MEV 013: Unit 03 - Environmental Chemistry-III

-

UNIT 3: ENVIRONMENTAL CHEMISTRY-III

3.0 Introduction

Environmental chemistry explores chemical phenomena in nature. This unit delves into aqueous chemistry, gas solubility, the carbonate system, speciation, heavy metals, radionuclides, hydrocarbons, fuels, and lubricants—key for understanding pollution and sustainability.

3.1 Objective

After completing this unit, you should be able to:

  • Understand solubility and its environmental significance.
  • Explain gas solubility and the carbonate buffering system.
  • Describe chemical speciation and its role.
  • Discuss environmental behavior of heavy metals and radionuclides.
  • Understand hydrocarbons, fuels, additives, and lubricants.

3.2 Solubility and Solubility Product

  • Solubility: Maximum amount of solute that dissolves in a solvent at a specific temperature.
  • Solubility Product (Ksp): Equilibrium constant for a sparingly soluble salt.

AB(s)⇌A++B−Ksp=[A+][B−]AB (s) ⇌ A^+ + B^- \quad K_{sp} = [A^+][B^-]AB(s)⇌A++B−Ksp​=[A+][B−]

  • Environmental Relevance: Determines mobility of heavy metals in water. Precipitation/removal of ions depends on Ksp.

3.3 Solubility of Gases

  • Governed by Henry’s Law:

C=kPC = kPC=kP

Where CCC = gas concentration, PPP = partial pressure, kkk = Henry’s constant.

  • Temperature effect: Gas solubility decreases with rising temperature.
  • Environmental Impact: Oxygen solubility in water is crucial for aquatic life; affected by pollution and temperature.

3.4 Carbonate System

  • Key to buffering pH in natural waters:

CO2+H2O⇌H2CO3⇌HCO3−+H+⇌CO32−+2H+CO_2 + H_2O ⇌ H_2CO_3 ⇌ HCO_3^- + H^+ ⇌ CO_3^{2-} + 2H^+CO2​+H2​O⇌H2​CO3​⇌HCO3−​+H+⇌CO32−​+2H+

  • Importance:
    • Regulates acidity of rainwater, oceans, lakes.
    • Ocean acidification due to increased CO₂ lowers pH, harming marine organisms.

3.5 Chemical Speciation

  • Definition: Distribution of an element among defined chemical species.
  • Forms: Free ions, complexes, precipitates, adsorbed species.
  • Why it matters:
    • Toxicity: Free ions often more toxic.
    • Mobility: Speciation affects transport and bioavailability.
    • Remediation: Effective cleanup depends on identifying species.

3.6 Chemistry of Heavy Metals

  • Common Heavy Metals: Pb, Hg, Cd, As, Cr.
  • Sources: Industry, mining, fossil fuel combustion, waste.
  • Toxicity:
    • Bioaccumulation and biomagnification.
    • Pb affects neurological development; Hg impairs brain and kidney function.
  • Speciation Example:
    • Chromium (III): relatively nontoxic.
    • Chromium (VI): highly toxic and carcinogenic.

3.7 Radionuclides

  • Definition: Radioactive isotopes emitting ionizing radiation.
  • Examples: Uranium-238, Radon-222, Cesium-137.
  • Sources: Nuclear waste, weapons testing, natural decay.
  • Environmental Concerns:
    • Long half-lives → persistent contamination.
    • Bioaccumulation in food chains.
    • Health effects: cancer, genetic damage.

3.8 Saturated and Unsaturated Hydrocarbons

  • Saturated Hydrocarbons (alkanes):
    • Single bonds only. Example: methane (CH₄).
    • Less reactive.
  • Unsaturated Hydrocarbons:
    • Alkenes (double bonds), alkynes (triple bonds).
    • More chemically reactive.
  • Environmental Note:
    • Hydrocarbons from spills and emissions contribute to smog and health issues.

3.9 Chemistry of Fuels

3.9.1 Gasoline

  • Composition: Hydrocarbons (C₅–C₁₂ range).
  • Properties: High volatility, high energy content.
  • Octane rating: Indicates anti-knock performance.

3.9.2 Chemistry of Gasoline Fuel Additives

  • Purpose: Enhance combustion, reduce emissions.
  • Types:
    • Oxygenates (ethanol, MTBE) → complete combustion.
    • Detergents → prevent engine deposits.

3.9.3 Antiknock Agents

  • Prevent knocking due to premature fuel ignition.
  • Tetraethyl Lead (TEL): Formerly used, now banned due to toxicity.
  • Modern Alternatives: Aromatics, isooctane, ethanol.

3.10 Lubricants

  • Function: Reduce friction and wear, transfer heat, protect from corrosion.

3.10.1 Biogas

  • Source: Anaerobic digestion of organic waste.
  • Composition: ~60% methane, ~40% CO₂.
  • Eco-benefits:
    • Renewable.
    • Reduces landfill use and GHG emissions.

3.10.2 Classification of Lubricants

  • Based on state:
    • Solid (e.g., graphite).
    • Liquid (mineral oils, synthetic oils).
    • Semi-solid (greases).
  • Based on origin:
    • Mineral-based.
    • Synthetic.
    • Bio-lubricants.

3.10.3 Properties of Lubricants

  • Viscosity: Resistance to flow.
  • Thermal stability: Resistance to decomposition.
  • Pour point: Lowest temp at which it flows.
  • Flash point: Temp at which vapor ignites.

