Химические факторы

Химические факторы. Химические вещества широко используются человеком на производстве и в быту (консервирующие, моющие, чистящие, дезинфицирующие средства, а также средства для покраски и склеивания различных предметов).

Все химические вещества, используемые в быту, в небольших количествах безопасны для здоровья. Однако нарушение правил их применения может оказать неблагоприятное воздействие на организм.

К химическим веществам следует также отнести и лекарственные препараты, которые назначаются врачами при различных заболеваниях. Многие современные лекарства выпускаются в виде разноцветного драже, имеют очень привлекательный вид, поэтому дети нередко путают их с конфетами. Между тем достаточно и одной таблетки, чтобы вызвать у ребенка серьезное отравление, опасное для жизни.

Биологические факторы

Биологические факторы. Формы существования живой материи на Земле чрезвычайно многообразны: от одноклеточных простейших до высокоорганизованных биологических организмов. Все известные микроорганизмы можно разделить на три группы: совершенно безопасные для человека (сапрофиты), мы с ними постоянно контактируем, но это никогда не вызывает заболеваний; безусловно вредные, т.е. опасные для здоровья человека (встреча с ними всегда чревата развитием инфекционного заболевания, правда, это случается тогда, когда организм не имеет соответствующей защиты); условно патогенные (это микроорганизмы, которые в обычных условиях не вызывают каких-либо заболеваний у человека, однако, когда организм ослаблен вследствие простудного или хронического заболевания, недостаточного питания, авитаминоза, стресса, утомления и т.д., они могут вызвать заболевания). Выделена группа особо опасных микроорганизмов, вызывающих тяжелейшие заболевания у человека. Это, например, возбудители натуральной оспы, чумы, холеры, туляремии, сибирской язвы, полиомиелита.

Итак, биологические факторы внешней среды включают множество биологических объектов, с которыми человеческий организм непрерывно взаимодействует. Различают:

Природные и социально-биологические логические факторы, влияющие на организм человека, неразрывно связаны с вопросами экологического характера.

Экология (греч, oikos - дом, жилище, родина + logos - понятие, учение) - это и область знания, и часть биологии, и учебная дисциплина, и комплексная наука. Экология рассматривает взаимоотношения организмов друг с другом и с неживыми компонентами природы: Земли (ее биосферы). Экология человека изучает закономерности взаимодействия человека с природой, проблемы сохранения и укрепления здоровья. Человек зависит от условий среды обитания точно так же, как природа зависит от человека. Между тем влияние производственной деятельности на окружающую природу (загрязнение атмосферы, почвы, водоемов отходами производства, вырубка лесов, повышенная радиация в результате аварий и нарушений технологий) ставит под угрозу существование самого человека. К примеру, в крупных городах значительно ухудшается естественная среда обитания, нарушаются ритм жизни, психоэмоциональная ситуация труда, быта, отдыха, меняется климат. В городах интенсивность солнечной радиации на 15 - 20% ниже, чем в прилегающей местности, зато среднегодовая температура выше на 1 - 2 градуса, менее значительны суточные и сезонные колебания, ниже атмосферное давление, загрязненный воздух. Все эти изменения оказывают крайне неблагоприятное воздействие на физическое и психическое здоровье человека. Около 80-ти болезней современного человека - результат ухудшения экологической ситуации на планете. Экологические проблемы напрямую связаны с процессом организации и проведения систематических занятий физическими упражнениями и спортом, а также с условиями, в которых они происходят.

Состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой, называется химическим равновесием. Уравнение обратимой реакции в общем виде:

Скорость прямой реакции v 1 =k 1 [A] m [B] n , скорость обратной реакции v 2 =k 2 [С] p [D] q , где в квадратных скобках – равновесные концентрации. По определению, при химическом равновесии v 1 =v 2, откуда

К с =k 1 /k 2 = [С] p [D] q / [A] m [B] n ,

где К с – константа химического равновесия, выраженная через молярные концентрации. Приведенное математическое выражение нередко называют законом действия масс для обратимой химической реакции: отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ.

Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на химическую реакцию, подчиняются закономерности, которая была высказана в общем виде в 1884 году французским ученым Ле-Шателье. Современная формулировка принципа Ле-Шателье такова:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия.

Факторы, влияющие на химическое равновесие.

1. Влияние температуры. В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое - эндотермическому.

При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции.

2. Влияние давления. Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объема за счет изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе.
Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом.

3. Влияние концентрации. Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;
при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое скорость химической реакции и от каких факторов она зависит? От каких факторов зависит константа скорости?

