Giáo trình hóa học môi trường phần 1

7
1. MỞ ĐẦU
1.1. Một số khái niệm
1.1.1. Môi trường
Môi trường là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng đến đời sống và sự
phát triển của mỗi sinh vật.
Đối với con người, môi trường sống là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóa học, kinh tế
xã hội có ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của từng cá nhân, của cộng đồng con người.
Môi trường sống của con người là cả vũ trụ, trong đó hệ Mặt trời và Trái đất có ảnh hưởng
trực tiếp và rõ rệt nhất.
Để đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường đo đạc, phân tích và so sánh các
thông số chất lượng môi trường với các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường do từng quốc gia
hay các tổ chức quốc tế đưa ra.
1.1.2. Hóa học môi trường
Hóa học môi trường là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng hóa học xảy ra trong
môi trường.
Nói cách khác, hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn, các phản ứng, sự vận
chuyển, hiệu ứng và sự tồn tại của các chất hóa học trong không khí, nước, đất, và ảnh hưởng
của các hoạt động của con người đến các quá trình này.
Như vậy, hóa học môi trường là môn học đa ngành liên quan trực tiếp đến các ngành
hóa học, vật lý, sinh học, địa chất học, nông học, y học,... Các kiến thức về hóa học môi
trường không những chỉ cần thiết cho các nhà hóa học, mà còn rất cần thiết cho cả những nhà
nghiên cứu môi trường, kỹ thuật và quản lý.
1.1.3. Ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm môi trường là các thay đổi không mong muốn về tính chất vật lý, hóa học,
sinh học của không khí, nước hay đất có thể gây ảnh hưởng có hại cho sức khỏe, sự sống,
hoạt động của con người hay các sinh vật khác [12].
Một định nghĩa khác về ô nhiễm môi trường, được sử dụng khá phổ biến hiện nay cho
rằng, ô nhiễm môi trường là quá trình con người chuyển vào môi trường các chất hay dạng
năng lượng có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người, sinh vật, hệ sinh thái, hủy hoại
cấu trúc, sự hài hòa, hoặc làm ảnh hưởng đến các tác dụng lợi ích vốn có của môi trường [13].

Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính
chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường.
1.1.4. Chất gây ô nhiễm
Chất (gây) ô nhiễm là những chất không có trong tự nhiên, hoặc vốn có trong tự nhiên
nhưng nay có hàm lượng lớn hơn và gây tác động có hại cho môi trường thiên nhiên, cho con
người cũng như các sinh vật khác.
Chất gây ô nhiễm có thể có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão lụt,...) hoặc
do các hoạt động của con người tạo ra (hoạt động sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải,
chiến tranh, sinh hoạt đô thị,...).
1.1.5. Đường đi của chất gây ô nhiễm (pollutant pathways)
Đường đi của chất gây ô nhiễm là cơ chế phát tán chất gây ô nhiễm từ nguồn phát
sinh đến các bộ phận của môi trường. Ví dụ: đường đi của chì trong xăng dầu động cơ vào
8
cơ thể người và gây độc hại:
Pb(C
2
H
5
)
4
(xăng, dầu động cơ)
änúg xaíkhê
    →
PbCl
2
+ PbBr
2
(khí quyển)
Người ← Thực phẩm ← PbCl
2

+ PbBr
2
(trong đất)
1.2. Cấu trúc và các thành phần môi trường của Trái đất
1.2.1. Cấu trúc của Trái đất
Có nhiều giả thiết giải thích nguồn gốc của hệ Mặt trời nói chung và Trái đất nói
riêng, song tất cả các giả thiết ấy đều chỉ dựa trên các hiểu biết rất ít ỏi hiện nay về hệ Mặt
trời, do đó còn gây nhiều tranh cãi. Những bằng chứng hiện có cho thấy rằng, Trái đất là một
hành tinh có lớp vỏ cứng xuất hiện cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, nằm cách Mặt trời 150 triệu
km.
Cấu trúc chính của Trái đất (Hình 1.1) rất ít thay đổi trong 4 tỷ năm gần đây.
Hình 1.1. Cấu trúc của Trái đất [16]
Phần vỏ mỏng bên ngoài của Trái đất, chỉ chiếm 1% khối lượng của Trái đất, nhưng
lại đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống và phát triển của loài người.
Bề mặt Trái đất không đều, khoảng 70% bị bao phủ bởi nước với độ sâu trung bình
khoảng 4 km (0 − 11 km). Phần còn lại là khối đất với độ cao trung bình 0,84 km (0 − 8,8 km)
trên mặt nước biển. Hai phần ba của khối đất này thuộc phần Bắc bán cầu.
Lớp phủ
Trong
Nhân
0
−
40
1000
2900
5100
6370
Vỏ
Vỏ lục địa
Đại dương

