تويت
غازات سامه
Toxic gases - Gaz toxiques
الغازات السامة
ينضوي تحت مصطلح الغازات السامة toxicgases كل غاز مؤذ أو ضار بالصحة العامة أو البيئة كائناً ما كان مصدره، والغازات السامة والخطرة على أنواع، وتأثيرها مختلف، ويمكن تصنيفها على النحو الآتي:
ـ غازات خاملة: وهي غازات لا تتفاعل ويمكن تخزينها في شروط عمل المنشأة الصناعية.
ـ غازات غير مستقرة: هي غازات قابلة للتفاعل التلقائي (عفوي) في شروط التخزين وعمل المنشاة، وتنشر الطاقة إذا خضعت لتأثير طاقة أخرى أو مادة حافزة ولو لم يكن هناك أكسجين.
ـ غازات مُسالة: وهي غازات طبيعية قابلة للاحتراق، مثل البروبان والبوتان والبروبين وخلائطها.
ـ غازات أثقل من الهواء: وهي غازات تتجاوز كتلتها الحجمية 1.3كغ/م3 حين تنطلق في الجو في شروط الوسط المحيط من حرارة وضغط.
ـ غازات أخف من الهواء: هي غازات كتلتها الحجمية أقل من 1.2كغ/م3 حين تنطلق في الجو في شروط الوسط المحيط من حرارة وضغط.
وحيثما وجدت مواد ملوثة أو خطيرة أو قابلة للاحتراق لابد من وضع إشارات تحذير على أماكن تخزينها (الشكل 1).
المواد الضارة بالصحة والقيم المسموح بها في مراكز العمل
يجب مراعاة شروط الأمان في التعامل مع منتجات الصناعات الكيمياوية كي لا تلحق الضرر بصحة الإنسان. ويُميز في هذا المجال بين المواد على أساس تأثيراتها السامة فهناك مواد خانقة تؤثر في طرق التنفس، وهناك مواد كاوية تؤثر في الجلد عن طريق اللمس (مثل الحموض والقلويات والأمينات والقطران)، وهناك مواد سامة عن طريق الطعام والجهاز الهضمي (مواد سائلة وصلبة كالزئبق ومركباته والبنزين) .
وبحسب نوعية التسمم يُميَّز نوعان:
ـ تسمم حاد يحدث ضرراً مباشراً في زمن قصير نتيجة تناول جرعة كبيرة، مثل تنفس غاز كبريت الهدروجين H2S.
ـ تسمم مزمن يحدث أضراراً متكررة تدريجياً نتيجة الاستمرار في تلقي جرعات صغيرة مدة طويلة، مثل تضرر الأعصاب والنخاع الشوكي بسبب استنشاق أبخرة البنزين سنوات عديدة.
وتحدد التعليمات الدائمة في مكان العمل التركيز الأعظمي MAK المسموح به لغاز أو بخار أو مادة صلبة معلقة لايتوقع أن تحدث ضرراًً للإنسان العامل من جراء تلقيها ولو تعرض لذلك ثماني ساعات يومياً أو أربعين إلى اثنتين وأربعين ساعة أسبوعياً.
والرمز «MAK» (التركيز الأعظم المسموح به في مكان العمل) Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (maximum workplaceconcentration) مصطلح ألماني أساساً عُمّم عالمياً. وتُعطَى قيمته بالنسبة للغازات والأبخرة بأجزاء من المليون في المتر المكعب من الهواء، أي ملغ/م3 أو سم3/م3.
والمواد الخانقة هي سموم تضر بجسم الإنسان عن طريق جهاز التنفس، وهي غازات تؤدي إلى التسمم والاختناق إضافة إلى أبخرة الكثير من السوائل (كالحموض والمذيبات) وأغبرة المواد الصلبة التي تنتشر في الهواء وتسبب أيضاً التسمم.
أما الأعراض التي تنجم عنها فهي غالباً تخريش الرئة والتهاب في القصبات يؤدي إلى نقص التروية بالأكسجين واحتقان الجلد وتلونه باللون البنفسجي، قد يتطور إلى اختناق كامل أو تخدير، وقد يعود التأثير الخانق في الغرف المغلقة إلى نقص الأكسجين وزيادة كمية أحادي أكسيد الكربون كما هي الحال في بعض غرف المستشفيات التي تستخدم الغازات الخاملة، وفي غرف المنازل التي تستخدم التدفئة التقليدية.