3.11 Let Us Sum Up

  • Solubility concepts help understand chemical transport in ecosystems.
  • Carbonate buffering regulates pH in water bodies.
  • Speciation is critical for understanding metal toxicity.
  • Heavy metals and radionuclides pose serious health and environmental threats.
  • Hydrocarbon classification and fuel chemistry are central to pollution studies.
  • Lubricants and biogas offer insights into sustainability and green technology.

3.12 Glossary

  • Ksp: Solubility product constant.
  • Henry’s Law: Gas solubility ∝ pressure.
  • Speciation: Distribution of element among chemical forms.
  • Octane number: Rating for fuel anti-knock quality.
  • Antiknock agent: Substance preventing premature ignition.
  • Biogas: Methane-rich gas from organic waste.
  • Viscosity: Measure of fluid's resistance to flow.

Comments

Post a Comment

Popular Posts

Jcert Class 8 Daffodil Chapter 1a: The Naive Friends Solutions

-
Chapter 1a : The Naive Friends Answer the following questions: 1. Which questions made Keshav and Shyama curious about the egg? Ans.         How did the chick come out? How big would the eggs? How many? What colours would they? What did they eat? Such types of questions made Keshav and Shyama curious about the egg. 2. What three things did the children do to protect the eggs? Ans.         The children done three things are: (i)          Adjustment of food. (ii)        Adjustment of water. (iii)      Adjustment of roof. 3. Why did Keshav think of making a cushion for the eggs? Ans.         When Keshav saw the egg on direct sun light, he thaught making a cushion for the eggs. 4. What excuse did Keshav give for not showing the eggs to Shyama? Ans.     ...
Read more

Jcert Class 8 भाषा मंजरी Chapter 3 मित्रता Solutions

-
अध्याय - 3 : मित्रता 1. आप किस प्रकार कह सकते हैं कि मित्रों के चुनाव की उपयुक्तता पर हमारे जीवन की सफलता निर्भर करती है? उ. मित्रों के चुनाव की उपयुक्तता पर हमारे जीवन की सफलता निर्भर करती है क्योंकि संगति का गुप्त प्रभाव हमारे आचरण पर पड़ता है और यदि हमें अच्छी संगति, अच्छे मित्र मिलते हैं तो वे हमें सफलता की ओर ले जाते हैं जबकि बुरी संगति हमारे जीवन को खाक में मिला देती है।  2. 'विश्वासपात्र मित्र जीवन की एक औषध है।' आशय स्पष्ट कीजिए। उ. 'विश्वासपात्र मित्र जीवन की एक औषध है'- ऐसा इसलिए कहा गया है कि यदि हमें विश्वासी मित्र मिल गया तो हम अपने जीवन में चाहे जैसा भी कदम उठाएँ, उस कदम की आलोचना करके वह हमें सही दिशा की ओर उन्मुख करेगा। हम अपनी गलती रूपी बीमारी को उसकी आलोचना रूपी औषधि से दूर कर सकेंगे।  3. मित्र का चुनाव करते समय हमें किन बातों का ध्यान रखना चाहिए? उ. मित्र का चुनाव करते समय हमें निम्नलिखित बातों का ध्यान रखना चाहिए हमारे अच्छे विचारों (संकल्पों) को दृढ़ करने वाला हो। हमें दोषों और त्रुटियों से बचाए। हमारे सत्य, पवित्रता ...
Read more

Jcert Class 8 भाषा मंजरी Chapter 8 अमरूद का पेड Solutions

-
अध्याय - 8 : अमरूद का पेड 1. लेखक को क्यों लगता है कि इन सब पिछड़े खयालातों का हमारे घर में गुजर नहीं हो सकेगा। उ. अमरूद के पेड़ को देखकर सबसे पहले बाबू कन्हैयालाल की बूढ़ी पत्नी ने एक दिन टोका कि पश्चिम की तरफ अगर मकान का मुखड़ा हो और सामने ही अमरूद का पेड़ तो 'राम-राम बड़ा अशुभ होता है और माँ के चेहरे पर थोड़ा-सा भय दिखा पर लेखक को विश्वास था कि इन सब पिछड़े खयालातों का हमारे घर में गुजर नहीं हो सकेगा क्योंकि उसके घर के लोग आधुनिक विचारधारा के थे उसकी माँ सत्याग्रह के दिनों में अजमेर में लम्बा जेल कर चुकी है। पिताजी खुद राजनैतिक सामाजिक उदारता वाले आदमी थे। बुआ ने विवाह नहीं किया था, पढ़ने-लिखने में ही अपनी सम्पूर्ण जिन्दगी लगा दी और समाज कोई चुनौती देने का साहस नहीं कर सका। साथ ही परिवार के सभी लोगों में पिछड़ेपन के प्रति भर्त्सना का भाव था। 2. अमरूद के पेड़ की छाया किस प्रकार लेखक को उनके भाई-बहनों के साथ जोड़ती है ? उ. अमरूद के पेड़ की छाया लेखक को उसके भाई-बहनों के साथ जोड़ती है। वे सभी अमरूद की छाया में बेंत की कुर्सियों पर बैठ चर्चाएँ करते थे जिससे उनके बीच...
Read more