环境化学

引用

Manahan, S. E. (2022). Environmental Chemistry (11th ed.). CRC Press.

章节概要

出版社按下列顺序列出 24 个章名，没有给出节标题（此处的章号即按该顺序编排）。出版社的介绍说，本书沿用了前几版中受欢迎的体例：以五个环境圈层为基础，并与可持续性、产业生态学和绿色化学联系起来。章名印证了这一点，因为水圈、大气圈、岩石圈、人类圈和生物圈各有一章直接以其命名。

第 1 章：Environmental Chemistry: An Essential Discipline in Coping with Challenges Facing Humankind（环境化学：应对人类面临挑战所不可或缺的学科）

开篇一章把这一主题界定为应对人类所面临挑战的必要学科，然后全书再转入各个圈层。

第 2–7 章：The Hydrosphere and Water Chemistry（水圈与水化学）；Oxidation/Reduction in Aquatic Chemistry（水化学中的氧化还原）；Phase Interactions in Aquatic Chemistry（水化学中的相间作用）；Aquatic Microbial Biochemistry（水生微生物生物化学）；Water Pollutants and Water Pollution（水污染物与水污染）；World Water Crisis and Climate Change: Water Renovation and Recycling（世界水危机与气候变化：水的再生与循环利用）

六章讲水。先从水圈和天然水的化学讲起，接着讨论氧化还原反应、相间作用和水生微生物的生物化学，然后转到污染物与污染，最后以世界水危机、气候变化以及水的再生与循环利用收尾。

第 8–13 章：The Atmosphere and Atmospheric Chemistry（大气圈与大气化学）；Particles in the Atmosphere（大气中的颗粒物）；Gaseous Inorganic Air Pollutants（气态无机空气污染物）；Organic Air Pollutants（有机空气污染物）；Photochemical Smog（光化学烟雾）；The Endangered Global Atmosphere（受到威胁的全球大气）

大气圈所占的篇幅与水圈相同。先有一章总论大气化学，随后依次是颗粒物、无机气态污染物、有机污染物和光化学烟雾，最后一章讲受到威胁的全球大气。

第 14–15 章：The Geosphere and Geochemistry（岩石圈与地球化学）；Soil: Earth's Lifeline（土壤：地球的生命线）

篇幅较短的一组，讲固体地球：总体的地球化学，以及土壤。

第 16–20 章：The Anthrosphere: Industrial Ecology and Green Chemistry（人类圈：产业生态学与绿色化学）；Resources and Sustainable Materials（资源与可持续材料）；Sustainable Energy: The Key to Everything（可持续能源：一切的关键）；The Nature, Sources, and Environmental Chemistry of Hazardous Wastes（危险废物的性质、来源与环境化学）；Industrial Ecology for Waste Minimization, Utilization, and Treatment（用于废物减量、利用与处理的产业生态学）

这一组的章名承载了出版社介绍中点名的可持续性、产业生态学和绿色化学等主题。顺序从人类圈（环境中由人类创造或改变的部分）出发，经过材料和能源，到危险废物，以及以产业生态学方式减少、利用和处理废物。

第 21–24 章：The Biosphere: Environmental Biochemistry（生物圈：环境生物化学）；Toxicological Chemistry（毒理化学）；Toxicological Chemistry of Chemical Substances（化学物质的毒理化学）；Chemical Analysis in Environmental and Toxicological Chemistry（环境与毒理化学中的化学分析）

最后一组讲生命系统：先是环境生物化学，再是两章毒理化学（先讲一般原理，后讲具体物质），最后一章讲环境与毒理工作中的化学分析。出版社称第十一版增加了把疾病和大流行视为与气候变化等其他问题相关的环境问题的内容，但没有说明在哪些章节。

核心概念

第 1–7 章：总论与水

• 作为一门学科的环境化学：该领域在应对人类面临的挑战中的作用（第 1 章）。
• 水化学：天然水中的氧化还原反应和相间作用（第 3–4 章）。
• 水污染与水的再生：污染物、污染、循环利用以及世界水危机（第 6–7 章）。

