Зона грибного відчуження • Аркадій Курамшин • Науково-популярні завдання на "Елементи" • Хімія, Біологія

Зона грибного відчуження

завдання

Росспоживнагляд рекомендує: "Збирайте гриби далеко від доріг, магістралей, поза населених місць, в екологічно чистих районах". Не рекомендується збирати гриби ближче 500 метрів від не надто навантажених доріг місцевого значення і ближче 1000 метрів від великих доріг з високою щільністю руху (якщо ліс дуже густий і без полян, ці відстані можна зменшити вдвічі), причому не важливо, використовується дорога зараз або занедбана . Аналогічна ситуація і з аеродромами – навіть малої авіації, навіть давно закинутими: не варто збирати гриби ближче кількох сотень метрів від них. А ось для залізниць зона "грибного відчуження" набагато менше – всього 50 метрів від залізничного полотна. Втім, та ж норма діє і для нових автодоріг, введених в експлуатацію після 1 липня 2003 року: збирати гриби безпечно вже всього в 50 метрах від дороги. Поясніть, З чим пов'язана така різниця в санітарних нормах для різних типів доріг і різних видів транспорту.


Підказка 1

Чи відрізняються за принципом роботи двигуни автомобілів, тепловозів і гвинтових літаків або вертольотів? Чи потрібно їм різний або однакове паливо?


Підказка 2

Фраза «Гриби поглинають компоненти вихлопних газів» досить загальна. Чим можуть відрізнятися склади вихлопних газів автомобільного, авіаційного та тепловозного двигунів.


Підказка 3

Згадайте, похідні яких елементів найважче включаються в кругообіг речовин в природі і, як наслідок, гірше виводяться з організму.


Рішення

Зазвичай небезпека збору грибів у доріг пояснюють загальними словами на кшталт таких: "при згорянні палива в повітря і грунт з вихлопними газами потрапляють речовини, які можуть надавати на організм людини канцерогенну, мутагенну і токсичну дію".

З умови задачі можна зрозуміти, що речовини, які потрапляють (або / і потрапляли) в навколишнє середовище, а точніше – в грунт (зростаюче плодове тіло накопичує в собі небезпечні речовини з грунту), з вихлопними газами автомобілів, гвинтових літаків і вертольотів небезпечніше для організму, ніж речовини з вихлопних газів залізничних тепловозів. Така різниця викликана, як нескладно здогадатися, використанням різних типів двигунів і різного палива.

Двигуни гвинтовий авіації і більшість автомобільних – це бензинові двигуни внутрішнього згоряння, в яких заздалегідь стисла топливовоздушная суміш підпалюється електричною іскрою.Важливо щоб ця суміш добре стискалася, але не вибухала завчасно (від стиснення і високих температур). Це властивість називається стійкістю палива до детонації. Чистий бензин – отримується при перегонці фракція нафти – не годиться в якості палива для бензинового двигуна. Щоб поліпшити антидетонаційні якості, бензин можна хімічно модифікувати і / або додавати в нього антидетонаційні присадки.

Двигуни тепловозів – переважно дизельні і працюють за рахунок самозаймання розпорошеного в камері згоряння палива від впливу розігрітого при стисненні повітря. Дизельні двигуни більш "всеїдні": як паливо можна використовувати практично всі важкі фракції ректифікації нафти від гасу до мазуту і навіть сира нафта, а також рапсове масло, відпрацьований кулінарний жир і т. Д. Причому, всі ці види дизельного палива годяться без будь -або модифікації.

Для повноти картини слід додати, що в "великий авіації" використовуються в основному гасові реактивні двигуни, проте для вирішення завдання це не важливо – охоронна зона аеропортів зазвичай досить велика, так що зовсім близько до них гриби не позбирати.

Будь-яке паливо, отримане з нафти, – це суміш, в основному складається з насичених і ароматичних вуглеводнів. Відмінність лише в деталях: наприклад, в ряду бензин – гас – мазут збільшуються молекулярна маса і температура кипіння вуглеводнів.

Якщо порівнювати усереднений склад вихлопних газів сучасних бензинових і дизельних двигунів, можна побачити, що принципових відмінностей у змісті шкідливих речовин, що викидаються кожним з двигунів, немає. Нижче наведена таблиця зі статті Вихлопні гази. У ній, правда, вказані дані для дизельних автомобільних двигунів, але дизельні двигуни тепловозів працюють за тим же принципом, що і автомобільні, тому відносний склад їх вихлопних газів буде дуже близьким, якщо не ідентичним.

