Неорганические и органические соединения загрязняющих веществ

 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ 

ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное автономное 

образовательное 

учреждение высшего образования  
«Российский университет транспорта» 

 

Институт управления и цифровых технологий 

 

Кафедра «Химия и инженерная экология» 

 
 

В.А. Пашинин,  М.А. Журавлева, Н.И. Зубрев  

 
 

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ И 

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 

 ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 

 
 
 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 

 
 
 

МОСКВА  2020 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования 
«Российский университет транспорта» 

 

Институт управления и цифровых технологий 

 

Кафедра «Химия и инженерная экология» 

 
 

В.А. Пашинин,  М.А. Журавлева, Н.И. Зубрев  

 

 

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ И 

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 

 ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 

 

 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 

для студентов направления 

20.03.01 

 
 
 

 

МОСКВА  2020 

УДК 543.6  
П 22 
 

Пашинин В.А.,  Журавлева М.А.,.Зубрев Н.И. Неорганические 
и органические соединения загрязняющих веществ: 
Учебное пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. -  168 с. 

 

 

В учебном пособии кратко изложены основные законы 

химии, необходимые для понимания вопросов прикладной 
химии на железнодорожном транспорте. В рамках этой 
проблемы рассматриваются источники эмиссии неорганических 
и органических соединений при эксплуатации транспорта  в 
окружающую среду их воздействии на процессы, протекающие 
в 
окружающей 
среде. 
Рассмотрены 
физико-химические 

превращения в атмосфере, литосфере, гидросфере и живых 
организмах, 
обуславливающие 
современное 
состояние 

биосферы, и основные принципы экологического мониторинга. 

Пособие предназначено для  бакалавров  железнодорожных 

высших заведений. 

 

 
Рецензенты: 
д.тех.н., профессор кафедры «Химия и материаловедение» 
ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС России» 
Валуев Н.П., 
к.ф.-м.н., 
доцент 
кафедры 
«Физика» 
Академии 
базовой 

подготовки ФГАОУ ВО «Российский университет транспорта» 
РУТ (МИИТ)  Захарова Т.В. 
 
 

 
 
 

© РУТ (МИИТ), 2020 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Учебное пособие написано в соответствии с программой 

бакалавров высшего образования транспортных вузов. Все 
материалы по химии изложены применительно к конкретным 
условиям работы на предприятиях железнодорожного и, в 
меньшем 
объеме, 
автомобильного 
транспорта. 
Пособие 

знакомит студентов первого курса с источниками образования 
неорганических и органических веществ выделяющихся  при 
эксплуатации транспорта, их воздействие на окружающую 
среду. 

Учебное пособие состоит из восьми глав. В первой главе   

приводятся процессы, протекающие в гальванических элементах 
и аккумуляторах. Вторая глава посвящена рассмотрению 
основных классов органических соединений и их свойствам. В 
третьей главе рассмотрены строение полимеров и пластмасс, 
используемых 
на 
транспорте, 
рассмотрены 
вопросы 

электрических и полупроводниковых свойств полимеров, а 
также приведена таблица физических свойств полимеров, 
применяемых 
в 
технике. 
Четвертая 
глава 
посвящена 

техническим проблемам по использованию топлива, смазочных 
материалов, охлаждающих и гидравлических жидкостей.  

Главы 
с 
пятую 
по 
восьмую 
посвящены 
вопросам 

окружающей среды. В них разобраны проблемы, связанные с 
образованием неорганических и органических веществ при 
эксплуатации транспортных средств и их ремонте. Прослежены 
пути их попадания в окружающую среду и воздействие на 
живые организмы Отдельно рассмотрен раздел посвященный 
загрязнению 
территорий 
предприятий 
и 
полосы 
отвода 

транспортных 
магистралей 
тяжелыми 
металлами 
и 

нефтепродуктами, вопросы воздействия  тяжелых металлов на 
биологические системы и здоровье человека, очистка почвы от 
загрязнений и мониторинг производственной среды. 

Таким образом, в данном учебном пособии рассмотрены и 

систематизированы на современном научном уровне все 
необходимые материалы для успешного освоения курса 
инженерной химии на транспорте. 