Vỏ đại dương
Lớp phủ trên
Vùng chuyển tiếp
Lớp phủ dưới
0
4
10
60
400
1000
Bề dày (Km)
Ngoài
Lớp phủ
Trong
Nhân
0
−
40
1000
2900
5100
6370
Vỏ
Vỏ lục địa
Đại dương
Vỏ đại dương
Lớp phủ trên
Vùng chuyển tiếp
Lớp phủ dưới
0

4
10
60
400
1000
Bề dày (Km)
Ngoài
9
Khối đất chính là lục địa được xác định giới hạn không phải bằng bờ biển, mà bằng
mép phần phẳng của đáy đại dương (có thể ở xa bờ), vì vậy lục địa bao gồm cả phần thềm
lục địa. Theo cách xác định này thì trong nhiều trường hợp, các đảo ngoài khơi vẫn có thể là
một bộ phận của khối đất lục địa gần chúng. Cách xác định phần lục địa này hoàn toàn phù
hợp với thực tế về sự khác nhau của thành phần đá lớp vỏ lục địa và đá lớp vỏ đáy đại
dương.
Bảng 1.1. Các nguyên tố chính trong các phần cấu trúc của Trái đất [16]
Phần cấu trúc của Trái đất
Các nguyên tố chính (theo thứ tự nồng độ giảm dần)
Khí quyển
N, O
Đại dương
O, H (Cl, Na, Mg, S)
Đá trầm tích
O, Si, Al, Fe, Ca, K, Mg, C, Na
Đá granit từ nham thạch
O, Si, Al, K, Na, Ca, Fe, Mg
Đá bazan từ nham thạch
O, Si, Al, Fe, Ca, Mg
Lớp phủ
O, Si, Mg, Fe
Hình 1.2. Mặt cắt ngang của bề mặt Trái đất [16]

Phần đọc thêm: Sự chuyển dịch của các mảng lục địa
Giả thuyết về hoạt động kiến tạo cho rằng lớp vỏ cứng của Trái đất được tạo nên
bởi 15 mảng lục địa có kích thước khác nhau lắp ghép lại, trong đó có 9 mảng chính.
Có mảng chỉ chứa toàn đại dương hoặc chỉ chứa phần lục địa, nhưng đa số các mảng
lục địa vừa chứa phần đại duơng, vừa chứa phần lục địa.
Dưới tác động của các dòng chuyển dịch bên trong lòng Trái đất, các mảng lục
địa luôn trôi dạt trên lớp quyển mềm (asthenosphere). Có 3 kiểu chuyển dịch tương
40 60
80
100
200
Núi (8,8 km)
Đất thấp (trung bình 0,84 km)
Thềm lục địa
Đại dương (sâu trung bình 4 km)
Vực (11 km)
Đá trầm tích
Khí quyển
Đá granit từ
nham thạch
Đá bazan từ
nham thạch
Lớp phủ
% bề mặt Trái đất bị chiếm
Tầng bình lưu (35 km)
bao gồm tầng ozon (15 km)
Tầng đối lưu (15 km)
40 60
80
100

200 40 60
80
100
200
Núi (8,8 km)
Đất thấp (trung bình 0,84 km)
Thềm lục địa
Đại dương (sâu trung bình 4 km)
Vực (11 km)
Đá trầm tích
Khí quyển
Đá granit từ
nham thạch
Đá bazan từ
nham thạch
Lớp phủ
% bề mặt Trái đất bị chiếm
Tầng bình lưu (35 km)
bao gồm tầng ozon (15 km)
Tầng đối lưu (15 km)
10
đối giữa các mảng lục địa liền nhau.
Kiểu chuyển dịch phân kỳ làm cho các mảng lục địa tách xa nhau tạo nên các khe
hở để dung nham từ lòng đất trào ra ngoài, khô đặc lại tạo thành các ngọn núi lửa
trên đất liền hay các dãy núi ngầm dưới đáy đại dương. Chuyển dịch phân kỳ thường
xảy ra ở phần đại dương hơn trên lục địa.
Hình 1.3. Các mảng lục địa chính [7]
Hình 1.4. Sự dịch chuyển của các mảng lục địa [16]
Kiểu chuyển dịch hội tụ làm các mảng lục địa xô đập hay trườn, trượt, đè chồng
lên nhau. Khi một mảng lục địa là lục địa còn mảng kia là đại dương thì mảng đại

Tái nóng chảy
Vùng lún
xuống
Hoạt động núi lửa
Phần vỏ ở
đại dương
Phần vỏ ở
đại dương
Phần vỏ ở lục địa
LỚP PHỦ
Dãy núi ngầm
ở đại dương
Mảng lục địa 1 Mảng lục địa 2 Mảng lục địa 3
Đường biên có
sự dịch chuyển hội tụ
Đường biên có
sự dịch chuyển phân kỳ
Tạo núi
Tái nóng chảy
Vùng lún
xuống
Hoạt động núi lửa
Phần vỏ ở
đại dương
Phần vỏ ở
đại dương
Phần vỏ ở lục địa
LỚP PHỦ
Dãy núi ngầm
ở đại dương

