विश्वविद्यालय रसायन विज्ञान — वर्ष 3 · Bachelor Year 3

32पर्यावरण रसायन और विषविज्ञान

हर ग्रीष्म के अंत में उपग्रह बड़ी झीलों पर फैलते हरे भँवरों के चित्र लेते हैं: शैवाल-प्रस्फुटन, जिन्हें खेतों से बहकर और नगरों से निकलकर आने वाले फ़ॉस्फ़ेट और नाइट्रेट पोषित करते हैं। जब शैवाल मरकर नीचे बैठते हैं, तो उनका सड़ना गहरे जल की ऑक्सीजन को समाप्त कर देता है, और मछलियाँ मर जाती हैं। रसायन उस शृंखला की प्रत्येक कड़ी को समझाता है, और अनेक अन्य शृंखलाओं को भी: कुछ गैसें ग्रह को क्यों गर्म करती हैं और अन्य क्यों नहीं, स्वच्छ वायु में भी वर्षा अम्लीय क्यों होती है, छिड़कने के बाद कोई पीड़कनाशी कहाँ पहुँचता है, और किसी पदार्थ की कितनी मात्रा हानि पहुँचाती है। यह अध्याय साम्यों, बलगतिकी और स्पेक्ट्रमिकी को वायुमंडल, प्राकृतिक जलों और मृदाओं पर लागू करता है, उनके बीच प्रदूषकों का पीछा करता है, और उन संख्याओं के साथ समाप्त होता है जिन पर जोखिम मूल्यांकन आधारित होते हैं।

पहले से ज्ञात

प्रथम वर्ष के खंड ने अम्ल–क्षारक, अवक्षेपण और संकुलन साम्य, विभव–pH आरेख, विभाजन गुणांक, अर्ध-आयु, संकट, जोखिम और GHS प्रणाली प्रस्तुत की; विद्यालय के खंड ने ग्रीनहाउस गैसें; द्वितीय वर्ष के खंड ने हेनरी का नियम, आयनिक सामर्थ्य, सांख्यिकी, द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति और परमाण्वीय स्पेक्ट्रममिति। अध्याय 14 ने वायुमंडलीय प्रकाशरसायन का विवेचन किया, अध्याय 5 और अध्याय 6 ने अवरक्त सक्रियता का, और अध्याय 16 ने अधिशोषण का।

एक बड़ी झील पर शैवाल-प्रस्फुटन, सितंबर के अंत में एक पृथ्वी-प्रेक्षण उपग्रह से देखा गया: हरे भँवर सूक्ष्म शैवाल की सघन आबादियाँ हैं, जिन्हें आसपास की कृषि-भूमि से आए पोषक तत्व पोषित करते हैं। चित्र: USGS और NASA, सार्वजनिक अधिकार-क्षेत्र।

32.1 वायुमंडल

परिभाषा 32.1 (ग्रीनहाउस गैसें)

ग्रीनहाउस गैस पृथ्वी की सतह द्वारा उत्सर्जित विकिरण की तरंगदैर्घ्यों पर अवरक्त विकिरण का अवशोषण और उत्सर्जन करती है, और इस प्रकार निचले वायुमंडल को गर्म करती है। किसी गैस की वैश्विक तापन क्षमता (GWP), एक समय-क्षितिज पर, सामान्यतः 100 वर्ष, एक किलोग्राम के उत्सर्जन के बाद उसके द्वारा रोकी गई ऊर्जा है, एक किलोग्राम कार्बन डाइऑक्साइड के सापेक्ष।

कोई अणु अवरक्त विकिरण का अवशोषण केवल उन कंपनों से करता है जो उसके द्विध्रुव आघूर्ण को बदलते हैं (अध्याय 5)। डाइनाइट्रोजन और डाइऑक्सीजन, समनाभिकीय द्विपरमाणुक, में ऐसा कोई कंपन नहीं होता और वे पारदर्शी हैं; आर्गन में कोई कंपन होता ही नहीं। रैखिक और अध्रुवीय कार्बन डाइऑक्साइड में $15\,\text{µ}\mathrm{m}$ के निकट एक अवरक्त-सक्रिय बंकन विधा है, पृथ्वी के उत्सर्जन के ठीक मध्य में; जल, मेथेन और नाइट्रस ऑक्साइड अनेक तरंगदैर्घ्यों पर अवशोषण करते हैं।

2025 में वैश्विक माध्य मोल-अंश कार्बन डाइऑक्साइड के लिए $425.6\,\mathrm{ppm}$ , मेथेन के लिए $1936\,\mathrm{ppb}$ और नाइट्रस ऑक्साइड के लिए $338.9\,\mathrm{ppb}$ थे। हाइड्रॉक्सिल मूलकों द्वारा हटाई जाने वाली मेथेन, जिसका जीवनकाल लगभग 12 वर्ष है, की GWP-100 27 से 30 है; केवल समतापमंडल में नष्ट होने वाली नाइट्रस ऑक्साइड, जिसका जीवनकाल लगभग 109 वर्ष है, की 273। कार्बन डाइऑक्साइड का कोई एकल जीवनकाल नहीं है: किसी उत्सर्जन का एक भाग सदियों तक वायु में रहता है।

परिभाषा 32.2 (वायु प्रदूषक)

कणिकीय पदार्थ वायु में निलंबित ठोस और द्रव कण हैं, जिन्हें वायुगतिकीय व्यास द्वारा वर्गीकृत किया जाता है ( $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ से छोटे सूक्ष्म कण फेफड़ों में गहराई तक पहुँचते हैं)। अम्लीय वर्षा वह वर्षा है जिसे सल्फ़र डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन ऑक्साइडों से बने सल्फ़्यूरिक और नाइट्रिक अम्ल स्वच्छ वर्षा से अधिक अम्लीय बना देते हैं।

प्रतिज्ञप्ति 32.3 (स्वच्छ वर्षा का pH)

आज की वायु की कार्बन डाइऑक्साइड के साथ, और किसी अन्य चीज़ के साथ नहीं, साम्य में वर्षा का pH लगभग 5.6 होता है।

उपपत्ति. हेनरी का नियम $[\ce{CO2(aq)}] = K_Hp(\ce{CO2}) = 3.4 \times 10^{-7}\,\mathrm{mol}\,\mathrm{L}^{-1}\,\mathrm{Pa}^{-1} \times (425.6 \times 10^{-6} \times 101\,325\,\mathrm{Pa}) = 1.47 \times 10^{-5}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ देता है। आवेश संतुलन $[\ce{H+}] = [\ce{HCO3-}] + 2[\ce{CO3^2-}] + [\ce{OH-}] \approx K_{a1}[\ce{CO2(aq)}]/[\ce{H+}] + K_w/[\ce{H+}]$ है, अतः $[\ce{H+}]^2 = K_{a1}[\ce{CO2(aq)}] + K_w = 10^{-6.35} \times 1.47 \times 10^{-5} + 10^{-14} = 6.6 \times 10^{-12}$ : $[\ce{H+}] = 2.6 \times 10^{-6}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ , pH 5.6। ∎

