Сера

 

 Сероуглерод — бесцветная жидкость, пары которой легко воспламеняются и в смеси с воздухом взрываются. Встречаются при перегонке каменного угля. Применяется в вискозной и химической промышленности: в производстве четыреххлористого углерода, камфоры, роданистого аммония, а также в сельском хозяйстве.  
Поступает в организм преимущественно через органы дыхания и возможно через кожу. В организме метаболизируется и выделяется с мочой в виде серусодержащих веществ. Патогенез и симптомы отравления. Сероуглерод является сильным ядом, поражает различные отделы нервной системы и обладает наркотическим действием. Токсическое действие обусловлено его способностью связываться с аминогруппами белков и аминокислот с инактивацией ферментных систем и образованием дитиокарбаматов. Последние обладают комплексообразующими свойствами, благодаря которым способны связывать микроэлементы организма (медь, цинк и др.), нарушая при этом минеральный обмен, а также баланс металлсодержащих ферментов и витаминов. В результате такого действия блокируется активность моиоаминоксидазы, а поэтому в органах и тканях увеличивается содержание серотснина и в моче снижается уровень 5-оксниндолуксусной кислоты. Дефицит меди обусловливает нарушение обмена пиридоксина, а также снижение активности таких ферментов, как церулоплазмин, цито.хромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа.  
При легкой форме интоксикации наблюдаются головная боль и головокружение, чувство легкого опьянения, тошнота и потеря аппетита, а также снижение кожной чувствительности. При отравлении средней тяжести указанные выше симптомы выражены более резко. Кроме того, нарушается координация движений, уменьшается мышечная сила, пострадавший неспособен держать предметы в руках. Иногда бывает бредовое состояние. Наблюдающееся вначале возбуждение сменяется угнетением. При этом отмечаются резкая апатия, сонливость, заторможенность, снижение памяти.  
Тяжелые отравления сероуглеродом могут возникнуть на производстве при какой-либо аварии. В этих условиях быстро наступает глубокий наркоз с потерей всех рефлексов. Сознание при этом отсутствует. Смерть наступает от остановки дыхания. Первая помощь и лечение: немедленно вывести пострадавшего на свежий воздух, тепло (грелки, теплое питье) и покой. Длительное вдыхание кислорода можно чередовать с кратковременным вдыханием карбогена.   

Естественно, атмосферные кислотные  микроэлементы не щадят и человека. Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том  вреде, который приносят кислотные  вещества (двуокись серы, кислотные аэрозольные частицы) при дыхании. Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации около 1 мг/м3 возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч. Кроме оксидов серы опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так, пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние участки легких. Физиологические исследования показали, что степень вредного воздействия прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3. В настоящее время норма для состава воздуха на незащищенных территориях почти соответствует этому значению. На защищенных территориях нормативы, естественно, строже. В то же время ожидается, что в недалеком будущем установят еще более низкие нормативные значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга, т.е. проявится уже упомянутый синергизм. Также установлена зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т.д.). На отдельных загрязненных территориях число заболеваний было в несколько раз больше, чем на контрольных территориях

Симптоматика отравлений серой у растений: общее огрубение растений, листья маленькие, тускло-зеленые, стебли твердые, поздние листья могут скручиваться внутрь и покрываться наростами, края их становятся коричневыми, затем бледно-желтыми. При концентрации SO2 0,3-0,5 млн. в течение нескольких дней наступает хроническое поражение листьев растений (особенно шпината, салата, хлопка и люцерны), а также иголок сосны. Повышение уровня загрязнения сернистым газом вызывает либо хроническое, либо острое кратковременное поражение листьев растений, что приводит к замедлению роста зеленой массы и снижению урожайности. Разрушается хлорофилл растений, повреждаются листья и хвоя. Пораженные участки приобретают бронзовую окраску. На листьях также появляются бледные пятна, которые затем приобретают бронзовый цвет, затем листья опадают. Наиболее чувствительными к диоксиду серы являются хвойные деревья. Сосна погибает при среднегодовой концентрации сернистого газа 0,18-0,20 мг/м3. Лиственные деревья начинают поражаться при концентрации диоксида серы от 0,5 до 1 мг/м3.  
      Особенно опасно для растений высокое содержание сернистого газа, например, при интенсивном освещении и большой относительной влажности воздуха, а также на стадиях цветения и плодоношения. Хроническое повреждение листьев растений происходит в результате постепенного накопления в их тканях избыточного количества сульфатов. Сульфаты также окисляют почву и снижают ее плодородие.

