Химический реактор в каждой капле - Кислотные дожди и кислотообразующие выбросы
1) Что такое 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.
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+) Ј 100,
Для щелочных сред:
10-14 Ј 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.
Достаточно точно показатель кислотности рН измеряется с помощью индикаторной бумаги, содержащей кислотореагирующие пигменты (демонстрируется определение рН различных веществ, указанных на плакате (см. рис. 1) с помощью полосок индикаторной бумаги из блокнота).
2) Откуда что берется?
Если расположить кислоты по мере уменьшения их содержания в дождевой капле, то мы получим такой ряд: серная, азотная, муравьиная, щавелевая и уксусная. Их концентрации отличаются примерно в десять раз при переходе от одной кислоты к другой. Больше всего в дождевой капле серной кислоты. Откуда же она там берется, если, как мы упомянули выше, это не простое растворение сернистого газа?
Над поверхностью океана, в фоновой атмосфере, реализуются целых три механизма. Основной механизм, по которому над океаном образуется серная кислота, заключается в окислении сернистой кислоты перекисью водорода.
Это автокаталитический процесс, так как для его протекания нужен Н+, который получается в этой же реакции.
Но серная кислота может образовываться и в газовой фазе. В этой реакции участвует главный чистильщик атмосферы, свободный гидроксил - ОН (его в атмосфере примерно 106 штук/см3, и образуется он благодаря озону.
Газовые молекулы соединяются, и образуются микрокапельки концентрированной серной кислоты. Эта капелька может стать центром конденсации, слиться с облачной каплей или прореагировать с аммиаком и дать кислый сернокислый аммоний, который тоже может быть центром конденсации.
Но серная кислота может получаться еще и третьим способом -- в растворе, но опять же с помощью ОН-радикала.
Реакция цепная, так как образуется радикал SO3, который может снова реагировать с кислородом, и т. д. Правда, длинной цепи не получается, поскольку концентрация сернистой кислоты в капле над океаном небольшая.
Помимо SO2в морской капле растворяется и формальдегид, который получается после окисления метана в атмосфере. Образуется гидратированная форма формальдегида; его концентрация в капле даже выше, чем сернистой кислоты, и он тоже реагирует с ОН-радикалом. В результате ряда реакций получается муравьиная кислота НСООН. Окисляясь, она дает щавелевую. Однако, несмотря на весь этот букет реакций, кислотность облаков морской атмосферы небольшая (рН редко опускается ниже 5).
А что же происходит над промышленными районами? Во-первых, там намного больше SO2,но самое неприятное то, что над индустриальными районами работает совсем другой механизм образования серной кислоты, который мало зависит от содержания ОН-радикала. Мы уже говорили, что в каплях дождя находят также ионы железа и марганца. И вот оказалось (согласно последним работам ученых, занимающихся химией атмосферы), что над промышленными районами протекает не только цепной процесс окисления сернистой кислоты в серную, но и каталитический. То есть ионы железа работают катализатором окисления сульфита, а Мn еще и многократно ускоряет этот процесс. Причем эти катализаторы настолько активны, что роль ОН-радикала становится малозначимой.
Получается сочетание каталитического и цепного процессов -- цепно-каталитическая реакция. И если над океаном окисление происходит в основном днем, когда ОН-радикалов много, то над загрязненными районами каталитическое окисление сернистого газа идет с той же скоростью и днем и ночью.
Облака, которые образуются в индустриальной атмосфере, могут иметь рН=3. Кстати, почему рН дождевой капли только 3, а не 2 и не 1? Растворимость разных веществ в воде связана с тем, реагируют они с водой или нет. Например, Н202 просто растворяется в капле, не претерпевая изменений. А вот SO2 растворяется и превращается в серную кислоту, которая диссоциирует. А так как вещество переходит в другие химические формы, его растворимость резко возрастает. Понятно, что чем больше концентрация ионов водорода в воде, тем меньше будет растворяться SO2так как равновесие диссоциации и растворения будет сдвинуто влево. То есть капля образовалась, набрала SO2,который содержится в виде Н303~, началась химическая реакция, рН стал уменьшаться, и растворимость SO2стала падать. Получается, что эта реакция -- самотормозящаяся: она начинается с одной скоростью и идет потом все медленнее и медленнее. Поэтому за один час, то есть за всю свою жизнь, капля успевает снизить свой рН только до 3.
С азотной кислотой, которую находят в дожде, все гораздо проще, так как она образуется в результате простого растворения. В атмосфере есть практически все окислы азота, из которых и получаются азотная и азотистая кислоты. Азотные окислы попадают в атмосферу в результате сжигания угля, нефти, газа, мазута и бензина в двигателях внутреннего сгорания.
Кислотный дождь вода химический
Похожие статьи
-
Кислотные дожди - Кислотные дожди
Термин "кислотные дожди" ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в книге "Воздух и дождь: начало химической климатологии". Кислотные дожди,...
-
"Кислотные дожди": понятие, вред, защита - Экосистема. Характеристика, примеры
Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызывать в результате существенные экономические и социальные...
-
Чтобы получился дождь, хватит и пылинки - Кислотные дожди и кислотообразующие выбросы
Итак, дождевая капля содержит целый набор кислот, а также ионы аммония, железа, натрия, кальция, марганца, магния. Чтобы понять, как собирается такой...