وهناك بعض الغازات الخطرة على الإنسان من النوع المهيج أوالمخرش أو المسرطن أو السام، ومنها الخطير بيئياً على النباتات والمياه والسلاسل الغذائية عامة.
الغازات الخطيرة بيئياً ومصادرها
يتكون الهواء الطبيعي الجاف والنقي من النسبة الحجمية للعناصر المبينة في الجدول (2).
كذلك يحتوي الهواء على بخار الماء بنسبة حجمية تراوح بين 1ـ 5% (تبعاً لضغط الهواء ودرجة الحرارة) وعلى غازات زهيدة وحُلالات غازية (رذاذيات) وجسيمات عالقة. وجميع هذه القيم غير ثابتة بل متغيرة مع الزمن باستمرار. وكان غاز ثاني أكسيد الكربون قبل الثورة الصناعية يؤلف 0.026% من حجم الهواء، غير أن زيادة نسبية حصلت في كمية غاز ثاني أكسيد الكربون تبلغ نحو 0.3 ـ 0.4%، ويعني ذلك 1.5جزء في المليون. وتبلغ الزيادة النسبية السنوية للميثان حالياً نحو 1ـ 2%. وكذلك الأمر بالنسبة إلى غاز N2O إذ تبلغ زيادته السنوية نحو 0.2%.
يشمل مصطلح الانبعاث emission جميع ملوثات الهواء المنبعثة من منشأة أو من مادة مُنتَجة صناعياً مثل الروائح والغازات والغبار والضوء والحرارة والأشعة والأصوات والخَشخَشات والاهتزازات. وتحد الدول المتقدمة من جميع هذه الانبعاثات بالقوانين بحيث لا تتجاوز قيماً غير ضارة. ويقاس تأثير الانبعاثات في الإنسان والحيوان والنبات والممتلكات بتركيز المادة الضارة في كل متر مربع واحد.
أما مصادر الانبعاثات الغازية؛ فمنها ما هو طبيعي المنشأ كالبراكين والعواصف الرعدية والرملية والانبعاثات الطبيعية الحيوانية والنباتية؛ ومنها ما هو صناعي يعود إلى الفعاليات البشرية، وخاصة الانبعاثات الصناعية وهي كثيرة جداً كماً ونوعاً، والأخطر بيئياً، وأهمها:
ـ ثاني أكسيد الكبريت SO2: وينبعث من احتراق مختلف أنواع الوقود، وهو غاز مخرش للرئتين ويتساقط مطراً حامضياً بعد أن يتحول في الجو إلى حمض كبريت.
ـ أكاسيد الآزوت N2O, NO2, NO: منابعها الأساسية وسائل النقل وأجهزة التدفئِة ومحطات القوى لتوليد الطاقة الحرارية والأسمدة الآزوتية عن طريق تفكيك البكتريا لشاردة النترات. ولثاني أكسيد الآزوت تأثير خطر في الإنسان لأنه يهيج مجاري التنفس، ولكنه مهم بالنسبة للنباتات.
ـ غاز أحادي أكسيد الكربون CO وثاني أكسيد الكربون CO2 ومفعول الدفيئة:
يتشكل أكسيد الكربون من الاحتراق غير الكامل لمختلف أنواع الوقود، وهو شديد السمية، لأنه يعوق نقل الأكسجين في الدم. ولكن كميته في الجو تتناقص نتيجة الاحتراق الكامل للوقود في المحركات، وبسبب تزويد المركبات الحديثة بمواد حافزة تحول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون. إن غاز ثاني أكسيد الكربون غير سام نسبياً وينتج بكميات كبيرة من حرق جميع المواد العضوية وخاصة المشتقات النفطية. كما أن الإنسان يستنشق أكسجين الهواء ويطرح غاز ثاني أكسيد الكربون.