2. Составить уравнение скорости реакции образования воды из водорода и кислорода и показать, как измениться скорость, если концентрацию водорода увеличить в три раза.

3. Как изменяется скорость реакции с течением времени? Какие реакции называются обратимыми? Чем характеризуется состояние химического равновесия? Что называется константой равновесия, от каких факторов она зависит?

4. Какими внешними воздействиями можно нарушить химическое равновесие? В каком направлении смешается равновесие при изменении температуры? Давления?

5. Каким образом можно сместить обратимую реакцию в определенном направлении и довести до конца?

Лекция № 12 (проблемная)

Растворы

Цель: Дать качественные заключения о растворимости веществ и количественную оценку растворимости.

Ключевые слова: Растворы – гомогенные и гетерогенные;истинные и коллоидные; растворимость веществ; концентрация растворов; растворы неэлектроилов; законы Рауля и вант-Гоффа.

План.

1. Классификация растворов.

2. Концентрация растворов.

3. Растворы неэлектролитов. Законы Рауля.

Классификация растворов

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов).

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе.

В зависимости от размеров частиц растворы делятся на истинные и коллоидные. В истинных растворах (часто называемых просто растворами) растворенное вещество диспергировано до атомного или молекулярного уровня, частицы растворенного вещества не видимы ни визуально, ни под микроскопом, свободно передвигаются в среде растворителя. Истинные растворы – термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.

Движущими силами образования растворов являются энтропийный и энтальпийный факторы. При растворении газов в жидкости энтропия всегда уменьшается ΔS < 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS > 0). Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов. Знак изменения энтальпии растворения определяется знаком суммы всех тепловых эффектов процессов, сопровождающих растворение, из которых основной вклад вносят разрушение кристаллической решетки на свободные ионы (ΔH > 0) и взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя (сольтивация, ΔH < 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T·ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

Концентрация насыщенного раствора определяется растворимостью вещества при данной температуре. Растворы с меньшей концентрацией называются ненасыщенными.

Растворимость для различных веществ колеблется в значительных пределах и зависит от их природы, взаимодействия частиц растворенного вещества между собой и с молекулами растворителя, а также от внешних условий (давления, температуры и т. д.)

В химической практике наиболее важны растворы, приготовленные на основе жидкого растворителя. Именно жидкие смеси в химии называют просто растворами. Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода. Растворы с другими растворителями называются неводными.

Растворы имеют чрезвычайно большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и лежащие в основе обмена веществ в живых организмах.

Концентрация растворов

Важной характеристикой растворов служит их концентрация, которая выражает относительное количество компонентов в растворе. Различают массовые и объемные концентрации, размерные и безразмерные.

К безразмерным концентрациям (долям) относятся следующие концентрации:

Массовая доля растворенного вещества W (B) выражается в долях единицы или в процентах:

где m(B) и m(A) – масса растворенного вещества B и масса растворителя A.

Объемная доля растворенного вещества σ(B) выражается в долях единицы или объемных процентах:

где V i – объем компонента раствора, V(B) – объем растворенного вещества B. Объемные проценты называют градусами *) .

*) Иногда объемная концентрация выражается в тысячных долях (промилле, ‰) или в миллионных долях (млн –1), ppm.

Мольная доля растворенного вещества χ(B) выражается соотношением

Сумма мольных долей k компонентов раствора χ i равна единице

К размерным концентрациям относятся следующие концентрации:

Моляльность растворенного вещества C m (B) определяется количеством вещества n(B) в 1 кг (1000 г) растворителя, размерность моль/кг.

Молярная концентрация вещества B в растворе C (B) – содержание количества растворенного вещества B в единице объема раствора, моль/м 3 , или чаще моль/литр:

где μ(B) – молярная масса B, V – объем раствора.

Молярная концентрация эквивалентов вещества B C Э (B) (нормальность – устаревш.) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора, моль/литр:

где n Э (B) – количество вещества эквивалентов, μ Э – молярная масса эквивалента.

Титр раствора вещества B(T B) определяется массой растворенного вещества в г, содержащегося в 1 мл раствора:

Г/мл или г/мл.

Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры; объемные концентрации относятся к определенной температуре.

Все вещества в той или иной степени способны растворяться и характеризуются растворимостью. Некоторые вещества неограниченно растворимы друг в друге (вода-ацетон, бензол-толуол, жидкие натрий-калий). Большинство соединений ограниченно растворимы (вода-бензол, вода-бутиловый спирт, вода-поваренная соль), а многие малорастворимы или практически нерастворимы (вода-BaSO 4 , вода-бензин).

