Кислотные дожди

Аннотация 
 
 
 

     Предмет исследования – процесс образования  и выпадения кислотных осадков.

     Объект  исследования – кислотные осадки.

     Целью данной работы является необходимость охарактеризовать сущность понятия «кислотный дождь», а также описать влияние этого явления на экосистемы и людей.

     Достижение  данной цели предполагает решение ряда следующих актуальных задач:

1. Определить понятие «кислотность».
2. Охарактеризовать механизм образования и выпадения кислотных осадков.
3. Выделить основные особенности влияния кислотных дождей на экосистему и людей.

     В процессе написания данной работы нами были использованы следующие методы:

     1. Анализ источников и используемой литературы.

     2. Сравнительный метод.

     Данная  работа была написана с использованием учебной и монографической литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление

Аннотация……………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………..3

1. Понятие  кислотности…………………………………………….4

2. Механизм  образования и выпадения кислотных  осадков……..6

3. Влияние  кислотных дождей на экосистемы  и людей………….9

4. Способы защиты от кислотных дождей……………………………….14

Заключение………………………………………………………….20

Список  используемой литературы………………………………...21 

ВВЕДЕНИЕ 

     Актуальность  изучения данной темы непосредственно  связана с все более ухудшающейся экологической ситуацией, как в  нашей стране, так и непосредственно  во всем мире.

     Подчеркивая данное обстоятельство, необходимо отметить, что несколько лет назад выражения «кислотные осадки» и «кислотные дожди» были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. За последние несколько лет эти выражения стали повседневными, вызывающими беспокойство словами во многих странах во всем мире [2, с. 3].

     Кислотные осадки являются проблемой, которая  в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные издержки.

     Окисление почв и вод – это комплекс причин, исходных условий и следующих  один за другим процессов в химической и биологической системах, которые  мы обобщенно называем нашей окружающей средой [2, с. 3].

     Часть процессов окисления является природной, но данные изменения кислотности  в системах почвы и воды, ни по скорости, ни по общему охвату, не могут  быть сравнены с окислением, ставшим  результатом собственной деятельности человека в промышленной и энергетической областях, а также в определенной части современного использования  земли. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Понятие кислотности 

     Чтобы более полно охарактеризовать понятие  «кислотный дождь», на наш взгляд, необходимо определиться с терминологией. Нам необходимо отметить, что, несмотря на «постиндустриальное» звучание, этому термину уже более ста лет.

     Впервые он был употреблен в 1872 году англичанином Робертом Смитом, изучавшим эффекты смога в Манчестере, однако тогдашние ученые коллегу не поддержали и к теории кислотных дождей отнеслись скептически. Сегодня же в их существовании нет никаких сомнений [7, с. 70].

     В силу этого, нам необходимо рассмотреть  само понятие «кислотность».

     Термин  «кислотность водного раствора» - это  химический термин. Кислотность водного  раствора определяется присутствием в  нем положительных водородных ионов Н⁺ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора C(H⁺) (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН^- и характеризуется их концентрацией C(ОН^-) [7, с. 70].

     Как показывают расчеты, для водных растворов  произведение молярных концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная, равная C(H⁺)·C(OH^-) = 10–14, другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.

     Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и гидроксильных ионов  одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое состояние характерно для  химически чистой воды.

     Из  сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:

     10^-7 < C(H⁺) ≤ 10⁰, а для щелочных сред: 10^-14 ≤ C(H⁺) < 10^-7.

    На  практике степень кислотности (или  щелочности) раствора выражается более  удобным водородным показателем  рН, представляющим собой отрицательный  десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:       рН = –lgC(H⁺).

    Шкала кислотности идет от pH = 0 (крайне высокая  кислотность) через pH = 7 (нейтральная  среда) до pH = 14 (крайне высокая щелочность).

       Показатель кислотности pH различных  веществ, встречающихся в повседневной  жизни [7, с. 70].