-
Введение - Кислотные дожди и кислотообразующие выбросы
Когда специалисты говорят о кислотных дождях, обычно вспоминают один очень неприятный случай, который произошел в США в конце 70-х годов. Тогда в...
-
Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере. - Кислотные дожди
Попадающие в воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются физическим и химическим воздействиям в атмосфере. Эти процессы идут...
-
Кислотные дожди - Круговорот серы
Нейтральный раствор характеризуется величиной рН 7,0. Более низкие значения указывают на кислую реакцию, а более высокие - на щелочную. "Чистый" дождь...
-
Кислотные дожди - Источники загрязнения атмосферы
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, рН которых меньше, чем среднее...
-
Антропогенные выбросы в атмосферу - Кислотные дожди
Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или...
-
Последствия кислотных осадков - Кислотные дожди
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....
-
Атмосферный воздух, представляющий собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, - важнейшая жизнеобеспечивающая среда для всего живого на...
-
Причины возникновения и роль кислотных дождей в природе - Экология человека
Облака (и тучи) это мельчайшие капли воды или кристаллики льда, которые образуются при конденсации водяного пара. Если в воздухе, в котором происходит...
-
Образование смога и кислотных дождей - Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности
В солнечные и жаркие дни над большими мегаполисами можно легко заметить плотную дымку. Это и есть так называемый смог - продукт сгорания жидкого и...
-
Борьба с кислотными дождями - Химия и экология
Кислотные дожди - одна из самых очевидных проблем загрязнения воздуха, стоящих перед нами. Кислые вещества и соединения, которые служат их источником,...
-
Кислотный "дождь" - Влияние атмосферных загрязнителей на растительность
В последние годы обнаружено еще одно явление, связанное с загрязнением атмосферы и оказывающее влияние на биологические объекты. Это - кислотный "дождь",...
-
Виды соединений азота - Кислотные дожди
В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровеществ, но в кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись азота, которые в...
-
Как попадают соединения серы и азота в атмосферу. - Кислотные дожди
Виды соединений серы. К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере, относятся двуокись серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (сероокись...
-
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ, Основные загрязняющие вещества - Загрязнения атмосферы
Основные загрязняющие вещества Свой контрольную я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих...
-
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ, ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА - Атмосфера. Проблемы загрязнения
ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА Хочется начать с обзора факторов, приводящих к ухудшению состояния атмосферы - одной из важнейших составляющих биосферы....
-
Химическое загрязнение атмосферы, Основные загрязняющие вещества - Загрязнение атмосферы
Основные загрязняющие вещества Свой контрольную я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих...
-
Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и, во время пребывания там, ведущие себя по-разному (изменяется температура,...
-
Основные загрязняющие вещества Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот...
-
Виды соединений серы К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере, относятся двуокись серы (оксид серы (IV)), оксисульфид (сероокись...
-
Влияние кислотных осадков на биосферу - Кислотные дожди
Кислотные осадки оказывают вредное воздействие не только на отдельные предмет или живые существа, но и на их совокупность. В природе и в окружающей среде...
-
Источники соединений азота - Кислотные дожди
Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными. Рассмотрим наиболее важные естественные источники. Естественные и антропогенные...
-
Распространение кислотных веществ в атмосфере. - Кислотные дожди
Загрязняющие вещества, выделяющиеся из источников, близких к поверхности Земли, естественно, не задерживаются на одном месте, а распространяются в...
-
Естественные и антропогенные источники соединений азота, содержащихся в атмосфере. - Кислотные дожди
Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно...
-
Химическое загрязнение атмосферы - Атмосфера, гидросфера, литосфера
Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения....
-
Химическое загрязнение атмосферы - Загрязнение атмосферы промышленными процессами
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы,...
-
Соединяясь с водой, оксиды серы образуют серную и сернистую кислоты, которые, взаимодействуя с пылевыми частицами, образуют сульфаты и сульфиды....
-
Смог и кислотные осадки: причины, последствия, решение проблемы - Экосистемы и их проблемы
В настоящее время кислотные дожди - проблема для многих стран мира. Карта кислотных дождей, разработанная экологами всего мира, наглядно показывает зоны...
-
Влияние химических веществ на организм человека - Загрязнения окружающей среды
В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших...
-
Химические загрязнения среды и здоровье человека - Окружающая среда и здоровье человека
В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших...
-
Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для...
-
Способы защиты от кислотных дождей - Кислотные дожди
Кислотные дожди могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на живую и неживую природу. Из этого следует, что меры по частичному восполнению...
-
. Интенсификация деятельности человека в последнее столетие привела к значительному нарушению сложившегося в природе равновесия, в результате чего...
-
Кислотные дожди - Глобальные экологические проблемы
Под популярным названием "кислотные дожди" кроется сложный комплекс воздействий техногенных загрязнений воздуха на человека и природную среду, главные...
-
Химическое загрязнение биосферы, Источники загрязнений - Химическое загрязнение окружающей среды
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем...
-
Все процессы в биосфере взаимосвязаны. Человечество - лишь незначительная часть биосферы, а человек является лишь одним из видов органической жизни Homo...
-
Системы очистки. Пылеуловители сухого и мокрого типа - Защита атмосферы от вредных выбросов
К экобиозащитной технике относят средства и приспособления, защищающие человека и природную среду от воздействия опасных и вредных производственных...
-
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
Химический реактор в каждой капле - Кислотные дожди и кислотообразующие выбросы