معلومة

10.3: المطر الحمضي - علم الأحياء


المطر الحمضي هو مصطلح يشير إلى خليط من الترسبات الرطبة والجافة (مادة مترسبة) من الغلاف الجوي تحتوي على كميات أعلى من المعتاد من أحماض النيتريك والكبريتيك. تنتج السلائف ، أو السلالات الكيميائية ، لتكوين المطر الحمضي من كل من المصادر الطبيعية ، مثل البراكين والنباتات المتحللة ، والمصادر من صنع الإنسان ، وبشكل أساسي انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري. يحدث المطر الحمضي عندما تتفاعل هذه الغازات في الغلاف الجوي مع الماء والأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى لتكوين مركبات حمضية مختلفة. والنتيجة هي محلول خفيف من حامض الكبريتيك وحمض النيتريك. عندما يتم إطلاق ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين من محطات توليد الطاقة والمصادر الأخرى ، الرياح السائدة تفجير هذه المجمعات عبر حدود الدولة والوطنية ، أحيانًا على مدى مئات الأميال.

يتم قياس المطر الحمضي باستخدام مقياس يسمى "الرقم الهيدروجيني". كلما انخفض الرقم الهيدروجيني للمادة ، زادت حموضتها. تحتوي المياه النقية على درجة حموضة 7.0. ومع ذلك ، فإن المطر الطبيعي حمضي قليلاً لأن ثاني أكسيد الكربون (CO2) يذوب فيه مكونًا حمض كربونيك ضعيف ، مما يعطي الخليط الناتج درجة حموضة تقارب 5.6 عند تركيزات نموذجية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. اعتبارًا من عام 2000 ، كان الرقم الهيدروجيني للمطر الأكثر حمضية في الولايات المتحدة حوالي 4.3.

آثار المطر الحمضي

يسبب المطر الحمضي تحمض البحيرات والجداول ويسهم في إتلاف الأشجار على ارتفاعات عالية (على سبيل المثال ، أشجار التنوب الأحمر فوق 2000 قدم) والعديد من تربة الغابات الحساسة. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل المطر الحمضي على تسريع تحلل مواد البناء والدهانات ، بما في ذلك المباني التي لا يمكن تعويضها والتماثيل والمنحوتات التي تشكل جزءًا من التراث الثقافي لأمتنا. قبل السقوط على الأرض ، كان ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكسيد النيتروجين (NOx) الغازات ومشتقاتها الجسيمية - الكبريتات والنترات - تساهم في تدهور الرؤية وتضر بالصحة العامة.

ال بيئي تظهر تأثيرات المطر الحمضي بشكل أوضح في البيئات المائية أو المائية ، مثل الجداول والبحيرات والمستنقعات. تحتوي معظم البحيرات والجداول على درجة حموضة تتراوح بين 6 و 8 ، على الرغم من أن بعض البحيرات حمضية بشكل طبيعي حتى بدون تأثيرات الأمطار الحمضية. يؤثر المطر الحمضي بشكل أساسي على المسطحات المائية الحساسة ، والتي توجد في مستجمعات المياه التي تتمتع تربتها بقدرة محدودة على تحييد المركبات الحمضية (تسمى "قدرة التخزين المؤقت"). تصبح البحيرات والجداول حمضية (أي تنخفض قيمة الأس الهيدروجيني) عندما لا تستطيع المياه نفسها والتربة المحيطة بها حماية المطر الحمضي بما يكفي لمعادلته. في المناطق التي تكون فيها قدرة التخزين المؤقت منخفضة ، تطلق الأمطار الحمضية الألمنيوم من التربة إلى البحيرات والجداول ؛ الألومنيوم شديد السمية للعديد من أنواع الكائنات المائية. يتسبب المطر الحمضي في تباطؤ النمو أو الإصابة أو الوفاة الغابات. بالطبع ، ليس المطر الحمضي هو السبب الوحيد لمثل هذه الظروف. تساهم عوامل أخرى في الإجهاد العام لهذه المناطق ، بما في ذلك ملوثات الهواء ، والحشرات ، والأمراض ، والجفاف ، أو الطقس شديد البرودة. في معظم الحالات ، في الواقع ، ترجع تأثيرات المطر الحمضي على الأشجار إلى التأثيرات المشتركة للأمطار الحمضية والضغوط البيئية الأخرى.

يساهم المطر الحمضي والترسب الجاف للجزيئات الحمضية في تآكل المعادن(مثل البرونز) وتدهور الدهان والحجر (مثل الرخام والحجر الجيري). تقلل هذه التأثيرات بشكل كبير من القيمة المجتمعية للمباني والجسور والأشياء الثقافية (مثل التماثيل والآثار وشواهد القبور) والسيارات (الشكل ( PageIndex {2} )).

الكبريتات والنترات التي تتكون في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) الانبعاثات تساهم في ضعف الرؤية ، مما يعني أننا لا نستطيع أن نرى في الهواء بنفس القدر أو الوضوح. الملوثات التي تسبب المطر الحمضي - ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx)-تلف صحة الإنسان. تتفاعل هذه الغازات في الغلاف الجوي لتكوين جزيئات من الكبريتات والنترات الدقيقة التي يمكن أن تنتقل لمسافات طويلة عن طريق الرياح ويتم استنشاقها في أعماق رئتي الإنسان. يمكن للجسيمات الدقيقة أيضًا أن تخترق الداخل. حددت العديد من الدراسات العلمية وجود علاقة بين المستويات المرتفعة من الجزيئات الدقيقة وزيادة المرض والوفاة المبكرة بسبب اضطرابات القلب والرئة ، مثل الربو والتهاب الشعب الهوائية.


