Контрольная работа по "Химия окружающей среды"

3NO2 + H2O →2HNO3 + NO

На второй стадии протекает адсорбция паров азотной кислоты сухими частицами NaCl, далее они взаимодействуют друг с другом

HNO3 + NaCl→ NaNO3 + НСl

с образованием нитрата натрия. Хлороводород улетучивается либо в процессе испарения капли, либо после него. [1,с.167-199]

4. Озёрные воды. Минеральный состав озерных вод. Олиготрофные и дистрофные озера.

Озеро — более или менее значительная по объему масса воды, занимающая понижение в рельефе суши, не имеющая непосредственного соединения с морем. Озера занимают около 1,8% поверхности суши, но распределены крайне неравномерно.

По своей солености озера можно разделить на:

- пресные (их соленость не превышает 1%);

- соленые (их соленость от 1 до 47%);

- минеральные (их соленость превышает 47%). Из них соли могут выпадать в осадок (Эльтон, Баскунчак).

Минерализация и химический состав воды озер в отличие от рек меняется в очень широких пределах. Реки с минерализацией воды свыше 100-200 мг/л, в каких бы условиях они ни находились, - очень редкое явление, в то время как минерализация воды озер бывает от очень низкой, в несколько десятков мг/л (т.е. мало отличающейся от дождевом) до очень высокой 3-3,5% (соляные озера с рассолом до предела насыщенного солями). Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озер. В нем наблюдаются закономерности, которые свойственны и химическому составу речной воды. С увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост ионов в ее составе в такой последовательности: HCO3-→SO42-→Cl- ; Ca2+→Mg2+→Na+. При минерализации до 500-1000 мг/л в составе озерной воды преобладают гидрокарбонатные ионы, свыше 0,1% - чаще всего сульфатные, а по достижении 0,3-0,5% в зависимости от литологических особенностей водосборной площади - сульфатные или хлоридные воды. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 0,1-0,2%. При дальнейшем росте минерализации эту роль начинают играть ионы натрия. Ионы магния, так же как и во всех других водах, сохраняют при всех минерализациях промежуточное положение. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей. Подавляющая часть пресных озер, так же как и рек, по составу вод гидрокарбонатно-кальциевые.

Олиготрофные озёра. Глубоководные (глубиной до нескольких сот метров) сравнительно холодные озёра севера Евразии и Северной Америки и высокогорные, занимающие тектонические или эрозионные котловины, а также образующиеся в результате запруживания горных ущелий. Их скалистые берега сложены преимущественно кристаллическими породами. Продуктивность этих озёр сравнительно невелика, цветение воды для них нехарактерно. Основной первичный продуцент — фитопланктон, роль макрофитов невелика. Крупные олиготрофные озёра (Онежское, Ладожское, Севан, Исык-Куль, Телецкое и др.) из-за своих больших размеров обладают достаточно большой рыбопродукцией. Рыбный промысел на них имеет экономическое значение. Вода данных озёр до самого дна насыщена кислородом и имеет рН, близкий к нейтральному. Олиготрофные озёра имеют сравнительно разнообразное население, а крупные — обладают и эндемичными таксонами, обычно подвидового ранга.

Дистрофные озёра. Мелководные (глубиной в несколько метров), часто хорошо прогреваемые озёра, берега которых образованы сфагновыми сплавинами, а дно — торфом. Продуктивность таких озёр невелика, вода их насыщена кислородом до максимальных глубин. В воде высокая концентрация гуминовых кислот, из-за чего она имеет характерную коричневую окраску и кислый рН (опускается до 4-3). Население дистрофных озёр малоразнообразное и довольно специфическое. Из-за низкого рН в них отсутствуют моллюски, чьи раковины растворяются в кислоте. Дистрофные озёра характерны для юга тундры, бореальных (тайги) и неморальных (широколиственных листопадных) лесов, северной степи, иногда встречаются в горах, т. е. везде, где имеются торфяные болота, ранней стадией развития которых они являются.

5. Кислотные загрязнители. Редокс – буферность природных вод.

Образование кислотного дождя обусловлено выбросами в атмосферу кислотных оксидов, преимущественно SO2 и NO2, естественные и техногенные источники. К основным антропогенным источникам этих газов относятся тепловые электростанции, промышленные котельные, автотранспорт, технологические агрегаты металлургической, химической и других отраслей промышленности.

Поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется кислородом воздуха в серный ангидрид:

2SO2 + О2→ 2 SO3

Происходит эта реакция в присутствии пылеобразных частиц оксидов металла, выступающих в роли катализаторов, или под действием солнечного света.