Растворимостью вещества при данных условиях называют его концентрацию в насыщенном растворе. В таком растворе достигается равновесие между растворяемым веществом и раствором. В отсутствие равновесия раствор остается стабильным, если концентрация растворенного вещества меньше его растворимости (ненасыщенный раствор), или нестабильным, если в растворе содержится вещества больше его растворимости (пересыщенный раствор).

Многочисленные исследования показали, что факторами, обусловливающими здоровье, являются:

• биологические (наследственность, тип высшей нервной деятельности, конституция, темперамент и т. п.);
• природные (климат, ландшафт, флора, фауна и т. д.);
• состояние окружающей среды;
• социально-экономические;
• уровень развития здравоохранения.

Эти факторы влияют на образ жизни людей. Установлено также, что образ жизни примерно на 50 %, состояние окружающей среды на 15-20 %, наследственность на 15-20 % и здравоохранение (деятельность его органов и учреждений) на 10 % обусловливают здоровье (индивидуальное и общественное).

С понятием здоровья тесно связано представление о .

Факторы обеспечения здоровья

Эксперты ВОЗ в 80-х годах XX века определили ориентировочное соотношение различных факторов обеспечения здоровья современного человека, выделив в качестве основных четыре производные. Впоследствии эти выводы были принципиально подтверждены и применительно к нашей стране следующим образом (в скобках данные ВОЗ):

• генетические факторы — 15-20% (20%)
• состояние окружающей среды — 20 — 25% (20%)
• медицинское обеспечение — 10-15% (7 — 8%,)
• условия и образ жизни людей — 50 — 55% (53 — 52%).

Таблица 1. Факторы, влияющие на здоровье человека

Сфера влияния факторов	Факторы
	Укрепляющие здоровье	Ухудшающие здоровье
Генетические (15-20%)	Здоровая наследственность. Отсутствие морфо- функциональных предпосылок возникновения заболеваний	Наследственные заболевания и нарушения. Наследственная предрасположенность к заболеваниям
Состояние окружающей среды (20-25%)	Хорошие бытовые и производственные условия, благоприятные климатические и природные условия, экологически благоприятная среда обитания	Вредные условия быта и производства, неблагоприятные климатические и природные условия, нарушение экологической обстановки
Медицинское обеспечение (10-15%)	Медицинский скрининг, высокий уровень профилактических мероприятий, своевременная и полноценная медицинская помощь	Отсутствие постоянного медицинского контроля за динамикой здоровья, низкий уровень первичной профилактики, некачественное медицинское обслуживание
Условия и образ жизни (50-55%)	Рациональная организация жизнедеятельности, оседлый образ жизни, адекватная двигательная активность, социальный и психологический комфорт. полноценное и рациональное питание, отсутствие вредных привычек, валеологическое образование и пр.	Отсутствие рационального режима жизнедеятельности, миграционные процессы, гипо- или гипердинамия, социальный и психологический дискомфорт. неправильное питание, вредные привычки, недостаточный уровень валеологических знаний

Ядовитые вещества проникают в организм человека через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожный покров. При дыхании они поступают в легкие, вместе с пищей - в желудок. При попадании на кожу яды могут оказывать местное воздействие. Изучением влияния химических веществ на организм занимается наука токсикология, которая классифицирует химически вредные вещества по токсическому эффекту воздействия на человека и опасности.
По токсическому вредному эффекту химические вещества подразделяются на:

• общетоксические (углеводороды, спирты, анилин, сероводород, синильная кислота и ее соли, соли ртути, хлорированные углеводороды, оксид углерода). Эти вещества вызывают расстройство нервной системы, мышечные судороги, нарушают структуру ферментов, влияют на кроветворные органы;
• раздражающие (органические красители, антибиотики). Эти вещества повышают чувствительность организма к заболеваниям;
• канцерогенные (бенз(а)пирен, асбест, нитроазосоединения). Они вызывают развитие всех видов раковых заболеваний. При этом процесс заболевания может быть отдален от момента воздействия химических веществ на годы и даже десятилетия;
• мутагенные (этиленамин, оксид этилена, хлорированные углеводороды, соединения свинца, ртути и др.). Воздействие этих веществ обнаруживается в отдаленном периоде жизни. При воздействии на половые клетки мутагенное влияние сказывается на здоровье последующих поколений. Наиболее часто встречающиеся вещества, влияющие на репродуктивную функцию, - это борная кислота и аммиак. Они вызывают возникновение врожденных пороков развития. Кроме того, воздействие мутагенных веществ проявляется в преждевременном старении организма, повышении общей заболеваемости, развитии злокачественных новообразований.