     Изменение значения pH на единицу соответствует  изменению концентрации ионов водорода в 10 раз.

    Чистая  природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей  тем не менее имеет слабокислую  реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней  легко растворяется углекислый газ  с образованием слабой угольной кислоты:

    СО₂ + Н₂О Н₂СО₃.

    Для определения показателя кислотности  используют различные дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения характера среды является применение индикаторов – химических веществ, окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а также естественные красители из красной капусты и черной смородины.

    Дождевая  вода, образующаяся при конденсации  водяного пара, должна иметь нейтральную  реакцию, т.е. рН=7. Но даже в самом  чистом воздухе всегда есть диоксид  углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6—5,7). А кислоты вобрав, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз, на две — в 100 раз и т.д.  Мировой рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

    Таким образом, в заключение данного параграфа, мы непосредственно можем сделать  следующий вывод, о том, что согласно учению о кислотности, широко распространенный термин «кислотные дожди» обозначает осадки с pH меньше 5,7.

      Виной таким изменениям — оксиды  серы и азота, в промышленных  масштабах выбрасываемые в атмосферу  автомобилями, электростанциями, металлургическими  заводами. В воздушной среде на  частицах сульфатов и нитратов  конденсируются молекулы воды, образуются  облачные капельки, которые при  определенных погодных условиях  становятся частью дождевых капель  или снежинок. Если концентрация  сульфатов и нитратов в атмосфере  велика, то дождь или снег получается  значительно закисленным [1, с. 198].

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.механизм образования и выпадения кислотных

     осадков. 

     По  ряду показателей, в первую очередь  по массе и распространенности вредных  эффектов, атмосферным загрязнителем  номер один считают диоксид серы [1, с. 129]

     Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих  к образованию кислот. Частично диоксид  серы в результате фотохимического  окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО₃, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

     2SО₂ + О₂ = 2SО₃, SО₃ +H₂O=H₂SO₄. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО₂-nН₂О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂SО₃: SО₂ + Н₂О=Н₂SО₃. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:                    2Н₂ SO₃ + O₂= 2Н₂SO₄.

     Аэрозоли  серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы  и становятся причиной кислотных  осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при  сжигании угля), легко растворимые  в воде, которые осаждаются на почву  и растения, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей  азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота  с водяным паром атмосферы:

     2NО₂ + Н₂О=НNО₃ + НNО₂.

     Существуют  еще два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы [1, с. 129].

     Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию  радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления  метана в атмосферу: антропогенный  – рисовые поля, а также результат  таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлоро-водород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей  соляной кислоты:

     Сl + СН₄ =СH₃ + НС1, СH₃ + С1₂= СН₃ С1 + Сl.

     Поступление в атмосферу больших количеств SO₂ и окcидов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

     2SO₂ + О₂ + 2Н₂О ¾® 2H₂SO₄;

     4NO₂ + 2Н₂O + О₂ ¾®4HNO₃.

     В атмосфере оказывается и ряд  промежуточных продуктов указанных  реакций. Растворение кислот в атмосферной  влаге приводит к выпадению «кислотных дождей».

     Показатель  рН осадков в ряде случаев снижается  на 2 – 2,5 единицы, то есть, вместо, нормальных 5,6 – 5,7 до 3,2 – 3,7 [1, с. 130].

     Следует напомнить, что рН – это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5 [1, с. 130]. 

     Впервые кислотные дожди были отмечены в  Западной Европе, в частности в  Скандинавии, и Северной Америке  в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире, и приобрела  особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов  серы и азота. За несколько десятилетий  размах этого бедствия стал настолько  широк, а отрицательные последствия  столь велики, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций [6, с. 53].

     До  сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в  центре внимания национальных правительств и международных природоохранных  организаций. В среднем кислотность  осадков, выпадающих в основном в  виде дождей в Западной Европе и  Северной Америке на площади почти 10 млн. км², составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5. В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км² выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков [5, с. 49].