अध्याय 14: पर्यावरणीय रसायन (Environmental Chemistry)

परिचय

पर्यावरणीय रसायन विज्ञान की वह शाखा है जो पर्यावरण में होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं, उनके प्रभावों और उन्हें नियंत्रित करने के तरीकों का अध्ययन करती है। तीव्र औद्योगिक विकास और बढ़ती जनसंख्या ने हमारे पर्यावरण पर गंभीर प्रभाव डाले हैं, जिससे प्रदूषण की समस्या उत्पन्न हुई है। इस अध्याय में, हम विभिन्न प्रकार के पर्यावरणीय प्रदूषणों, उनके स्रोतों, हानिकारक प्रभावों और उनसे निपटने के लिए अपनाए जाने वाले रासायनिक दृष्टिकोणों पर विस्तार से चर्चा करेंगे। हम विशेष रूप से वायु, जल और मृदा प्रदूषण के साथ-साथ ओजोन परत के क्षरण और ग्रीनहाउस प्रभाव जैसे वैश्विक पर्यावरणीय मुद्दों पर ध्यान केंद्रित करेंगे।

14.1 पर्यावरणीय प्रदूषण (Environmental Pollution)

पर्यावरणीय प्रदूषण से तात्पर्य पर्यावरण में ऐसे हानिकारक पदार्थों के प्रवेश से है जो उसके प्राकृतिक संतुलन को बिगाड़ते हैं और मनुष्यों, पौधों और जानवरों के लिए हानिकारक होते हैं।

• प्रदूषक (Pollutants): वे पदार्थ जो पर्यावरण में हानिकारक प्रभाव डालते हैं। ये ठोस, तरल या गैसीय हो सकते हैं।
• संदूषक (Contaminants): वे पदार्थ जो प्रकृति में सामान्य रूप से नहीं पाए जाते, लेकिन मानव गतिविधि से पर्यावरण में प्रवेश करते हैं।

14.2 वायुमंडलीय प्रदूषण (Atmospheric Pollution)

वायुमंडलीय प्रदूषण वायुमंडल में हानिकारक गैसों और कणिकीय पदार्थों की उपस्थिति है। वायुमंडल को दो मुख्य भागों में बांटा गया है जो प्रदूषण के संदर्भ में महत्वपूर्ण हैं:

• क्षोभमंडल (Troposphere): पृथ्वी की सतह से लगभग 10-12 km की ऊंचाई तक फैला है।
• समतापमंडल (Stratosphere): क्षोभमंडल के ऊपर लगभग 10-50 km की ऊंचाई तक फैला है।

14.2.1 क्षोभमंडलीय प्रदूषण (Tropospheric Pollution)

यह सबसे निचली परत में होने वाला प्रदूषण है। इसके मुख्य प्रदूषक हैं:

• गैसीय प्रदूषक:
  • सल्फर के ऑक्साइड ($\text{SO}_2, \text{SO}_3$): जीवाश्म ईंधन के दहन और ज्वालामुखी विस्फोट से उत्पन्न होते हैं। ये अम्लीय वर्षा (acid rain) का कारण बनते हैं। $$ \text{SO}_2 + \text{O}_3 \rightarrow \text{SO}_3 + \text{O}_2 $$ $$ \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 $$
  • नाइट्रोजन के ऑक्साइड ($\text{NO}, \text{NO}_2$): वाहनों, बिजली संयंत्रों और उर्वरक उद्योगों से उत्सर्जित होते हैं। ये प्रकाश-रासायनिक धूम कोहरे (photochemical smog) और अम्लीय वर्षा में योगदान करते हैं। $$ 2\text{NO(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{NO}_2\text{(g)} $$
  • कार्बन मोनोऑक्साइड ($\text{CO}$): अधूरा दहन, वाहन निकास से उत्पन्न। यह विषैली गैस है जो हीमोग्लोबिन के साथ मिलकर ऑक्सीजन परिवहन को बाधित करती है।
  • कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$): जीवाश्म ईंधन दहन से। यह ग्रीनहाउस गैस है, जो ग्लोबल वार्मिंग (global warming) का मुख्य कारण है।
  • हाइड्रोकार्बन: वाहनों और उद्योगों से। ये प्रकाश-रासायनिक धूम कोहरे के घटक हैं।
• कणिकीय प्रदूषक (Particulate Pollutants):
  • धूल, कोहरा (mist), धूम्र (smoke), धुआँ (fumes), स्मोग (smog)।
  • स्मोग (Smog): धूम्र (smoke) और कोहरे (fog) का मिश्रण।
    • **क्लासिकल स्मोग (Classical Smog):** ठंडा, आर्द्र जलवायु में होता है। धूम्र, कोहरा और $\text{SO}_2$ का मिश्रण। अपचायक प्रकृति का होता है।
    • **प्रकाश-रासायनिक धूम कोहरा (Photochemical Smog):** गर्म, शुष्क, धूप वाली जलवायु में होता है। नाइट्रोजन के ऑक्साइड, ओजोन (Ozone), एक्रोलीन, फॉर्मेल्डिहाइड, पेरोक्सीएसिटाइल नाइट्रेट (PAN) जैसे रसायनों का मिश्रण। ऑक्सीकारक प्रकृति का होता है।

14.2.2 अम्लीय वर्षा (Acid Rain)

जब वायुमंडल में सल्फर और नाइट्रोजन के ऑक्साइड वर्षा जल में घुलकर सल्फ्यूरिक अम्ल और नाइट्रिक अम्ल बनाते हैं, तो यह वर्षा अम्लीय हो जाती है, जिसे अम्लीय वर्षा कहते हैं। इसका $\text{pH}$ मान 5.6 से कम होता है।