Токсичное действие химических веществ определяется не только свойствами, но и количеством вещества, попавшего в организм (дозой). Например, большое значение имеет концентрация химических веществ в воздухе рабочей зоны, от которой доза зависит непосредственно.
Негативное воздействие вредных веществ начинается с определенной их концентрации в организме (порога). Повторное воздействие вещества даже при меньшей его концентрации обычно вызывает больший эффект, чем предыдущее. Повышающуюся чувствительность организма к веществу называют сенсибилизацией. Возникающие при этом чужеродные для человека белковые молекулы, формирующие антитела, могут вызвать развитие аллергических реакций.
В токсикологии используются показатели степени токсичности (опасности вещества): средняя смертельная концентрация при вдыхании, введении в желудок или попадании на кожу. Показатели степени токсичности легли в основу разработки нормативов ПДК.
По классам опасности для человека вредные вещества подразделяются на 4 класса (табл. 3.1). К четвертому классу относятся наиболее опасные вещества.
Таблица 3.1
Предельно допустимая концентрация и класс опасности некоторых химически вредных веществ, наиболее часто встречающихся в рабочей среде на железнодорожном транспорте

Наименование вещества (пыль, аэрозоль)	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Ацетон	200	4
Бензин топливный (в пересчете на углерод)	100	4
Керосин, уайт-спирит	300	4
Никель (оксиды никеля)	0,5	2
Оксид углерода	20	4
Оксиды азота	5	2
Оксиды тантала	10	3
Пыль, содержащая более 70 % кварца	2	3
Пыль стеклянного и минерального волокна	3	4
Пыль животного происхождения	4	4
Сернокислый ангидрид	10	3

У рабочих, связанных с выгрузкой сыпучих химических грузов, очисткой и промывкой вагонов из-под остатков химических грузов, дегазацией, при нарушении правил охраны труда могут возникать хронические бронхиты, пневмонии, пневмосклероз, болезни сердца, костно-мышечного аппарата, желудочно-кишечного тракта и неврозы. Обоняние у этих работников, как правило, снижено. У рабочих, занятых пропаркой цистерн из-под сырой нефти, возникают нарушения функции печени, ослабляются иммунные реакции организма.

Человек, на протяжении своей жизни, испытывает на себе целый ряд факторов, которые как положительно, так и негативно влияют на его здоровье. Факторы, влияющие на здоровье человека, исчисляются не одним десятком. Помимо генетических и биологических особенностей человека, также непосредственное влияние на него оказывают экологические, социальные и физические факторы. Это сказывается не только непосредственно на здоровье человека, но и на продолжительность его жизни.

Влияние на человека, как правило, оказывают следующие факторы:

• Физические
• Химические
• Генетические
• Здравоохранение

Химические факторы

Факторы воздействия на здоровье человека данного вида воздействия, как правило, имеют сильное влияние на дальнейшее существование человека. Загрязнение нашей атмосферы напрямую взаимосвязано с ухудшением состояния здоровья, а, следовательно, и продолжительности жизни. Это всегда оставалось, и будет оставаться актуальным вопросом.

Наиболее вероятными факторами, которые сопутствуют химическому отравлению или заражению являются производственные предприятия, которые выбрасывают отходы в атмосферу, грунт и воду. В атмосферу, как правило, попадают вредные вещества – газы, которые могут оказывать как прямое воздействие на человека, то есть человек вдыхает вредные испарения вместе с воздухом, как и двоякое, то есть через воду или сушу. Так, при попадании в почву, вредные вещества могут впитываться растениями, которые затем человек употребляет в пищу. То же касается и воды. Человек использует воду в личных целях, даже не зная того, какие вредные вещества содержатся в ней, и чем они грозят. Так как большинство выбрасываемых в атмосферу газов, легко могут соединяться с водой, то районы с активной промышленностью имеют не только загрязненную атмосферу, но и загрязненную воду и грунт.

Так, факторы, формирующие здоровье человека, в данном случае не могут превосходить факторы загрязнения, и поэтому в промышленных районах чаще болеют дети и жители чаще страдают от онкологических заболеваний, что существенно сокращает их жизнь.