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 

 
Одним из практически важных разделов химии является 

электрохимия, 
которая 
изучает 
окислительно-

восстановительные процессы, протекающие под действием 
электрического тока или приводящие к его образованию. В 
соответствии 
с 
этим 
электрохимию 
можно 
условно 

подразделить на две части: учение о процессах превращения 
химической энергии в электрическую и учение о процессах 
превращения 
электрической 
энергии 
в 
химическую. 
В 

практическом плане первая часть связана с химическими 
источниками тока (ХИТ), а вторая — с использованием 
электрохимических методов получения веществ и материалов 
— электролиза и гальванотехники. 

Химические источники тока обеспечивают во многом 

работу железнодорожного и автомобильного транспорта. В этой 
главе обсуждаются процессы, протекающие в свинцовых и 
щелочных аккумуляторах, описано устройство стартерных 
свинцовых батарей, возможные их неисправности и способы 
устранения. 

В настоящей главе при описании электролиза особое 

внимание уделяется практическому применению этого процесса 
при ремонте оборудования на железнодорожном транспорте. 

Химическим источником тока называют устройство для 

непосредственного превращения химической энергии вещества 
в электрическую. В химических источниках тока используют 
системы 
как 
с 
обратимыми, 
так 
и 
с 
необратимыми 

электрохимическими реакциями. По этим признакам различают 
первичные и вторичные источники тока. 

Основным отличительным признаком первичных ХИТ 

является 
электрохимическая 
необратимость, 
связанная 
с 

необратимостью реакции на одном или обоих электродах. Этот 
вид источника способен обеспечить только непрерывный 

разряд, так как электрохимическая необратимость не дает 
возможности привести разряженные электроды в исходное 
состояние. 

Все 
первичные 
химические 
источники 
тока 
можно 

разделить на активные и активируемые (резервные). Активные 
элементы имеют прямой контакт электродов с электролитом, 
что обуславливает их готовность к разряду в любой момент. 
Активируемые 
(резервные) 
элементы, 
обычно 
батареи, 

длительное время могут находиться в нерабочем состоянии по 
одной из трех причин:  

1. электролит надежно изолирован от электродов, 2. 

находится в твердом состоянии и 3. химически инертен или 
вообще отсутствует. Для приведения резервной батареи в 
состояние готовности к действию она должна быть подвергнута 
активации. К первичным ХИТ относятся также топливные 
элементы. 

Вторичные 
источники 
тока 
характеризуются 

электрохимической 
обратимостью 
и 
поэтому 
могут 

использоваться многократно. Это аккумуляторы, которые 
широко 
применяются 
на 
всех 
видах 
транспорта 
во 

всевозможных устройствах бытовой техники и др. 

 

1.1. Электродные потенциалы металлических и газовых 

электродов 

 
В 
гальваническом 
элементе 
химическая 
энергия 

преобразуется 
в 
электрическую 
за 
счет 
окислительно-

восстановительных реакций, протекающих на электродах. В 
результате этих процессов на электродах гальванического 
элемента поддерживается разность потенциалов, определяющая 
электродвижущую 
силу 
элемента. 
Процесс 
работы 

гальванического элемента проще всего можно рассмотреть на 

примере 
возникновения 
электродных 
потенциалов 
на 

металлических и газовых электродах.  

Металлические 
электроды. 
При 
погружении 

металлической пластинки в полярную жидкость, например, воду 
или раствор соли данного металла, на границе металл-раствор 
возникает скачек потенциала. Появление такого скачка связано 
с особенностями строения кристаллической решетки металлов, в 
узлах которой находятся положительные ионы, заряд которых 
уравновешивается зарядом электронного газа. Положительно 
заряженные ионы в поверхностном слое металла под действием 
полярных молекул воды отрываются и в гидратированном 
состоянии переходят в раствор (рис. 1.1), который при этом 
заряжается положительно. В самом металле появляется избыток 
электронов, придающих ему отрицательный заряд. 

 

Рис. 1.1. Схема взаимодействия ионов поверхностного слоя 

металла с  молекулами воды 

 
На границе «металл – раствор» образуется двойной 

электрический слой, а между металлом и окружающей его 
средой создается разность потенциалов, которая называется 
электродным потенциалом φ (рис. 1.2). Чем активнее металл, 
тем больше разность потенциалов между металлом и раствором, 
тем больше скачок потенциала. 

