Кислотные дожди

Министерство Образования и  Науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО  Московский Открытый Университет

имени В. С. Черномырдина

Юридический факультет

 

Реферат на тему

 

“Кислотные  дожди”

 

Выполнила:

Студентка 1 курса

Очной формы  обучения

Разумова Д.А

Проверила:

Питрюк А.В.

 

 

 

Москва-2012

                       

 Содержание:

1. Введение………………………………………………………………………………………..стр 3
2. Понятие кислотности……………………………………………………………………..стр 4
3. Образование и выпадение кислотных осадков……………………………стр 5
4. Последствия кислотных осадков…………………………………………………..стр 8
5. Решение проблемы выпадения кислотных дождей…………………….стр 11
6. Заключение…………………………………………………………………………………….стр 14
7. Список литературы…………………………………………………………………………..стр 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        Введение

Актуальность изучения данной темы непосредственно связана с всё 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.

Впервые термин «кислотный дождь» был  введен в 1872 году английским учёным Робертом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почвы и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

В 1883 году шведский ученый Сванте Август Аррениус ввел в обращение два термина — кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода. Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы. Водородный показатель является взятым с обратным знаком десятичным логарифмом активности ионов водорода в растворе и его используют в качестве показателя кислотности воды.

Исходя из всего вышеизложенного, целью данной работы является необходимость  охарактеризовать сущность понятия  «кислотный дождь», а также описать  влияние этого явления на экосистемы и людей.

                                          Понятие кислотности

«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-)Как показывают расчеты,  для  водных  растворов  произведение  молярных концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная,  равная

    C(H+)C(ОН–) = 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.

На практике степень кислотности (или  щелочности)  раствора  выражается удобным водородным показателем рН, представляющим собой  отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:

  рН = –lgC(H+).

 Например, если в растворе  концентрация  водородных  ионов   равна  10–5моль/л, то показатель  кислотности этого раствора рН = 5. При этом  изменению показателя кислотности рН на единицу соответствует

десятикратное  изменение концентрации водородных  ионов  в  растворе. Так,  концентрация  водородных ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4  и 5 соответственно.

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

                 Образование и выпадение кислотных осадков

По ряду показателей, в первую очередь  по массе и распространенности вредных  эффектов, атмосферным загрязнителем  номер один считают диоксид серы

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 + Н2О=Н2SО4. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО2 o nН2О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SО3: SО2 + Н2О=Н2SО3. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04.

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.

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 =СH.3 + НС1, СH3. + С12= СН3С1 + СL.

 

Поступление в атмосферу больших  количеств SO2 и окислов 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 2H2SO4;

4NO2 + 2Н2O + О2 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.

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.Так же существуют естественные источники эмиссии соединений азота в атмосферу:

• Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно данным на 1990 г. ежегодно во всем мире образуется этим путем около 8 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот).
• . Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т.
• . Горение биомассы. Данный вид источника может иметь как искусственное, так и естественное происхождение. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате процесса выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот) в течение года.
• Прочие источники. Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие чего происходит попадание смеси образовавшихся оксидов NO и NO2 в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течение года от 2-ух до 12 млн.т. оксидов азота (в пересчете на азот).

Для определения показателя кислотности  используют различные рН-метры, в частности 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 вобрав кислоты, 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.

                       

                             Последствия кислотных осадков.

1)В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран  стала  исчезать  рыба,снег в горах окрасился в серый цвет,  листва  с  деревьев  раньше  времени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в  США,  Канаде,  Западной Европе.  В  Германии  пострадало  30%,  а  местами  50%  лесов.  И  все  это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что  причина всех этих бед — кислотные дожди.  Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной  природной среде диапазон этих изменений  строго  ограничен.  Природные  воды  и  почвы обладают буферными возможностями, они способны  нейтрализовать  определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что  буферные  способности природы не беспредельны.В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают  планктону усваивать нитраты, что  ведет  к  снижению  кислотности  воды.  Использование  фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает  меньшее  воздействие  на химию воды.

2) Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных  веществ,  меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Они оказывают влияние на все типы леса, однако большинство повреждений можно увидеть все-таки на примере тропического леса. Казалось бы, здесь нет никакой промышленности в непосредственной близости от таких лесов, что должно способствовать сокращению количества кислотных дождей в данном регионе, а возможно, и совсем исключить такую возможность. К сожалению, для этого случая вполне характерны трансграничные загрязнения, которые перемещаются вместе с ветром. Именно они способствуют повреждению мембран различных растений, искажая, таким образом, систему питания и водного баланса. Кроме того, проникновение кислотных осадков в почву, снижает количество питательных веществ, увеличивая содержание вредных для растений растворенных металлов, таких, как, например, алюминий. После воздействия кислотных дождей, почва не только хуже питается, но и теряет устойчивость к заболеваниям и насекомым, которые начинают атаковать растения и полностью их уничтожают. Даже пышные тропические леса не в силах защитить себя от действия кислотных дождей, которые начинают воздействовать незаметно, но приводят к разложению и медленной гибели растений.

3)В США и Европе кислотные дожди – одна из распространенных причин плохих урожаев, вымирания сельскохозяйственных культур на огромных площадях. При этом причина такого ущерба кроется как в прямом воздействии, которое оказывают кислотные дожди на растения, так и в нарушениях минерализации почвы. Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости  к кислотным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подвергнутыми  вредоносному воздействию оказались  листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер

4)Кислотные дожди наносят непоправимый ущерб памятникам архитектуры, здания, сооружениям. Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов. Традиционно при создании статуй, памятников используются камень, мрамор, гипс и известняк. Большинство каменных материалов состоят из карбоната кальция, который легко растворяется серной кислотой содержащейся в дождевой воде. Также компоненты тяжелых кристаллообразных осадков, разрушительно воздействуют на статуи и памятники из гипса и камня. Также материалом для строительства памятников и статуй могут быть различные металлы: бронза, медь, железо или сталь, качество которых ухудшается вследствие воздействия кислотных осадков. Когда металл вступает в контакт с кислотой, возникает электрохимическая реакция и металл начинает терять электроны разрушающие форму, это проявляется в виде коррозии или ржавчины.

 5)При текущей кислотности, которую имеют кислотные дожди, в некоторых случаях они могут наносить прямой вред человеку и животных. Прежде всего, люди в зонах повышенной опасности страдают от заболеваний верхних дыхательных путей. Впрочем, не так далек тот день, когда насыщенность вредных веществ в атмосфере достигнет уровня, при котором в виде осадков будет выпадать серная и нитратная кислота достаточно высокой концентрации. В такой ситуации угроза здоровью человека окажется уже значительно более высокой.

              Решение проблемы выпадения кислотных дождей