Стоит отметить, что воздействие загрязненного атмосферного воздуха на население, обусловлено такими объективными принципами:

Разнообразие загрязнения – полагается, что на человека, который обитает в промышленном районе, может воздействовать примерно несколько сотен тысяч химических и отравляющих веществ. В определенном районе, может присутствовать ограниченное количество вредных веществ, но в большей концентрации, притом, что комбинация неких веществ, может вызвать усиление негативного их влияния на человека.

Массированное воздействие – человек вдыхает примерно 20000 литров воздуха в день, и даже незначительные концентрации отравляющего вещества, которые содержаться в воздухе, сравнимо таким вдыхаемым объемам могут вызвать значительное поступление токсинов в организм.

Доступ токсинов во внутреннюю среду организма. Как известно, легкие имеют поверхность примерно 100 м квадратных, что позволяет им впитать вредные вещества и рассеять их по большой поверхности органа. Токсины имеют прямой контакт с кровью, поскольку из легких, они сразу попадают в большой круг кровообращения, миновав на своем пути токсикологический барьер – печень.

Трудность защиты. Отказавшись принимать в пищу загрязненные продукты или воду, человек все равно продолжает впитывать в себя токсины через атмосферу и воздух.

Загрязнение атмосферы, как правило, негативно сказывается на сопротивляемости организма, последствием которой становится повышенная заболеваемость и ряд физиологических изменений организма. Факторы, влияющие на здоровье человека в данном случае, снижают среднюю продолжительность жизни.

Если сравнивать атмосферное загрязнение, то оно в десятки раз опаснее загрязнения воды или грунта, поскольку через легкие токсины напрямую попадают в кровь.

Основными загрязнителями почвы служат утечки химических отходов, неправильно захороненных или неправильно сохраняемых, оседание на почву вредных веществ с атмосферы, а также обильное применение химикатов в сельском хозяйстве.

По России, почва загрязнена пестицидами практически на 8 %. В данный момент, наиболее вероятно, что почти все водные объекты поддаются антропогенному загрязнению.

Факторы влияния на здоровье человека в химическом плане настолько разнообразны, что справиться с ними всеми невозможно. Поскольку масштабы производства с каждым днем растут в геометрической последовательности, а для восстановления ресурсов природы требуются целые десятки, а то и сотни лет.

Физические факторы

Основные физические факторы, негативно сказывающиеся на человеке, это – шум, электромагнитные излучения, вибрации, электрический ток.

Разберем каждый из видов негативного влияния отдельно.

Шум – комплекс звучаний и звуков, которые могут вызвать нарушения или неприятные ощущения в организме, а в некоторых случаях даже разрушение органов слуха. Так шум в 35 дБ может вызвать бессонницу, шум в 60 дБ может раздражать нервную систему, шум в 90 дБ вызывает ослабевание слуха, угнетенность состояния, или, напротив, приводит к возбуждению нервной системы. Шум больше чем 110 дБ может приводить к шумовому опьянению, которое выражается, как и алкогольное опьянение, а также к возбуждению и неврастении. Основные источники шума - это транспорт, как автомобильный, так и железнодорожный, и авиационный, а также предприятия.

Вибрация – это колебательные процессы, которые могут иметь широкий диапазон частот, получаемых в результате действия, какого-либо механизма, передаваемого колебательную энергию. Это может быть как транспорт, так и предприятия.

Электромагнитное излучение, как правило, передают радио или телевизионные станции, радиолокационные установки, разного рода промышленные приборы. Постоянное воздействие электромагнитного поля или радиоволн могут привести к изменениям в нервной или эндокринной системе.

Генетический фактор

Как правило, обусловлен предшествующим влиянием на предыдущие поколения населения токсических или загрязняющих веществ, которые в итоге могут вылиться в наследственные заболевания потомков, и как следствие - низкая продолжительность жизни определенных частей населения. Также следующие поколения могут быть предрасположены к определенным заболеваниям.

Здравоохранение

Во многом все зависит от развитости инфраструктуры здравоохранения в определенной стране. Поскольку от этого напрямую зависит состояние здоровья населения и продолжительность его жизни. Факторы, определяющие здоровье человека, в данном случае существенны. Берется во внимание общая осведомленность населения, финансирование структур медицины, развитие инновационных технологий и методов лечения, а также своевременная диагностика, которая может быть успешной только при наличии дорогостоящего оборудования для проведения манипуляций.

Старайтесь правильно питаться, вести здоровый образ жизни и не нервничать. От этого, ваша продолжительность жизни возрастет на много лет. Будьте здоровы!