10.5 الفصل الموارد

يمكن اعتبار تلوث الهواء على أنه ملوثات غازية وجسيمية موجودة في الغلاف الجوي للأرض. تسمى المواد الكيميائية التي يتم تصريفها في الهواء والتي لها تأثير مباشر على البيئة بالملوثات الأولية. تتفاعل هذه الملوثات الأولية أحيانًا مع مواد كيميائية أخرى في الهواء لإنتاج ملوثات ثانوية. ملوثات الهواء الشائعة ، والمعروفة باسم ملوثات المعايير ، هي تلوث الجسيمات ، والأوزون على مستوى الأرض ، وأول أكسيد الكربون ، وأكاسيد الكبريت ، وأكاسيد النيتروجين ، والرصاص. يمكن أن تضر هذه الملوثات بالصحة والبيئة ، وتتسبب في أضرار بالممتلكات. يُظهر السجل التاريخي أن النظام المناخي يختلف بشكل طبيعي على مدى واسع من المقاييس الزمنية. بشكل عام ، يمكن تفسير التغيرات المناخية قبل الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر لأسباب طبيعية ، مثل التغيرات في الطاقة الشمسية ، والانفجارات البركانية ، والتغيرات الطبيعية في تركيزات غازات الاحتباس الحراري. ومع ذلك ، لا يمكن تفسير التغيرات المناخية الأخيرة بالأسباب الطبيعية وحدها. من غير المرجح أن تفسر الأسباب الطبيعية معظم الاحترار الملحوظ ، خاصة الاحترار منذ منتصف القرن العشرين. بدلاً من ذلك ، يمكن للأنشطة البشرية أن تفسر معظم هذا الاحترار.

النشاط البشري الأساسي الذي يؤثر على كمية ومعدل تغير المناخ هو انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من حرق الوقود الأحفوري. ستستمر تركيزات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي في الزيادة ما لم تنخفض بلايين الأطنان من انبعاثاتنا السنوية بشكل كبير. من المتوقع أن تؤدي التركيزات المتزايدة إلى زيادة متوسط ​​درجة حرارة الأرض ، والتأثير على أنماط وكميات هطول الأمطار ، وتقليل الغطاء الجليدي والجليد ، وكذلك التربة الصقيعية ، ورفع مستوى سطح البحر وزيادة حموضة المحيطات. ستؤثر هذه التغييرات على إمداداتنا الغذائية ، وموارد المياه ، والبنية التحتية ، والنظم البيئية ، وحتى على صحتنا. المطر الحمضي هو مصطلح يشير إلى خليط من الترسبات الرطبة والجافة من الغلاف الجوي التي تحتوي على كميات أعلى من المعتاد من أحماض النيتريك والكبريتيك. تنتج سلائف تكوين المطر الحمضي من كل من المصادر الطبيعية ، مثل البراكين والنباتات المتحللة ، والمصادر من صنع الإنسان ، وبشكل أساسي انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري. يتسبب المطر الحمضي في تحمض البحيرات والجداول ، ويساهم في إتلاف الأشجار والعديد من تربة الغابات الحساسة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المطر الحمضي يسرع من تحلل مواد البناء والدهانات ، ويساهم في تآكل المعادن ويضر بصحة الإنسان. تبدأ عملية استنفاد الأوزون عندما تنبعث مركبات الكربون الكلورية فلورية وغيرها من المواد المستنفدة للأوزون في الغلاف الجوي. تؤدي الانخفاضات في مستويات الأوزون في الستراتوسفير إلى ارتفاع مستويات الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض & # 8217s. لا يتغير ناتج الشمس & # 8217s للأشعة فوق البنفسجية بالأحرى ، قلة الأوزون تعني حماية أقل ، وبالتالي يصل المزيد من الأشعة فوق البنفسجية باء إلى الأرض. يزيد استنفاد طبقة الأوزون من كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تؤدي إلى آثار صحية وبيئية سلبية.


كيف تقيس درجة الحموضة في محلول ما؟

غالبًا ما يكون الرقم الهيدروجيني للسائل أو المحلول معلومة مهمة في العلم. يمكن قياس الأس الهيدروجيني ببساطة وبسرعة باستخدام ورقة اختبار درجة الحموضة, عصا مؤشر الأس الهيدروجيني، أو أ مقياس الأس الهيدروجيني. ورق اختبار الأس الهيدروجيني وعصي المؤشر عبارة عن قطع من الورق أو عصي أكثر صلابة تحتوي على مؤشرات الأس الهيدروجيني (المواد الكيميائية التي تغير لونها اعتمادًا على مدى حمضية المحلول أو قاعدته). لقياس الأس الهيدروجيني ، يتم غمس قطعة من ورق اختبار الأس الهيدروجيني أو عصا مؤشر في السائل. ثم يتم مطابقة لون الورقة / العصا المغموسة مع مفتاح اللون الذي يأتي مع حاوية ورق اختبار الأس الهيدروجيني أو عصي المؤشر. يمثل كل لون على المفتاح درجة حموضة مختلفة. مثال على عصا مؤشر الأس الهيدروجيني المستخدمة والمفتاح اللوني المقابل مبين أدناه في الشكل 1. مقاييس الأس الهيدروجيني هي أجهزة إلكترونية تستخدم لقياس الأس الهيدروجيني. وهي تتكون من مسبار مغموس في محلول وقراءة رقمية. تعد مقاييس الأس الهيدروجيني أكثر دقة من ورق اختبار الأس الهيدروجيني أو عصي المؤشر. يناقش الجدول 2 أدناه أنواع أجهزة قياس الأس الهيدروجيني الأفضل لتطبيقات المشاريع العلمية المختلفة ، ويقدم رابطًا سريعًا لشراء أوراق اختبار الأس الهيدروجيني المختلفة وعصا المؤشرات.


محتويات

مصطلح "المطر الحمضي" هو مصطلح شائع يشير إلى ترسب خليط من المكونات الحمضية الرطبة (المطر والثلج والصقيع والضباب والمياه السحابية والندى) والجسيمات (الحموضة والغازات). الماء المقطر ، بمجرد إزالة ثاني أكسيد الكربون ، يحتوي على درجة حموضة متعادلة قدرها 7. السوائل التي تحتوي على درجة حموضة أقل من 7 تكون حمضية ، وتلك التي تحتوي على درجة حموضة أعلى من 7 تكون قلوية. المطر "النظيف" أو غير الملوث له درجة حموضة حمضية ، ولكنه لا يقل عادة عن 5.7 ، لأن ثاني أكسيد الكربون والماء في الهواء يتفاعلان معًا لتكوين حمض الكربونيك ، وهو حمض ضعيف وفقًا للتفاعل التالي:

يمكن لحمض الكربونيك بعد ذلك أن يتأين في الماء مكونًا تركيزات منخفضة من أيونات الكربونات والهيدرونيوم:

يمكن أن يحتوي المطر غير الملوث أيضًا على مواد كيميائية أخرى تؤثر على درجة الحموضة (مستوى الحموضة). مثال شائع هو حمض النيتريك الناتج عن التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي مثل البرق. [4] قد يشتمل ترسب الحمض كقضية بيئية (نوقشت لاحقًا في المقالة) على أحماض إضافية غير H2C O3 .

