Учителю
Исследовательская работа: Кислотный дождь: что это такое?

Исследовательская работа: Кислотный дождь: что это такое?

Автор публикации: Екимова Л.П.

Дата публикации: 11.10.2015

Краткое описание: "Кислотный дождь"- широко распространённый термин, обозначающий явление выпадения осадков, содержащих смесь влаги и мельчайших частиц оксида азота и оксида серы в концентрациях, превышающих нормальный природный фон. Источниками возникновения кислотных дождей являются

предварительный просмотр материала

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Гимназия № 8 » Энгельсского муниципального района

Саратовской области

УЧЕБНО -ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА:

Кислотный дождь: что это такое?

Работу выполнили учащиеся

Саратовский Никита- 6 «Б» класс

Кругляков Дмитрий - 6 «Б» класс

Харькин Константин - 6 «Б» класс

Гамаюнов Никита- 9 «Б» класс

Руководители:

Екимова Л.П. - учитель химии, биологии

Камилова О.А.- учитель биологии, экологии

г. Энгельс - 2015

Аннотация

"Кислотный дождь" - широко распространённый термин, обозначающий явление выпадения осадков, содержащих смесь влаги и мельчайших частиц оксида азота и оксида серы в концентрациях, превышающих нормальный природный фон. Источниками возникновения кислотных дождей являются как природные процессы (вулканическая деятельность, гниение растительных остатков), так и деятельность человека, в первую очередь выбросы диоксида серы (SO₂) и оксидов азота (NO, NO₂, N₂O₃) при сжигании ископаемого и моторного топлива. Оксиды серы и азота образуются при сгорании каменного угля, нефти, при работе автомобилей. Диоксид серы также выделяется при извержениях вулканов. Растворяясь в атмосферной влаге, эти газы становятся причиной «кислотных дождей», которые поражают растительность, губят живые организмы водоемов, вызывают у людей болезни, разрушают металлоконструкции и строительные материалы. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков

Цель

1. Получить «кислотный дождь» в лабораторных условиях.

2. Смоделировать ситуацию разрушения окружающей среды кислотными дождями.

3. Синтезировать мочевиноформальдегидный лак и изучить его действие на сохранность памятников культуры.

В результате выполненной работы нами были сделаны следующие выводы

1.Опыты с полученным «кислотными дождями» доказывают, что они разрушает растительные клетки, растворяет мрамор, вызывают коррозию металлов.

2. Решение экологических задач подтверждает вредное воздействие кислотных дождей на организм человека.

3. Металлические детали и памятники архитектуры, если на них постоянно действуют кислотные дожди, будут разрушаться (из-за коррозии).

4. Чтобы предотвратить кислотные дожди, надо улавливать примеси диоксида серы (из трубы).

Предложены пути решения проблемы «кислотных дождей».

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Понятие кислотности 7

2. Механизм образования кислотных осадков 11

3. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей 12

3.1. Влияние соединений серы на растительность. 13

3.2. Воздействие сернистого газа на здоровье человека. 13

3.3. Влияние соединений азота организм человека 13

3.4. Влияние соединений азота на растения 14

3.5. Влияние соединений серы и азота на памятники скульптуры. 15

4. Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов. 17

5. Исследовательская часть. 19

6. Результат работы, выводы 23

7. Список литературы 23

Введение

Актуальность. Оксиды серы и азота образуются при сгорании каменного угля, нефти, при работе автомобилей. Диоксид серы также выделяется при извержениях вулканов. Растворяясь в атмосферной влаге, эти газы становятся причиной «кислотных дождей», которые поражают растительность, губят живые организмы водоемов, вызывают у людей болезни, разрушают металлоконструкции и строительные материалы. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков

Цель

1. Получить «кислотный дождь» в лабораторных условиях и определить их рH

2. Смоделировать ситуацию разрушения окружающей среды кислотными дождями.