компоненти
вихлопних газів
двигуни
бензинові автомобільнідизельні
Азот, об.%74-7776-78
Кисень, об.%0,3-8,02,0-18,0
Вода (пари), об.%3,0-5,50,5-4,0
Вуглекислий газ, об.%0,0-16,01,0-10,0
Монооксид вуглецю, об.%0,1-5,00,01-0,5
Оксиди азоту, об.%0,0-0,80,0002-0,5
Вуглеводні, об.%0,2-3,00,09-0,5
Альдегіди, об.%0,0-0,20,001-0,009
Сажа, г / м30,0-0,040,01-1,1
Бензапірен, г / м310-20×10−610×10−6

До токсичних і мутагенних компонентів вихлопних газів відносять продукти неповного згоряння вуглеводневого палива – монооксид вуглецю (чадний газ), вуглеводні, альдегіди, сажу і бензапірен, а також утворюються при горінні оксиди азоту.З них в грунті мають шанс накопичуватися тільки вуглеводні, сажа і бензапірен, а решта небезпечні лише при безпосередньому вдиханні вихлопів. У довгостроковій перспективі чадний газ змішається з атмосферою і буде повільно окислюватися до вуглекислого газу, оксиди азоту або продукти їх реакції з водою – азотна і азотистая кислоти і їх солі – будуть засвоюватися рослинами, альдегіди окислятся до спиртів, які будуть засвоюватися мікроорганізмами, а газоподібні вуглеводні (метан, етан, пропан і бутан) також потраплять в атмосферу і братимуть участь в хімічних процесах там, а не в грунті.

Порівняння вихлопних газів дизельного і бензинового двигунів показує, що вони мало відрізняються в "збагачення" грунту небезпечними речовинами: бензапіреном виділяється приблизно однаково, дизельний двигун виділяє більше сажі, зате бензиновий автомобільний – більше вуглеводнів. Власне кажучи, саме відсутність значних відмінностей і призвело до того, що для нових автодоріг і залізниць "санітарні норми" для збору грибів однакові.

Мал. 2. Плакат «Остерігайтеся отруєнь етилованим бензином» і схожі плакати, що попереджають про шкоду етилованого бензину,раніше висіли на бензоколонках. Художники В. В. Данилова, Д. А. Дмитрієв, 1956 рік. Зображення з сайту litfund.ru

Виходить, що в таблиці не вказана причина більшої небезпеки автомобільних доріг. Але це логічно, оскільки найбільш небезпечні для грунту речовини з липня 2003 року в Росії в вихлопних газах автомобільних двигунів просто не повинні утворюватися (через закон №34-ФЗ). Мова про органічних і неорганічних з'єднаннях свинцю, які були присутні у вихлопних газах через те, що довгий час для збільшення потужності двигуна і підвищення октанового числа бензину використовувався етилований бензин, в який в якості антидетонаційної присадки додавали тетраетилсвинець (Pb (C2H5)4). А ось в авіаційному бензині, який застосовується для гвинтових авіації, тетраетилсвинець застосовується і до цього дня.

Оскільки "свинцеві" присадки використовувалися досить довго, продукти повного і неповного згоряння тетраетилсвинцю, природно, накопичувалися уздовж доріг. Якщо знати середній річний пробіг машини і витрата палива, то можна уявити масштаби лиха. Вміст свинцю в етилованого бензинах коливалося від 0,15 до 0,37 г / л, а, наприклад, в 1995 році в Росії налічувалося 19,6 млн автомобілів.За деякими даними сумарне надходження свинцю в атмосферу від автотранспорту в той рік оцінюється величиною близько 4000 тонн.

Вітру розносили свинецсодержащие аерозолі з вихлопів на відстані до кілометра від автотрас. Придорожня рослинність зменшує цей ефект (послаблює вітер і поглинає шкідливі речовини), так що це одна з причин, за якими вздовж доріг, що проходять серед використовуються земель сільськогосподарського призначення, стали висаджувати лісозахисні смуги.

З кінця 1970-х років в СРСР почався процес відмови від використання тетраетилсвинцю, який завершився, як уже говорилося, в 2003 році. Проте, узбіччя доріг ще значно забруднені свинцем, а оскільки він і його похідні відносяться до першого класу небезпеки, слід все ж утриматися від збирання грибів у автотрас, який би привабливою не здавалася ідея "припаркувався на узбіччі, зайшов в ліс, набрав повний багажник ".


Післямова

Етиловий бензин, а точніше – бензин, що містить тетраетилсвинець, став масово вироблятися з 1920-х років. Свого часу він дозволив автомобілям масового виробництва стати конкурентом, а потім і витіснити транспортні засоби на гужовий тязі.Але незважаючи на це в 2010 році був включений журналом Time в список п'ятдесяти найгірших винаходів в історії людства.