لوحظ التأثير المدمر لهواء المدينة الملوث والحامض على الحجر الجيري والرخام في القرن السابع عشر من قبل جون إيفلين ، الذي علق على الحالة السيئة لرخام أروندل. [5] منذ الثورة الصناعية ، زادت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. [6] [7] في عام 1852 ، كان روبرت أنجوس سميث أول من أظهر العلاقة بين المطر الحمضي وتلوث الغلاف الجوي في مانشستر ، إنجلترا. [8]

في أواخر الستينيات ، بدأ العلماء في مراقبة الظاهرة ودراستها على نطاق واسع. [9] مصطلح "المطر الحمضي" صاغه روبرت أنجوس سميث في عام 1872. [10] كان الكندي هارولد هارفي من أوائل الباحثين عن بحيرة "ميتة". في البداية ، كان التركيز الرئيسي في البحث على الآثار المحلية للمطر الحمضي. كان فالديمار كريستوفر بروجر أول من اعترف بنقل الملوثات لمسافات طويلة عبر الحدود من المملكة المتحدة إلى النرويج. [11] زاد الوعي العام بالمطر الحمضي في الولايات المتحدة في السبعينيات بعد ذلك اوقات نيويورك نشرت تقارير من Hubbard Brook Experimental Forest في نيو هامبشاير عن الآثار البيئية الضارة التي تنتج عنها. [12] [13]

تم الإبلاغ عن قراءات الأس الهيدروجيني العرضية في مياه الأمطار والضباب أقل من 2.4 في المناطق الصناعية. [6] المطر الحمضي الصناعي مشكلة كبيرة في الصين وروسيا [14] [15] ومناطق الريح منها. تحرق جميع هذه المناطق الفحم المحتوي على الكبريت لتوليد الحرارة والكهرباء. [16]

لم تتزايد مشكلة المطر الحمضي مع النمو السكاني والصناعي فحسب ، بل أصبحت أكثر انتشارًا. ساهم استخدام المداخن الطويلة للحد من التلوث المحلي في انتشار الأمطار الحمضية عن طريق إطلاق الغازات في الدورة الجوية الإقليمية. [17] [18] غالبًا ما يحدث الترسب على مسافة كبيرة في اتجاه الريح من الانبعاثات ، حيث تميل المناطق الجبلية إلى تلقي أكبر ترسب (بسبب ارتفاع معدل هطول الأمطار فيها). مثال على هذا التأثير هو انخفاض درجة الحموضة في المطر الذي يسقط في الدول الاسكندنافية.

في الولايات المتحدة الأمريكية

كان أول تقرير عن المطر الحمضي في الولايات المتحدة من الدليل الكيميائي من Hubbard Brook Valley. في عام 1972 ، اكتشفت مجموعة من العلماء ، بما في ذلك جين ليكينز ، أن الأمطار التي ترسبت في الجبال البيضاء في نيو هامبشاير كانت حمضية. تم قياس الأس الهيدروجيني للعينة ليكون 4.03 في هوبارد بروك. [20] تابعت دراسة النظام البيئي في هوبارد بروك سلسلة من الدراسات البحثية التي حللت الآثار البيئية للأمطار الحمضية. تم تحييد المطر الحمضي الذي اختلط بمياه التيار في Hubbard Brook بواسطة الألومينا من التربة. [21] أشارت نتائج هذا البحث إلى أن التفاعل الكيميائي بين المطر الحمضي والألمنيوم يؤدي إلى زيادة معدل تجوية التربة. تم إجراء بحث تجريبي لفحص آثار زيادة الحموضة في المجاري المائية على الأنواع البيئية. في عام 1980 ، قامت مجموعة من العلماء بتعديل حموضة نوريس بروك ، نيو هامبشاير ، ولاحظوا التغيير في سلوك الأنواع. كان هناك انخفاض في تنوع الأنواع ، وزيادة في المجتمع المهيمن ، وانخفاض في تعقيد شبكة الغذاء. [22]

في عام 1980 ، أصدر الكونجرس الأمريكي قانون ترسيب الحمض. [23] أنشأ هذا القانون برنامج تقييم وبحث لمدة 18 عامًا تحت إشراف البرنامج الوطني لتقييم الترسيب الحمضي (NAPAP). وسعت NAPAP شبكة من مواقع المراقبة لتحديد مدى حمضية الهطول في الواقع ، سعياً لتحديد الاتجاهات طويلة الأجل ، وأنشأت شبكة للترسيب الجاف. باستخدام تصميم لأخذ العينات قائم على الإحصاء ، حدد برنامج العمل الوطني (NAPAP) آثار المطر الحمضي على أساس إقليمي من خلال استهداف البحوث والدراسات الاستقصائية لتحديد وقياس آثار هطول الأمطار الحمضية على المياه العذبة والنظم الإيكولوجية الأرضية. قام برنامج العمل الوطني أيضًا بتقييم آثار الأمطار الحمضية على المباني التاريخية والمعالم الأثرية ومواد البناء. كما قام بتمويل دراسات مكثفة حول عمليات الغلاف الجوي وبرامج التحكم المحتملة.

