George DUCA, academician

PhD in chemistry, university professor
president of the Academy of Sciences of Moldova

Republic of Moldova
Home Sitemap CV

CHIMIE ECOLOGICĂ

Tue, 08/02/2016 - 14:58

Chimie ecologică – ştiinţă despre procesele ce determină compoziţia şi proprietăţile chimice ale mediului ambiant, adecvat valorii biologice de abitare [1]. Conform altei definiţii, Chimie ecologică este o ştiinţă ce studiază procese chimice şi interacţiunile în mediul ambiant (ecosferă), precum şi consecinţele acestor interacţiuni [2].

Chimie ecologică este strâns legată cu alte discipline ştiinţifice, cele mai importante fiind domeniile chimie fizică (care studiază procese de transfer de masă în mediul ambiant), cinetica chimică (mecanismele transformărilor poluanţilor), chimie analitică (metode fizico-chimice de analiză) şi biochimie (mecanismele molecular privind influenţa poluanţilor asupra proceselor vitale). Chimie ecologică include compartimentele disciplinelor enumărate, care au tangenţă cu tematica ambientală, dar pe lîngă aceasta, are particularităţile sale, fiind o ştiinţă complexă despre procesele chimice în mediul ambiant. Ea are menirea de cunoaştere şi descrierea dinamicii proceselor ecochimice în obiectele mediului ambiant şi în ecosistemele artificiale, prognozarea şi reglarea consecinţelor ecologice ale impactului antropogen asupra mediului. În afară de domeniile menţionate, chimie ecologică are aspecte interdisciplinare cu biologie, medicină, meteorologie, geologie, agricultură, pedologie, farmacologie, etc.

Scopul chimiei ecologice constă în studiul transformărilor substanţelor în mediul ambiant şi prognozarea consecinţelor posibile ale acestora. Acest studiu presupune diverse metode de cercetare, inclusiv cele cinetice, analitice, chimico-biologice, microbiologice şi ecologice.

La baza chimiei ecologice stă analiza proceselor în mediul ambiant, reieşind din aspectul chimic şi luînd în consideraţie impactul antropogen asupra componentelor biotic şi abiotice ale mediului. Componenta biotică a mediului ambiant (flora şi fauna) – biota – şi mediul ce o înconjoară se află în echilibru ecochimic dinamic. În acest caz valoarea biologică a habitatului se estimează prin aplicarea parametrilor de varietate de specii şi productivitatea biologică a ecosistemului în comparaţie cu ecosistemele, care nu sunt supuşi impactului antropogen. Starea mediului extern de habitare poate fi estimată prin totalitatea parametrilor fizici şi chimici. Sub influenţa impactului antropogen pot fi modificate atît caracteristicile fizice (temperatura, luminozitatea, transfer de masă), cît şi compoziţia chimică a mediului.

Una din particularităţile situaţiei actuale constă în aceea că schimbările din mediul ambiant sunt mai rapide decît timpul de dezvoltare a metodelor de control şi prognozare a stării acestuia astfel încît omul doar constată fenomenele ecologice nefavorabile şi nu le poate preveni.

În această situaţie creşte rolul chimiei în protecţia naturii. Ca urmare, se impune ecologizarea producţiei chimice, aplicarea metodelor şi realizărilor chimiei în rezolvarea problemei epurării apelor uzate şi emisiilor gazoase, în utilizarea şi prelucrarea deşeurilor, cu aplicarea metodelor fizico-chimice pentru aprecierea nivelului de poluare şi a concentraţiilor maxime admisibile ale poluanţilor.

În afară de aceasta, trebuie de avut în vedere că la baza proceselor vitale, ca şi la baza schimbărilor compoziţiei chimice a mediului ambiant, stă actul chimic care reprezintă transformarea substanţelor iniţiale în produsele lor metabolice sau finale. Orice proces chimico-biologic reprezintă totalitatea reacţiilor chimice ce determină mecanismul procesului. Ca urmare, pentru descrierea şi gestionarea dinamic-echilibrată a ecosistemelor, în condiţiile creşterii activităţii antropice, este necesară cunoaşterea mecanismelor chimice de interacţiune dintre om, mediul şi sisteme ecologice.

Aspectul biologic al acestor interacţiuni este studiat de ecologia chimică ca ştiinţa despre interacţiunile chimice dintre organismele vii sau dintre natura vie şi cea moartă. Aspectul chimic al acestor interacţiuni este legat de compoziţia calitativă şi cantitativă a impurităţilor chimice şi de transformările lor în mediul ambiant. Aceste probleme sunt de competenţa chimiei ecologice.

