环境科学化学的必要性

1化学是中心科学

化学知识产生的历史几乎伴随了人类历史的整个过程，人类社会的每一次进步常常用化学成就作为标志。世界是由物质组成的，化学则是人类认识世界和改造世界的主要方法和手段之一，是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。不同人群对化学的形象有不同的定论。在公众层次上，一提起化学就想起环境污染；对在校大学新生一提化学，就想到瓶瓶罐罐；而对年轻化学家一提化学，就以为做高深的论文〔1〕。其实对化学形象的正确认识在于，化学是解开自然界奥妙的钥匙，也是创造新生事物的科学。在当代所谓的八大朝阳科学(Sun-Rise-Sciences)：环境科学、信息科学、生命科学、材料科学、能源科学、地球科学、空间科学和核科学中，化学是一门中心科学〔2〕，无论哪一门科学的诞生、发展和未来都离不开化学。通过化学，人们在分子和原子的层次上理解事物的本质，同样在分子和原子的层次上合成新生事物，创造自然界原本不存在的物质。

2环境科学是综合科学

环境科学中所指的环境(environmental)是以人类为主题的外部世界，即人类生存、繁衍所必需的相适应的物质条件的综合体〔3〕。人类与环境构成了一对矛盾体系。环境科学主要研究这对矛盾体系，即环境在人类活动强烈干预下所发生的变化和为了保护这个系统的稳定性应采取的对策与措施。在宏观上，环境科学研究人类与环境之间的相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，揭示社会经济发展和环境保护协调发展的基本规律；在微观上，环境科学研究环境中的物质，尤其是人类排放的污染物在有机体内迁移、转化和累积的过程与运动规律，探索其对生命的影响及其作用机理等。可见，环境科学是一门综合性很强的科学，不仅牵涉到自然科学与工程技术科学的许多部门，还涉及经济学、社会学和法学等社会科学方面，要充分运用地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学、计算科学和社会学、经济学和法学等多种学科的知识〔4〕。环境科学的任务是揭示人类与环境矛盾体系的实质，研究二者的辩证关系，掌握其发展规律，调控二者之间物质、能量和信息交换过程，寻求解决矛盾的途径和方法，谋求人类环境系统的协调和持续发展。

3环境科学中的化学

当今工业社会，人口剧增大量消耗和破坏自然资源，排放到环境中的工业“三废”引起的环境恶化，直接构成对全人类生存的威胁。其实，自然环境可以通过大气、水流的扩散、氧化以及微生物的分解作用，将污染物化为无害物。但是当进入环境中的污染物的量超过环境自净能力时，就会直接或者间接有害于生物生长、发育和繁殖。

3.1臭氧层空洞的化学解释

臭氧层存在于距地表16-40Km的大气平流层中〔4〕。在自然状态下，大气平流层中的臭氧分子能够吸收紫外线的能量，分解成为氧原子，并很快与大气中的氧气发生进一步的化学反应，生成新的臭氧分子，使臭氧层中的臭氧分子的量达到动态平衡。太阳发射出的短波(200~280nm)紫外线的能量足以断开人与其他生物机体组织的化学键，从而伤害机体。由于太阳和地球之间存在臭氧层，这种紫外线全部被臭氧层吸收，臭氧层成为地球的天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。臭氧的分子构型为V字形，含有离域π34键。虽然在紫外线的照射下，臭氧化学键断裂成氧分子和自由态氧原子，同样在紫外线的照射下自由态氧原子也能吸收能量和周围的氧分子反应生成臭氧分子。这个化学平衡的左右移动过程，就是臭氧吸收紫外线的原因所在。然而，人类合成的氟利昂及排放的NOx，SOx等导致臭氧分解、消耗，给地球生命造成威胁。氟利昂化学性质稳定，本身没有毒，在强烈的紫外线照射下吸收能量，产生高活性原子态自由基。由于自由基带有成单电子，稳定性差，反应活性也大，能够立即和周围的臭氧分子反应生成氧气分子和自由氧原子破坏臭氧层。

3.2环境监测中的化学方法

为随时了解现有的环境质量及其变化规律，环境部门随时进行着监督和监测，即所谓的环境监测。环境监测是运用现代科学技术手段对代表环境污染和环境质量的各种因素的监视、监控和测定，对环境质量及其变化趋势进行评价的过程。在环境监测领域中化学发挥着重要作用。无论是水，空气和土壤的监测都离不开化学方法。

3.2.1水质监测

现场测定水样pH：电化学原理；加入酸碱保存水样：沉淀反应中溶度积规则；加入氧化还原剂保存水样：氧化还原原理；消解方法进行水样前处理：酸碱在高温下的氧化还原性水样COD，BOD的测定：化学滴定法；水样中金属离子的测定：仪器分析方法中原子吸收或原子发射分光光度法；水样中氟离子测定：电化学中离子选择性电极法；总有机碳的测定（TOC）：燃烧氧化-非色散红外吸收法。

3.2.2大气监测

SO2的监测：特定溶剂浓缩吸收-分光光度法；紫外荧光光度法；NOx的监测:化学发光法；总烃和非甲烷烃：气相色谱法；总悬浮颗粒物的组分测定：化学熔融法溶解颗粒物。

3.2.3土壤监测

有机磷农药的测定：特定溶剂提取、萃取、净化-气相色谱法；有机物测定：有机溶剂萃取-气相色谱法；金属离子的测定：消解、溶解-原子吸收分光光度法；有机氯农药的测定：微波萃取-气相色谱/质谱法。

4结语

无论是控制或防治环境污染和生态恶化，还是从改善环境质量、保护人体健康、促进国民经济的持续发展等各个方面，化学都可以发挥重要作用。要作出环境污染的认知、环境监测、环境毒理学机制到污染评价与防止对策，都离不开化学知识。在化学教育过程中把每一个知识点和身边的环境问题相结合的方法，不仅引起学生的兴趣，更使学生懂得每一个基础课程在今后生活工作中的重要性。