منذ البداية ، حاول دعاة السياسة من جميع الأطراف التأثير على أنشطة خطة العمل الوطنية لدعم جهودهم الخاصة للدفاع عن السياسة ، أو الاستخفاف بجهود معارضيهم. [23] بالنسبة للمشروع العلمي لحكومة الولايات المتحدة ، تمثلت الدروس المستفادة في عملية التقييم وإدارة البحوث البيئية في الدروس المستفادة من عملية التقييم وإدارة البحوث البيئية لمجموعة كبيرة نسبيًا من العلماء ومديري البرامج والجمهور ، بالنسبة للمشروع العلمي لحكومة الولايات المتحدة. [24]

في عام 1981 ، كانت الأكاديمية الوطنية للعلوم تبحث في بحث حول القضايا المثيرة للجدل المتعلقة بالمطر الحمضي. [25] رفض الرئيس رونالد ريغان قضايا المطر الحمضي [26] حتى زيارته الشخصية لكندا وأكد أن الحدود الكندية عانت من التلوث المنجرف من المداخن التي نشأت في الغرب الأوسط الأمريكي. كرم ريغان الاتفاقية لتطبيق رئيس الوزراء الكندي بيير ترودو للوائح مكافحة التلوث. [27] في عام 1982 ، كلف ريغان ويليام نيرنبرغ بالعمل في مجلس العلوم الوطني. [28] اختار Nierenberg العلماء بما في ذلك Gene Likens للعمل في لجنة لصياغة تقرير عن المطر الحمضي. في عام 1983 ، توصل فريق العلماء إلى مسودة تقرير خلص إلى أن المطر الحمضي مشكلة حقيقية ويجب البحث عن حلول. [29] قام مكتب البيت الأبيض لسياسة العلوم والتكنولوجيا بمراجعة مسودة التقرير وأرسل اقتراحات فريد سينجر للتقرير ، والتي ألقت بظلال من الشك على سبب الأمطار الحمضية. [30] كشف أعضاء اللجنة عن رفض مواقف سينجر وقدموا التقرير إلى نيرنبرج في أبريل. في مايو 1983 ، صوت مجلس النواب ضد التشريع الذي يهدف إلى السيطرة على انبعاثات الكبريت. كان هناك جدل حول ما إذا كان Nierenberg قد تأخر في إصدار التقرير. ونفى نيرينبرج بنفسه القول بشأن قمعه للتقرير وذكر أن التقرير تم حجبه بعد تصويت مجلس النواب لأنه لم يكن جاهزًا للنشر. [31]

في عام 1991 ، قدم البرنامج الوطني الأمريكي لتقييم هطول الأمطار (NAPAP) أول تقييم له للمطر الحمضي في الولايات المتحدة. [32] وذكرت أن 5٪ من بحيرات نيو إنجلاند كانت حمضية ، وكانت الكبريتات هي المشكلة الأكثر شيوعًا. وأشاروا إلى أن 2٪ من البحيرات لم تعد قادرة على دعم Brook Trout ، وأن 6٪ من البحيرات كانت غير مناسبة لبقاء العديد من أنواع أسماك المنوة. تالي تقارير إلى الكونجرس لديهم تغيرات كيميائية موثقة في النظم البيئية للتربة والمياه العذبة ، وتشبع النيتروجين ، وانخفاض كميات المغذيات في التربة ، وتحمض عرضي ، وضباب إقليمي ، وتلف الآثار التاريخية.

في غضون ذلك ، في عام 1990 ، أقر الكونجرس الأمريكي سلسلة من التعديلات على قانون الهواء النظيف. [33] أنشأ الباب الرابع من هذه التعديلات نظامًا للسقف والتجارة مصممًا للتحكم في انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين. [34] دعا الباب الرابع إلى تخفيض إجمالي يبلغ حوالي 10 ملايين طن من ثاني أكسيد الكبريت2 الانبعاثات من محطات الطاقة ، ما يقرب من 50٪ تخفيض. [34] تم تنفيذه على مرحلتين. بدأت المرحلة الأولى في عام 1995 ، وخفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت من 110 من أكبر محطات الطاقة إلى إجمالي 8.7 مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت. كانت إحدى محطات الطاقة في نيو إنجلاند (ميريماك) في المرحلة الأولى. تمت إضافة أربع محطات أخرى (نيوينجتون ، وماونت توم ، وبرايتون بوينت ، وسالم هاربور) بموجب بنود أخرى من البرنامج. بدأت المرحلة الثانية في عام 2000 ، وتؤثر على معظم محطات الطاقة في البلاد.

خلال التسعينيات ، استمر البحث. في 10 مارس 2005 ، أصدرت وكالة حماية البيئة قانون الهواء النظيف بين الولايات (CAIR). توفر هذه القاعدة للدول حلاً لمشكلة تلوث محطات الطاقة التي تنتقل من حالة إلى أخرى. سوف مجلس العلاقات الإسلامية الأمريكية للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت بشكل دائم2 و لاx في شرق الولايات المتحدة. عند التنفيذ الكامل [ عندما؟ ] ، سوف يقلل CAIR من SO2 الانبعاثات في 28 ولاية شرقية ومقاطعة كولومبيا بأكثر من 70٪ وأكاسيد النيتروجينx انبعاثات تزيد عن 60٪ عن مستويات 2003. [35]

بشكل عام ، نجح برنامج الحد الأقصى والتجارة الخاص بالبرنامج في تحقيق أهدافه. منذ التسعينيات ، SO2 انخفضت الانبعاثات بنسبة 40٪ ، ووفقًا لمعهد أبحاث المحيط الهادئ ، انخفضت مستويات المطر الحمضي بنسبة 65٪ منذ عام 1976. [36] [37] تم استخدام اللوائح التقليدية في الاتحاد الأوروبي ، والذي شهد انخفاضًا بأكثر من 70٪ في SO2 الانبعاثات خلال نفس الفترة الزمنية. [38]

في عام 2007 ، مجموع SO2 بلغت الانبعاثات 8.9 مليون طن ، محققة الهدف طويل الأجل للبرنامج قبل الموعد النهائي القانوني لعام 2010. [39]