Образующийся серный ангидрид растворяется в капельках влаги с образованием серной кислоты, выпадающей далее с атмосферными осадками на Землю в виде кислотного дождя:

SO3 + Н2О → Н2SО4

Так образуется в атмосфере серная кислота, являющаяся первой причиной выпадения кислотных осадков.

Вторая причина образования кислотных осадков связана с азотной кислотой, образующейся в атмосфере из оксидов азота:

2NO + O2 →2NO2

2NO2 + Н2О →НNO2 + НNO3

Азотистая кислота НNO2 может окисляться в азотную, т.е. суммарное уравнение происходящего процесса:

4NO2 + 2Н2О + О2 →4НNO3

Кислоты могут выпадать из атмосферы и без воды – сами по себе или с частицами пыли.

Чувствительность озер к кислотным дождям определяется химическим составом подстилающих пород и почвы на водоразделах и берегах. Если в них присутствует известняк (осадочная порода, состоящая из карбоната кальция), то такие озера «сопротивляются» закислению воды, поскольку карбонаты нейтрализуют кислоту:

СаСО3 + 2Н+ →Са2+ +СО2 + Н2О

Карбонат кальция играет роль буфера, поддерживает постоянным значение рН. Аналогичное действие производит и карбонат магния MgCO3. Однако возможности любого буфера ограничены. Известняк, например, расходуется, реагируя с кислотами, т.е. его буферная емкость уменьшается. Если она будет исчерпана, то дополнительные ионы водорода останутся в растворе и произойдет соответствующее понижение рН среды. При истощении буферной емкости добавление даже небольшого количества кислот вызовет резкое уменьшение рН.

Если водозаборные бассейны озер сложены гранитами (или гнейсами) с низкой буферной емкостью, как в горах Адирондак, то такие озера чувствительны к кислотным осадкам. Последнее вызывает сильное подкисление их воды. Таким образом, экологические последствия для разных рек и озер на планете, получающих одинаковое количество кислотных осадков, не одинаковы. [1,с.220-238]

6. Коллойдные системы почвы. Понятие о коагуляции и пептизации.

Почву необходимо рассматривать как систему, состоящую из трех фаз (или частей) — твердой, жидкой и газообразной. Все три фазы почвы находятся в постоянном взаимодействии, между ними непрерывно протекают реакции обмена и поглощения. Наибольшей подвижностью и изменчивостью обладают газообразная и жидкая фазы, по сравнению с ними твердая фаза инертна, но и она содержит активную часть — почвенные коллоиды.

К коллоидам принято относить все измельченные вещества, размер частиц которых колеблется от 10 до 10 см. Тонкодисперсные частицы коллоидов обладают большой удельной поверхностью, достигающей 10—50 м2 и более на 1 г вещества, и свободной поверхностной энергией. Большой запас свободной поверхностной энергии обусловливает такие важные свойства коллоидов, как высокую адсорбционную способность (поглощение), стремление к агрегации частиц, и другие.

В процессах обмена и поглощения в почве решающую роль играют коллоиды. Совокупность почвенных частиц, обладающих свойствами коллоидов, принято называть коллоидным комплексом почвы или, по предложению академика К. К. Гейдройца, почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Почвенный поглощающий комплекс — высокодисперсная минеральная и органическая часть почвы, обусловливающая ее поглотительную и обменную способность.

По составу коллоиды почвы подразделяются на три группы: минеральные, органические и органоминеральные. В почве преобладают минеральные коллоиды, преимущественно из групп глинистых минералов, гидроокислов и окислов.

Органические коллоиды состоят из гумусовых веществ, поэтому верхние слои почвы содержат больше органических коллоидов, чем нижние. Органоминеральные коллоиды представлены комплексными соединениями гумусовых веществ с минеральными.

Содержание коллоидов зависит от механического состава почвы и содержания гумуса. Наиболее богаты коллоидами глинистые и суглинистые почвы с высоким содержанием гумуса. Почвы песчаные, супесчаные, обедненные илистой фракцией и гумусом, содержат незначительное количество коллоидов.

Коллоиды могут быть в двух различных состояниях: 1) в состоянии коллоидального раствора, или золя, и 2) в состоянии студенистого, хлопьевидного или аморфного осадка — геля.

В состоянии золя коллоиды находятся до тех пор, пока они имеют заряд. Но как только этот заряд тем или иным путем будет уничтожен или же будет понижен настолько, что сила притяжения станет больше силы отталкивания, отдельные коллоидальные частички начнут сцепляться друг с другом в крупные агрегаты и выпадут в осадок. Этот процесс носит название свертывания коллоидов, или коагуляции. Обратный же процесс, т. е. переход геля во взвешенное состояние, или в золь, называется пептизацией.