3. Синтезировать мочевиноформальдегидный лак и изучить его действие на сохранность памятников культуры.

Гипотеза. «Кислотные дожди» оказывают вредное воздействие на окружающую среду.

Изученность вопроса

Сегодня для каждого знакомо сочетание слов - кислотный дождь. Все знают, что дожди приносят вред, но никто их не боится, потому что один кислотный дождь, по силе своего воздействия, не может сравниться ни с пожаром, ни с наводнением. Он не отбирает дома, не уносит жизни тысяч людей. А это значит, что о нем много пишут, много говорят, но конкретных мер не предпринимает никто. Проблема общая, а значит - ничья.

Методы работы

1. Теоретическая часть: поиск информации по теме исследования.

2. Практическая часть: получение «кислотного дождя» в лабораторных условиях.

Опыты, лежащие в основе исследования:

а) Сгорание серы: 1) на воздухе, 2) в кислороде.

в) Растворение продуктов сгорания серы в воде

г) получение оксида азота (IV) и растворение его в воде.

3. Изучение влияния, полученных «кислотных дождей» на растения:

- базилик, огурцы, салат;

- материалы для памятников скульптуры: мрамор, медь, бронза, алюминий, гранит.

4. Получение в лаборатории мочевиноформальдегидного лака и испытать покрытые образцы на устойчивость к кислотным дождям.

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

1. 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.

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. Достаточно точно показатель кислотности рН измеряется с помощью индикаторной бумаги, содержащей кислотореагирующие пигменты.

2. Основные антропогенные источники кислотообразующих выбросов

Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу - диоксид серы SO₂ и оксиды азота оксид азота NО, диоксид азота NO₂ и др.).

Естественная фоновая концентрация SO₂ достаточно стабильна. Для России она составляет 0,39 мкг/м³ в Арктике и 1,28 мкг/м³ в средних широтах. В мировой практике за ПДК принята величина 15 мкг/м³.

Природные источники поступления SO₂. Ими являются биота, океаны, вулканы и лесные пожары.

На долю биоты приходится около 30-40 млн т/год. Поступление связано с окислением сероводорода, который продуцируют микроорганизмы, восстанавливая сульфаты или разлагая органическое вещество.

Эмиссия океана оценивается в 50-200 млн т/год. Она обусловлена испарением капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океана. Оставшаяся после испарения морская соль содержит сульфаты и серу. Попадает в верхние слои атмосферы и рассеивается над сушей только небольшая часть этой серы. Эмиссия океана влияет, прежде всего, на формирование облачности и осадки.

Во время извержений вулканов в атмосферу поступает двуокись серы, сероводород, сульфаты и элементарная сера. Общая сумма выбросов достигает около 2 млн т/год.

Антропогенное поступлениеSO₂ оценивается в 60-100 млн т/год. Его источниками являются: сжигание топлива (около 40%); переработка руд, содержащих серу (около 50%); химические предприятия (7-8%).

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.

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 (см. табл.). 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 (см. рис. 2) 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). Главный источник техногенных оксидов азота в атмосфере - автотранспорт и другие виды моторного транспорта (около 40%). Распределение выбросов оксидов азота по основным отраслям промышленного производства приведены в таблице.

Следует отметить, что при наметившейся в 1990-е гг. в России тенденции снижения выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями (см. табл.) доля диоксида серы и оксидов азота в этих выбросах увеличивается.

Суммарные выбросы всех загрязнителей в воздушную среду в 1997 г. по сравнению с 1993 г. сократились примерно на 30%, диоксида серы - примерно на 20%, оксидов азота - на 30%.