Termenii ecologie chimică şi chimie ecologică subliniază legătura dintre chimie şi ecologie, fiecare din ele contribuind cu domeniul ştiinţific propriu. În acelaşi timp, fiecare dintre ştiinţe prezintă un sistem de discipline ştiinţifice. Ecologia,din ştiinţa despre legile interacţiunii organismelor vii cu mediul ambiant, s-a transformat în ştiinţa despre structura naturii. Chimia, ca ştiinţă despre structura substanţelor şi transformările lor, descrie compoziţia şi proprietăţile mediului ambiant la nivel atomo-molecular. Ambele discipline, completîndu-se una pe alta, sunt menite să pună bazele ştiinţifice ale utilizării şi protejării naturii, să contribuie la optimizarea interacţiunii omului cu natura.

În conformitate cu cele afirmate, la baza chimiei ecologice stă examinarea proceselor din mediul ambiant sub aspectul lor chimic, luînd în consideraţie influenţa acţiunilor antropice asupra componenţilor biotici şi abiotici ai mediului.

Domeniul de studiu al chimiei ecologice cuprinde următoarele direcţii:

- stabilirea unor recomandări în scopul diminuării nivelului de poluare chimică a mediului cu substanţele cele mai nocive;

- perfecţionarea proceselor tehnologice de prelucrare a materiei prime, utiliarea deşeurilor, epurarea emisiilor gazoase şi a apelor uzate;

- prognozarea comportării noxelor chimice în mediul ambiant sub influenţa factorilor naturali şi antropici;

- elaborarea metodelor de dirijare a stării obiectelor mediului natural.

În plan practic se pot indica trei probleme principale ale chimiei ecologice, de rezolvarea cărora depinde protecţia mediului ambiant.

1. Modificarea sau schimbarea tehnologiilor, dirijarea lor spre diminuarea cheltuielelor energetice şi a cantităţilor de deşeuri, atingerea minimului de emisii în atmosferă şi hidrosferă. Este vorba despre aplicarea unor tehnologii avansate şi modificarea tehnologiilor existente avînd în vedere nu în ultimul rînd, protecţia mediului. Rezolvarea acestei probleme se poate face în două moduri:

- prin măsuri tehnico-organizatorice (folosirea combinată a materiei prime, producţia fără deşeuri, reciclarea apei, etc.);

- prin metode chimico-tehnologice (creşterea selectivităţii şi optimizarea proceselor, desfăşurarea reacţiilor în alte condiţii, aplicarea de noi catalizatori, ecologizarea unor etape separate ale proceselor, etc).

2. Cea de-a doua problemă o constituie epurarea emisiilor gazoase şi a apelor uzate. Cheltuielile de tratare a deşeurilor depind de nivelul de purificare. Există o anumită limită a epurării, determinattă economic, după care întreprinderea devine nerentabilă. Apare problema creşterii eficacităţii instalaţiilor de epurare concomitent cu micşorarea cheltuielilor de purificare. Rolul chimiei în acest caz devine foarte important şi posibilităţile nu sunt epuizate. Este vorba atît despre tratarea deşeurilor industriale cît şi despre epurarea apelor uzate orăşeneşti sau utilizarea deşeurilor menajere.

3. Cea de a treia problem este legată de influenţa substanţelor poluante asupra mediului ambient. Aici apar două aspecte. Pe de o parte toxicitatea substanţelor poluante care pătrund în mediul ambiant iar pe de altă parte, migrarea şi transformarea substanţelor sub influenţa factorilor naturali. Rolul chimiei ecologice constă în evaluarea vitezei de transformare a substanţelor poluante în funcţie de factorii de mediu. În modelele de prognozare a comportării substanţelor poluante în mediul ambiant pot fi folosiţi parametrii cinetici.

Studiul privind interacţiunile dintre substanţele chimice cu componentele vii şi nevii din ecosferă include detectarea poluării mediului, diminuarea poluării şi analiza consecinţelor posibile. În procesul cercetării poluării mediului pot fi enumărate următoarele etape:

- depisarea poluantului în mediul ambiant şi volumul de producer ale acestuia;

- domeniile de utilizare;

- răspîndirea în mediu;

- pătrunderea şi acumularea în mediu;

- ecotoxicitatea şi toxicitatea poluantului;

- persistenţa şi capacitatea de descompunere;

- chimismul transformărilor ulterioare.

