第02章 人类十大环境危机中的化学——绿色化学的兴起

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1、第二章人类十大环境危机中的化学困惑——绿色化学的兴起第二章绿色化学的兴起20世纪的高度工业化，为人类带来丰富的物质生活。当人们陶醉在现代文明的舒适享受中时，人类对大自然的破坏已经引起大自然的报复。蓦然回首，人类发现自己已深陷十大环境危机中：全球变暖（温室效应）、臭氧层破坏、生物多样性减少（物种濒危）、森林锐减、土地荒漠化、大气污染（酸雨蔓延）、水体污染（水资源不足）、海洋污染（海洋生态危机）、固体废物（垃圾越来越多）、人口猛增。天灾人祸谁之过？第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今朝“明星分子”第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手

2、”第四节化肥、农药、医药——人口猛增的“功臣”第二章绿色化学的兴起本章思考题以怨报德何其多！其中，问题的“主角”典型地涉及化学的有温室效应、臭氧层破坏、酸雨蔓延、人口猛增等几大危机。但这些问题的“主角”真的都是如此“坏”吗？第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源一、温室气体：1、温室气体的种类H2O（水蒸气）、CO2、NOX（氮氧化物）、CH4等都是温室气体，但其中最重要的是CO2和CH4。工业的发展使CO2的排放量增加很多，有学者预测若大气中CO2浓度翻一番，全球将变暖5℃。全球变暖的结果是，导致海平面上升、高山雪线上移、厄尔尼诺等现象的产生。第一节“可燃冰”——未来重

3、要而清洁的潜在能源一、温室气体：2、甲烷的危害虽然大气中CH4的浓度很低，但它在大气中聚热的效果是CO2的25倍。最近200年，大气中CH4浓度增加了一倍以上。在全球变暖的作用中，CH4占5%以上。由于甲烷在空气中的寿命比二氧化碳短得多，控制其排放对减缓全球增温容易收到明显效果，因此近年来甲烷的排放问题（养牛、种水稻）受到特别的重视。水分子与甲烷和低分子量的烷烃，如乙、丙、丁烷，在低温、高压环境下形成的类似冰状的固态结晶物质——天然气水合物，其大量存在海底和北极永久冻土层内，中国南海、东海也有发现。常温、常压下，天然气水合物分解为水与甲烷等烷烃，1cm3的水合物可释放出164c

4、m3的天然气，极易燃烧，也称为“可燃冰”。第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源二、甲烷及其水合物：1、可燃冰及其好处因为“可燃冰”燃烧时几乎不产生任何残渣或废弃物，被认为是未来重要而清洁的潜在能源。但是，天然气水合物开发上技术困难。目前，仅俄罗斯进行了工业开发，日本、印度也很重视，中国尚未真正开采出天然的“可燃冰”样品。同时，温室效应与海洋地质灾害（如海啸）难以预料。第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源二、甲烷及其水合物：2、可燃冰的风险与挑战一氧化氮（NO）是长期以来被公认是著名的大气污染物（导致酸雨、危害呼吸系统）之一。化学家们长期为NO的消除而发愁，近来找

5、到了一种消除NO并生成苯酚的新方法：第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”一、NO的危害：SO2和NOx（氮氧化物）是形成酸雨的重要污染源之一，直接后果是造成大气污染。大气污染可以直接损害人体的呼吸系统早为人知。近年来，一些研究还表明大气污染与心脏病和癌症等恶性疾病的发病率关系密切。在大气污染严重时，还容易爆发流行性疾病。现在，世界上已形成三个重大酸雨区：北美、欧洲、亚洲。而亚洲地区的酸雨危害在三个地区中呈后来居上之势。酸雨对农作物直接造成的危害，每年带来几百亿元的损失。大气污染与酸雨蔓延然而，自20世纪80年代末，科学家发现，NO居然是一种重要的信使分子：NO可激发

6、人体产生许多生物响应，在各种生化过程中起着关键的作用，如有助于控制血压、免疫调节、神经传递和血小板凝聚抑制等生理功能等（伟哥——NO：与性有关的物质）。因此，对一氧化氮的研究，迅速发展成为一门目前最活跃的生命科学前沿领域。1998年，NO被《时代》杂志评为“明星分子”。第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”二、NO的神奇：1、NO中的哲学：关键是一氧化氮的量——自然界的辩证法！在许多组织中，尽管其真正的释放量目前尚难于检测，但已确知会释放出不同浓度的一氧化氮，且浓度的变化与机体的生理机能紧密相关。2、NO中的疑惑：硝化甘油——炸药（电影《垂直极限》）——药物（心机梗塞

7、）——诺贝尔的疑惑？第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”三、NO的困惑：高空臭氧层的存在，使人类免受紫外线的侵害，为人类的正常生存提供了必不可少的保障。因此，臭氧层被称为地球的“保护伞”。但是卫星预测资料显示，高空臭氧（O3）生成和消亡的自平衡关系，已被人类活动（如氟利昂大规模使用、核爆炸和喷气式飞机高空飞行）所破坏，其浓度正在降低。臭氧层的破坏，将使紫外线等短波辐射增强，导致皮肤癌患者增加，同时对自然生态系统带来严重影响。维护臭氧层的平衡，已成为一个全球性的环境问题。第三节氟利