Кислотные дожди

Содержание

1. Введение…………………………………………………………..2
2. Возникновение и состав «кислотных дождей»:

источники соединений азота…………………………………….4

источники соединений серы……………………………………..7

кислородные соединения азота…………………………………9

кислородные соединения серы………………………………….10

3. Способы борьбы. Рациональные решения…………………….11
4. Заключение………………………………………………………..15
5. Список использованной литературы…………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

«Можно, пожалуй, сказать, что  назначение человека заключается в  том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для  обитания».

Жан Батист Ламарк

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем  положительных водородных ионов  Н+ и характеризуется концентрацией  ионов водорода в одном литре  раствора (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН - и характеризуется  их концентрацией. Шкала кислотности  лежит в интервале от pH = 0 (высокая  кислотность) через pH = 7 (нейтральная  среда) до pH = 14 (высокая щелочность). Изменение значения pH на единицу  соответствует изменению концентрации ионов водорода в 10 раз. Однако вода обычного дождя представляет собой  слабокислый раствор, в котором  показатель кислотности рН дождевой воды равняется 5.6-5.7. Кислотные дожди  обозначает осадки с pH меньше 5,7. Это  происходит вследствие того, что природные  вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию  с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). Показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может  отличаться от показателя кислотности  дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава  газов, содержащихся в атмосфере  той или иной местности, таких  как оксид серы и оксиды азота. В дождевой воде присутствуют, и  катионы щелочных элементов (Na+, K+) и  анионы (HCO3- , Cl- и др.), практически  нет катионов щелочноземельных элементов (Ca+2, Mg+2).

Кислотный дождь это все  виды метеорологических осадков  — дождь, снег, град, туман, дождь  со снегом, при котором наблюдается  понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, в основном оксидами серы и оксидами азота. Термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Робертом Смитом в книге  «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

Впервые в 1950-х гг. кислотные  дожди были отмечены в Западной Европе, в Скандинавии, и Северной Америке. В среднем кислотный показатель осадков pH, выпадающих в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км2, меняется от pH 5 до 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 связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азот эта проблема приобрела особое значение во всем индустриальном мире. 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.

В России наиболее высокие  уровни выпадений окисленной серы и  оксидов азота см. таблицу (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. Больше всего окисленной серы из России направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной - 1:17, с Польшей - 1:32, с Норвегией - 7:1.

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Возникновение  и состав кислотных дождей

Попадающие в воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются физическим и химическим воздействиям в атмосфере, испытывая частичное  или полное химическое превращение. При этом может меняться агрегатное состояние. Эти процессы идут параллельно  их распространению. Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие  азотной (HNO3) и серной (H2SO4) кислот. Около 2/3 кислотных осадков составляют аэрозоли серной и сернистой кислот, остальное приходится на долю аэрозолей  азотной и азотистой кислот. Присутствие  соединений азота и серы связано  с выбросом этих элементов в атмосферу.

1.1Источники азота  и серы 

Источники соединений азота

Естественные источники  эмиссии соединений азота в атмосферу:

I. 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).

II. 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.

III. 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.

IV. 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).

Антропогенные источники  эмиссии соединений азота в атмосферу:

Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого  топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры  находящиеся в воздухе азот и  кислород соединяются. Количество образовавшегося  оксида азота NO пропорционально температуре  горения.

Оксиды азота образуются и при горении имеющихся в  топливе азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое топливо, человечество ежегодно выбрасывает в воздушный  бассейн Земли около12 млн.т. оксидов  азота. Немного меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает  от сжигания горючего (бензина, дизельное  топливо и т.д.) в двигателелях внутреннего сгорания.

Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1 млн.т. азота  ежегодно. Таким образом, по крайней  мере, 37% из почти 56 млн.т. ежегодных  выбросов оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы.

Техногенные мировые выбросы  оксидов азота в атмосферу  составляют в год около 70 млн. т (природные  выбросы оксидов азота, по некоторым  оценкам, равны в год 700 млн. т), примерно 30% их приходится на долю США, 25% – на долю стран Западной Европы и лишь несколько процентов – на долю России. В табл. приведены выбросы  вредных веществ в атмосферу  в России с 1993-1997г.

