Кислотные дожди

Министерство  образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

(наименование кафедры)

(фамилия, имя, отчество  студента)

Институт

Севмашвтуз

курс

группа

(код и наименование  направления подготовки/специальность)

КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

По дисциплине

Экология

На тему

Кислотные дожди и окружающая среда

(наименование темы)

Отметка о зачёте

(дата)

Руководитель

(должность)

(подпись)

(инициалы, фамилия)

(дата)

Северодвинск 2013

 

 

Замечания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

I. Введение ……………………………………………………………………... II.  Основная часть  2.1. Сущность кислотных  дождей и причины их образования  ………....        2.2. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей…... 2.3. Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов III. Заключение .……………………………………….……………………….. IV. Список литературы  ……………………………………………...............

стр. 4   6 19 24 27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Последние десятилетия  убеждают нас в том, что вторжение человека в природу – прямое или косвенное – наносит ей не только непосредственный ущерб, но и вызывает ряд новых процессов, влияющих тем или иным образом на всю окружающую среду. Это относится к большому количеству химических реакций, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, вызванными продуктами антропогенной деятельности. Миллионы тонн кислых оксидов, выбрасываемых в атмосферу, превращают выпадающие дожди и другие осадки в слабый раствор кислот. Кислотные дожди наносят существенный урон объектам биосферы. Это касается в равной степени водных объектов, состояния почв, растительного и животного мира.

Накопление и рассеивание  веществ антропогенного происхождения  по всей планете не оставили в стороне  и пресноводные экосистемы, качество воды которых существенно изменилось за последние десятилетия.

Проблема: состояние водных экосистем связано с химическим составом атмосферных осадков.

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 десятков 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. 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.

Осадки – это неотъемлемая часть нашего климата, поэтому все  граждане нашей страны должны обладать информацией об экологическом состоянии  атмосферных осадков, о степени  загрязнении их кислотами и опасности  таких осадков для водных экосистем и человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть 

2.1. Сущность  кислотных дождей и причины  их образования

Кислотные осадки представляют собой различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, роса) с кислотностью выше нормы.

 

Понятие кислотности

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 взаимосвязанны: 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^–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.

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.

Основные антропогенные  источники кислотообразующих выбросов

Главные кислотообразующие  выбросы в атмосферу – диоксид  серы SO₂ (cернистый ангидрид, или сернистый газ) и оксиды азота NО_х (монооксид, или оксид азота NО, диоксид азота NO₂ и др.).

 

 

Природными источниками поступления  диоксида серы в атмосферу являются главным образом вулканы и  лесные пожары. Естественная фоновая  концентрация SО₂ в атмосфере достаточно стабильна, включена в биохимический круговорот и для экологически благополучных территорий России равна 0,39 мкг/м³ (Арктика) – 1,28 мкг/м³ (средние широты). Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике предельно допустимого значения (ПДК) по SО₂, равного 15 мкг/м³.

Общее количество диоксида серы антропогенного происхождения в атмосфере сейчас значительно превышает ее естественное поступление и составляет в год  около 100 млн т (для сравнения: природные  выбросы SO₂ в год равны примерно 20 млн т). Из них на долю США приходится 20%, на долю России – менее 10%. Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого, как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5–6%), на электростанциях (~40% антропогенного поступления в атмосферу), в металлургических производствах, при переработке содержащих серу руд, при различных химических технологических процессах и работе ряда предприятий машиностроительной отрасли промышленности (~50%).

При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы в виде главным образом ее диоксида (до триоксида окисляется менее 3% серы); в 4–5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута.

Как показывают данные, приведенные  в таблице, в России выбросы диоксида серы составляют более 30% всех вредных  промышленных выбросов. На предприятиях энергетической отрасли промышленности, черной и цветной металлургии доля выбросов диоксида серы составляет примерно 40 и 50% соответственно (см. табл.). Меньше доля выбросов SO₂ предприятиями нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, угольной и газовой отраслей промышленности (см. табл.) – около 8% собственных выбросов загрязняющих веществ и около 5% суммарных выбросов и оксида серы предприятиями России, хотя предприятия этих отраслей дают примерно пятую часть всех техногенных выбросов загрязняющих веществ.

Анализ техногенных источников выбросов сернистого газа в атмосферу  показывает, что выбросы производят высокоразвитые промышленные страны, и это становится проблемой в  первую очередь для них и их ближайших соседей.

Данные мониторинга воздушной атмосферы свидетельствуют об увеличении в последние годы доли выбросов азотных соединений в закисление атмосферных осадков.

Содержанию оксидов азота в  атмосфере стали уделять внимание лишь после обнаружения озоновых дыр в связи с открытием азотного цикла разрушения озона.

Природные поступления в атмосферу  оксидов азота связаны главным  образом с электрическими разрядами, при которых образуется NО, впоследcтвии – 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, равного 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 NО, который в воздухе немедленно вступает в реакцию с кислородом, образуя диоксид NO₂ и тетраоксид диазота N₂O₄. Первоначально образующийся диоксид азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу, однако в воздухе значительная часть оксида азота превращается в диоксид – гораздо более опасное соединение.

При высокотемпературном сгорании органического природного топлива  происходят реакции двух типов: между  кислородом воздуха и азотом, содержащимся в топливе (в угле содержание азота  составляет в среднем около 1%, нефти  и газе – 0,2–0,3%), и между кислородом воздуха и азотом, также содержащимся в воздухе.