सल्फ़र-युक्त ईंधन जलाने से निकली सल्फ़र डाइऑक्साइड और गर्म दहन से निकले नाइट्रोजन ऑक्साइड वायु में, हाइड्रॉक्सिल मूलकों द्वारा और मेघ-बूँदों में, ऑक्सीकृत होकर सल्फ़्यूरिक और नाइट्रिक अम्ल बनते हैं, जो वर्षा को pH 4 और उससे नीचे तक ले आते हैं। ईंधनों से सल्फ़र और निकास गैसों से नाइट्रोजन ऑक्साइड हटाने (उत्प्रेरकी परिवर्तक, बिजलीघरों में अमोनिया अंतःक्षेपण) ने, जहाँ यह लागू किया गया, समस्या को काफ़ी हद तक हल कर दिया है। भूमि के निकट ओज़ोन, जो सूर्य-प्रकाश के नाइट्रोजन ऑक्साइडों और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों पर क्रिया करने से बनती है (अध्याय 14), और सूक्ष्म कण स्वास्थ्य के लिए मुख्य वायु प्रदूषक बने हुए हैं।

32.2 प्राकृतिक जल

बाएँ: 25\, C पर pH के विरुद्ध घुले अकार्बनिक कार्बन का उसके तीन रूपों में वितरण, जो pK_a1 = 6.35 और pK_a2 = 10.33 पर एक-दूसरे को काटते हैं। दाएँ: केवल कार्बन डाइऑक्साइड के साथ साम्य में वर्षा का pH, वायु में उसके मोल-अंश के विरुद्ध। — बाएँ: $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर pH के विरुद्ध घुले अकार्बनिक कार्बन का उसके तीन रूपों में वितरण, जो $\mathrm pK_{a1} = 6.35$ और $\mathrm pK_{a2} = 10.33$ पर एक-दूसरे को काटते हैं। दाएँ: केवल कार्बन डाइऑक्साइड के साथ साम्य में वर्षा का pH, वायु में उसके मोल-अंश के विरुद्ध।

प्रतिज्ञप्ति 32.4 (कार्बोनेट अंश)

$C_T$ को कुल घुला अकार्बनिक कार्बन लेते हुए, $[\ce{CO2(aq)}] = C_Th^2/D$ , $[\ce{HCO3-}] = C_TK_{a1}h/D$ , $[\ce{CO3^2-}] = C_TK_{a1}K_{a2}/D$ , जहाँ $h = [\ce{H+}]$ और $D = h^2 + K_{a1}h + K_{a1}K_{a2}$ ।

उपपत्ति. दोनों अम्लता स्थिरांकों से,

[\ce{HCO3-}] = \frac{K_{a1}[\ce{CO2(aq)}]}{h}, \qquad [\ce{CO3^2-}] = \frac{K_{a2}[\ce{HCO3-}]}{h} = \frac{K_{a1}K_{a2}[\ce{CO2(aq)}]}{h^2}.

इनका योग $C_T = [\ce{CO2(aq)}]\,D/h^2$ है; प्रत्येक रूप को $C_T$ से भाग देने पर अंश मिलते हैं। ∎

परिभाषा 32.5 (क्षारीयता)

किसी जल की क्षारीयता प्रबल अम्ल को उदासीन करने की उसकी क्षमता है, जिसे कार्बोनिक अम्ल के अंत्य बिंदु (लगभग pH 4.5) तक अनुमापन से मापा जाता है और प्रति लीटर $\ce{H+}$ के मोलों में व्यक्त किया जाता है।

प्रतिज्ञप्ति 32.6 (कार्बोनेट क्षारीयता)

जिस जल के क्षारक कार्बोनेट स्पीशीज़ और हाइड्रॉक्साइड हों, उसमें $\mathrm{Alk} = [\ce{HCO3-}] + 2[\ce{CO3^2-}] + [\ce{OH-}] - [\ce{H+}]$ ; यह प्रबल-क्षारक धनायनों के आवेशों के प्रबल-अम्ल ऋणायनों के आवेशों पर आधिक्य के बराबर है, और वायु के साथ कार्बन डाइऑक्साइड के विनिमय से नहीं बदलती।

उपपत्ति. कार्बोनिक अम्ल के अंत्य बिंदु तक अनुमापन प्रत्येक $\ce{HCO3-}$ को $\ce{CO2}$ में बदलता है (प्रत्येक एक $\ce{H+}$ ), प्रत्येक $\ce{CO3^2-}$ को $\ce{CO2}$ में (दो), प्रत्येक $\ce{OH-}$ को जल में (एक), जबकि पहले से उपस्थित मुक्त $\ce{H+}$ विपक्ष में गिना जाता है: कथित योग। जल का आवेश संतुलन, $\ce{Na+}$ , $\ce{Ca^2+}$ … और $\ce{Cl-}$ , $\ce{SO4^2-}$ …के साथ, पुनर्व्यवस्थित होकर उसी योग को देता है, जो प्रबल विद्युत-अपघट्यों के $\sum z_i c_i$ (धनायन) $-$ $\sum z_jc_j$ (ऋणायन) के बराबर है। $\ce{CO2}$ जोड़ने या हटाने से इनमें से कोई आयन नहीं बदलता। ∎

परिभाषा 32.7 (महासागर अम्लीकरण)

महासागर अम्लीकरण समुद्री जल के pH की वह कमी है जो वायु से कार्बन डाइऑक्साइड ग्रहण करने पर होती है। किसी कार्बोनेट खनिज की संतृप्ति अवस्था $\Omega = [\ce{Ca^2+}][\ce{CO3^2-}]/K_{sp}$ है: 1 से ऊपर खनिज बन सकता है, 1 से नीचे वह घुलने की प्रवृत्ति रखता है।

घुली कार्बन डाइऑक्साइड कार्बोनेट आयनों को हाइड्रोजनकार्बोनेट में बदलती है, $\ce{CO2 + CO3^2- + H2O -> 2HCO3-}$ , जिससे pH और $\Omega$ घटते हैं: खोलों और प्रवाल-कंकालों का निर्माण कठिन हो जाता है। (समुद्री जल में स्थिरांक आभासी होते हैं, लवणीय माध्यम में मापे गए, और इस अध्याय के मीठे-जल मानों से भिन्न होते हैं।)

परिभाषा 32.8 (जल की कठोरता)