Однако лишь 20% этих сокращений обусловлены природоохранными мероприятиями и усилением экологического контроля. Основная причина - спад производства, который за эти годы составил более 50%. Расхождение между относительными показателями спада производства и сокращения выбросов свидетельствует о росте отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу произведенного продукта. Как показывает анализ, спад производства был неравномерен в различных отраслях хозяйства - наименьшим он оказался в самых экологически напряженных секторах (энергетика, металлургия и др.) и наибольшим - в отраслях, оказывающих относительно слабое воздействие на окружающую среду (машиностроение, оборонная отрасль промышленности и др.), при этом выбросы автотранспорта возросли, причем в крупных городах - очень значительно.

Отметим еще два - экономических - аспекта рассматриваемой проблемы, оказывающих большое влияние на общую экологическую ситуацию в России, в том числе и связанную с кислотными осадками

2. Механизм образования кислотных осадков

Рис. 3 Схема образования кислотных аэрозолей и дождей

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:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃,

который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄.

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО₂•nH₂O, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂SО₃:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:

2Н₂SО₃ + О₂ = 2Н₂SO₄.

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 хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

Сl₂^• + СН₄ = CН^•₃Сl + НСl,

Очень опасны выбросы фтороводорода (производство алюминия, стекольное), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

3. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей

.(На фото можно увидеть повреждённый кислотными дождями лес в Чехии)

3.1. Влияние соединений серы на растительность.

Сильнее всего, буквально губительно, влияет на растительность, особенно на хвойные деревья, сернистый газ и сернистая кислота, т.е. соединения четырехвалентной серы [Гудериан, 1979; Никольский (ред), 1980; Смит, 1985]. Предельно допустимая концентрация SO² в атмосфере для хвойных деревьев в условиях Кольского заполярья составляет 0.007 - 0.008 мг/м3 [Цветков, 1990], т.е. лес гораздо чувствительней к сернистому газу, чем человек - ПДК SO² для человека равен 0.05 мг/м³ при длительном вдыхании. Отрицательное влияние SO² на растительность, в частности на лесную, выражается в пожелтении и отмирании хвои, уменьшении срока жизни хвои, и, в конечном итоге, гибели деревьев и леса в целом.

Сернистый газ(SO₂) атмосфере неустойчива и быстро - в течение нескольких часов, максимум за сутки, окисляется до SO₃ - до серного ангидрида. SO₂ для растений безвредна, и более того, служит для них питательным веществом. Конечно, можно представить себе, что при определенных условиях из серного ангидрида может образоваться свободная серная кислота, которая может вызывать именно ожоги, подобно любой кислоте - соляной, азотной, фосфорной и т.д. Но вероятность столь неблагоприятного сочетания условий невелика.

3.2. Воздействие сернистого газа на здоровье человека.

Высокие концентрации сернистого газа даже при непродолжительном контакте вызывают сильное раздражение дыхательных путей и ощущение удушья. Постоянное вдыхание воздуха, содержащего повышенную концентрацию сернистого газа, приводит к хроническим заболеваниям органов дыхания и усиливает воздействие других вредных веществ, присутствующих в промышленных выбросах комбината (т.н. явление синергизма, т.е. совместного воздействия, взаимно усиливающего действие друг друга).

Среднесменная ПДК двуокиси серы в воздухе производственных помещений -10 мг/м³, среднесуточная ПДК в атмосфере населенных пунктов - 0,05 мг/м³, предельно-допустимая в течение трех часов - 0,5 мг/м³ [Руководство…, 1979] Для сравнения относительной токсичности металлов (в условных единицах) существуют утвержденные МЦМ СССР показатели [Временная отраслевая методика, 1987]:

3.3. Влияние соединений азота организм человека

По мере удаления от источника выброса все большее количество NO превращается в NO2 - бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO₂ пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO₂ ослабляет обоняние.

Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение - способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.

Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных путей. Иными словами, NO₂ вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации NO₂ всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при концентрации 0,038 мг/м3.

У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких. Кроме того, диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей. Попадая в организм человека, NO₂ при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Некоторые исследователи считают, что в районах с высоким содержанием в атмосфере диоксида азота наблюдается повышенная смертность от сердечных и раковых заболеваний.

Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и сердечно-сосудистыми болезнями, могут быть более чувствительны к прямым воздействиям NO₂. У них легче развиваются осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных респираторных инфекциях.

3.4. Влияние соединений азота на растения

Разрушающее воздействие составляющих фотохимического смога на растения было обнаружено раньше, чем подтверждено их влияние на здоровье людей.

Оксиды азота NOx могут воздействовать на растения тремя путями:

прямым контактом с растениями;

через образующиеся в воздухе кислотные осадки.

Ботаники считают, что первоначальные симптомы повреждения растений оксидами азота проявляются в беспорядочном распространении обесцвечивающих пятен серо-зеленого оттенка. Эти пятна постепенно грубеют, высыхают и становятся белыми. Оксиды азота токсичны при концентрации 3 млн-1. Для сравнения: сернистый газ вызывает поражение растений при большей концентрации (5 млн-1).

Нарушения роста растений при воздействии NO₂ наблюдаются при концентрациях 0,35 мг/м3 и выше. Это значение является предельной концентрацией. Опасность повреждения растительности диоксидом азота существует только в больших городах и промышленных районах, где средняя концентрация NO₂ составляет 0,2 - 0,3 мг/м³.

Растения более устойчивы (по сравнению с человеком) к воздействию чистого диоксида азота. Это объясняется особенностями усвоения NO₂, который восстанавливается в хлоропластах в аминокислоты. При концентрации 0,17 - 0,18 мг/м3 оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Разрушительное действие NO₂ на растения усиливается в присутствии диоксида серы. Это подтверждено на опытах, проведенных со следующими породами деревьев: тополь черный, береза плакучая, ольха белая, липа мелколистная. В то время как действие одного диоксида азота многие растения переносят в концентрации до 0,35 мг/м³, в присутствии диоксида серы такое же количество NO₂ может нанести им ущерб.

Кислотные дожди оказывают многоплановое влияние на окружающую среду. В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почва и растительность.

3.5. Влияние соединений серы и азота на памятники скульптуры.

Воздействию кислотообразующих газов и кислотных осадков подвергаются органические материалы - кожа, бумага, ткани, резина, красители. Бумага, большинство тканей. Оксиды серы вызывают обесцвечивание красителей, что приводит к выцветанию тканей. Известняк, мел, мрамор, туф, содержащие карбонат кальция, разрушаются под действием кислотных дождей:

СаСО₃ + Н₂SО₃= СаSO₃^- + CO₂+H₂O.

СаСО₃ + 2НNО₃= Са (NO₃)₂+CO₂+H₂O.

