Кислотные дожди

Автономная некоммерческая организация высшего профессионального  образования «ПЕРМСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ  И ФИНАНСОВ»

 

 

Факультет: Экономический

Кафедра: Общих гуманитарных, социально-экономических и естественнонаучных           дисциплин

 

 

 

 

 

 

 

 

«Кислотные дожди»

 

Реферат по дисциплине: «Экология»

 

Выполнил:	Еленева Дарья Андреевна
Группа:	Ф-10-С(И6)
Контактная информация:
Отметка о регистрации:
Проверил:	Денисламова Е.С.
Дата:		Оценка:
Примечания:

 

 

 

 

Пермь 2012г.

Содержание

Введение    ………………………………………………………………. 2

1.Кислотные дожди    …………………………………………………… 3-5

2.Механизм образования и выпадения  кислотных осадков   ………… 5-8

3.Последствия кислотных дождей    …………………………………... 9-10

Заключение    …………………………………………………………… 11-12

Список литературы    …………………………………………………... 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

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.

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.

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.

Предмет исследования – процесс образования и выпадения кислотных осадков.

Объект  исследования – кислотные осадки.

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

 

 

2

1.Кислотные дожди

Термин  «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в книге «Воздух  и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят  значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и  постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с  осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация сложилась в  Центральном и Центрально-Черноземном  районах, а также в Кемеровской  области и Алтайском крае, в  Норильске. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю  в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км². Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных, западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в составе  выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в слабый раствор кислот.

Окислы  азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при  высоких температурах, главным образом  в двигателях внутреннего сгорания и котельных установках. Получение  энергии, увы, сопровождается закислением окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций стали расти в высоту, и достигают 250—300, даже 400 м, следовательно, выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н⁺ и характеризуется концентрацией этих

3

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.

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.

4

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.

 

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

5

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.

6

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 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.

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.

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

7

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 [5, с. 49].