يتميز الغلاف الجوي للأرض بشفافيته للإشعاع المرئي، مما يتيح لأشعة الشمس النفاذ والوصول إلى سطح الأرض حيث تتحول إلى حرارة؛ ترفع درجة حرارة الأرض وتطلق أشعة تحت الحمراء تمتصها غازات الغلاف الجوي، مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، فتعوق انتشارها إلى الفضاء، فترتفع درجة حرارة الأرض، وتُعرف هذه الظاهرة بمفعول الدفيئة greenhouse effect.
ـ الانبعاثات الناتجة من حرق القمامة: إذ ينتج من حرق القمامة مركبات كيمياوية خطيرة جداً على شكل غازات منها مركبات ثاني الأكسينdioxine السامة جداً (الشكلان 2 و3).
عوادم السيارات وحالة انقلاب درجة حرارة الجو والأكسدة الضوئية للعوادم
تؤلف الغازات المنبعثة من عوادم السيارات ما لايقل عن 50% من مجمل التلوث الغازي في الجو، في حين لايتجاوز التلوث الغازي الناتج من الصناعة ومحطات القوى أكثر من 30%. ولدى مقارنة ما تبثه عوادم السيارات التي تعمل على البنزين مع عوادم السيارات التي تعمل على المازوت يتضح الآتي:
ـ يختلف تركيب غازات العادم مع اختلاف طريقة سير المركبة.
ـ إن محرك المازوت أقل تلويثاً للبيئة من محرك البنزين ماعدا قيمة الفحوم الهدروجينية «CmHn» في حدها الأعلى.
ـ الانبعاثات الصلبة التي تنطلق من محرك المازوت أسوأ من انبعاثات محرك البنزين.
تعود الفوارق بين تركيب عوادم المحركين إلى العمليات الفيزيائية-الكيميائية التي تتم في كل محرك في أثناء تشكيل مزيج الاحتراق (هواء+ وقود) وعملية الاحتراق.
ولكن السيارات الحديثة تجهز عادة بمحول للغازات يحتوي على مادة حافزة متعددة الوظيفة (أكسدة وإرجاع) ومعقدة البنية تتكون من معادن ثمينة مثل البلاتين (أو البلاديوم) والروديوم، ومن أكاسيد معادن غير ثمينة على حامل من غاما أكسيد الألمنيوم (γ-Al2O3). ويقوم هذا المحول بتحويل أحادي أكسيد الكربون مع أحادي أكسيد الآزوت إلى ثاني أكسيد الآزوت وآزوت ويحوِّل الفحوم الهدروجينية غير المحترقة في العادمCmHn إلى ثاني أكسيد الكربون وآزوت وبخار ماء (التفاعلان 1+ 2).
حالة انقلاب درجة حرارة الجو والأكسدة الضوئية لعوادم المحركات
تتناقص عادة درجة حرارة الجو مع الارتفاع (الشكل 4ـ أ) ويعرف ذلك بالحالة الطبيعية للمناخ، وفي هذه الحالة تنطلق معظم الانبعاثات (NOx,SO2,CO,CmHn) من منابعها الأرضية إلى الجو، فتنقلها الرياح الأفقية على ارتفاع نحو 1000م إلى مناطق بعيدة.
ولكن قد يحدث أن تزداد درجة الحرارة في طبقة تعرف بطبقة الانقلاب حيث تتجمع الانبعاثات الضارة (على ارتفاع 300 ـ 400 م) مانعة الانبعاثات الأرضية من الخروج إلى منطقة الرياح التي تنقلها إلى أبعد من مركز انبعاثها (الشكل4 ـ ب).
ظهر انقلاب المناخ في العاصمة البريطانية لندن عام 1952، وسبّب موت أربعة آلاف مواطن بسبب دخان smoke يحوي ثاني أكسيد الكبريت والقليل من أكاسيد الآزوت وأحادي أكسيد الكربون مع ضباب fog، ويحدث ذلك في الليل عادة. وخلافاً لضبخة لندن هناك ضبخة لوس أنجلوس التي تحدث في النهار في فصل الصيف، وتعرف بالضبخة الكيمياوية الضوئية، ومن نواتجها أكاسيد الآزوت والأوزون والفحوم الهدروجينية إضافة إلى مركب يعرف باسم بيروكسي أستيل نترات (ب أ ن) (peroxyacetyl nitrate) PAN CH3-OC-O-O-NO2، ويشارك الأكسجين جذر ثنائي في تحويل الفحوم الهدروجينية، مثل الألكينات هنا، إلى PAN.