Пути проникновения и  превращения в организме-

1. Поступление ядов через дыхательные пути (ингаляционный путь). Через дыхательные пути в организм могут проникать ядовитые вещества, находящиеся в окружающем воздухе в виде газов, паров или пыли. 

При ингаляционном поступлении  ядов в организм они быстро проникают в кровь. Это объясняется большой поверхностью легочных альвеол, через которые всасываются ядовитые вещества, незначительной толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови в легочных капиллярах.

Некоторые летучие вещества начинают всасываться уже в верхних дыхательных путях. Однако большинство таких веществ наиболее полно всасывается в легких. Проникновение летучих веществ в организм происходит по законам диффузии. Через дыхательные пути поступают в организм пары летучих соединений серы,  сероуглерода.

2. Токсичность соединений серы, попавших в желудочно-кишечный тракт, связана с их превращением кишечной микрофлорой в сульфид водорода, весьма токсичным соединением.

3. Установлено, что парентеральное введение мелко измельченной серы в масляном растворе в количестве 1-2 мл сопровождается гипертермией с гиперлейкоцитозом и гипогликемией. Полагают, что при парентеральном введении токсичность ионов серы в 200 раз выше, чем ионов хлора.

4.Превращение серы в организме. Сера поступает в организм с пищевыми продуктами, в составе неорганических и органических соединений. Большая часть серы поступает в организм в составе аминокислот. Неорганические соединения серы (соли серной и сернистой кислот) не всасываются и выделяются из организма со стулом. Органические белковые соединения подвергаются расщеплению и всасываются в кишечнике. Сера содержится во всех тканях человеческого организма; особенно много серы в мышцах, скелете, печени, нервной ткани, крови. Также богаты серой поверхностные слои кожи, где сера входит в состав кератина и меланина.В тканях сера находится в самых разнообразных формах, как неорганических (сульфат, сульфит, сульфиды, тиоцианат и др.), так и органических (тиолы, тиоэфиры, сульфоновые кислоты, тиомочевина и др.). В виде сульфат-аниона сера присутствует в жидких средах организма. Атомы серы являются составной частью молекул незаменимых аминокислот (цистин, цистеин, метионин), гормонов (инсулин, кальцитонин), витаминов (биотин, тиамин), глутатиона, таурина и других важных для организма соединений. В их составе сера участвует в окислительно-восстановительных реакциях, процессе тканевого дыхания, выработке энергии, передаче генетической информации и выполняет многие другие важные функции. Сера является компонентом структурного белка коллагена. Хондроитин-сульфат присутствует в коже, хрящах, ногтях, связках и клапанах миокарда. Важными серосодержащими метаболитами также являются гемоглобин, гепарин, цитохромы, эстрогены, фибриноген и сульфолипиды. Сера выделяется преимущественно с мочой в виде нейтральной серы и неорганических сульфатов, меньшая часть серы выводится через кожу и легкие. , а выводится в основном с мочой в виде SO2-4.Образующаяся в организме эндогенная серная кислота участвует в обезвреживании токсических соединений (фенол, индол и др.), которые вырабатываются микрофлорой кишечника; а также связывает чужеродные для организма вещества, в том числе лекарственные препараты и их метаболиты. При этом образуются безвредные соединения конъюгаты, которые затем выводятся из организма. Обмен серы контролируется теми факторами, которые также оказывают регулирующее влияние и на белковый обмен (гормоны гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, половых желез). В последние десятилетия одним из источников избыточного поступления серы в организм человека стали серосодержащие соединения (сульфиты), которые добавляются во многие пищевые продукты, алкогольные и безалкогольные напитки в качестве консервантов. Особенно много сульфитов в копченостях, картофеле, свежих овощах, пиве, сидре, готовых салатах, уксусе, красителях вина. Возможно, увеличивающееся потребление сульфитов отчасти повинно в росте заболеваемости бронхиальной астмой. Известно, напр., что 10% больных бронхиальной астмой проявляют повышенную чувствительность к сульфитам (т.е., являются сенсибилизированными к сульфиту). Для снижения отрицательного действия сульфитов на организм рекомендуется увеличивать содержание в рационе сыров, яиц, жирного мяса, птицы.

III. Характеристика вещества  как загрязнителя:

 

Источники поступления  в ОС.