किसी जल की कठोरता उसके कैल्सियम और मैग्नीशियम आयनों की कुल सांद्रता है, जिसे प्रायः कैल्सियम कार्बोनेट के उस द्रव्यमान के रूप में व्यक्त किया जाता है जिसमें मोलों की उतनी ही संख्या हो, mg/L में।

परिभाषा 32.9 (ऑक्सीजन माँग)

किसी जल की जैवरासायनिक ऑक्सीजन माँग (BOD) प्रति लीटर डाइऑक्सीजन का वह द्रव्यमान है जिसे सूक्ष्मजीव उसके कार्बनिक पदार्थ को अँधेरे में, एक निर्दिष्ट समय में ( $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर पाँच दिन, $\mathrm{BOD_5}$ के लिए), ऑक्सीकृत करते हुए उपभुक्त करते हैं। उसकी रासायनिक ऑक्सीजन माँग (COD) डाइऑक्सीजन का वह द्रव्यमान है जो उसके कार्बनिक पदार्थ को रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत करने में उपभुक्त डाइक्रोमेट के तुल्य है।

प्रतिज्ञप्ति 32.10 (BOD वक्र)

यदि जैवनिम्नीकरणीय कार्बनिक पदार्थ दर स्थिरांक $k$ के साथ प्रथम-कोटि बलगतिकी से उपभुक्त होता है, तो समय $t$ के बाद प्रयुक्त ऑक्सीजन $\mathrm{BOD}_t = L_0(1 - \eu^{-kt})$ है, जहाँ $L_0$ अंतिम BOD है।

उपपत्ति. शेष माँग $L$ समीकरण $\dd L/\dd t = -kL$ का पालन करती है, अतः $L = L_0\eu^{-kt}$ ; प्रयुक्त ऑक्सीजन वह है जो जा चुकी है, $L_0 - L$ । ∎

बाएँ: एक मॉडल मलजल की BOD, L_0 = 250\, mg/ L और k = 0.23\, d-1: माँग का लगभग दो-तिहाई भाग पाँच दिनों में प्रयुक्त होता है। दाएँ: किसी निकास-मुख के नीचे नदी में ऑक्सीजन का अवनमन (स्ट्रीटर–फ़ेल्प्स मॉडल): आरंभ में कार्बनिक भार का अपघटन ऑक्सीजन को उससे तेज़ी से उपभुक्त करता है जितनी तेज़ी से वायु उसे पुनः भरती है, जब तक कि लगभग 2.4 दिनों बाद कमी शिखर पर नहीं पहुँचती। — बाएँ: एक मॉडल मलजल की BOD, $L_0 = 250\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ और $k = 0.23\,\mathrm{d}^{-1}$ : माँग का लगभग दो-तिहाई भाग पाँच दिनों में प्रयुक्त होता है। दाएँ: किसी निकास-मुख के नीचे नदी में ऑक्सीजन का अवनमन (स्ट्रीटर–फ़ेल्प्स मॉडल): आरंभ में कार्बनिक भार का अपघटन ऑक्सीजन को उससे तेज़ी से उपभुक्त करता है जितनी तेज़ी से वायु उसे पुनः भरती है, जब तक कि लगभग 2.4 दिनों बाद कमी शिखर पर नहीं पहुँचती।

विधि 32.11 (COD का निर्धारण)

नमूने के एक मापे गए आयतन को सल्फ़्यूरिक अम्ल में पोटैशियम डाइक्रोमेट की ज्ञात अधिक मात्रा के साथ, उत्प्रेरक के रूप में सिल्वर सल्फ़ेट और क्लोराइड को बाँधने के लिए मर्करी(II) सल्फ़ेट के साथ, पश्चवाहित कीजिए।
शेष डाइक्रोमेट का फ़ेरोइन का उपयोग करते हुए आयरन(II) से अनुमापन कीजिए, और शुद्ध जल के साथ एक रिक्त (ब्लैंक) प्रयोग चलाइए।
उपभुक्त डाइक्रोमेट, $\ce{O2}$ के तुल्य द्रव्यमान में बदला गया (एक $\ce{Cr2O7^2-}$ छह इलेक्ट्रॉन लेता है, जैसे 1.5 $\ce{O2}$ लेते), और नमूने के आयतन से भाग दिया गया, mg/L में COD है।

परिभाषा 32.12 (सुपोषण)

सुपोषण किसी जलाशय का पोषक तत्वों से, मुख्यतः फ़ॉस्फ़ोरस और नाइट्रोजन से, समृद्धीकरण है, जिससे शैवाल और पौधों की अत्यधिक वृद्धि होती है, और फिर उनके सड़ने पर ऑक्सीजन की कमी।

किसी झील में और उसके भीतर पोषक तत्वों का प्रवाह। फ़ॉस्फ़ोरस, जो मीठे जल में प्रायः सीमाकारी पोषक तत्व होता है, तलछट में संचित होता है और तल के ऑक्सीजनरहित होने पर जल में लौट आता है, जो निवेश रोके जाने के बाद भी वर्षों तक प्रस्फुटन को बनाए रख सकता है।

शैवाल कार्बन, नाइट्रोजन और फ़ॉस्फ़ोरस को लगभग नियत अनुपातों में ग्रहण करते हैं; उन आवश्यकताओं के सापेक्ष जो भी पोषक तत्व कम हो, वही उनकी वृद्धि को सीमित करता है। अधिकांश झीलों में यह फ़ॉस्फ़ोरस है, इसीलिए फ़ॉस्फ़ेट डिटर्जेंटों से और उपचारित मलजल से हटाए गए; अनेक तटीय समुद्रों में यह नाइट्रोजन है।

परिभाषा 32.13 (स्पीशीज़-वितरण)

किसी नमूने में किसी तत्व का रासायनिक स्पीशीज़-वितरण उसकी मात्रा का उसके रासायनिक रूपों में वितरण है: ऑक्सीकरण अवस्थाएँ, संकुल, कार्बधात्विक यौगिक, मुक्त और बद्ध स्पीशीज़।

विषाक्तता स्पीशीज़-वितरण पर निर्भर करती है। जल में मुक्त अकार्बनिक पारा तलछट में जीवाणुओं द्वारा मेथिलीकृत होकर मेथिलमर्करी बनता है, जो झिल्लियों को पार करता है, प्रोटीनों के सल्फ़र से बँधता है और खाद्य शृंखलाओं में ऊपर की ओर सांद्रित होता है; आर्सेनिक, आर्सेनाइट, As(III), के रूप में आर्सेनेट, As(V), की तुलना में कहीं अधिक विषैला है, और समुद्री भोजन में पाए जाने वाले कार्बनिक रूपों में बहुत कम। केवल कुल सांद्रता बहुत कम बताती है।