Многие скульптуры и здания в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие, как Акрополь в Афинах, Кёльнский собор и другие, за несколько последних десятилетии получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время. Под угрозой полного разрушения в результате действия кислотных осадков находятся более 50 тыс. скульптур скального "Города Будд" под Юньанем в Китае, построенного 15 веков назад. Из бетона и других минеральных строительных материалов, а также стекла под действием кислотных дождей выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает значений, равных 4,5-3, то ионы алюминия начинают вымываться из кристаллической решетки. С уменьшением рН интенсивно протекает разрушение силикатной кристаллической структуры, как, например, в полевом шпате (сырье для производства керамики, стекла, цемента).Кислотные дожди разрушают древние оконные стекла церквей, соборов и дворцов. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное. Металлы под действием кислотных дождей, туманов и рос разрушаются еще быстрее, чем строительные материалы и стекло. Корка образующегося на поверхности железных изделий гигроскопичного сульфат та железа(II) окисляется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа(Ш), являющаяся составной частью ржавчины. FеSО₄ + Н₂О + 0,5О₂= 2Fе(ОН)SО₄. Такой же ущерб претерпевают изделия из бронзы, на которых образуется так называемая патина, состоящая из карбонатов и сульфатов. Слои пыли и копоти на поверхности создают пленку, которая удерживает влагу и в которой постоянно растворяются кислотообразующие газы. Кислота разъедает металл, переводя его в виде ионов в раствор, что становится заметным при отслаивании корки налета, достигающей миллиметровой толщины. Изделие при этом теряет свою первоначальную форму. Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает вредное многообразное влияние и на организм человека. Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для пожилых людей, страдающих сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых случаях может возникнуть отек легких. Вредно это и для здоровых людей, поскольку 8О₂ и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием. Установлена тесная взаимосвязь между повышением смертности от бронхитов и ростом концентрации диоксида серы в воздухе. Во время трагического лондонского тумана 1952 г. более 4000 смертей было отнесено за счет повышенного содержания во влажном воздухе диоксида серы и сульфатных частиц. Многочисленные исследования показали увеличение числа заболеваний дыхательных путей в районах, воздух которых загрязнен диоксидом азота NО₂. Попадая в дыхательные пути, он взаимодействует с гемоглобином крови, затрудняя перенос кислорода к органам и тканям, вызывает респираторные, астматические и сердечные заболевания. В феврале 1972 г. в Японии по этой причине заболело более 70 000 человек, для многих из них заболевание имело летальный исход. Кислотные дожди подобным образом действуют и на животных, однако систематических исследований здесь не проводилось, за исключением обитателей водных экосистем

4. Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов

Чистота атмосферного воздуха планеты - одно из приоритетных направлений природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается в рамках программы, принятой на XIX 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.

Основными источниками загрязнений воздуха оксидами серы и азота в г. Энгельс являются ТЭЦ -3 и автотранспорт. ТЭЦ -3 (установленная тепловая мощность - 844 Гкал/ч Гкал) Согласно закона Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 25 сентября 2007 г. N 74"О введении в действие новой редакции санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН () ТЭЦ - 3 относится к II классу и санитарно-защитная зона для таких предприятий составляет 500 м.

Фото 1. ТЭЦ -3, г. Энгельс

Защита от оксидов серы

Тепловые электростанции вносят существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна выбросами диоксида серы. Диоксид серы и продукты его взаимодействия с другими загрязнителями осаждаются на почву, попадают в водоемы в виде аэрозолей и растворов, которые выпадают с атмосферными осадками (кислотные дожди). В районах расположения крупных ТЭС наблюдается повышенное содержание сульфатов в почвах, в связи с чем снижается их продуктивность. Вредное влияние диоксида серы усиливается при наличии в воздухе оксидов азота, поэтому санитарными нормами введено требование учета суммации концентраций оксидов серы и азота.

Существует большое количество методов очистки дымовых газов от S0₂, основанных на селективном поглощении серы различными соединениями. Для улавливания 1 т оксидов серы из дымовых газов электростанций требуется 1,8 т известняка.

Аммиачный метод Основан на взаимодействии диоксида серы с водными растворами сульфита аммония.

SO₂+2NH₃+H₂O=(NH₄)₂SO₃ SO₂+(NH₄)₂SO₃+H₂O=2NH₄HSO₃

Магнезитовый метод Основан на взаимодействии диоксида серы с суспензией оксида магния: MgO+SO₂+6Н₂О=MgSO₃ 6Н₂О

Сульфит магния отфильтровывают, сушат и разлагают термически (900-1000 о С), при этом получается чистый SO₂, который используется как сырье для получения серной кислоты. Преимущества метода - степень очистки до 95-96 %, возможность очистки запыленных газов с высокой температурой, отсутствие отходов и сточных вод.

Защита от оксидов азота.

Образование оксидов азота при высокотемпературном сжигании топлива обусловлено в основном окислением молекулярного азота воздуха непосредственно в зоне горения.

