كيمياء البيئة: الهواء والماء والتربة

Absolutely! Here are detailed study notes in Arabic from the text you provided.

كيمياء البيئة

• تتأثر كيمياء الهواء وكيمياء الماء وكيمياء التربة بالبيئة والوسط المحيط بها بشكل مختلف.
• يتم تقسيم منهج كيمياء البيئة وفقًا لحالات المادة (الصلبة والسائلة والغازية والبلورية والبلازما).
• يختلف سلوك كيمياء الهواء (المادة الغازية) عن كيمياء الماء (المادة السائلة) وكيمياء التربة (المادة الصلبة).
• يختلف الوسط الذي توجد فيه المركبات الكيميائية وتفاعلاتها (اعتمادًا على الآلية أو الناتج أو وجود عامل مساعد أو طاقة أو استقرار معين).

كيمياء البيئة الجوية (كيمياء المركبات في الحالة الغازية):

• توجد مركبات كيميائية غازية مختلفة في الغلاف الجوي.

غاز الأكسجين

• يشكل غاز الأكسجين (O2) 20.94% من الغلاف الجوي للأرض.
• يعتبر الأوزون (O3) شكلًا ألوتروبيًا من الأكسجين وغير مستقر، وطاقة تكوينه تقدر بصفر.
• الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة في قشرة الأرض (48.9% بالوزن).
• يعتبر الأكسجين ثاني أكثر العناصر وفرة في تكوين الأرض ككل، بعد الحديد.
• يوجد الأكسجين الذري (O.) بوفرة في الكون (البيئة الهوائية/الجوية) وهو ثالث أكثر العناصر وفرة بعد الهيدروجين والهيليوم في كواكب النظام الشمسي.
• يوجد أربعة نظائر مستقرة للأكسجين (16O8، 17O8، و18O8) وأكثرها وفرة هو الأكسجين الذي له عدد كتلي 16 وعدد ذري 8، حيث تبلغ وفرته الطبيعية 99.8%.
• الماء (H2O) مركب رئيسي يتكون من غازات الأكسجين O2 والهيدروجين H2.

نظائر الماء ومكوناتها

• نظائر الهيدروجين: وفرة 1H (99.985%)، 2D (0.015%)، وعمر النصف لـ 3T (12.33 سنة).
• وفرة نظائر الأكسجين: 18O (0.200%)، 17O (0.038%)، 16O (99.762%)، وعمر النصف لـ 15O (122 ثانية) و 14O (70.6 ثانية).
• الوفرة النسبية لنظائر الماء الستة: H216O (99.78%)، H218O (0.20%)، H217O (0.03%)، HD16O (0.0149%)، D216O (0.022 جزء في المليون)، وHT16O (أثر).
• يُطلق على D216O اسم الماء الثقيل، ويتم إنتاجه من خلال عملية تخصيب المياه الطبيعية.
• يستخدم الماء الثقيل في التكنولوجيا النووية لامتصاص الحرارة الناتجة عن حركة النيوترونات من مصادر مشعة في المفاعلات النووية (تبريد المفاعل).

غاز النيتروجين (N2)

• يُعرف أيضًا بالنيتروجين، وهو غاز خامل يطفئ اللهب.
• غاز كيميائي خامل لا يتفاعل ولا يساعد على الاحتراق.
• غاز ثنائي الذرة عديم اللون والطعم والرائحة في الظروف القياسية (ضغط جوي واحد و25 درجة مئوية).
• يعتبر النيتروجين عنصرًا شائعًا في الكون وجزءًا من تكوين الأرض.
• يشكل النيتروجين 78% من الغلاف الجوي (العنصر الكيميائي الأنقى من حيث الوفرة).
• يلعب النيتروجين دورًا هامًا في تكوين الأنسجة الحية (الأحماض الأمينية والبروتينات).
• يستخدم النيتروجين في الصناعة لتكوين مركبات هامة مثل الأمونيا (NH3) وحمض النيتريك (HNO3) والسيانيد (-C≡N)-1.
• يعتبر النيتروجين مكونًا هامًا في صناعة البارود والأسمدة.