विधि 32.14 (किसी जल में किसी धातु का स्पीशीज़-वितरण)

उपस्थित लिगैंडों (हाइड्रॉक्साइड, कार्बोनेट, क्लोराइड, सल्फ़ेट, कार्बनिक पदार्थ) को उनकी सांद्रताओं और pH के साथ सूचीबद्ध कीजिए।
प्रथम वर्ष के खंड की तरह, संकुलन स्थिरांक और धातु का द्रव्यमान संतुलन लिखिए।
मुक्त धातु आयन के लिए हल कीजिए, फिर प्रत्येक संकुल के लिए; pH के विरुद्ध या किसी लिगैंड सांद्रता के विरुद्ध अंश आलेखित कीजिए।
विषैले या जैवउपलब्ध रूप (प्रायः मुक्त आयन) की तुलना कुल से कीजिए।

32.3 मृदाएँ और तलछट

परिभाषा 32.15 (मृदाओं में शोषण)

किसी मृदा की धनायन विनिमय क्षमता विनिमेय धनायनों की वह मात्रा है जिसे वह प्रति इकाई द्रव्यमान, मृत्तिकाओं और कार्बनिक पदार्थ पर, धारण कर सकती है। मृदा–जल वितरण गुणांक $K_d$ मृदा पर शोषित किसी पदार्थ की सांद्रता (प्रति किलोग्राम) का रंध्र-जल में उसकी सांद्रता (प्रति लीटर) से अनुपात है; कार्बनिक-कार्बन विभाजन गुणांक $K_{oc} = K_d/f_{oc}$ है, जहाँ $f_{oc}$ कार्बनिक कार्बन का द्रव्यमान-अंश है।

उदासीन कार्बनिक यौगिक मुख्यतः मृदा के कार्बनिक पदार्थ पर शोषित होते हैं, इसलिए $K_{oc}$ एक मृदा से दूसरी मृदा में $K_d$ की तुलना में बहुत कम बदलता है। छोटे $K_d$ वाला यौगिक जल के साथ चलता है और भूजल तक पहुँच सकता है (निक्षालन); बड़े $K_d$ वाला यौगिक सतह के निकट रहता है, उन कणों से बँधा जिन्हें अपरदन नदियों और झीलों में ले जा सकता है।

32.4 प्रदूषकों की नियति

परिभाषा 32.16 (ऑक्टेनॉल–जल विभाजन गुणांक)

किसी पदार्थ का ऑक्टेनॉल–जल विभाजन गुणांक $K_{ow}$ ऑक्टेन-1-ऑल और जल में उसकी साम्य सांद्रताओं का अनुपात है; यह वसीय ऊतकों और कार्बनिक पदार्थ के प्रति उसकी बंधुता को मापता है।

बेंज़ीन का $\log K_{ow} = 2.13$ है, शाकनाशी एट्राज़ीन का 2.61, एक हेक्साक्लोरीनित PCB का 6.67 और DDT का 6.91: अंतिम दो जल की तुलना में वसा में करोड़ों गुना बेहतर घुलते हैं।

परिभाषा 32.17 (जैवसंचयन)

जैवसांद्रण गुणक (BCF) स्थायी अवस्था में किसी जीव में सांद्रता का आसपास के जल में सांद्रता से अनुपात है, जब ग्रहण केवल जल से हो। जैवसंचयन सभी मार्गों से, भोजन सहित, किसी जीव में होने वाला संचय है; जैवआवर्धन किसी खाद्य शृंखला में ऊपर की ओर शिकार से शिकारी तक सांद्रता में वृद्धि है।

प्रतिज्ञप्ति 32.18 (BCF और $K_{ow}$ )

उन उदासीन कार्बनिक पदार्थों के लिए जिनका उपापचय नहीं होता, मछली में $\log\mathrm{BCF}$ लगभग $\log K_{ow}$ का रैखिक फलन होता है, 1 के निकट ढलान के साथ, $\log K_{ow}$ के लगभग 6 तक; उससे ऊपर ग्रहण धीमा हो जाता है और संबंध समतल हो जाता है (आनुभविक समाश्रयण)।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

परिभाषा 32.19 (चिरस्थायी कार्बनिक प्रदूषक)

चिरस्थायी कार्बनिक प्रदूषक ऐसा कार्बनिक पदार्थ है जो निम्नीकरण का प्रतिरोध करता है, जैवसंचित होता है, विषैला है और अपने स्रोतों से दूर तक परिवहित होता है, जैसे DDT, PCB और डाइऑक्सिन।

प्रतिज्ञप्ति 32.20 (विभागों के बीच साम्य वितरण)

किसी पदार्थ का द्रव्यमान $M$ , जो साम्य पर (एक “स्तर I” मॉडल) जल (आयतन $V_w$ ), वायु ( $V_a$ ), तलछट ठोसों ( $m_s$ ) और मछली ( $m_f$ ) में वितरित हो, जल-सांद्रता $C_w = M/(V_w + K_{aw}V_a + K_{sw}m_s + K_{fw}m_f)$ रखता है, जहाँ $K$ जल के सापेक्ष विभाजन गुणांक हैं; प्रत्येक विभाग में द्रव्यमान उसका पद गुणा $C_w$ है।

उपपत्ति. साम्य पर $C_a = K_{aw}C_w$ , $C_s = K_{sw}C_w$ (प्रति किलोग्राम), $C_f = K_{fw}C_w$ । द्रव्यमान संतुलन $M = C_wV_w + C_aV_a + C_sm_s + C_fm_f = C_w(V_w + K_{aw}V_a + K_{sw}m_s + K_{fw}m_f)$ है; भाग देने पर $C_w$ मिलता है। ∎

एक साम्य (स्तर I) मॉडल के विभाग: प्रत्येक विभाग जल के साथ साम्य में है, उसकी सांद्रता एक विभाजन गुणांक द्वारा निर्धारित। पदार्थ वहाँ संचित होता है जहाँ क्षमता और आयतन (या द्रव्यमान) का गुणनफल सबसे बड़ा हो, जलविरागी यौगिक के लिए प्रायः तलछट या मृदा।

32.5 विषविज्ञान और विनियमन

परिभाषा 32.21 (खुराक–अनुक्रिया)

खुराक–अनुक्रिया संबंध किसी पदार्थ की खुराक को किसी प्रभाव के आकार या आवृत्ति से जोड़ता है। माध्यिका घातक खुराक $\mathrm{LD_{50}}$ परीक्षण-जनसंख्या के आधे भाग को मार देती है; माध्यिका प्रभावी सांद्रता $\mathrm{EC_{50}}$ आधे भाग में एक निर्दिष्ट प्रभाव उत्पन्न करती है। अप्रेक्षित-प्रतिकूल-प्रभाव स्तर (NOAEL) बिना प्रतिकूल प्रभाव के उच्चतम परीक्षित खुराक है, न्यूनतम-प्रेक्षित-प्रतिकूल-प्रभाव स्तर (LOAEL) प्रभाव वाली निम्नतम परीक्षित खुराक।