Процесс коагуляции коллоидов происходит главным образом при взаимодействии коллоидов с электролитами, т. е. с растворами солей, кислот и щелочей. Сущность этого процесса состоит в следующем.

Молекулы электролитов в растворе распадаются на ионы, которые приобретают при этом определенный электрический заряд: катионная часть (например, Са2+, Mg2+, Na+, H+ и т.д.) — положительный, а анионная (С1-, ОН- , СО3-) — отрицательный. Эти ионы диссоциированных молекул, встречаясь в растворе с коллоидальными частичками, нейтрализуют заряды последних. Действующим началом при этой нейтрализации будут в каждом случае те ионы, которые имеют заряды, противоположные зарядам коллоидальных частичек, т. е. коллоиды с отрицательным зарядом частичек будут коагулироваться катионами, коллоиды же с положительным зарядом — анионами. А так как в почве преобладают отрицательно заряженные коллоиды, то коагуляция их может происходить главным образом под воздействием положительно заряженных катионов почвенного раствора. Различные катионы в зависимости от их валентности и атомного веса обладают разной величиной заряда, а потому и коагулирующая способность их будет неодинакова.

Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных; двухвалентные — слабее, чем трехвалентные. По степени возрастания коагулирующей способности наиболее часто встречающиеся в почвенном растворе катионы располагаются в следующем порядке: Na+, NH4+, К+, Н+, Mg2+, Са2+, Al3+, Fe3+.

7. Радиоактивные изотопы в ОС. Стабильные и радиоактивные изотопы.

Атомы одного и того же элемента, имеющие разную массу (массовое число), называют изотопами. Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом (проставляется вверху слева от химического знака) и порядковым номером (проставляется внизу слева от химического знака) и обозначается символом соответствующего элемента. Например, изотоп углерода с массовым числом 12 записывается так: 126С, или 12С, или словами: “углерод-12”. Эта форма записи распространена и на элементарные частицы: электрон 01е, нейтрон 10n, протон 11p или 1 1Н, нейтрино 00n . Изотопы известны для всех химических элементов.

Обычно изотопы различных элементов не имеют специальных названий. Единственным исключением является водород, изотопы которого имеют специальные химические символы и названия: 1H — протий, 2D — дейтерий, 3T — тритий. Это связано с тем, что относительное отличие масс изотопов для водорода является максимальным среди всех химических элементов.

Атомная масса элемента равна среднему значению из масс всех его природных изотопов с учетом их распространенности.

Так, например, природный хлор состоит из 75,4% изотопа с массовым числом 35 и из 24,6% изотопа с массовым числом 37; средняя атомная масса хлора 35,453. Средняя атомная масса природного лития, содержащего 92,7% 73Li и 7,3% 63Li равна 6,94 и т.д. Атомные массы элементов, приводимые в периодической системе Д. И. Менделеева, есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Это одна из причин, почему они отличаются от целочисленные значений. Наряду с термином “изотопы” используется термин “нуклид”. Нуклид — это атом со строго определенным значением массового числа, т.е. с фиксированным значением числа протонов и нейтронов в ядре. Радиоактивный нуклид сокращенно называют радионуклид. Термин “изотопы” следует применять только для обозначения стабильных и радиоактивных нуклидов одного элемента.

Устойчивые и неустойчивые изотопы. Все изотопы подразделяются на стабильные и радиоактивные. Стабильные изотопы не подвергаются радиоактивному распаду, поэтому они и сохраняются в природных условиях. Примерами стабильных изотопов являются 16О, 12С, 19F. Большинство природных элементов состоит из смеси двух или большего числа стабильных изотопов. Из всех элементов наибольшее число стабильных изотопов имеет олово (10 изотопов). В редких случаях, например у алюминия, в природе встречается только один стабильный изотоп, а остальные изотопы неустойчивы. Стабильные изотопы - это изотопы, ядра которых имеют минимальную внутреннюю энергию.

Стабильные изотопы характеризуются минимальной внутренней энергией.

Радиоактивные изотопы подразделяются, в свою очередь, на естественные и искусственные — и те и другие самопроизвольно распадаются, испуская при этом a - или b - частипы до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп. Химические свойства всех изотопов в основном одинаковы. Эти свойства определяются главным образом зарядом ядра, а не его массой.

С помощью ядерных реакций получают изотопы, обладающие радиоактивностью (радиоактивные изотопы). Все они неустойчивы и в результате радиоактивного распада превращаются в изотопы других элементов.