第 8–15 章：空气与大地

• 大气化学：大气的化学，包括颗粒物和光化学烟雾（第 8–12 章）。
• 空气污染物：无机气体和有机化合物（第 10–11 章）。
• 地球化学与土壤：岩石圈和土壤的化学（第 14–15 章）。

第 16–24 章：可持续性、废物与生命世界

• 产业生态学与绿色化学：人类圈与废物的减少（第 16 章和第 20 章）。
• 可持续材料与能源：作为可持续性议题的资源与能源（第 17–18 章）。
• 危险废物：其性质、来源和环境化学（第 19 章）。
• 毒理化学与化学分析：化学物质对生物的影响，以及用于检测它们的分析方法（第 22–24 章）。

评析

优点

• 一册之内覆盖面广。 24 章涵盖水、空气、大地、人造环境和生命系统，还包括可持续性、产业生态学、危险废物和毒理学。需要在一处了解整个领域的学生可以在这里找到。
• 长期使用的经典教材。 作者简介说明本书最初出版于 1972 年，现为第十一版，因此是一本历史悠久的教材。
• 涵盖分析方面。 最后一章专讲环境与毒理化学中的化学分析，这一主题与作者自己的专业背景相近：其简介说他的博士学位是分析化学。
• 有较新的专题内容。 出版社强调新增了关于病原体和疾病、过去及近期大流行病作为环境问题的内容，以及一个提供更多辅助材料的新配套网站。

局限

• 广度重于深度。 764 页、24 章，涉及的主题很多；需要深入研究某一圈层（例如定量的大气建模）的读者，需要另找专门教材。
• 未说明练习材料。 出版社的介绍提到了讲解、实例和辅助材料，但没有描述习题或例题。课程能获得多少练习材料，需要查看实书或配套网站。
• 读者对象较广。 出版社称本书适合广泛的读者，也适合其学位属于其他学科的研究生，所以其水平取决于对所有读者的普通化学基础要求，而不是某个领域的深度先修要求。

在课程中的定位

在本课程所列的环境与绿色化学书籍中，Manahan 的书涵盖面最广，把五个圈层和可持续性议题放在一起。Raff 和 Hites 的 Elements of Environmental Chemistry 被描述为围绕解题展开的简短定量入门，用到单位换算、质量平衡和反应动力学；它适合想要计算浓度、寿命和通量的读者，可以与 Manahan 的描述性内容搭配。由美国化学会发起编写的 Chemistry in Context 通过社会和环境问题讲授化学，对化学基础有限的读者是更容易的入口。

要深入的话，Seinfeld 和 Pandis 的 Atmospheric Chemistry and Physics 是关于大气的研究生教材，可延伸第 8–13 章；Schwarzenbach、Gschwend 和 Imboden 的 Environmental Organic Chemistry 是研究生层次的论述，讲有机化合物在环境中如何分配和转化。Lancaster 的 Green Chemistry: An Introductory Text 则发展出 Manahan 在人类圈和产业生态学各章中所涉及的设计原则。

如何使用本书

本书适合已修完普通化学、想对环境系统及其污染有全面了解的学生。出版社描述的读者面比化学专业更宽，这表明它同样面向环境科学专业的学生，而不只是化学专业。

一个实用的安排：

• 核心： 第 1 章作总体框架，然后读与课程相符的圈层：水（第 2–7 章）或空气（第 8–13 章）。多数读者两者都需要，再加上土壤一章（第 15 章）。
• 可持续性与废物： 第 16–20 章讲绿色化学、产业生态学、资源和能源；这一组正是本书与 Lancaster 的书相互重叠之处。
• 健康与方法： 第 21–24 章讲毒理学和分析；第 24 章在规划项目时也可作为分析方法的参考。
• 选读： 在偏重化学的课程中，可以压缩岩石圈一章（第 14 章）和水生微生物生物化学一章（第 5 章）。

由于本书是综述性质的，当课程需要计算时，应配合一本定量教材，并利用配套网站获取出版社提到的额外材料。