प्रतिज्ञप्ति 32.22 (लॉग-लॉजिस्टिक मॉडल)

लॉग-लॉजिस्टिक मॉडल $f(d) = 1/\bigl(1 + (D_{50}/d)^n\bigr)$ में अनुक्रिया $d = D_{50}$ पर आधी होती है, और $n$ प्रवणता को मापता है: 10 % और 90 % अनुक्रियाओं के बीच खुराक-अनुपात $81^{1/n}$ है।

उपपत्ति. $d = D_{50}$ पर $f = 1/2$ । $f = 0.1$ के लिए $(D_{50}/d)^n = 9$ चाहिए, $f = 0.9$ के लिए $(D_{50}/d)^n = 1/9$ ; दोनों खुराकों का अनुपात $(9 \times 9)^{1/n} = 81^{1/n}$ है। ∎

समान माध्यिका खुराक (200\, mg/ kg, मॉडल) और दो प्रवणताओं वाले लॉग-लॉजिस्टिक खुराक–अनुक्रिया वक्र। बिंदु अधिक प्रवण वक्र के लिए पाँच खुराकों पर एक अध्ययन हैं: प्रतिकूल प्रभाव के मानदंड के रूप में 5 % अनुक्रिया लेने पर NOAEL 80\, mg/ kg है और LOAEL 160\, mg/ kg; दोनों चुनी गई खुराकों पर निर्भर करते हैं। — समान माध्यिका खुराक ( $200\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ , मॉडल) और दो प्रवणताओं वाले लॉग-लॉजिस्टिक खुराक–अनुक्रिया वक्र। बिंदु अधिक प्रवण वक्र के लिए पाँच खुराकों पर एक अध्ययन हैं: प्रतिकूल प्रभाव के मानदंड के रूप में 5 % अनुक्रिया लेने पर NOAEL $80\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ है और LOAEL $160\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ ; दोनों चुनी गई खुराकों पर निर्भर करते हैं।

परिभाषा 32.23 (तीव्र और दीर्घकालिक विषाक्तता)

तीव्र विषाक्तता किसी एकल अनावरण या अल्प समय के भीतर हुए अनावरणों से होने वाली हानि है; दीर्घकालिक विषाक्तता, जीवनकाल के एक लंबे भाग में बार-बार या सतत अनावरण से।

विषाक्तता खुराक का विषय है: चूहों में मौखिक $\mathrm{LD_{50}}$ सोडियम क्लोराइड के लिए लगभग $3000\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ , कैफ़ीन के लिए $192\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ और निकोटीन के लिए $188\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ है, एक ही प्रकार के अभिलेख में। अधिकांश प्रभावों के लिए एक देहली खुराक होती है जिसके नीचे शरीर सँभाल लेता है; जीनविषी कैंसरजनों के लिए कोई देहली नहीं मानी जाती, और अनावरण को यथोचित रूप से संभव न्यूनतम स्तर पर रखा जाता है।

परिभाषा 32.24 (पारिविषविज्ञान)

पारिविषविज्ञान पारितंत्रों में जीवों पर पदार्थों के प्रभावों का अध्ययन करता है। पूर्वानुमानित निष्प्रभाव सांद्रता (PNEC) प्रतिनिधि प्रजातियों पर परीक्षणों से प्राप्त निम्नतम प्रभाव या निष्प्रभाव सांद्रता है, जिसे अनिश्चितता को समाहित करने वाले एक मूल्यांकन गुणक से भाग दिया गया हो; पूर्वानुमानित पर्यावरणीय सांद्रता (PEC) पदार्थ के उपयोगों और नियति से अपेक्षित सांद्रता है; जोखिम भागफल PEC/PNEC है।

प्रतिज्ञप्ति 32.25 (जोखिम भागफल)

1 से कम जोखिम भागफल मूल्यांकित विभाग के लिए कोई चिंता नहीं दर्शाता; 1 से ऊपर, ऐसा जोखिम जिसके लिए परिष्कृत आँकड़े या अनावरण घटाने के उपाय आवश्यक हैं।

परिभाषा से. PNEC को, उसके मूल्यांकन गुणक के माध्यम से, उन सांद्रताओं से नीचे निर्धारित किया जाता है जिन पर प्रभाव देखे गए थे; अतः उससे कम अपेक्षित सांद्रता से प्रभावों की अपेक्षा नहीं की जाती, और उससे ऊपर की सांद्रता से की जाती है। ∎

विधि 32.26 (एक पर्यावरणीय जोखिम मूल्यांकन)

संकट: शैवाल, अकशेरुकियों और मछलियों के लिए विषाक्तता आँकड़े एकत्र कीजिए (तीव्र $\mathrm{EC_{50}}$ , दीर्घकालिक NOEC); निम्नतम लीजिए; PNEC पाने के लिए मूल्यांकन गुणक से भाग दीजिए (जब केवल तीव्र आँकड़े हों तो यह गुणक बड़ा होता है)।
अनावरण: प्रयुक्त मात्राओं और नियति (विभाजन, निम्नीकरण) से प्रत्येक विभाग में PEC परिकलित कीजिए, या उसे मापिए।
जोखिम: PEC/PNEC परिकलित कीजिए; यदि यह 1 से ऊपर हो, तो आँकड़ों को परिष्कृत कीजिए या अनावरण घटाइए, और दोहराइए।

परिभाषा 32.27 (व्यावसायिक अनावरण सीमा)

व्यावसायिक अनावरण सीमा कार्यस्थल की वायु में किसी पदार्थ की वह सांद्रता है जिसे कर्मचारी, एक कार्य-दिवस पर औसत लेकर (या अल्पकालिक सीमाओं के लिए 15 मिनट पर), बिना अपेक्षित प्रतिकूल प्रभावों के साँस में ले सकते हैं।

बाज़ार में बड़ी मात्रा में लाए जाने वाले नए रसायनों का पंजीकरण उनके गुणों, संकटों और उपयोगों के एक दस्तावेज़-संग्रह के साथ होना चाहिए; सबसे ख़तरनाक रसायनों को प्रतिबंधित किया जा सकता है या केवल प्राधिकृत उपयोगों के लिए अनुमति दी जा सकती है।