Mảng lục địa 1 Mảng lục địa 2 Mảng lục địa 3
Đường biên có
sự dịch chuyển hội tụ
Đường biên có
sự dịch chuyển phân kỳ
Tạo núi
11
dương sẽ trượt và lún xuống bên dưới mảng lục địa. Phần lún xuống bị nóng chảy,
các thành phần vật liệu nóng chảy có khối lượng riêng nhỏ sẽ di chuyển đi lên tạo ra
núi, các vật liệu nặng hơn sẽ chìm xuống vào lớp phủ. Khi hai mảng lục địa dịch
chuyển hội tụ đều là lục địa sẽ dẫn đến hiện tượng dồn ép các lớp đất đá lên thành
các dãy núi cao (dãy Himalayas, Anpes). Khi một phần của mảng lục địa đại dương
trượt và lún sâu xuống bên dưới mảng lục địa, thì một phần mảng lục địa mới được
hình thành từ đại dương thay thế các phần mảng lục địa đã bị mất đi.
Kiểu chuyển dịch trượt của hai mảng lục địa có thể tạo ra các vết nứt gãy trên
mặt đất hay đại dương (ví dụ: vết nứt San Andreas chạy từ thành phố San Francisco
cắt ngang bang California (Mỹ) đến tận biên giới Mexico).
1.2.2. Thành phần môi trường của Trái đất
Khi nghiên cứu, người ta thường chia môi trường của Trái đất thành 4 thành phần chính:
khí quyển, thủy quyển, địa quyển và sinh quyển. Ngoài 4 thành phần chính này, các nhà khoa
học còn đưa ra khái niệm mới về trí quyển – một thành phần của môi trường Trái đất.
− Khí quyển: là lớp khí bao phủ xung quanh bề mặt Trái đất, nuôi dưỡng sự sống trên
mặt đất và bảo vệ chúng trước các tác động có hại từ khoảng không vũ trụ.
Khí quyển hấp thụ hầu hết các tia vũ trụ và một phần đáng kể bức xạ điện từ của Mặt
trời chiếu xuống Trái đất.
Khí quyển chỉ cho các bức xạ có bước sóng trong khoảng 320 đến 2500 nm đi qua và
ngăn chặn phần bức xạ tử ngoại có bước sóng nhỏ hơn 320 nm, là phần bức xạ gây hủy hoại
da.
Khí quyển đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng nhiệt của Trái đất,
thông qua khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của ánh sáng Mặt trời và phần tái bức xạ từ

Trái đất.
Thành phần chính của khí quyển là nitơ và oxy, ngoài ra còn có argon, cacbonic và
nhiều chất khí khác có nồng độ nhỏ hơn rất nhiều.
Bảng 1.2. 10 nguyên tố hóa học trong vũ trụ, Trái đất, vỏ Trái đất, đại dương, khí quyển
(không khí khô) và sinh quyển (% khối lượng) [16]
Vũ trụ Trái đất Vỏ Trái đất Đại dương Khí quyển Sinh quyển
H : 77 Fe : 35 O : 46,6 O : 85,8 N : 75,5 O : 53
He : 21 O : 29 Si : 29,5 H : 11 O : 23,2 C : 39
O : 0,8 Si : 14 Al : 8,2 Cl : 1,94 Ar : 1,3 H : 6,6
C : 0,3 Mg : 14 Fe : 5,0 Na : 1,05
C : 9,3 × 10
−
3
N : 0,5
Ne : 0,2 S : 2,9 Ca : 3,6 Mg : 0,13
Ne : 1,3 × 10
−
3
Ca : 0,4
Fe : 0,1 Ni : 2,4 Na : 2,8 S : 0,09
Kr : 0,45 × 10
−
3
K : 0,2
Si : 0,07 Ca : 2,1 K : 2,6 Ca : 0,048
He : 72 × 10
−
6
Si : 0,1
N : 0,06 Al : 1,8 Mg : 2,1 K : 0,039

Xe : 40 × 10
−
6
P : 0,1
Mg : 0,06 Na : 0,3 Ti : 0,57 Br : 0,007
H : 23 × 10
−
6
Mg : 0,1
S : 0,04 P : 0,2 H : 0,22 C : 0,003
S : 70 × 10
−
9
S : 0,07
− Thủy quyển: bao gồm tất cả các nguồn nước: đại dương, biển, sông, suối, hồ, băng ở
các cực, nước ngầm,...
Khoảng 97% lượng nước của thủy quyển là nước ở các đại dương. Lượng nước ngọt