Chimie ecologică, fiind o ştiinţă relativ tînără, s-a dezvoltat rapid în ultimii 20-30 de ani, începînd din anii 80 a secolului XX. Pînă la apariţia acesteea nu era o disciplină aparte, care putea să elaboreze baza clasificării substanţelor chimice în procesul de poluare antropogenă a mediului şi să argumenteze cercetările privind impactul antropogen ale acestora asupra biosferei. Actualmente în mai multe ţări ale lumii, inclusiv SUA, Germania, Polonia, Rusia, Republica Moldova şi altele, funcţionează un şir de centre şi şcoli ştiinţifice în domeniul chimiei ecologice, conduse de personalităţi în acest domeniu. Printre fondatorii chimiei ecologice se enumără J. Bockris, A. Purmal, A. Sîciov, Gh. Duca, F. Corte, M. Bahadir, V. Klein, Iu. Scurlatov şi alţii.

În afară de manuale şi monografii în domeniul Chimiei ecologice [1-7], articolelor ştiinţifice [8], actualmente sunt publicate şi ediţii periodice/reviste specializate în domeniul: Ecological Chemistry and Engineering S, Environmental Chemistry Letters, Environmental Chemistry şi altele.

Prof. Yu.I. Skuratov, şef al Laboratorului de procese hidrogeochimice, lucrînd de mai mulţi ani la N.N. Semenov Institutul de Fizică Chimică al Academiei de Ştiinţe a Rusiei, studiază problemele legate de tematica de mediu. El este autorul a numeroaselor articole şi monografii [1] în domeniul chimiei ecologice, şi conduce echipa de cercetare care efectuează cercetări fundamentale în domeniul de sistematizare şi evaluare a riscul ecotoxicanţelor, prezenţa lor, migraţia şi transformarea în diverse componente ale mediului şi a obiectelor sale, explorarea problemei transportului transfrontalier a substanţelor ecotoxiceşi alte probleme respective. Un domeniu important de cercetare al Institutului este dezvoltarea metodelor fizico-chimice de prevenire activă a poluării toxice, eliminare şi decontaminare, dezvoltarea conceptului şi metodologiei de eliminare a consecinţelor asociate cu poluarea antropogenă şi tehnogenă a zonele sensibile, dezvoltarea şi testarea de metode netradiţionale de procesare componentelor de mediu, precum şi alte direcţii.

În Republica Moldova de mai mulţi decenii dinamic se dezvoltă şcoala vestită de chimie ecologică condusă de acad. Gh. Duca. La începutul anilor 90 a secolului XX la facultatea de Chimie a Universităţii de Stat din Moldova (USM) sub conducerea acad. Gh. Duca a fost fondată catedra de Chimie industrială şi ecologică (1992), avînd deja rezultate importate în acest domeniu, care au fost obţinute în cadrul catedrei Chimie fizică.

Colaboratorii catedrei, precum şi a Centrului de Cercetări Ştiinţifice de Chimie aplicată şi ecologică, care a apărut peste doi ani în cadrul catedrei, studiază un spectru larg al problemelor în domeniu: procese redox în mediul ambiant, mecanismele proceselor în cadrul formării compoziţiei chimice şi calităţii apelor naturale, procese de autopurificare a sistemelor acvatice, transformările substanţelor toxice în medul ambiant şi produse alimentare, influenţa acestora asupra organismului uman, tehnologiile de tratare a apelor reziduale din sectorul agroindustrial şi comunal şi altele. Pentru domeniul oenologic din republică un interes sporit reprezintă cercetările privind transformările redox a polifenolilor şi acidului tartric, elaborarea tehnologiilor şi reactoarelor moderne de tratare a deşeurilor vinicole şi obţinerea unor produse preţioase în baza acestora, obţinerea substanţelor şi produselor noi cu efect farmaceutic din materia vegetală autohtonă, etc.

Catedra Chimie industrială şi ecologică a fost iniţiatorul mai multor foruri ştiinţifice internaţionale de Chimie ecologică, care au fost realizate cu succes în Chişinău, Republica Moldova: Primul Simpozion Internaţional de Chimie Ecologică (1-4 octombrie 1995); Conferinţa Internaţională de Chimie ecologică, Ediţia a 2-a (11-12 octombrie 2002); Conferinţa Internaţională de Chimie Ecologică, Ediţia a 3-a (20-21 mai 2005); Ediţia a 4-a (12-15 noiembrie 2008) şi Ediţia a 5-a (2-3 martie 2012).