منير البيطار
Toxic gases - Gaz toxiques
الغازات السامة
ينضوي تحت مصطلح الغازات السامة toxicgases كل غاز مؤذ أو ضار بالصحة العامة أو البيئة كائناً ما كان مصدره، والغازات السامة والخطرة على أنواع، وتأثيرها مختلف، ويمكن تصنيفها على النحو الآتي:
ـ غازات خاملة: وهي غازات لا تتفاعل ويمكن تخزينها في شروط عمل المنشأة الصناعية.
ـ غازات غير مستقرة: هي غازات قابلة للتفاعل التلقائي (عفوي) في شروط التخزين وعمل المنشاة، وتنشر الطاقة إذا خضعت لتأثير طاقة أخرى أو مادة حافزة ولو لم يكن هناك أكسجين.
ـ غازات مُسالة: وهي غازات طبيعية قابلة للاحتراق، مثل البروبان والبوتان والبروبين وخلائطها.
ـ غازات أثقل من الهواء: وهي غازات تتجاوز كتلتها الحجمية 1.3كغ/م3 حين تنطلق في الجو في شروط الوسط المحيط من حرارة وضغط.
ـ غازات أخف من الهواء: هي غازات كتلتها الحجمية أقل من 1.2كغ/م3 حين تنطلق في الجو في شروط الوسط المحيط من حرارة وضغط.
وحيثما وجدت مواد ملوثة أو خطيرة أو قابلة للاحتراق لابد من وضع إشارات تحذير على أماكن تخزينها (الشكل 1).
 الشكل (1) إشارات التحذير من مخاطر المواد المخزنة. |
يجب مراعاة شروط الأمان في التعامل مع منتجات الصناعات الكيمياوية كي لا تلحق الضرر بصحة الإنسان. ويُميز في هذا المجال بين المواد على أساس تأثيراتها السامة فهناك مواد خانقة تؤثر في طرق التنفس، وهناك مواد كاوية تؤثر في الجلد عن طريق اللمس (مثل الحموض والقلويات والأمينات والقطران)، وهناك مواد سامة عن طريق الطعام والجهاز الهضمي (مواد سائلة وصلبة كالزئبق ومركباته والبنزين) .
وبحسب نوعية التسمم يُميَّز نوعان:
ـ تسمم حاد يحدث ضرراً مباشراً في زمن قصير نتيجة تناول جرعة كبيرة، مثل تنفس غاز كبريت الهدروجين H2S.
ـ تسمم مزمن يحدث أضراراً متكررة تدريجياً نتيجة الاستمرار في تلقي جرعات صغيرة مدة طويلة، مثل تضرر الأعصاب والنخاع الشوكي بسبب استنشاق أبخرة البنزين سنوات عديدة.
وتحدد التعليمات الدائمة في مكان العمل التركيز الأعظمي MAK المسموح به لغاز أو بخار أو مادة صلبة معلقة لايتوقع أن تحدث ضرراًً للإنسان العامل من جراء تلقيها ولو تعرض لذلك ثماني ساعات يومياً أو أربعين إلى اثنتين وأربعين ساعة أسبوعياً.
والرمز «MAK» (التركيز الأعظم المسموح به في مكان العمل) Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (maximum workplaceconcentration) مصطلح ألماني أساساً عُمّم عالمياً. وتُعطَى قيمته بالنسبة للغازات والأبخرة بأجزاء من المليون في المتر المكعب من الهواء، أي ملغ/م3 أو سم3/م3.