प्रयोगशाला में — $\mathrm{BOD_5}$ का मापन

नमूने को पोषक तत्वों और एक जीवाणु-बीज वाले वातित तनुकरण जल से तनु किया जाता है, ताकि ऑक्सीजन का अच्छा-ख़ासा भाग, पर पूरी नहीं, उपभुक्त हो। दो डाटदार बोतलें मुँह तक भरी जाती हैं: एक की घुली ऑक्सीजन तुरंत एक ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड से मापी जाती है, दूसरी की $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर अँधेरे में पाँच दिन बाद। अंतर, तनुकरण गुणक से गुणा करके और बीज के लिए संशोधित करके, $\mathrm{BOD_5}$ है।

सुरक्षा

COD के अभिकर्मक: पोटैशियम डाइक्रोमेट एक ऑक्सीकारक है, कैंसर और आनुवंशिक दोष उत्पन्न कर सकता है, संक्षारक और संवेदीकारक है; मर्करी(II) सल्फ़ेट निगलने पर, साँस में लेने पर या त्वचा के संपर्क में घातक है और जलीय जीवों के लिए अत्यधिक विषैला। दोनों बंद नलिकाओं में प्रयुक्त होते हैं, और प्रयुक्त नलिकाएँ ख़तरनाक अपशिष्ट में जाती हैं।

इतिहास — एक पुस्तक और एक खाड़ी

1962 में रेचल कार्सन की साइलेंट स्प्रिंग (मौन वसंत) ने DDT और खाद्य शृंखलाओं में ऊपर की ओर सांद्रित अन्य पीड़कनाशियों से विषाक्त हुए पक्षियों की घटती संख्या का वर्णन किया, और आधुनिक पर्यावरणीय विनियमन का आरंभ किया। कुछ वर्ष पहले, 1956 में, मिनामाता खाड़ी के लोगों में तंत्रिका तंत्र का एक रोग पहचाना गया: एक रासायनिक संयंत्र ने अपने पारा उत्प्रेरक से बना मेथिलमर्करी बहाया था, जो वहाँ के निवासियों द्वारा खाई जाने वाली मछलियों में संचित हो गया।

32.6 अभ्यास

अभ्यास 32.1 ★

$\ce{N2}$ , $\ce{O2}$ और Ar अवरक्त में अवशोषण क्यों नहीं करते, और $\ce{CO2}$ का कौन-सा कंपन उसे ग्रीनहाउस गैस बनाता है?

हल

हल — अभ्यास 32.1.

किसी समनाभिकीय द्विपरमाणुक का एकमात्र कंपन द्विध्रुव आघूर्ण को शून्य बनाए रखता है, और आर्गन में कोई कंपन नहीं होता: इनमें से कोई अवरक्त विकिरण का अवशोषण नहीं कर सकता। $\ce{CO2}$ अपनी बंकन विधा (और अपने असममित तनन) से अवशोषण करता है, जो एक दोलायमान द्विध्रुव उत्पन्न करते हैं; बंकन पृथ्वी के उत्सर्जन के ठीक मध्य में पड़ता है।

अभ्यास 32.2 ★

जब समुद्री जल का pH 0.1 गिरता है, तो $[\ce{H+}]$ किस गुणक से बदलता है?

हल

हल — अभ्यास 32.2.

$10^{0.1} = 1.26$ : $[\ce{H+}]$ 26 % बढ़ता है।

अभ्यास 32.3 ★

एक जल में $2.0\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ $\ce{Ca^2+}$ और $0.50\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ $\ce{Mg^2+}$ हैं। उसकी कठोरता प्रति लीटर $\ce{CaCO3}$ के mg में बताइए।

हल

हल — अभ्यास 32.3.

$(2.0 + 0.50)\ \mathrm{mmol}/\mathrm{L} \times 100.1\,\mathrm{mg}/\mathrm{mmol} = 250\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ $\ce{CaCO3}$ ।

अभ्यास 32.4 ★

शैवाल C, N और P को $106 : 16 : 1$ मोल-अनुपात में ग्रहण करते हैं (अभ्यास के आँकड़े)। एक झील-जल में $0.60\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ नाइट्रेट नाइट्रोजन और $0.010\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ फ़ॉस्फ़ेट फ़ॉस्फ़ोरस है। कौन-सा पोषक तत्व वृद्धि को सीमित करता है?

हल

हल — अभ्यास 32.4.

N: $0.60/14.0 = 0.043\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ ; P: $0.010/31.0 = 3.2 \times 10^{-4}\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ ; N : P $= 133$ , 16 से बहुत ऊपर: फ़ॉस्फ़ोरस पहले समाप्त होता है और वृद्धि को सीमित करता है।

अभ्यास 32.5 ★★

$\mathrm{BOD_5}$ $170\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ एक मलजल पर मापी जाती है, जिसके लिए $k = 0.23\,\mathrm{d}^{-1}$ । उसकी अंतिम BOD का अनुमान लगाइए।

हल

हल — अभ्यास 32.5.

$L_0 = \mathrm{BOD_5}/(1 - \eu^{-0.23 \times 5}) = 170/0.683 = 250\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ ।

अभ्यास 32.6 ★★

एक $100.0\,\mathrm{mL}$ जल-नमूने को pH 4.5 तक पहुँचने के लिए $4.40\,\mathrm{mL}$ हाइड्रोक्लोरिक अम्ल ( $0.0200\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ) चाहिए। उसकी क्षारीयता परिकलित कीजिए और, यह मानते हुए कि वह पूरी हाइड्रोजनकार्बोनेट है, mg/L में उसकी सांद्रता।

हल

हल — अभ्यास 32.6.

$0.1000\,\mathrm{L}$ में $4.40 \times 10^{-3}\,\mathrm{L} \times 0.0200\,\mathrm{mol}/\mathrm{L} = 8.80 \times 10^{-5}\,\mathrm{mol}$ : क्षारीयता $8.80 \times 10^{-4}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $\ce{HCO3-}$ ( $61.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ) के रूप में, $53.7\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ ।

अभ्यास 32.7 ★★

एक मृदा का $f_{oc} = 0.020$ है; एक पीड़कनाशी का $K_{oc} = 300\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ (अभ्यास के आँकड़े)। $K_d$ परिकलित कीजिए, और ऐसी मृदा में शोषित पीड़कनाशी का अंश जिसमें $1.5\,\mathrm{kg}$ ठोस प्रति $0.30\,\mathrm{L}$ रंध्र-जल हो।

हल

हल — अभ्यास 32.7.

$K_d = 0.020 \times 300 = 6.0\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ । शोषित/कुल $= K_dm_s/(K_dm_s + V_w) = 9.0/(9.0 + 0.30) = 0.97$ : 97 % शोषित।

अभ्यास 32.8 ★★

$\log\mathrm{BCF} = 0.85\log K_{ow} - 0.70$ (एक आनुभविक समाश्रयण, अभ्यास के आँकड़े) के साथ बेंज़ीन और एक हेक्साक्लोरीनित PCB के BCF का अनुमान लगाइए, और टिप्पणी कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 32.8.