في عام 2007 ، قدرت وكالة حماية البيئة أنه بحلول عام 2010 ، ستكون التكاليف الإجمالية للامتثال للبرنامج بالنسبة للشركات والمستهلكين من 1 مليار دولار إلى 2 مليار دولار سنويًا ، أي ربع ما كان متوقعًا في الأصل. [36] تقول فوربس: "في عام 2010 ، وفي ذلك الوقت تم زيادة الحد الأقصى ونظام التجارة من خلال قاعدة الهواء النظيف بين الولايات التي أصدرتها إدارة جورج دبليو بوش ، وانخفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت إلى 5.1 مليون طن." [40]

يمكن إرجاع مصطلح علم المواطن إلى يناير 1989 إلى حملة قامت بها جمعية أودوبون لقياس المطر الحمضي. يستشهد العالم موكي هاكلاي في تقرير سياسي لمركز ويلسون بعنوان "علم وسياسة المواطن: منظور أوروبي" بالاستخدام الأول لمصطلح "علم المواطن" بقلم آر. كيرسون في مجلة MIT Technology Review من يناير 1989. [41] [42] نقلاً عن تقرير مركز ويلسون: "الشكل الجديد للمشاركة في العلوم تلقى اسم" علم المواطن ". أول مثال مسجل لاستخدام المصطلح يعود إلى عام 1989 ، حيث يصف كيف قام 225 متطوعًا عبر الولايات المتحدة بجمع عينات من المطر لمساعدة جمعية أودوبون في حملة توعية حول المطر الحمضي. جمع المتطوعون العينات وفحصوا الحموضة وأبلغوا المنظمة. ثم تم استخدام المعلومات لإثبات النطاق الكامل للظاهرة ". [41] [42]

في كندا

في السبعينيات والثمانينيات ، كان المطر الحمضي موضوعًا رئيسيًا للبحث في منطقة البحيرات التجريبية (ELA) في شمال غرب أونتاريو ، كندا. [43] أضاف الباحثون حامض الكبريتيك إلى البحيرات الكاملة في تجارب النظام البيئي الخاضعة للرقابة لمحاكاة تأثيرات المطر الحمضي. نظرًا لأن الظروف النائية سمحت بإجراء تجارب على النظام البيئي بالكامل ، فقد أظهر البحث في ELA أن تأثير المطر الحمضي على مجموعات الأسماك بدأ بتركيزات أقل بكثير من تلك التي لوحظت في التجارب المعملية. [44] في سياق شبكة الغذاء ، انهارت تجمعات الأسماك في وقت أبكر مما حدث عندما كان للأمطار الحمضية تأثيرات سامة مباشرة على الأسماك لأن الحموضة أدت إلى انهيار تجمعات الفرائس (على سبيل المثال mysids). [44] مع انخفاض المدخلات الحمضية التجريبية ، تعافت تجمعات الأسماك والنظم الإيكولوجية للبحيرة جزئيًا على الأقل ، على الرغم من عدم عودة تجمعات اللافقاريات بالكامل إلى ظروف خط الأساس. [٤٥] أظهر هذا البحث أن التحمض مرتبط بتناقص أعداد الأسماك وأن التأثيرات يمكن عكسها إذا انخفضت انبعاثات حامض الكبريتيك ، وأثرت على السياسة في كندا والولايات المتحدة. [43]

في عام 1985 ، وقعت سبع مقاطعات كندية (جميعها باستثناء كولومبيا البريطانية وألبرتا وساسكاتشوان) والحكومة الفيدرالية على برنامج Eastern Canada Acid Rain Program. [٤٦] وافقت المقاطعات على الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت مجتمعة إلى 2.3 مليون طن بحلول عام 1994. تم توقيع اتفاقية جودة الهواء بين كندا والولايات المتحدة في عام 1991. [46] في عام 1998 ، جميع وزراء الطاقة والبيئة الفيدراليين والمقاطعات والأقاليم وقعت إستراتيجية المطر الحمضي على مستوى كندا لما بعد عام 2000 ، والتي تم تصميمها لحماية البحيرات الأكثر حساسية من تلك التي تحميها السياسات السابقة. [46]

أهم الغازات التي تؤدي إلى التحمض هو ثاني أكسيد الكبريت. إن انبعاثات أكاسيد النيتروجين التي تتأكسد لتكوين حمض النيتريك لها أهمية متزايدة بسبب الضوابط الأكثر صرامة على انبعاثات مركبات الكبريت. 70 تيراغرام (S) في السنة على شكل SO2 يأتي من احتراق الوقود الأحفوري والصناعة ، 2.8 تيراغرام (S) من حرائق الغابات ، و7-8 تيراغرام (S) سنويًا من البراكين. [47]


الفصل 1 المبادئ الأساسية

1.1 & - آليات التفاعل وأهميتها

1.2 & ndash الابتدائية (منسقة) وردود الفعل المتدرجة

1.3.1 & ndash التفاعلات الأحادية الجزيئية

1.3.2 & ndash تفاعلات جزيئية

1.4.1 & ndash - قوانين معدل التفاعلات الأولية (المنسقة)

1.4.2 & ndash الوسائط التفاعلية وافتراض الحالة المستقرة

1.4.3 & - قوانين معدل التفاعلات التدريجية

1.5.1 & ndash المحتوى الحراري والإنتروبيا والطاقة الحرة

1.5.2 & ndash ردود فعل عكسية ولا رجعة فيها

1.5.3 & - التوازن الكيميائي

1.6.1 & - حالة الانتقال

1.6.2 & ndash فرضية هاموند

1.6.3 & ndash مبدأ بيل إيفانز بولاني

1.7 & - المؤثرات الإلكترونية ومعادلة هاميت

1.7.1 - التأثيرات الإلكترونية للبدائل

1.8 & - النظرية المدارية الجزيئية

1.8.1 & ndash تشكيل المدارات الجزيئية من المدارات الذرية

1.8.2 & ndash الرسوم البيانية المدارية الجزيئية

1.8.3 & ndash استقرار الرنين

1.8.4 & - المدارات الجزيئية الحدودية

1.9 & ndash Electrophiles / nucleophiles مقابل الأحماض / القواعد

1.9.1 & ndash الكهربائية المشتركة

1.11 & - إنزيمات: محفزات بيولوجية

1.12 & - منهجية الكيمياء الخضراء

الفصل 2 وظائف الرابطة الأليفاتية C و ndashH

2.1 & ndash ألكيل الجذور: الترابط وثباتها النسبي

2.2 & ndash الهالوجينات الجذرية لروابط C & ndashH على sp 3 - الكربون المهجن: آلية