والمواد الخانقة هي سموم تضر بجسم الإنسان عن طريق جهاز التنفس، وهي غازات تؤدي إلى التسمم والاختناق إضافة إلى أبخرة الكثير من السوائل (كالحموض والمذيبات) وأغبرة المواد الصلبة التي تنتشر في الهواء وتسبب أيضاً التسمم.
| المادة | قيمة MAK mL/m3 |
قيمة MAK g/m3 |
| كلور (Cl2) | n0,5 | n1,5 |
| كلور الهيدروجين HCl | n5,0 | 7,0 |
| فوسجين(O=CCl2) | n0,1 | n0,4 |
| سيان الهيدروجين(HCN) | n10,0 | n11,0 |
| ثاني أكسيد الآزوت NO2 | n5,0 | n9,0 |
| ثاني أكسيد الكبريت SO2 | n2,0 | n5,0 |
| كبريت الهيدروجين H2S | n10,0 | n15,0 |
| ثاني أكسيد الكربون CO2 | n5000 | n9000 |
| أحادي أكسيد الكربون CO | n30,0 | n33,0 |
| النشادر NH3 | n50,0 | n35,0 |
| الأوزون O3 | 0,1 | n0,2 |
| الجدول (1) التركيز المسموح به لبعض الغازات في مكان العمل. | ||
وهناك بعض الغازات الخطرة على الإنسان من النوع المهيج أوالمخرش أو المسرطن أو السام، ومنها الخطير بيئياً على النباتات والمياه والسلاسل الغذائية عامة.
الغازات الخطيرة بيئياً ومصادرها
يتكون الهواء الطبيعي الجاف والنقي من النسبة الحجمية للعناصر المبينة في الجدول (2).
| نوع الغاز ونسبته | آزوت N2 |
أكسجين O2 |
أرغون Ar |
ثاني أكسيد الكربون CO2 |
نيون Ne |
هليوم He |
كريبتون Kr |
كزينون Xe |
| [%] | n78,1 | n20,93 | n0,93 | n0,03-0,04 | n0,0018 | n0,0005 | n10-4 | n10-5 |
| الجدول (2) | ||||||||
يشمل مصطلح الانبعاث emission جميع ملوثات الهواء المنبعثة من منشأة أو من مادة مُنتَجة صناعياً مثل الروائح والغازات والغبار والضوء والحرارة والأشعة والأصوات والخَشخَشات والاهتزازات. وتحد الدول المتقدمة من جميع هذه الانبعاثات بالقوانين بحيث لا تتجاوز قيماً غير ضارة. ويقاس تأثير الانبعاثات في الإنسان والحيوان والنبات والممتلكات بتركيز المادة الضارة في كل متر مربع واحد.
أما مصادر الانبعاثات الغازية؛ فمنها ما هو طبيعي المنشأ كالبراكين والعواصف الرعدية والرملية والانبعاثات الطبيعية الحيوانية والنباتية؛ ومنها ما هو صناعي يعود إلى الفعاليات البشرية، وخاصة الانبعاثات الصناعية وهي كثيرة جداً كماً ونوعاً، والأخطر بيئياً، وأهمها:
ـ ثاني أكسيد الكبريت SO2: وينبعث من احتراق مختلف أنواع الوقود، وهو غاز مخرش للرئتين ويتساقط مطراً حامضياً بعد أن يتحول في الجو إلى حمض كبريت.
ـ أكاسيد الآزوت N2O, NO2, NO: منابعها الأساسية وسائل النقل وأجهزة التدفئِة ومحطات القوى لتوليد الطاقة الحرارية والأسمدة الآزوتية عن طريق تفكيك البكتريا لشاردة النترات. ولثاني أكسيد الآزوت تأثير خطر في الإنسان لأنه يهيج مجاري التنفس، ولكنه مهم بالنسبة للنباتات.
ـ غاز أحادي أكسيد الكربون CO وثاني أكسيد الكربون CO2 ومفعول الدفيئة:
يتشكل أكسيد الكربون من الاحتراق غير الكامل لمختلف أنواع الوقود، وهو شديد السمية، لأنه يعوق نقل الأكسجين في الدم. ولكن كميته في الجو تتناقص نتيجة الاحتراق الكامل للوقود في المحركات، وبسبب تزويد المركبات الحديثة بمواد حافزة تحول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون. إن غاز ثاني أكسيد الكربون غير سام نسبياً وينتج بكميات كبيرة من حرق جميع المواد العضوية وخاصة المشتقات النفطية. كما أن الإنسان يستنشق أكسجين الهواء ويطرح غاز ثاني أكسيد الكربون.