В качестве примера возьмем два сосуда, в которых в 

раствор их солей, опущены электроды цинка и меди. 

Способность растворяться у цинка больше, чем у меди. 
Следовательно, концентрация избыточных электронов на 
цинковом электроде больше и на границе раздела металл-
раствор возникает большой скачок потенциала (рис. 1.3). 

В двойном электрическом слое все время происходит 

движение ионов, причем одни из них входят обратно в 
кристаллическую решетку металла, другие снова переходят в 
раствор. Однако, при неизменных условиях число тех и других 
одинаково. Иначе говоря, между раствором и поверхностью 
металла существует равновесие:  

                          М+е- + nН2О   М+  nН2О + е-                 (1.1) 
              в растворе            в металле 
 

 

Рис. 1.2. Схема строения двойного электрического слоя δ 

 

Рис. 1.3. Схема строения двойного электрического слоя 

активного цинка и неактивного металла меди  

Такое равновесие может быть смещено в ту или иную 

сторону. Например, отвод электронов из металла сместит 
равновесие вправо, т.е. в сторону перехода ионов в раствор, а 
повышение концентрации ионов металла смещает равновесие 
влево. В этом случае часть ионов металла войдет в 
кристаллическую решетку, нейтрализуя электроны двойного 
электрического слоя, что приводит к уменьшению электродного 
потенциала. 

Если уменьшить концентрацию ионов металла в растворе, 

то равновесие (1.1.) сместится вправо, большее количество 
ионов перейдет из кристаллической решетки в двойной 
электрический слой. В поверхностном слое металла останется 
большее количество электронов, что приведет к возрастанию 
электродного потенциала. 

Таким образом, величина электродного потенциала зависит 

от ряда факторов, из которых основными являются природа 
металла (чем активнее металл, тем меньше φ) природа 
растворителя (чем полярнее растворитель, тем больше φ), 
температура (повышение температуры увеличивает φ) и 
концентрация 
ионов 
металла 
(повышение 
концентрации 

понижает φ). 

Зависимость 
величины 
электродного 
потенциала 
от 

концентрации ионов металла и температуры выражается 
формулой Нернста: 

                               
C
nF
RT ln
0 
 

.                                 (1.2) 

В этой формуле использованы следующие обозначения: φ° 

— нормальный или стандартный электродный потенциал, 
возникающий на границе металл-раствор, в том случае, когда 
металл помещен в раствор своей соли с концентрацией 1 г-
моль/л, С — концентрация ионов металла, г-ион/л. 

Подставляя в формулу величины R и F, значение Т=298К и 

переходя от натуральных логарифмов к десятичным, получаем 
преобразованную формулу Нернста: 

                           
C
n
lg
059
,0
0 
 

 .                           (1.3) 

которая 
дает 
возможность 
рассчитать 
величину 

электродного потенциала при любой концентрации ионов 
металла в растворе при комнатной температуре. 

Газовые электроды. Электроды, которые образуются из 

газообразных веществ, называются газовыми. Для образования 
газового электрода необходимо иметь: проводник первого рода 
(металл, графит и т. п.), на поверхности которого адсорбируется 
газ, и раствор электролита, в который помещается этот 
проводник. Адсорбционный слой газа ведет себя как «газовая 
пластинка», обменивающая с раствором ионы и отдающая 
электроны во внешнюю цепь или принимающая их из нее. В 
процессе возникновения газового электрода проводник, на 
котором адсорбирован газ, приобретает относительно раствора 
заряд, 
определяющий 
потенциал 
газового 
электрода. 
В 

зависимости от того, каким газом образован газовый электрод, 
различают водородный, кислородный, хлорный и другие 
газовые электроды. 

Определение потенциалов электродов. Потенциал какого-

либо электрода определяется путем его сравнения с другим 
электродом, 
потенциал 
которого 
известен. 
Измерив 

электродвижущую силу такого элемента компенсационным 
методом и зная потенциал электрода сравнения, можно 
вычислить потенциал любого изучаемого электрода. В качестве 
электродов сравнения используют стандартные водородный, 
каломельный и хлорсеребряный электроды. 

В качестве эталона принят нормальный водородный 

электрод (н.в.э.), потенциал которого принимается за нуль (рис. 
1.4.). Такой электрод состоит из платиновой пластинки,