बेंज़ीन: $\log\mathrm{BCF} = 0.85 \times 2.13 - 0.70 = 1.11$ , BCF लगभग 13। PCB: $0.85 \times 6.67 - 0.70 = 4.97$ , BCF लगभग $9 \times 10^{4}$ : यह मछली में बेंज़ीन की तुलना में लगभग सात हज़ार गुना अधिक सांद्रित होता है; ऐसे $K_{ow}$ पर समाश्रयण अपनी वैधता की सीमा के निकट है।

अभ्यास 32.9 ★★

कैफ़ीन के चूहे के मौखिक $\mathrm{LD_{50}}$ को एक $70\,\mathrm{kg}$ वयस्क के लिए द्रव्यमान के रूप में और $90\,\mathrm{mg}$ प्रत्येक वाले कॉफ़ी के प्यालों के रूप में व्यक्त कीजिए (एक भोला पैमाना-परिवर्तन, अभ्यास के आँकड़े)। ऐसा पैमाना-परिवर्तन केवल सांकेतिक क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 32.9.

$192\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg} \times 70\,\mathrm{kg} = 13\,\mathrm{g}$ , लगभग 150 प्याले। प्रजातियाँ अवशोषण और उपापचय में भिन्न होती हैं, और $\mathrm{LD_{50}}$ कोई सुरक्षित देहली नहीं है; हानिकारक प्रभाव उससे बहुत नीचे आरंभ हो जाते हैं।

अभ्यास 32.10 ★★★

किसी पदार्थ का जल-पिस्सुओं के लिए 48-घंटे का $\mathrm{EC_{50}}$ $0.50\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , शैवाल के लिए 72-घंटे का $\mathrm{EC_{50}}$ $1.2\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ और मछली के लिए 96-घंटे का $\mathrm{LC_{50}}$ $2.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ है, सभी तीव्र, और 1000 का मूल्यांकन गुणक लागू होता है (अभ्यास के आँकड़े)। PNEC परिकलित कीजिए, और $0.20\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ के PEC के लिए जोखिम भागफल।

हल

हल — अभ्यास 32.10.

PNEC $= 0.50\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}/1000 = 0.50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ; $\mathrm{RQ} = 0.20/0.50 = 0.40$ , 1 से कम: इस अनावरण पर कोई चिंता नहीं।

अभ्यास 32.11 ★★★

एक मछलीभक्षी पक्षी $0.30\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ चिरस्थायी प्रदूषक वाली मछलियाँ खाता है; मछलियाँ $0.015\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ वाले प्लवक खाती हैं; जल में $2.0\,\mathrm{ng}/\mathrm{L}$ है। यदि पक्षी की वसा में $6.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ है (अभ्यास के आँकड़े), तो शृंखला के अनुदिश जैवसांद्रण और जैवआवर्धन गुणक परिकलित कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 32.11.

प्लवक/जल: $0.015\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}/2.0 \times 10^{-6}\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} = 7.5 \times 10^{3}\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ (जैवसांद्रण)। मछली/प्लवक: $0.30/0.015 = 20$ ; पक्षी/मछली: $6.0/0.30 = 20$ (प्रत्येक चरण पर जैवआवर्धन); पक्षी/जल: $3 \times 10^{6}$ ।

अभ्यास 32.12 ★★★

एक बिजलीघर प्रति वर्ष $1000\,\mathrm{t}$ $\ce{SO2}$ उत्सर्जित करता है। उससे बन सकने वाले सल्फ़्यूरिक अम्ल का द्रव्यमान परिकलित कीजिए, और, यदि वह सब वर्षा में गिरे, तो वर्षा का वह आयतन जिसे वह pH 4.0 तक ले आएगा (अन्य अम्लों और क्षारकों की उपेक्षा कीजिए)।

हल

हल — अभ्यास 32.12.

$1.0 \times 10^{9}\,\mathrm{g}/64.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} = 1.56 \times 10^{7}\,\mathrm{mol}$ $\ce{SO2}$ , जो उतने ही मोल $\ce{H2SO4}$ देता है: $1.53 \times 10^{9}\,\mathrm{g}$ , लगभग $1500\,\mathrm{t}$ । यह $3.12 \times 10^{7}\,\mathrm{mol}$ $\ce{H+}$ मुक्त करता है; pH 4.0 पर $[\ce{H+}] = 1.0 \times 10^{-4}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ : $3.1 \times 10^{11}\,\mathrm{L}$ वर्षा।

32.7 समस्या: एक झील में पीड़कनाशी

समस्या 32.1

सप्ताहांत समस्या — एक झील में पीड़कनाशी: तलछट और मछली में उसका विभाजन, एक साम्य द्रव्यमान संतुलन, एक वर्ष में उसका निम्नीकरण, और झील के जीवों के लिए जोखिम भागफल

समस्या के आँकड़े। एक झील में $1.0 \times 10^{9}\,\mathrm{L}$ जल है, जिसके ऊपर $1.0 \times 10^{12}\,\mathrm{L}$ वायु है (उसके ऊपर की मिश्रित परत), साथ में $1.0 \times 10^{8}\,\mathrm{kg}$ सक्रिय तलछट ठोस ( $f_{oc} = 0.040$ ) और $1.0 \times 10^{4}\,\mathrm{kg}$ मछली (लिपिड अंश 0.048)। एक पीड़कनाशी का $\log K_{ow} = 4.0$ , वायु–जल विभाजन गुणांक $K_{aw} = 1.0 \times 10^{-4}$ , और $K_{oc} = 0.41\,K_{ow}$ है; $K_{fw}$ = लिपिड अंश $\times K_{ow}$ । इसका 100 kg झील तक पहुँचता है। झील में इसकी अर्ध-आयु 60 दिन है। सबसे संवेदनशील दीर्घकालिक परीक्षण $50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ का NOEC देता है, 10 के मूल्यांकन गुणक के साथ; मानव उपभोग वाली मछली में $1.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ से अधिक नहीं होना चाहिए।

भाग I — विभाजन गुणांक।

$\log K_{ow} = 4.0$ पीड़कनाशी के बारे में क्या बताता है?
$K_{oc}$ और तलछट–जल गुणांक $K_{sw}$ परिकलित कीजिए।
मछली–जल गुणांक $K_{fw}$ परिकलित कीजिए।
क्या पीड़कनाशी जल से वाष्पशील है? $K_{aw}$ का उपयोग कीजिए।
उसके शोषण को कार्बनिक कार्बन, न कि खनिज पदार्थ, क्यों नियंत्रित करता है?
आप किस विभाग में इसका अधिकांश भाग होने की अपेक्षा करते हैं?