يتميز الغلاف الجوي للأرض بشفافيته للإشعاع المرئي، مما يتيح لأشعة الشمس النفاذ والوصول إلى سطح الأرض حيث تتحول إلى حرارة؛ ترفع درجة حرارة الأرض وتطلق أشعة تحت الحمراء تمتصها غازات الغلاف الجوي، مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، فتعوق انتشارها إلى الفضاء، فترتفع درجة حرارة الأرض، وتُعرف هذه الظاهرة بمفعول الدفيئة greenhouse effect.
ـ الانبعاثات الناتجة من حرق القمامة: إذ ينتج من حرق القمامة مركبات كيمياوية خطيرة جداً على شكل غازات منها مركبات ثاني الأكسينdioxine السامة جداً (الشكلان 2 و3).
 الشكل (2) F2,3,7,8 رباعي كلور ثاني بنزن - بارا - ثاني الأكسجين الشكل (3) F2,3,7,8 رباعي كلور ثاني بنزن الفوران |
تؤلف الغازات المنبعثة من عوادم السيارات ما لايقل عن 50% من مجمل التلوث الغازي في الجو، في حين لايتجاوز التلوث الغازي الناتج من الصناعة ومحطات القوى أكثر من 30%. ولدى مقارنة ما تبثه عوادم السيارات التي تعمل على البنزين مع عوادم السيارات التي تعمل على المازوت يتضح الآتي:
ـ يختلف تركيب غازات العادم مع اختلاف طريقة سير المركبة.
ـ إن محرك المازوت أقل تلويثاً للبيئة من محرك البنزين ماعدا قيمة الفحوم الهدروجينية «CmHn» في حدها الأعلى.
ـ الانبعاثات الصلبة التي تنطلق من محرك المازوت أسوأ من انبعاثات محرك البنزين.
تعود الفوارق بين تركيب عوادم المحركين إلى العمليات الفيزيائية-الكيميائية التي تتم في كل محرك في أثناء تشكيل مزيج الاحتراق (هواء+ وقود) وعملية الاحتراق.
ولكن السيارات الحديثة تجهز عادة بمحول للغازات يحتوي على مادة حافزة متعددة الوظيفة (أكسدة وإرجاع) ومعقدة البنية تتكون من معادن ثمينة مثل البلاتين (أو البلاديوم) والروديوم، ومن أكاسيد معادن غير ثمينة على حامل من غاما أكسيد الألمنيوم (γ-Al2O3). ويقوم هذا المحول بتحويل أحادي أكسيد الكربون مع أحادي أكسيد الآزوت إلى ثاني أكسيد الآزوت وآزوت ويحوِّل الفحوم الهدروجينية غير المحترقة في العادمCmHn إلى ثاني أكسيد الكربون وآزوت وبخار ماء (التفاعلان 1+ 2).
 التفاعلان 1+2 |
تتناقص عادة درجة حرارة الجو مع الارتفاع (الشكل 4ـ أ) ويعرف ذلك بالحالة الطبيعية للمناخ، وفي هذه الحالة تنطلق معظم الانبعاثات (NOx,SO2,CO,CmHn) من منابعها الأرضية إلى الجو، فتنقلها الرياح الأفقية على ارتفاع نحو 1000م إلى مناطق بعيدة.
ولكن قد يحدث أن تزداد درجة الحرارة في طبقة تعرف بطبقة الانقلاب حيث تتجمع الانبعاثات الضارة (على ارتفاع 300 ـ 400 م) مانعة الانبعاثات الأرضية من الخروج إلى منطقة الرياح التي تنقلها إلى أبعد من مركز انبعاثها (الشكل4 ـ ب).
 الشكل (4-أ) الانقلاب في درجة الحرارة الشكل (4-ب) تشكل الضبخة (= ضباب بخار) والتي تشمل O3 وSO2 وحمض الكبريت والآزوت وبيراكسي أستيل نترات PAN وذلك من انبعاثات SO2 وNOX وCO والهيدروكربونات hydrocarbons CmHn وانقلاب في درجة الحرارة. |
منير البيطار