وطبيعة الدول الانتقالية

2.3 & ndash علم الطاقة للهالوجينات الجذرية للألكانات وانتقائية رجوعيها

2.3.1 & ndash ملامح الطاقة لتفاعلات الهالوجين الجذري للألكانات

2.3.2 & - الانتقائية المرجعية لتفاعلات الهالوجين الجذري

2.4 & ndash حركية الهالوجينات الجذرية للألكانات

2.6 & ndash الانتقال-المركبات المعدنية المحفزة alkane C & ndashh تنشيط السندات و

2.6.1 & ndash تنشيط السندات C & ndashH عبر السندات الزراعية

2.6.2 & - آليات للوظيفة المؤكسدة الرابطة C & ndashH

2.7 و ndash Superacids تحفيز Alkane C & ndashH تنشيط وتفعيل الروابط

2.8 & nitration للروابط الأليفاتية C و ndashH عبر النترونيوم NO2 + ايون

2.9 & ndash تنشيط رابطة C & ndashH الكيميائية الضوئية والحرارية بواسطة اليورانيل المؤكسد UO2 2+ (السادس)

2.10 & ndash إنزيم محفز ألكان C & ndash تنشيط وتفعيل الروابط: الكيمياء الحيوية

الفصل 3 تفعيل رابطة Alkene C = C عن طريق الإضافات الكهربية

3.1 & ndash Markovnikov إضافات عبر carbocations وسيطة

3.1.1 & ndash بروتونات الألكين C = C p الرابطة بواسطة الأحماض القوية لتشكيل

3.1.2 & ndash إضافات هاليدات الهيدروجين (HCl و HBr و HI) إلى الألكينات: آلية ،

Regiochemistry، و stereochemistry

3.1.3 & ndash الترطيب المحفز بالحامض والمعدن الانتقالي للألكينات ومكوناتها

3.1.4 & ndash حمض إضافات محفزة من الكحول إلى الألكينات

3.1.5 & ndash إضافات إلكتروفيليه خاصة لرابطة الألكين C = C: ميكانيكي و

3.1.6 & ndash الإلكتروفيليك بالإضافة إلى الرابطة الثلاثية C & equivC عبر فينيل كاتيون

3.2 & ndash الإضافة الكهربية لهاليدات الهيدروجين إلى الديانات المترافقة

3.3 & ndash إضافة غير ماركوفنيكوف جذرية

3.4 & ndash Hydroboration: منسق ، غير ماركوفنيكوف مزامنة-إضافة

3.4.1 وندش ديبوران (ب2ح6): الهيكل والخصائص

3.4.2 & ndash منسق ، غير ماركوفنيكوف مزامنة-إضافة البوران (BH3) إلى الألكين

رابطة C = C: الآلية ، الكيمياء التسجيلية والكيمياء الفراغية

3.4.3 & ndash تخليق الكواشف المائية الخاصة

3.4.4 & ndash تفاعلات الألكينات مع كواشف هيدروجين خاصة: Regiochemistry،

الكيمياء الفراغية وتطبيقاتها في التخليق الكيميائي

3.5 & ndash الهدرجة المحفزة بمعدن الانتقال لرابطة الألكين C = C (مزامنة-إضافة)

3.5.1 & آلية - الكيمياء الفراغية

3.5.2 & ndash التطبيقات الاصطناعية

3.5.3 & ndash التطبيقات المتعلقة بالكيمياء الحيوية: الدهون المهدرجة (الزيوت)

3.6 & ndash هالوجين رابطة الألكين C = C (مضاد الإضافة): الآلية و

الفصل 4 تفعيل رابطة Alkene C = C بواسطة تفاعلات Cycloaddition

4.1 & ndash Cycloadditions من رابطة الألكين C = C لتشكيل حلقات ثلاثية الأعضاء

4.1.2 & ndash Cycloadditions عبر الكربينات والأنواع ذات الصلة

4.2 & ndash Cycloadditions لتشكيل حلقات رباعية الأعضاء

4.3 & ndash Deals-Alder cycloadditions of alkene C = C bond لتشكيل حلقات سداسية الأعضاء

4.3.1 & - التفاعلات المدارية الجزيئية الحدودية

4.3.3 & ndash تفاعلات Diels-Alder الأخرى

4.4 & ndash 1.3-Dipolar cycloadditions من C = C وغيرها من الروابط المتعددة لتشكيل خمسة

4.4.1 & ndash أكسدة الألكينات بواسطة الأوزون (O3) ورابع أكسيد الأوزميوم (OsO4) عبر

4.4.2 & ndash إضافات Cycloads من 1،3-ثنائيات الأقطاب المحتوية على النيتروجين إلى الألكينات

4.4.3 و ndash Cycloadditions للديثيونترونيوم (NS2 +) أيون للألكينات والألكينات و

النتريل: صنع دورات عطرية غير متجانسة تحتوي على الجهاز العصبي المركزي

4.5 & ndash تفاعلات حلقية أخرى

4.6 & ndash Deals-Alder cycloadditions in water: طرق الكيمياء الخضراء

4.7 & - التطبيقات البيولوجية

4.7.1 & ndash التركيب الكيميائي الضوئي لفيتامين د2 عبر حالة انتقالية دورية

4.7.2 & ndash نقل الببتيد المحفز بالريبوسوم عبر حالة انتقال دوري:

الفصل 5 وظائف الرابطة العطرية C-H والتفاعلات ذات الصلة

5.1 & ndash النترات العطرية: جميع وسائط التفاعل وآلية كاملة للعطر

C & ndashH استبدال السندات بالنيترونيوم (NO2 +) والمركبات الكهربائية ذات الصلة

5.1.1 - مجمع نقل الشحنات [ArH، NO2 +] بين الأرين والنيترونيوم

5.1.2 وندش زوج أيون راديكالي [ArH +. ،لا2 . ]

5.1.4 & ndash آلية النترات العطرية الكاملة

5.2 & ndash الآليات والمنفعة التركيبية لاستبدال الروابط العطرية C و ndashH بأخرى

5.3 & ndash الحديد (III) المحفز بالكهرباء العطرية C & ndashH استبدال السندات

5.4 & ndash تفاعلات استبدال السندات العطرية الكهربية C و ndashH عبر S.ن1 و S.ن2

5.4.1 & - ردود الفعل التي تنطوي على S.ن1 خطوات

5.4.2 & - ردود الفعل التي تنطوي على S.ن2 خطوات

5.5 & ndash التأثيرات البديلة على تفاعلات الإحلال العطري الإلكتروفيلي

5.5.1 & ndash أورثو- و الفقرة-مدراء

5.6 & ndash isomerizations المتأثرة بتفاعلات الإحلال العطري الإلكتروفيلي

5.7 & ndash تفاعلات الاستبدال الكهربية على روابط الكربون المعدنية العطرية:

الآليات والتطبيقات التركيبية

5.7.1 & ndash Aryl Grignard ومركبات الأريليتيوم

5.7.2 & - مجموعات توجيه المعادن التقويمية (MDGs): آلية وتركيبية

5.8 & ndash الاستبدال العطري للنيوكليوفيليك عن طريق بنزين (آرين) وسيط:

تحولات المجموعة الوظيفية على الحلقات العطرية

5.9 & ndash الاستبدال العطري للنيوكليوفيليك عن طريق مركب Meisenheimer الأنيوني

5.10 & - التطبيقات البيولوجية للمركبات العطرية الوظيفية

الفصل 6 بدائل نيوكليوفيليك على sp 3 - الكربونات المهجنة: المجموعة الوظيفية

6.1 & ndash استبدال Nucleophilic على الكربون أحادي الوظيفة sp 3-hybridized

6.2 & - المجموعات الوظيفية التي هي مجموعات ترك جيدة وفقيرة

6.3 & ndash محبي النواة الجيدة والضعيفة

6.4 وندش اسن2 ردود الفعل: الخواص الحركية ، والآلية ، والكيمياء الفراغية

6.4.1 & ndash إليه والكيمياء الفراغية لـ S.ن2 ردود أفعال

6.4.2 & ndash عائق مجسم على S.ن2 ردود أفعال.

6.4.3 & ndash تأثير nucleophiles

6.4.5 & - تأثير المجموعات غير المشبعة المرتبطة بالكهرباء الوظيفية

6.5 & - تحليل Sن2 ـ آلية باستخدام قواعد التناظر ونظرية المدار الجزيئي

6.5.1 & - ال S.ن2 تفاعلات الميثيل والألكانات الأولية RCH2X (X = Cl ، Br ،

أو I R = H أو مجموعة Alkyl)

6.5.2 & - تفاعلية ثنائي كلورو ميثان CH2Cl2

6.6 وندش اسن1 ردود الفعل: الخواص الحركية ، والآلية ، وتطوير المنتج

6.6.1 و - أسن1 آلية ومعدل القانون

6.6.3 & ndash تأثيرات الاستقرار ونوعية المجموعة المغادرة على S.ن1

6.6.4 & ndash تطوير المنتج لـ S.ن1 ردود أفعال

6.7 & ndash المسابقات بين S.ن1 و S.ن2 ردود أفعال

6.8 & ndash بعض ملفات S مفيدةن1 و S.ن2 ردود الفعل: الآليات والمنظورات الاصطناعية

6.8.1 & ndash تفاعلات الاستبدال المحبة للنواة المتأثرة بالنيوكليوفيلات الكربونية.

6.8.2 & ndash تخليق الأمينات الأولية

6.8.3 & ndash فائدة اصطناعية من ثلاثي فينيل فوسفين: نواة قوية للفوسفور

6.8.4 & ndash المجموعة المجاورة بمساعدة S.ن1 ردود أفعال

6.8.5 & ndash تفاعلات الاستبدال النووية للكحولات المحفزة بواسطة مادة برونستيد الصلبة

الأحماض: نهج الكيمياء الخضراء

6.9 & - التطبيقات البيولوجية لتفاعلات الإحلال النووي

6.9.1 و - التطبيقات الطبية الحيوية

6.9.2 & ndash هيدرولازات جليكوزيد: إنزيمات تحفز الانقسام المائي في

روابط جليكوسيدية بواسطة S.ن2 و ndashlike ردود الفعل

6.9.3 & ndash تخليق حيوي يتضمن تفاعلات إحلال نوكليوفيليك

6.9.4 & ndash استبدال nucleophilic محفز بالإنزيم من haloalkane

الفصل 7 المحذوفات

7.1 & ndash E2 القضاء: ثنائي الجزيء ب- القضاء على H / LG وكيمياء Regiochemistry و

7.1.1 & - آلية و regiochemistry

7.1.2 & ndash E2 عمليات التصفية للألكانات الحلقية الوظيفية

7.2 & ndash تحليل آلية E2 باستخدام قواعد التناظر ونظرية المدار الجزيئي

7.2.1 وندش سلسلة تشبه هالو ألكانات

7.2.3 & - الدراسات النظرية الكمية لتفاعلات E2

7.3 & ndash الأساسية مقابل nucleophilicity لمختلف الأنيونات

7.4 & ndash مسابقة E2 و S.ن2 ردود أفعال

7.5 & ndash E1 القضاء: التخلص التدريجي من H / LG عبر carbocation وسيط

7.5.1 - آلية وقانون المعدل

7.5.2 & ndash E1 الجفاف من الكحول

7.6 & ndash ملفات تعريف الطاقة لتفاعلات E1

7.6.1 & ndash مبدأ Bell-Evens-Polanyi

7.6.2 & ndash الجفاف E1 للكحوليات (ROH)

7.6.3 & ndash إزالة الهالوجين E1 من هالو ألكانات (RX ، X = Cl ، Br ، أو I)

7.7 & ndash القضاء على E1 من الإيثرات

7.8 & ndash الإزالة داخل الجزيئية (أحادية الجزيئية) عبر حالة انتقال دوري

7.8.1 وندش منسق ، مزامنة- القضاء على الاسترات

7.8.2 & ndash القضاء على السيلينوكسيد

7.8.3 & ndash القضاء على سيليلوكسيد

7.8.4 & ndash التخلص أحادي الجزيء من هاليد الهيدروجين من هالو ألكانات

7.9 & - آليات الحذف الاختزالي لـ LG 1 / LG 2 (مجموعتان وظيفيتان) على

7.10 & ndash - القضاء على الكاربين: تحليل ميكانيكي باستخدام قواعد التناظر

والنظرية المدارية الجزيئية

7.10.1 & ndash - إزالة الجزيء أ لثلاثي كلورو الميثان (CHCl3) إعطاء

7.10.2 & ndash تكوين كاربين عن طريق إزالة جزيء أ أحادي الجزيء من هالو ألكان

وإعادة الترتيب اللاحقة إلى ألكين عبر رابطة C & ndashH (C & ndashD)

7.12 & ndash التطبيقات البيولوجية: تفاعلات الإزالة البيولوجية المحفزة بالإنزيم

7.12.1 & ndash إنزيم ب المحفز بالإنزيم من أنزيم أسيل الدهني A

7.12.2 & ndash تفاعلات إزالة تشارك في التخليق الحيوي

الفصل 8 إضافات وبدائل نيوكليوفيليك على مجموعات كاربونيل

8.1 & ndash إضافات واستبدالات نوكليوفيليك من مركبات الكربونيل

8.2 & ndash إضافات Nucleophilic من الألدهيدات والكيتونات وتطبيقاتها البيولوجية

8.2.1 & ndash حمض وترطيب قاعدي محفز من الألدهيدات والكيتونات

8.2.2 & ndash إضافات nucleophilic المحفزة بالحمض للكحولات إلى الألدهيدات و

8.2.3 & - التطبيقات البيولوجية: الهياكل الحلقية للكربوهيدرات

8.2.4 & - إضافة نيوكليوفيل الكبريت إلى الألدهيدات

8.2.5 & ndash إضافة Nucleophilic للأمينات إلى الكيتونات والألدهيدات

8.2.6 & ndash إضافات Nucleophilic لمانحات الهيدريد للألدهيدات والكيتونات:

التخفيضات العضوية والآليات

8.3 & ndash الجهات المانحة للهيدريد البيولوجية NAD (P) H و FADH2

8.4 & ndash تنشيط الأحماض الكربوكسيلية عبر بدائل nucleophilic على carbonyl

8.4.1 & - تفاعلات الأحماض الكربوكسيلية مع كلوريد الثيونيل

8.4.2 & - تفاعلات الأسترة والتطبيقات التركيبية والكيمياء الخضراء

8.4.3 & ndash تشكيل أنهيدريد

8.4.4 & ndash nucleophilic بالإضافة إلى alkyllithium

8.5 & ndash بدائل نوكليوفيليك لمشتقات الأسيل وتطبيقاتها البيولوجية

8.5.1 & ndash بدائل نوكليوفيليك لكلوريد الأسيل والأنهيدريدات

8.5.2 & ndash التحلل المائي والبدائل النووية الأخرى للإسترات

8.5.3 & ndash تركيب وقود الديزل الحيوي وآلية التفاعل

8.5.4 & ndash التطبيقات البيولوجية: آليات هيدروليسات السيرين

8.6 & ndash تقليل مشتقات الأسيل بواسطة مانحين الهيدريد

8.7 & - حركية إضافة Nucleophilic واستبدال مشتقات الأسيل

الفصل 9 تفاعل الهيدروجين لمجموعات الكربونيل

9.1 & ndash تكوين enolates و nucleophilicity بهم

9.1.1 & ndash تشكيل enolates

9.1.2 & ndash المدارات الجزيئية و nucleophilicity من enolates

9.2 & ndash ألكلة مركبات الكربونيل (الألدهيدات والكيتونات والإسترات) عبر enolates و

9.2.1 & ndash الألكلة عبر enolates

9.2.2 & ndash الألكلة عبر الهيدرازونات والمينا

9.3.1 & ndash الآلية والمنفعة التركيبية

9.3.3 & ndash تطبيقات تركيبية أخرى

9.4 & ndash تفاعلات الاسترات عبر enolates: الآلية والمنفعة التركيبية

9.5 & ndash التطبيقات البيولوجية: أدوار enolates في عمليات التمثيل الغذائي في الحياة

9.5.1 &ndash The citric acid cycle and mechanism for citrate synthase

9.5.2 &ndash Ketogenesis and thiolase

Chapter 10 Rearrangements

10.1 &ndash Major types of rearrangements

10.2 &ndash Rearrangement of carbocations: 1,2-Shift

10.2.1 &ndash 1,2-Shifts in carbocations produced from acyclic molecules

10.2.2 &ndash 1,2-Shifts in carbocations produced from cyclic molecules &ndash Ring

10.2.3 &ndash Resonance stabilization of carbocation &ndash Pinacol rearrangement

10.2.4 &ndash في الجسم الحي cascade carbocation rearrangements: Biological significance

10.2.5 &ndash Acid catalyzed 1,2-shift in epoxides

10.2.6 &ndash Anion initiated 1,2-shift

10.3 &ndash Neighboring leaving group facilitated 1,2-rearrangement

10.3.1 &ndash Beckmann rearrangement

10.3.2 &ndash Hofmann rearrangement

10.3.3 &ndash Baeyer-Villiger oxidation (rearrangement)

10.3.4 &ndash Acid catalyzed rearrangement of organic peroxides

10.4 &ndash Carbene rearrangement: 1,2-Rearrangement of hydrogen facilitated by a lone pair

10.5 &ndash Claisen rearrangement

10.6 &ndash Claisen rearrangement in water: The green chemistry methods

10.7 &ndash Photochemical isomerization of alkenes and its biological applications

10.7.1 &ndash Photochemical isomerization

10.7.2 &ndash Biological relevance

10.8 &ndash Rearrangement of carbon-nitrogen-sulfur containing heterocycles


شاهد الفيديو: الامطار الحمضية (كانون الثاني 2022).