Υδατική Χημεία

Το βιβλίο της Υδατικής Χημείας είναι σχεδιασμένο για προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές των Τμημάτων Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολιτικών Μηχανικών, Χημικών Μηχανικών καθώς και των Τμημάτων Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου που σχετίζονται με το Περιβάλλον. Το βιβλίο εισάγει τους φοιτητές στις έννοιες της υδατικής χημείας μέσα από την θεωρεία, 35 παραδείγματα και 32 λυμένες ασκήσεις με περιβαλλοντικά θέματα. Ο στόχος του βιβλίου είναι να αναδείξει ότι η ολοκληρωμένη γνώσης της χημείας είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Στα 18 χρόνια της ακαδημαϊκής μου καριέρας έχω διαπιστώσει την έκδηλη φοβία των φοιτητών των Τμημάτων Μηχανικών Περιβάλλοντος και Πολιτικών Μηχανικών στην Ελλάδα και στην Αμερική στη χρήση της χημείας για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Ευελπιστώ ότι αυτό το βιβλίο θα συντελέσει στο να απομακρυνθούν αυτές οι φοβίες από τους φοιτητές και να τους βοηθήσει να ξεκινήσουν μία εποικοδομητική σχέση με την περιβαλλοντική χημεία.
Το βιβλίο αυτό δεν θα είχε δημιουργηθεί χωρίς την συνεισφορά πολλών ανθρώπων. Ο μέντωρ μου, Jerry L. Schnoor (University of Iowa), μου έδειξε ένα μοναδικό τρόπο σκέψης στην έρευνα για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Τη συνάδελφο, Επίκουρο Καθηγήτρια του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείου Κρήτης, Ελευθερία Ψυλλάκη που χρησιμοποίησε το βιβλίο ως σημειώσεις στο μάθημα της Γεωχημείας και έκανε ουσιαστικές παρατηρήσεις και σχόλια που οδήγησαν στην παρούσα βελτιωμένη έκδοση του, την ευχαριστώ πολύ. Θέλω να ευχαριστήσω θερμά την Κωνσταντίνα Τυροβολά, υποψήφια διδάκτωρ στο Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, που βοήθησε από την αρχή στη δημιουργία του βιβλίου ως εργαστηριακή βοηθός στο μάθημα και μαζί με την Ουρανία Τζωράκη, υποψήφια διδάκτωρ στο Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, έκαναν διορθώσεις, παρατηρήσεις και σχόλια. Ευχαριστώ τον καθηγητή Jon Petter Gustafsson του Τμήματος Land and Water Resources Engineering, KTH, Σουηδίας για την άδεια που μου έδωσε να συμπεριλάβω το μοντέλο Visual MINTEQ v. 2.31 στο CD του βιβλίου.

Περιεχόμενα

Εισαγωγή

• Παράδειγμα 1: Χημεία πόσιμου νερού
• Παράδειγμα 2: Ρύπανση με Βαρέα Μέταλλα

Κεφάλαιο 1: Το Νερό και οι Παγκόσμιοι- Βιογεωχημικοί Κύκλοι

1. Ιδιότητες του νερού
2. Χημικοί δεσμοί
3. Τρόποι έκφρασης συγκεντρώσεων
4. Σημαντικές έννοιες
5. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 2: Καθορισμός της έννοιας του pH στα φυσικά νερά (Ισορροπία ανθρακικών)

1. Το pH ως κύρια μεταβλητή
2. Νόμος δράσης των μαζών
3. Αντιδράσεις του ανθρακικού συστήματος
4. Κλάσματα ιονισμού και διαγράμματα κατανομής
5. Υπολογισμοί Χημικής Ισορροπίας
6. Χημική Τιτλοδότηση Οξέων και Βάσεων
7. Ρυθμιστικά Διαλύματα pH (pH Buffers) και Ρυθμιστική Ένταση
8. Ικανότητα Εξουδετέρωσης Οξέος και Βάσεως (Acid Neutralizing Capacity – ΑΝC και Base Neutralizing Capacity – BNC)
9. Ανοικτό Σύστημα Ανθρακικών
10. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 3: Δημιουργία της σύστασης των φυσικών νερών

1. Η σημασία της θερμοδυναμικής στην επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων
2. Υπολογισμός σταθεράς ισορροπίας
3. Εξάρτηση της σταθεράς ισορροπίας από την θερμοκρασία
4. Εξάρτηση της σταθεράς ισορροπίας από την ιοντική ισχύ
5. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 4: Τύχη των μετάλλων στο περιβάλλον

1. Εισαγωγή στη χημεία συμπλοκοποίησης
2. Αντιδράσεις συμπλοκοποίησης
3. Οργανική συμπλοκοποίηση
4. Παραδείγματα μοντελοποίησης χημικής ισορροπίας
5. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 5: Αλληλεπίδραση υδατικών διαλυμάτων με ιζήματα και εδάφη

1. Εισαγωγή στην γεωλογία
2. Αντιδράσεις καταβύθισης – διαλυτοποίησης
3. Διαλυτότητα του CaCO3 στο νερό
4. Διαγράμματα pC-pH
5. Ανταγωνιστική επίδραση διάφορων υποκαταστατών – Διάγραμμα περιοχής επικράτησης
6. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 6: Οξειδοαναγωγική γεωχημεία: Ρύπανση υπόγειων νερών με χρώμιο

1. Οξείδωση και Αναγωγή
2. Οξειδοαναγωγική Ισορροπία
3. Διορθώσεις θερμοκρασίας και ιοντικής ισχύος
4. Γραφική αναπαράσταση της οξειδοαναγωγικής ισορροπίας
5. Διαγράμματα περιοχής επικράτησης pε–pH
6. Λυμένες Ασκήσεις

Κεφάλαιο 7: Αντιδράσεις στην διεπιφάνεια ιζημάτων και εδαφών με το νερό

1. Διεπιφάνεια εδαφών και νερού
2. Ιοντοανταλλαγή
3. Προσρόφηση και επιφανειακή συμπλοκοποίηση
4. Μοντελοποίηση βαρέων μετάλλων σε ρυπασμένα εδάφη

Κεφάλαιο 8: Εκτίμηση της κινητικότητας των βαρέων μετάλλων σε ρυπασμένα εδάφη και υπόγεια νερά

1. Εισαγωγή στη ρύπανση εδαφών και νερού από βαρέα μέταλλα Το ιστορικό της εταιρείας
2. Περιγραφή των εγκαταστάσεων της εταιρείας National Chromium Inc.
3. Γεωχημεία του χρωμίου
4. Μελέτες πεδίου
5. Μελέτες εργαστηρίου
6. Μοντελοποίηση και αποκατάσταση της περιοχής

Παραρτήματα

• Θερμοδυναμικές σταθερές
• Σταθερές ισορροπίας οξέων / βάσεων
• Σταθερές ισορροπίας σχηματισμού συμπλόκων
• Γινόμενο διαλυτότητας ορυκτών
• Ηλεκτρικά δυναμικά αντιδράσεων οξειδοαναγωγής