Кислотные дожди. 35

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

Чистота атмосферного воздуха планеты  – одно из приоритетных направлений  природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается  в рамках программы, принятой на ХIX специальной сессии Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций в июне 1997 г.

Международными соглашениями установлены  критические нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых  их воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается, а также ряд рекомендаций по осуществлению  снижения этих выбросов. Основными на сегодняшний день методами снижения загрязнения атмосферы, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений и правовая защита атмосферы.

Ведутся исследования по снижению загрязнений  от выхлопных газов автомобилей. Наибольшие трудности здесь вызывает именно уменьшение выбросов оксидов  азота, которые помимо образования  кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для  решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конвертеров, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот.

Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в  атмосферу через дымовые трубы  следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция СаSО4. Этот метод позволяет удалить до 95% SО2, но является дорогостоящим (снижение температуры дымовых газов и понижение тяги требует дополнительных затрат энергии на их подогрев; кроме того, возникает проблема утилизации СаSO4) и экономически эффективен лишь при строительстве новых крупных предприятий. Такой же дорогостоящий метод очистки дымовых газов от оксидов азота с помощью изоциановой кислоты НNСО (удаляется до 99% оксидов азота, превращающихся в безвредные азот и воду).

Восстановление нормальной кислотности  водоемов возможно за счет известкования, при этом не только уменьшается кислотность  воды, но и повышается ее буферная способность, т. е. сопротивляемость по отношению к будущим кислотным осадкам.

Для защиты памятников культуры и  ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений – силиконов или производных  эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий – покрытие их лаком, масляной краской или легирование  сталей, образующих устойчивую к кислотам оксидную пленку.

Все перечисленные меры представляют собой реализацию метода «контроля  на выходе» – снижение концентрации загрязнителей на стадии их попадания в атмосферу.

Более эффективен с экологической  точки зрения метод «контроля  на входе», предусматривающий очистку  топлива от потенциальных загрязнителей, использование экологически более  чистых источников энергии и создание так называемых безотходных технологий, т. е. технологических процессов, сопоставимых с природными циклами в биосфере.

Содержание серы в выбросах можно  уменьшить, используя низкосернистый уголь, а также путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких, как сульфиды металлов. С помощью второй удаляется органическая сера. Отметим, что физические методы очистки малорентабельны, а применение химических методов очистки из-за ряда технических сложностей эффективно лишь на вновь строящихся электростанциях. Для средних и малых предприятий энергетики используется метод сжигания топлива в кипящем слое, при котором удаляется до 95% диоксида серы и от 50 до 75% оксидов азота.

Хорошо разработана технология уменьшения содержания оксидов азота (на 50–60%) путем снижения температуры  горения.

Перспективна замена бензина в  автомобилях другими видами топлива (например, смесью спиртов), применение газобаллонных автомобилей, использующих природный газ, и электромобилей; использование на электростанциях  в качестве топлива природного газа.

Реально заменить горючие ископаемые могут возобновимые экологически чистые энергетические ресурсы, такие, как солнечная энергия, ветер, морские приливы, термальные источники недр Земли. Пока возможности таких энергопроизводств относительно ограничены, но тем не менее, например, в Дании ветровые электростанции дают около 12% энергии (столько же дают все АЭС в России).

Энергосбережение, внедрение новых  неэнергоемких технологий и безотходных  и малоотходных технологий производственных процессов, применение альтернативных источников энергии, все меры экологического контроля способны решить проблему загрязнения  атмосферного воздуха, оздоровить окружающую среду, снять угрозу необратимых  отрицательных изменений в биосфере Земли.

                                                 Заключение

Таким образом, подводя итог всему  вышесказанному, необходимо сделать ряд следующих выводов.

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.

Современная химия измеряет кислотность  растворов в единицах рН. Значение отдельной такой единицы, равное 7, считается нейтральным, более высокие соответствуют щелочной среде, более низкие -- кислой. Изменение значения рН на один пункт соответствует изменению кислотности в десять раз.

Расхожее выражение «кислотные дожди» обозначает осадки с показателем рН меньше, чем 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.

Косвенным свидетельством кислотности  осадков может быть измерение  рН в озерах и водоемах -- их аномальная кислотность уже устойчиво сказывается на флоре и фауне. Доказано, что в сотнях озер Скандинавии по этой причине пропала рыба. Кроме того, «кислая вода» способствует лучшей растворимости в ней таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть, свинец, из почв и донных отложений, а это ведет к болезням людей, пьющих эту воду.

                                                      Список литературы.

1)www.wikipedia.org

2)www.ecoanaliz.ru

3)www.studentbank.ru

4)www.referat.resurs.kz

5)www.ecotechblog.ru.

  6)www.narod.ru