Суммарные антропогенные  выбросы оксидов азота в атмосферу  больше. Дополнительный источник таких  выбросов – сельское хозяйство, интенсивно использующее химические удобрения, в  первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой отрасли мирового хозяйства в загрязнение атмосферы  оксидами азота учесть трудно, по некоторым  данным, поступление оксидов азота  в атмосферу с сельскохозяйственных полей сопоставимо с промышленными  выбросами. В состав атмосферы входит ряд азотосодержащих соединений, из которых наиболее распространена закись азота (N2O). Этот газ в нижних слоях воздуха нейтрален и  не участвует в образовании кислотных дождей. Также в составе атмосферы Земли находятся двуокись азота NO2 и аммиак NH3.

Атмосферный аммиак:

Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет значительную роль в регулировании кислотных  дождей, так как он может нейтрализовать атмосферные кислотные соединения:

NH3 + H2SO4 = NH4HSO4

NH3 + NH4HSO4 = (NH4)2SO4

NH3 + HNO3 = NH4NO3

Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся  в почве органические вещества разрушаются  определенными бактериями, и одним  из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Ученым удалось установить, что активность бактерии, приводящая, в конечном счете, к образованию  аммиака, зависит в первую очередь  от температуры и влажности почвы. В высоких географических широтах (Северная Америка и Северная Европа), особенно в зимние месяцы, выделение  аммиака почвой может быть незначительным. В то же время на этих территориях  наблюдается наибольший уровень  эмиссии двуокиси серы и оксидов  азота, в результате чего находящиеся  в атмосфере кислоты не подвергаются нейтрализации и, таким образом, возрастает опасность выпадения  кислотного дождя. В процессе распада  мочи домашних животных высвобождается большое количество аммиака. Этот источник аммиака настолько значителен, что  в Европе он превышает возможности  выделения аммиака почвой.

Почвенная эмиссия оксидов  азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн. т оксидов азота.

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. В состоянии плазмы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн. т в год.

Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так  и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания  леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т оксидов азота в год.

Азот, как и сера, входит в состав биологических структур. Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе. Вступая  в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и  азотной и, в дальнейшим вместе со снегом или дождем, выпадают на землю. Суммарные антропогенные выбросы  оксидов азота в атмосферу  больше. Дополнительный источник таких  выбросов - сельское хозяйство, интенсивно использующее химические удобрения, в  первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой отрасли мирового хозяйства в загрязнение атмосферы  оксидами азота учесть трудно. По некоторым  данным, поступление оксидов азота  в атмосферу с сельскохозяйственных полей сопоставимо с промышленными  выбросами. В России около 25% выбросов оксидов азота дает сжигание топлива  на предприятиях электро- и теплоэнергетики, столько же -на предприятиях металлургической, машиностроительной и не связанной  с процессами горения топлива  химической отраслей промышленности (например, получение азотной кислоты и  взрывчатых веществ). Для окислов  азота среди стационарных источников топливно-энергетический дает 85% выбросов, производство цемента, извести, стекла, металлургические процессы, сжигание мусора и др.-12%. Азотные загрязнения  поступают из нестационарных источников животноводческих предприятий и  удобрений. Основные источники ЛОС-химические производства, промышленные и бытовые  растворители, нефтехранилища, бензоколонки и т.д. Главный источник техногенных  оксидов азота в атмосфере - автотранспорт  и другие виды моторного транспорта (около 40%). Природные поступления  в атмосферу оксидов азота  связаны главным образом с  электрическими разрядами, при которых  образуется N0, впоследствии - NО2. Значительная часть оксидов азота природного происхождения перерабатывается в  почве микроорганизмами, т. е. включена в биохимический круговорот. Для  экологически благополучных районов  России естественная фоновая концентрация оксидов азота равна 0,08 мкг/м3 (Арктика) - 1,23 мкг/м3 (средние широты), что существенно  ниже ПДК, равной 40 мкг/м3. Оксиды азота  техногенного происхождения образуются при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000 "С. При  высоких температурах часть молекулярного азота окисляется до оксида азота N0, который в воздухе немедленно вступает в реакцию с кислородом, образуя диоксид N02 и тетраоксид диазота N2О4. Первоначально образующийся оксид азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу, однако в воздухе значительная часть оксида азота превращается в диоксид - гораздо более опасное соединение. Наиболее распространенным соединением азота, входящим в состав выбросов, является окись азота NO