Оглавление

1.Понятие кислотности 3

2.Механизм образования и выпадения кислотных осадков 6

3.Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей 9

4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

5.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 16 
 

 

Кислотные дожди

Понятие кислотности

Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO₂) и окислы азота (NО_x) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. ("ХХ век: последние 10 лет." с. 91) Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды.

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

Впервые он был употреблен в 1872 году англичанином Ангусом 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

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

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. 

Р аствор 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,

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⁺).

Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10–5 моль/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.

В кислых растворах  рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.

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

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 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.

 

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.

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 [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 =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 [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 .

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 .

В тропических  районах, где промышленность практически  неразвита, кислотные осадки вызваны  поступлением в атмосферу оксидов  азота за счет сжигания биомассы. В  России наиболее высокие уровни выпадений  окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км² в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны - в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км²) - в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4 .

Специфическая особенность кислотных дождей - их трансграничный характер, обусловленный  переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие  расстояния - сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени  способствует принятая некогда «политика  высоких труб» как эффективное  средство против загрязнения приземного воздуха.

Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами» чужих  выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды  России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия.

В свою очередь, из России больше всего окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной - 1:17, с Польшей - 1:32, с Норвегией - 7:1 .

Экспортируется  «мокрая» часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника  выброса или на незначительном удалении от него. Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу  выбросами характерен для всех стран  Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция  больше направляют окисленной серы к  соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем  выпускают через собственные  границы (до 70% кислотных дождей в  этих странах - результат «экспорта» из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков - одна из причин конфликтных взаимоотношений  США и Канады.

 

Влияние кислотных  дождей на экосистемы и людей

(последствия  кислотных осадков)

Выпадение кислотных осадков на современном  этапе БИОС феры представляет собой достаточно насущную проблему и оказывает достаточно негативное воздействие на биосферу.

Причем  негативное влияние кислотных дождей наблюдается в экосистемах многих стран.

Особенно  негативное воздействие от выпадения  «кислотных дождей» ощутила на себе Скандинавия.

В 70-х  годах 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 [3, с. 67]. И все  это происходит вдали от городов  и промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед -- кислотные дожди.