भाग II — साम्य द्रव्यमान संतुलन।

क्षमता पद $V_w$ , $K_{aw}V_a$ , $K_{sw}m_s$ और $K_{fw}m_f$ परिकलित कीजिए।
जल-सांद्रता परिकलित कीजिए।
प्रत्येक विभाग में द्रव्यमान परिकलित कीजिए।
वायु, तलछट और मछली में सांद्रताएँ परिकलित कीजिए।
मॉडल की कौन-सी मान्यता सबसे कम यथार्थवादी है?
निम्नीकरण चित्र को कैसे बदलेगा (स्तर II और III मॉडल)?

भाग III — निम्नीकरण।

प्रथम-कोटि दर स्थिरांक परिकलित कीजिए।
एक वर्ष बाद शेष अंश परिकलित कीजिए।
एक वर्ष बाद जल-सांद्रता परिकलित कीजिए।
तलछट पीड़कनाशी को अर्ध-आयु के संकेत से अधिक समय तक क्यों रख सकता है?
कोई पीड़कनाशी चिरस्थायी किस कारण होता है?

भाग IV — जोखिम।

PNEC परिकलित कीजिए।
प्रारंभिक जल-सांद्रता को PEC लेकर जोखिम भागफल परिकलित कीजिए।
झील के जीवों के लिए निष्कर्ष निकालिए।
मछली की सांद्रता की तुलना उपभोग-देहली से कीजिए।
आप आगे क्या, और कहाँ, मापेंगे?
कौन-से उपाय PEC को घटाएँगे?
मूल्यांकन गुणक इतना महत्त्वपूर्ण क्यों है?
परिणाम बताइए: जोखिम भागफल PEC/PNEC।

हल

हल — समस्या 32.1.

1. यह जल की तुलना में ऑक्टेनॉल में दस हज़ार गुना अधिक विलेय है: जलविरागी होने से यह कार्बनिक पदार्थ पर शोषित होगा और वसा में संचित होगा।

2. $K_{oc} = 0.41 \times 10^4 = 4100\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ ; $K_{sw} = f_{oc}K_{oc} = 0.040 \times 4100 = 164\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ ।

3. $K_{fw} = 0.048 \times 10^4 = 480\,\mathrm{L}/\mathrm{kg}$ ।

4. नहीं: साम्य पर वायु में जल-सांद्रता का केवल $10^{-4}$ भाग होता है।

5. उदासीन, जलविरागी अणु कार्बनिक पदार्थ में घुल जाता है, जैसे ऑक्टेनॉल में; खनिज पृष्ठ ध्रुवीय होते हैं और जल से ढके रहते हैं।

6. तलछट, जिसकी क्षमता, $K_{sw}m_s$ , सबसे बड़ी है।

7. $V_w = 1.0 \times 10^{9}\,\mathrm{L}$ ; $K_{aw}V_a = 1.0 \times 10^{8}\,\mathrm{L}$ ; $K_{sw}m_s = 1.64 \times 10^{10}\,\mathrm{L}$ ; $K_{fw}m_f = 4.8 \times 10^{6}\,\mathrm{L}$ ।

8. $C_w = 1.0 \times 10^{8}\,\mathrm{mg}/1.75 \times 10^{10}\,\mathrm{L} = 5.7 \times 10^{-3}\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , $5.7\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ।

9. जल $5.7\,\mathrm{kg}$ , वायु $0.57\,\mathrm{kg}$ , तलछट $94\,\mathrm{kg}$ , मछली $0.027\,\mathrm{kg}$ ।

10. वायु $5.7 \times 10^{-7}\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ ; तलछट $0.94\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ ; मछली $2.7\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ ।

11. सभी विभागों के बीच एक साथ साम्य, कोई निम्नीकरण नहीं, कोई अंतर्वाह या बहिर्वाह नहीं, और भली-भाँति मिश्रित विभाग।

12. स्थायी अवस्था में निम्नीकरण और प्रवाहों के साथ (स्तर II) कुल भंडार निवेश और हानि की दरों से तय होता है; विभागों के बीच स्थानांतरण दरों के साथ (स्तर III) सांद्रताएँ अब साम्य अनुपातों में नहीं रहतीं, और निवेश प्राप्त करने वाला विभाग समृद्ध हो जाता है।

13. $k = \ln 2/60\,\mathrm{d} = 0.0116\,\mathrm{d}^{-1}$ ।

14. $\eu^{-0.0116 \times 365} = 0.0145$ : 1.5 % शेष।

15. $5.7\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L} \times 0.0145 = 0.083\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ।

16. ठंडे, ऑक्सीजनरहित तलछट में निम्नीकरण प्रायः धीमा होता है, और शोषित पीड़कनाशी धीरे-धीरे वापस जल में मुक्त होता है, जिससे जल के साफ़ हो जाने के बाद भी वह उपस्थित बना रहता है।

17. जल-अपघटन, ऑक्सीकरण और सूक्ष्मजीवी आक्रमण का प्रतिरोध करने वाले आबंध (उदाहरण के लिए ऐरोमैटिक C–Cl), कम जल-विलेयता, और ऐसा शोषण जो उसे निम्नीकारकों से बचाता है।

18. PNEC $= 50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}/10 = 5.0\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ।

19. $\mathrm{RQ} = 5.7/5.0 = 1.1$ ।

20. 1 से ठीक ऊपर: एक जोखिम संकेतित है, और मूल्यांकन को परिष्कृत करना होगा (बेहतर विषाक्तता आँकड़े, मापी गई सांद्रताएँ) या अनावरण घटाना होगा।

21. $2.7\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ , $1.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{kg}$ की देहली का लगभग तीन गुना: जब तक सांद्रता न गिरे, मछली नहीं खाई जानी चाहिए।

22. समय के साथ और कई बिंदुओं पर जल, तलछट और मछली में सांद्रताएँ, मॉडल की जाँच करने और गिरावट का अनुसरण करने के लिए।

23. कम पीड़कनाशी का प्रयोग, वर्षा से और तट से दूर प्रयोग, अपवाह रोकने वाली बफ़र पट्टियाँ, या कम चिरस्थायी विकल्प।

24. यह मापे गए निष्प्रभाव स्तर को भाग देकर कुछ प्रयोगशाला-प्रजातियों और संपूर्ण पारितंत्र के बीच के अंतर को समाहित करता है; 1000 के बजाय 10 का गुणक PNEC को, और निर्णय को, सौ गुना बदल देता है।

25. जोखिम भागफल PEC/PNEC लगभग 1.1 है, 1 से ठीक ऊपर।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

शब्दावली के सभी 852 शब्द देखें