Винахідник октанове шкали бензинів та інших видів палива сер Гаррі Рікардо (1885-1974). Фото з сайту imechearchive.wordpress.com

У бензинових двигунах внутрішнього згоряння стисла топливовоздушная суміш підпалюється електричною іскрою. Для ефективної роботи двигуна необхідно, щоб ця суміш могла бути максимально стиснута – тобто до мінімально можливого обсягу. Підпал суміші при максимальному стисканні збільшує кількість корисної роботи, яку, розширюючись, здійснюють продукти горіння суміші, що впливає і на швидкість автомобіля, і на витрату палива. Але іноді паливо при стисненні вибухає самостійно, до підпалу іскрою. Цей "самопідпал" називається детонацією. Детонація знижує ефективність двигуна і сприяє його більш швидкого зносу (зауважимо, що в той же самий час основою функціонування дизельного двигуна є, навпаки, здатність до самозаймання при стисканні). Здатність палива чинити опір детонації при стисненні називається октановим числом. Першу октанову шкалу вуглеводневого палива в 1921 році запропонував британський інженер Гаррі Рікардо (Harry Ricardo).

Низьке октанове число (близько 66 одиниць) бензинів прямої перегонки (отриманих тільки за допомогою ректифікації нафти – тобто фізичними методами і без подальшої хімічної переробки відганяти фракції) не дозволяв збільшити потужність двигунів внутрішнього згоряння з підпалом паливо-повітряної суміші і розвивати високі швидкості.

Томас Міджлі (1889-1944). Фото з сайту ru.wikipedia.org

У 1921 році американський інженер Томас Міджлі (Thomas Midgley, старих джерелах – Томас Мідглі) виявив, що вперше отримане в 1852 році і ніде які раніше не застосовувалося металлоорганическое з'єднання – тетраетилсвинець – збільшує октанове число бензину. Два роки по тому, в 1923 році три американські корпорації – General Motors, DuPont і Standard Oil створили спільне підприємство Ethyl Gasoline Corporation. Слово "етил" в назві було використано спеціально, щоб не лякати людей словом "свинець". Майже відразу у робітників на виробництві стали проявлятися симптоми хронічного отруєння свинцем. У 1924 році сам Міджлі пішов у відпустку, щоб вилікуватися від отруєння свинцем, але приховав цей факт. Він, як і Ethyl Corporation, завжди дотримувався практиці твердого заперечення токсичності продукції.

У нашій країні тетраетилсвинець не застосовувався до 1942 року.Але, отримавши по ленд-лізу у союзників партії вантажівок і американських і англійських винищувачів, СРСР довелося терміново закуповувати етилову рідина, щоб додавати тетраетилсвинець в вітчизняні бензини для підвищення їх детонаційної здатності, – низьке октанове число радянських бензинів призводило до швидкого зносу американських і британських двигунів , спроектованих під паливо з вищим октановим числом. Етилова рідина була розчин тетраетилсвинцю в брометане або дібромпропане (раніше вона стояла на бензоколонках в цистернах з попереджуючим написом "етил – отрута!"). Броморганічних з'єднання не тільки добре розчиняють тетраетилсвинець, дозволяючи вводити його в бензин, а й сприяли тому, що продукти згоряння тетраетилсвинцю легше йшли з вихлопними газами, а не осідали на деталях двигуна. Спочатку етилування бензину було організовано на армійських складах пального, а потім – на нафтопереробних заводах.

Обмежувати використання присадок з тетраетілсвінцом через зростаючого свинцевого отруєння навколишнього середовища почали там же, де їх винайшли – в США.Цей процес йшов з 1970 року, а до 1986 року виробництво і застосування етилованого бензину було повністю заборонено. В Європі тетраетилсвинець потрапив під заборону у 2000 році (хоча деякі країни відмовилися від нього і раніше), в Росії – в 2003 році (хоча, знову ж таки, велика частина автотранспортних засобів на час заборони вже була переведена на більш екологічно чисті версії палива). В даний час тетраетилсвинець все ще використовується в Ємені, Палестині, Афганістані та Північній Кореї.

Зараз октанове число бензину підвищують двома шляхами. Перший – хімічна переробка бензину прямої гонки. До таких методів належать процеси крекінгу і риформінгу, в яких довгі вуглеводневі ланцюги розщеплюються на більш короткі і відбувається ізомеризація лінійних вуглеводнів в розгалужені (вуглеводні з довгими і лінійними ланцюгами знижують октанове число палива, а з короткими і розгалуженими – підвищують).

Застосовують і антидетонаційні присадки. Це також металоорганічні з'єднання – цімантрен (трікарбоніл (η5-ціклопентадіеніл) марганець, Mn (η5-C5H5) (CO) і ферроцен (біс-η5-ціклопентадіенілжелезо (II), η55Н5)2Fe).При згорянні цих речовин утворюються практично безпечні для навколишнього середовища оксиди марганцю і заліза, однак тверді частинки цих оксидів можуть (як, втім, і тверді продукти згоряння тетраетилсвинцю) приводити до засмічення двигуна. Для збільшення октанового числа можна додавати в паливо і кисень з'єднання – спирти і ефіри (октанове число етанолу становить 100 одиниць), проте додавання невеликої кількості антидетонаційних присадок до продукту хімічної переробки прямий гонки ефективніше, ніж просто введення великої кількості добавок в бензинову нафтову фракцію, отриману тільки ректифікацією нафти без подальшої хімічної переробки.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: