)候，化學(xué)家就針對(duì)的發(fā)明了與CFCs起同樣功能但不產(chǎn)生問(wèn)題的新品種。這是對(duì)過(guò)去所用方法的改進(jìn)，同時(shí)也是未來(lái)要采用的方法。重要的是我們要努力研究，這樣面向未想到的不良效應(yīng)就不會(huì)感到太多驚奇。 是不是所有的不良化學(xué)效應(yīng)都是致命的

29、？ DDT事件中的教訓(xùn)：有些化學(xué)品即使它們不屬于致命的毒物，也能對(duì)人類(lèi)或其他生物帶來(lái)不良的效應(yīng)。所以，化學(xué)品的檢驗(yàn)不僅僅是對(duì)人類(lèi)是否會(huì)致命，還要加上一些非致命性效應(yīng)進(jìn)行篩選。任何新的化合物，不論它被引入到環(huán)境中或和人類(lèi)接觸，必須要做過(guò)審慎試驗(yàn)，了解它可能具有的副作用。 在過(guò)去，曾有過(guò)一種傾向，即假設(shè)任何一種新的化學(xué)品只要不是一種毒物或不會(huì)致癌就不成問(wèn)題?，F(xiàn)代科學(xué)告訴我們不是這樣的，蝴蝶效應(yīng)時(shí)常發(fā)生，科學(xué)越深入，我們才越安全。4.7 新的化學(xué)分支學(xué)科 - 環(huán)境化學(xué) 環(huán)境污染問(wèn)題促進(jìn)了環(huán)境化學(xué)研究的發(fā)展。 為了探討環(huán)境問(wèn)題，逐漸發(fā)展了新的研究方法和手段，提出了新的觀點(diǎn)和理論，于是形成了一門(mén)新的化學(xué)

30、分支學(xué)科-環(huán)境化學(xué)。 環(huán)境化學(xué)的發(fā)展大致可以劃分為三個(gè)階段： 孕育階段(1970年以前) 形成階段(70年代) 發(fā)展階段(80年代) 什么是環(huán)境？ 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法把環(huán)境定義為：“影響人類(lèi)生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過(guò)人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝、城市和鄉(xiāng)村等?！?80年代，環(huán)境化學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，各研究領(lǐng)域開(kāi)始向縱深發(fā)展，出現(xiàn)一些新的趨勢(shì)。 第一個(gè)趨勢(shì)是全面開(kāi)展對(duì)主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化學(xué)循環(huán)和主要循環(huán)之間的相互作用，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)這些循環(huán)產(chǎn)生的干擾和影響，以及對(duì)這些循環(huán)有重大影響的各種因素的研究。

31、 第二個(gè)趨勢(shì)是重視化學(xué)品安全評(píng)價(jià)。環(huán)境化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì) 第三個(gè)趨勢(shì)是80年代出現(xiàn)的全球變化研究，涉及臭氧層耗損、全球變暖、海平面上升這樣一些次級(jí)環(huán)境效應(yīng)或更高級(jí)環(huán)境效應(yīng)的研究。 第四個(gè)趨勢(shì)是污染控制化學(xué)的研究，從深入地開(kāi)展管端控制的過(guò)程化學(xué)和材料化學(xué)研究以尋找更加高效的控制方法和材料，逐步轉(zhuǎn)向“污染預(yù)防”概念的研究。 80年代末到90年代初，提出了“污染預(yù)防”、“清潔生產(chǎn)”、“零排放”等概念。環(huán)境化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)環(huán)境化學(xué)的研究?jī)?nèi)容（1）查明潛在有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在；（2）對(duì)這些潛在有害物質(zhì)溯本求源，并查明它們 在環(huán)境介質(zhì)中和不同環(huán)境介質(zhì)之間的遷移轉(zhuǎn)化和歸宿(環(huán)境行為)；（3）查明這些潛在有害物

32、質(zhì)對(duì)環(huán)境(生態(tài)系統(tǒng))和人體健康發(fā)生作用的途徑、方式、程度和風(fēng)險(xiǎn).（4）探索緩解或消除這些有害物質(zhì)已造成的影響或防止它們可能造成影響的方法和途徑。環(huán)境的形成和發(fā)展 在地球的原始地理環(huán)境剛剛形成的時(shí)候,只有原子、分子的化學(xué)及物理運(yùn)動(dòng)。 在大約35億年前，出現(xiàn)了生命現(xiàn)象。 大約在30多億年以前出現(xiàn)了原核生物。 大約在4億2億年前大氣中氧的濃度趨近于現(xiàn)代的濃度水平，并在平流層形成了臭氧層。綠色植物 (自養(yǎng)型生物)的出現(xiàn)和發(fā)展繁茂，及臭氧層的形成對(duì)地球的生物進(jìn)化具有重要意義。 環(huán)境的形成和發(fā)展 在距今2億多年前出現(xiàn)爬行動(dòng)物。 在距今大約200萬(wàn)300萬(wàn)年前出現(xiàn)了古人類(lèi)。 人類(lèi)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，是地球的地

33、表環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類(lèi)生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類(lèi)與其生存環(huán)境是統(tǒng)一的；人與動(dòng)物有本質(zhì)的不同，人通過(guò)自身的行為來(lái)使自然界為自己的目的服務(wù)，來(lái)支配自然界。環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 20世紀(jì)，由于近代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，環(huán)境污染和衰退更加嚴(yán)重，構(gòu)成了所謂社會(huì)公害，使人類(lèi)的生存和發(fā)展受到更大的威脅。 世界上曾發(fā)生過(guò)八大公害事件： 1932年12月比利時(shí)馬斯（Meuse）河谷煙霧事件。 1943年5月到10月美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件。 多諾拉煙霧事件。 倫敦?zé)熿F事件。環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 日本四日市哮喘事件。 痛痛病事件。 水俁事件。 米糠油事件。 隨著人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題也在不斷產(chǎn)

34、生和發(fā)展。環(huán)境污染的公害事件發(fā)生頻率加快。 馬斯河谷事件1930年12月15日比利時(shí)馬斯河谷工業(yè)區(qū)工業(yè)區(qū)處于狹窄的盆地中，12月15日發(fā)生氣溫逆轉(zhuǎn)，工廠排出的有害氣體在近地層積累，三天后有人發(fā)病，癥狀表現(xiàn)為胸痛、咳嗽、呼吸困難等。一周內(nèi)有60多人死亡。心臟病、肺病患者死亡率最高。多諾拉事件1948年10月2631日美國(guó)賓夕法尼亞洲多諾拉鎮(zhèn)該鎮(zhèn)處于河谷，10月最后一個(gè)星期大部分地區(qū)受反報(bào)旋和逆溫控制，加上2630日持續(xù)有霧，使大氣污染物在近地層積累。二氧化硫及其氧化作用的產(chǎn)物與大氣中塵粒結(jié)合是致害因素，發(fā)病者5911人，占全鎮(zhèn)人口43。癥狀是眼痛、喉痛、流鼻涕、干咳、頭痛、肢體酸乏、嘔吐、腹瀉，

35、死亡17人。洛杉磯光化學(xué)煙霧事件40年代初期美國(guó)洛杉磯市全市250多萬(wàn)輛汽車(chē)每天消耗汽油約1600萬(wàn)升，向大氣排放大量碳?xì)浠衔?、氮氧化物、一氧化碳。該市臨海依山，處于50公里長(zhǎng)的盆地中，汽車(chē)排出的廢氣在日光作用下，形成以臭氧為主的光化學(xué)煙霧。倫敦?zé)熿F事件1952年12月58日英國(guó)倫敦市58日英國(guó)幾乎全境為濃霧覆蓋，四天中死亡人數(shù)較常年同期約多40000人，45歲以上的死亡最多，約為平時(shí)3倍；1歲以下死亡的，約為平時(shí)2倍。事件發(fā)生的一周中因支氣管炎死亡是事件前一周同類(lèi)人數(shù)的9.3倍。四日市哮喘事件1961年日本四日市1955年以來(lái)，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，嚴(yán)重污染城市空氣。重金屬微粒

36、與二氧化硫形成硫酸煙霧。1961年哮喘病發(fā)作，1967年一些患者不堪忍受而自殺。1972年市共確認(rèn)哮喘病患者達(dá)817人，死亡10多人。米糠油事件1968年3月 日本北九洲市、愛(ài)知縣一帶生產(chǎn)米糠油用多氯聯(lián)苯作脫臭工藝中的熱載體，由于生產(chǎn)管理不善，混入米糠油，食用后中毒，患病者超過(guò)1400人，至七八月份患病者超過(guò)5000人，其中16人死亡，實(shí)際受害者約13000人。水俁病事件19531956年日本熊本縣水俁市含甲基汞的工業(yè)廢水污染水體，使水俁灣和不知火海的魚(yú)中毒，人食用毒魚(yú)后受害。1972年日本環(huán)境廳公布：水俁灣和新縣阿賀野川下游有汞中毒者283，其中60人死亡。痛痛病事件19551972年日本富

37、山縣神通川流域鋅、鉛冶煉廠等排放的含廢水污染了神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米和飲用水含鎘而中毒，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 70年代以來(lái)，所發(fā)生的許多公害的嚴(yán)重程度，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了八大公害。 1984年印度博帕爾市的一家農(nóng)藥廠，大約有45萬(wàn)噸農(nóng)藥劇毒原料甲基異氰酸酯泄漏,發(fā)生了2500人中毒死亡，十余萬(wàn)居民受害的悲慘事件。 1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄漏爆炸事件，使北歐、東歐等國(guó)大氣層中放射性塵埃增高達(dá)一周之久,是世界上第一次核電站污染環(huán)境的嚴(yán)重事故。環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 海灣戰(zhàn)爭(zhēng)造成的環(huán)境污染。 我國(guó)的環(huán)境污染也相當(dāng)嚴(yán)重

38、。 SO2排放量 顆粒物排放量 西南地區(qū)酸雨 水污染嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 化學(xué)品急劇增加也帶來(lái)環(huán)境污染的問(wèn)題。 全世界化學(xué)品的產(chǎn)量已從50年代的700萬(wàn)噸發(fā)展到80年代的2500萬(wàn)噸。現(xiàn)在國(guó)際上已登記的化學(xué)品種達(dá)800萬(wàn)種，而且每年還以上千種速度在發(fā)展，它們通過(guò)生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、應(yīng)用及最后處理進(jìn)入環(huán)境。例： 鄰苯二甲酸酯（Phthalate Esters, PAEs） 為了減少鄰苯二甲酸酯對(duì)人體的危害，平時(shí)要注意最好不要用泡沫塑料容器泡方便面。不要用聚氯乙烯（含有鄰苯二甲酸酯成分）塑料容器在微波爐中加熱食品，正確的做法是把食品移到耐熱玻璃器皿或陶瓷器皿中進(jìn)行加熱。 環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 常

39、用PAEs有17種。 目前，城市垃圾和工業(yè)廢棄物中塑料及其制品的比例為10% ，PAEs（一種或多種PAEs）在塑料及其制品中占整體重量的20 50%。由于PAEs呈現(xiàn)游離狀態(tài)，極易直接轉(zhuǎn)移進(jìn)入環(huán)境，而廣泛存在于大氣、土壤和水體中，并參與生物（包括人體）代謝作用。 環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展1982年，美國(guó)國(guó)家毒理規(guī)劃署的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確證大白鼠和小白鼠能通過(guò)食物長(zhǎng)期吸收鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯而引起肝癌；1988年美國(guó)學(xué)者提出了鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）作為嬰幼兒的橡皮奶頭和玩具成分的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告。PAEs也屬環(huán)境激素類(lèi)物質(zhì)，可導(dǎo)致生物與人體的性激素分泌量及活性下降、生殖器官異常、癌癥等發(fā)病率增加等 。環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生與發(fā)展 環(huán)境問(wèn)題已成為世界各國(guó)的主要政治問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。 1972年聯(lián)合國(guó)在瑞典首都斯德哥爾摩召開(kāi)了人類(lèi)環(huán)境會(huì)議。 把環(huán)境問(wèn)題與社會(huì)因素聯(lián)系起來(lái)。 正式組建了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)。 20世紀(jì)80年代對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)有新的突破性發(fā)展，提出持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 20世紀(jì)90年代，鞏固和發(fā)展了這種指導(dǎo)思想，形成當(dāng)代主導(dǎo)的環(huán)境意識(shí)。人類(lèi)生存面臨挑戰(zhàn) 人口“爆炸”