O serie de direcţii de cercetare ale chimiei ecologice au devenit obiect de studiu a cercetătorilor din cadrul Laboratorului de Chimie Ecologică al Institutului de Chimie al Academiei de Ştiinţe a Moldovei (AŞM), înfiinţat în 1962 sub numele de Laboratorul de materii prime minerale. Scoala de Chimie Ecologică sub conducerea membrului corespondent al AŞM T.G.Lupaşcu este preocupată de dezvoltarea tehnologiilor de protecţie a mediului, inclusiv metode obţinere a cărbunelui activat şi sorbenţi minerali activaţi [9], studiul mecanismelor de sorbţie a poluanţilor pe suprafaţa acestora, studiul mecanismelor de migraţie şi de transformare a poluanţilor în apele naturale [10], dezvoltarea metodelor şi a proceselor tehnologice de tratare a apelor naturale şi reziduale, utilizarea produşilor acestora în agricultură şi o serie de alte procese. O particularitate a acestor studii este importanţa lor aplicativă, la rînd cu cea teoretică, ceea ce a permis cercetătorilor testarea şi recomandarea spre aplicaţii practice procesele de sorbţie noi de epurare a apei, elaborarea unui şir de preparate utile pe baza produsului ecologic pur „Enoxil” conţinând substanţa activă cu proprietăţi antibacteriale ridicate [11], precum şi alte procese şi substanţe elaborate.

Referinţe:

  1. Скурлатов, Ю.И., Дука, Г.Г., Мизити, А. (1994). Введение в экологическую химию: Учебн. пособие для хим. и хим.-технол. спец. вузов. М.: Высшая школа. - 400 с. (Rus.). - ISBN 5-06-002593-4.
  2. Корте, Ф., Бахадир, М., Клайн В. и др. (1997). Экологическая химия. Пер. с нем. Основы и концепции. /Под ред. Ф.Корте. М.: Мир. - 396 с. (Rus.transl.). ISBN 5-03-003081-6; ISBN 3-13-586703-X.
  3. Giddings, J.C. (1973). Chemistry, Man and Environmental Change, Canfield Press, San Francisco.
  4. Duca, Gh. (2012). Dicţionar poliglot de chimie ecologică. Chisinau: Inst. de Studii Enciclopedice. - 680 p. - ISBN 978-9975-4307-1-5.
  5. The Role of Ecological Chemistry in Pollution Research and Sustainable Development : Proc. of the NATO Advanced Research Workshop, Chisinau, Moldova, 8-11 October 2008 / ed. by Ali Müfit Bahadir, Gheorghe Duca. – Dordrecht : Springer, 2009. – 308 p. – (NATO Science for Peace and Security Ser. C: Environmental Security). – ISBN 978-90-481-2901-0 (Print) 978-90-481-2903-4 (Online). –http://www.springerlink.com/content/978-90-481-2901-0?v=editorial
  6. Duca, Gh., Skurlatov, Yu., Misiti, A., Macoveanu, M. et al. (2003). Chimie Ecologica (Rom.). 2nd Ed. Chisinau: CE USM, 303 p.
  7. Gonta, M., Duca, Gh. (2009). Chimia ecologica a nitratilor, nitritilor si N-nitrozoaminelor (Rom.). Chisinau: CEP USM. – 268 p.
  8. Duca, Gh. Chemistry vs Ecology. Chemistry Journal of Moldova: General, Industrial and Ecological Chemistry. 2012, Vol. 7, Nr 1, p. 12-19.
  9. Lupascu, T. (2004).  Cărbuni activi din materii prime vegetale. (Rom.). Chişinău: ÎEP Ştiinţa. -  224 p.
  10. Rusu, V., Lupascu, T. (2004). Chimia sedimentelor sistemelor acvatice. Proprietăţi de suprafaţă. Modele fizico-chimice (Rom.). Chişinău: Ed. Elena V.I. - 272 p.
  11. Lupascu, T., Duca, Gh., Rudic, V. et al. (2012). Enoxil - preparat ecologic pentru sănătatea omului. (Rom.) Chisinau : Ed. Acad. de Ştiinţe a Moldovei. - 256 p. - ISBN 978-9975-62-304-9.