• प्रभाव: ऐतिहासिक इमारतों, स्मारकों का क्षरण, मिट्टी की अम्लता में वृद्धि, जलीय जीवन पर नकारात्मक प्रभाव।

14.2.3 समतापमंडलीय प्रदूषण (Stratospheric Pollution) - ओजोन परत का क्षरण (Ozone Layer Depletion)

समतापमंडल में ओजोन परत (ozone layer, $\text{O}_3$) पराबैंगनी (UV) विकिरण को अवशोषित करके पृथ्वी पर जीवन की रक्षा करती है।

• ओजोन का निर्माण और विघटन: $$ \text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{UV}} \text{O(g)} + \text{O(g)} $$ $$ \text{O(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons \text{O}_3\text{(g)} $$
• ओजोन परत के क्षरण के कारण: क्लोरोफ्लोरोकार्बन (CFCs) मुख्य अपराधी हैं। ये समतापमंडल में पहुँचकर UV विकिरण से टूटते हैं और क्लोरीन मुक्त मूलक ($\text{Cl} \cdot$) उत्पन्न करते हैं। $$ \text{CF}_2\text{Cl}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{UV}} \text{Cl} \cdot\text{(g)} + \text{CF}_2\text{Cl}\cdot\text{(g)} $$ $$ \text{Cl} \cdot\text{(g)} + \text{O}_3\text{(g)} \rightarrow \text{ClO}\cdot\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} $$ $$ \text{ClO}\cdot\text{(g)} + \text{O(g)} \rightarrow \text{Cl}\cdot\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} $$ एक क्लोरीन मुक्त मूलक हजारों ओजोन अणुओं को नष्ट कर सकता है।
• ओजोन छिद्र (Ozone Hole): अंटार्कटिका के ऊपर ओजोन परत का पतला होना।
• प्रभाव: त्वचा कैंसर, मोतियाबिंद, पौधों और जलीय जीवन को नुकसान।

14.2.4 ग्रीनहाउस प्रभाव और ग्लोबल वार्मिंग (Greenhouse Effect and Global Warming)

• ग्रीनहाउस प्रभाव: पृथ्वी की सतह द्वारा उत्सर्जित अवरक्त (infrared) विकिरण का वायुमंडल में कुछ गैसों (ग्रीनहाउस गैसें) द्वारा अवशोषण और पुनः-उत्सर्जन, जिससे पृथ्वी की सतह का तापमान बढ़ता है।
• ग्रीनहाउस गैसें: $\text{CO}_2$ (सबसे प्रमुख), $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$, CFCs, $\text{O}_3$, जल वाष्प।
• ग्लोबल वार्मिंग: पृथ्वी के औसत तापमान में लगातार वृद्धि।
  • प्रभाव: ग्लेशियरों का पिघलना, समुद्र के स्तर में वृद्धि, जलवायु पैटर्न में बदलाव, चरम मौसमी घटनाएँ।

14.3 जल प्रदूषण (Water Pollution)

जल निकायों में अवांछित पदार्थों का प्रवेश जिससे जल की गुणवत्ता में कमी आती है और यह मनुष्यों और जलीय जीवन के लिए अनुपयोगी हो जाता है।

• प्रदूषक:
  • रोगजनक (Pathogens): बैक्टीरिया, वायरस (जैसे हैजा, टाइफाइड)।
  • कार्बनिक अपशिष्ट (Organic Wastes): पत्तियों, घास, पशु अपशिष्ट से। ये जल में ऑक्सीजन की मात्रा कम कर देते हैं, जिससे जलीय जीवन प्रभावित होता है।
    • जैविक ऑक्सीजन मांग (BOD - Biochemical Oxygen Demand): 5 दिनों में सूक्ष्मजीवों द्वारा कार्बनिक पदार्थ के जैव-अपघटन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा। उच्च BOD = अधिक प्रदूषण।
  • रासायनिक प्रदूषक: कीटनाशक, शाकनाशी, पॉलीक्लोरोनेटेड बाइफेनिल (PCBs), डिटर्जेंट, भारी धातुएँ (Cd, Hg, Pb)।
• सुपोषण (Eutrophication): जल निकायों में पोषक तत्वों (नाइट्रेट, फॉस्फेट) की अत्यधिक वृद्धि, जिससे शैवाल की वृद्धि होती है, जो ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं और जलीय जीवन को मारते हैं।

14.4 मृदा प्रदूषण (Soil Pollution)

मृदा में हानिकारक पदार्थों का संचय जिससे उसकी उर्वरता और उत्पादकता कम हो जाती है।

• प्रदूषक: कीटनाशक, शाकनाशी, कवकनाशी, उर्वरक, औद्योगिक अपशिष्ट, प्लास्टिक, इलेक्ट्रॉनिक अपशिष्ट।
• प्रभाव: खाद्य श्रृंखला में प्रवेश, भूमिगत जल का संदूषण, मृदा की संरचना और सूक्ष्मजीवों पर नकारात्मक प्रभाव।

14.5 हरित रसायन (Green Chemistry)

यह रासायनिक उत्पादों और प्रक्रियाओं के डिजाइन का एक दृष्टिकोण है जो खतरनाक पदार्थों के उपयोग या उत्पादन को कम या समाप्त करता है। यह पर्यावरणीय प्रदूषण को रोकने के लिए एक सतत (sustainable) दृष्टिकोण है।

• कम खतरनाक रासायनिक संश्लेषण।
• बेहतर परमाणु मितव्ययिता (atom economy)।
• कम खतरनाक विलायकों और सहायक पदार्थों का उपयोग।
• ऊर्जा दक्षता में वृद्धि।
• अपशिष्ट उत्पादों को कम करना।