الغلاف الجوي

• الغلاف الجوي هو طبقة رقيقة من الغازات المحيطة بالأرض، بما في ذلك النيتروجين (78.08%) والأكسجين (20.95%) والأرجون (0.93%) وثاني أكسيد الكربون (0.0365%) وبخار الماء (0.5-3.5%).
• يدعم الغلاف الجوي جميع أشكال العمليات الحيوية على الأرض ويختلف عن أغلفة الكواكب الأخرى.
• يتكون الغلاف الجوي من أربع طبقات: التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والثيرموسفير.
• تزيد المسافة بين طبقة وأخرى من سطح الأرض (0 كم) إلى حدود الشمس عن (500 كم).
• تتكون المكونات الكيميائية الغازية في كل طبقة نتيجة لتشكلها بفعل طاقة الشمس المشعة.
• تتراوح درجة الحرارة داخل حدود كل طبقة من سطح الأرض (14 درجة مئوية) إلى حدود الشمس (أكثر من 1200 درجة مئوية).

دورة شابمان وتكوين الأوزون

• تقع الميزوسفير على حدود الستراتوسفير التي تحتوي على كميات من غاز الأوزون.
• تحدث تفاعلات متعددة لغاز الأوزون ناتجة عن تكوّنه وتفككه بفعل طاقة الإشعاع الشمسي.
• تتكون هذه التفاعلات من أربعة تفاعلات كيميائية رئيسية تسمى دورة شابمان.
• تؤدي دورة تشابمان إلى اختلاف نسبة الأكسجين بسبب الأكسجين الفردي من منطقة إلى أخرى في الغلاف الجوي.
• في التفاعل الأول، تنقسم جزيئات الأكسجين الثنائية إلى جذور حرة في شكل أكسجين ذري (مفرد) بفعل طاقة الإشعاع الشمسي.
• في التفاعل الثاني، يتكون الأوزون (مثلث مكون من ثلاث ذرات أكسجين) نتيجة لتفاعل الأكسجين الذري مع الأكسجين الثنائي في وجود الجسم الثالث (M)، وهو غاز النيتروجين.
• النيتروجين يلعب دورًا كبيرًا في التفاعل الثاني بسبب كميته الكبيرة.
• في التفاعل الثالث، تشير النجمة الصغيرة إلى أن الذرة مثارة، وعندما تحاول العودة إلى وضعها المستقر، فإنها تشع كمية من الطاقة، مما يزيد من درجة الحرارة.
• يُعد التفاعل الرابع تفاعلًا طاردًا للحرارة بدرجة كبيرة، وهو مسؤول عن ارتفاع درجة الحرارة في الستراتوسفير بالقرب من الشمس، ومسؤول عن إزالة الأكسجين الفردي، مما يقلل من إنتاج كل من الأكسجين الذري والأوزون (O3).

ظاهرة الاحتباس الحراري

• تنشأ ظاهرة الاحتباس الحراري عندما تخترق الأشعة ذات الطول الموجي القصير طبقات الغلاف الجوي الأربعة.
• جزء من الأشعة ذات الطول الموجي القصير يمتصها الغلاف الجوي وجزء ينعكس بطاقة أقل وطول موجي طويل في شكل أشعة تحت حمراء.
• يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة غازات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) وبخار الماء، مما يمنعها من الاختراق إلى الفضاء الخارجي.
• تنعكس الغازات (CO2، بخار الماء، الميثان، الهيدروكربونات المفلورة CFC، وما إلى ذلك) مرة أخرى إلى سطح الأرض، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة على السطح.
• هذه الظاهرة مشابهة للاحتباس الحراري المستخدم الآن لنمو النباتات.

نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي

• نسبة غاز الأكسجين في التروبوسفير تبلغ 21% من إجمالي الغلاف الجوي الغازي للأرض، وهي ضرورية لاستمرار الحياة على سطح الأرض في نطاق (من صفر إلى 15 كم).
• لا توجد مثل هذه النسبة الكبيرة في بقية الطبقات الثلاث العليا حتى الشمس.