 

Главные кислотообразующие выбросы  в атмосферу - диоксид серы SО2 (сернистый ангидрид, или сернистый газ) и оксиды азота N02.

1. Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу являются :

- вулканы.

 - лесные пожары.

 Естественная фоновая концентрация  SО2 в атмосфере достаточно стабильна, включена в биохимический круговорот и для экологически благополучных территорий . Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике предельно допустимого значения (ПДК) по SО2, равного 15 мкг/м3.

 Общее количество диоксида  серы антропогенного происхождения  в атмосфере сейчас значительно  превышает его естественное поступление  и составляет в год около  100 млн т (для сравнения: природные выбросы SО2 в год равны примерно 20 млн т). Из них на долю США приходится 20%, на долю России - менее 10%.

2.Источники антропогенного загрязнения  серой:

-Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого, как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5-6%), на электростанциях (~40% антропогенного поступления в атмосферу).

- в металлургических производствах.

- при переработке содержащих серу руд.

- при различных химических технологических процессах.

- работе ряда предприятий машиностроительной отрасли промышленности (-50%).- При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы в виде главным образом ее диоксида (до триоксида окисляется менее 3% серы), в 4-5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута. Анализ техногенных источников выбросов сернистого газа в атмосферу показывает, что выбросы производят высокоразвитые промышленные страны, и это становится проблемой в первую очередь для них и их ближайших соседей. Данные мониторинга воздушной атмосферы свидетельствуют об увеличении в последние годы доли выбросов азотных соединений и закисление атмосферных осадков.

РИС. антропогенные поступления серы в атмосферу.

 

 

 

 С какими экологическими проблемами связан данный загрязнитель.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение атмосферы  соединениями серы, и прежде всего  сернистым газом. Соединения серы выбрасываются  в атмосферу при сжигании угольного  топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных  металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой  в два раза превосходит природное. Наибольших концентраций сернистый  газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно  ниже. С попаданием в атмосферу соединений серы и азота непосредственно связано выпадение кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды. Затем вместе с дождями, туманами они выпадают на землю в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуют высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетают их флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни — от рыб до микроорганизмов. Большой вред кислотные дожди наносят и различным конструкциям (мостам, памятникам и т.д.).Главные регионы распространения кислотных осадков в мире — США, зарубежная Европа, Россия и страны СНГ. Но в последнее время они отмечены в промышленных районах Японии, Китая, Бразилии. Расстояние между районами образования и районами выпадения кислотных осадков может достигать даже тысячи километров. Например, главные виновники кислотных осадков в Скандинавии — промышленные районы Великобритании, Бельгии и ФРГ. Ученые и инженеры пришли к выводу: главный путь предупреждения загрязнения атмосферы должен заключаться в постепенном сокращении вредных выбросов, ликвидации их источников. Поэтому необходим запрет на использование высокосернистых угля, нефти и топлива.  

Механизм образования  кислотных осадков

 
Рис. 3 Схема образования кислотных  аэрозолей и дождей

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот.

Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО₃:

2SO₂ + O₂ ® 2SO₃,

который реагирует с водяным  паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

SO₃ + Н₂O ® Н₂SO₄.

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе  образует кислотный полигидрат SО₂•nH₂O, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂SО₃:

SO₂ + H₂O ® H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе  постепенно окисляется до серной:

2Н₂SО₃ + О₂ ® 2Н₂SO₄.

Аэрозоли серной и сернистой  кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

При сжигании топлива образуются твердые  микрочастицы сульфатов металлов (в  основном при сжигании угля), легко  растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы.

Аэрозоли серной и сернистой  кислот составляют около 2/3 кислотных  осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой  кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром  атмосферы:

2NО₂ + Н₂О ® НNО₃ + НNО₂.

 Выпадение кислотных  дождей

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности  Скандинавии, и Северной Америке  в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота (рис. 4).

В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке  на площади почти 10 млн км2, составляет 5–4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3–2,5.

Специфическая особенность кислотных  дождей – их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих  выбросов воздушными течениями на большие  расстояния – сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени  способствует принятая некогда «политика  высоких труб» как эффективное  средство против загрязнения приземного воздуха. Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и  «импортерами» чужих выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление  природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия. В свою очередь, из России больше всего  окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной – 1:17, с Польшей – 1:32, с Норвегией – 7:1. Экспортируется «мокрая» часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него.