Наиболее распространенный аммиачно-каталитический метод разложения оксидов азота имеет степень очистки до 85 %. В качестве катализаторов используются сплавы из металлов платиновой группы (палладий, платина) или составы, содержащие никель, хром, цинк, ванадий и др. 6NO+4NH₃=5N₂+6H₂O 6NO₂+8NH₃=7N2+12H₂O

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 Са8О₄. 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 СаSО₄) 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).

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.

5. Исследовательская часть.

Опыт 1. Горение серы в воздухе и кислороде, получение сернистой кислоты.

В ложечку для сжигания помещают серу, зажигают на воздухе и вносят в колбу с кислородом. Отметьте яркость горения вещества на воздухе и кислороде. Как доказать наличие сернистого газа в продуктах сгорания?

Получение кислорода разложением перманганата калия:

2КMnO₄ = K2MnO₄ + MnO₂₊O₂

Горение серы

S+O₂ = SO₂

Фото.1. Получение кислорода. Фото. 2. Горение серы в кислороде.

SO₂ растворяется в воде, при этом образуется сернистая кислота. В обычных условиях данная реакция обратима.

SO₂ + H₂O= H₂SO₃

Опыт 2. Поучение оксида азота (IV) и растворение его в воде.

В пробирку наливаем концентрированной азотной кислоты и положили медь. Выделение бурого газа- сначала медленное, потом все более сильное. Раствор станет зеленым.

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Газоотводную трубку опустили в пробирку с водой

2NO₂ + H₂O = HNO₃ +HNO₂

Опыт 3 Определение кислотности полученных дождей

рН

Азотистокислотный дождь

Сернистокислотный дождь

Смесь сернистокислотного и азотистокислотного дождя

контроль

Полученные кислоты использовали в качестве кислотных дождей:

1. сернисто- кислотный дождь;

2. смесь азотистой и азотной кислот;

3. смесь сернисто- кислотный дождя и азотистой и азотной кислот;

4. контроль.

Опыт 4. Влияние кислотных дождей на растения. (Таблица 1.)

Влияние кислотных дождей на растения испытывали на посадках салата, огурцов, базилика.

Наблюдение: растения, которые мы опрыскивали растворами с кислотными дождями, высохли и перестали расти. А растения, которые мы опрыскивали обычной водой (контроль), выросли и даже начали давать плоды.

Вывод: Кислотные дожди пагубно влияют на растительные организмы.

Эксперимент 2. А) Влияние кислотных дождей на памятники культуры.

Изучение влияния кислотных дождей на памятники культуры осуществляли на образцах материалов памятников культуры:

1. мрамор;

2. гранит;

3. бронза;

4. алюминий.

Наблюдение: Все образцы, подвергаемые обработке кислотными дождями, разрушились или окислились.

СаСО₃ + 2НNO₂=Са(NO₂)₂ + H₂O

СаСО₃ + 2НNO₃=Са(NO₃)₂ + H₂O

СаСО₃ + H₂SO₃ = Ca SO₃ + H₂O + CO₂

Cu+CO₂+H₂O=(CuOH)₂CO₃

Cu+SO₂+H₂O=(CuOH)₂SO₃

2Cu+2NO₂+H₂O=(CuOH)NO₃ + CuOH)NO₂

Al₂O₃+ 3SO₂= Al₂₍SO₃₎₃

Al₂O₃+ 6NO₂= Al(NO₃₎₃ + Al(NO₂)₃

Образцы, подвергаемые обработке обычной водой, остались такими же, как до начала эксперимента.

Вывод: Кислотные дожди разрушают памятники культуры.

Наблюдение влияния кислотных дождей на растения.

Таблица 1.

Азотистокислотный дождь

Сернистокислотный дождь

Смесь сернистокислотного и азотистокислотного дождя

контроль

15 ноября 2014 год

На растениях пятен нет.

18 ноября 2014 год

Появились беспорядочно расположенные пятна серо-зеленого оттенка.

При обработке раствором сернистой кислоты, мы заметили, что молодые листья более устойчивы к воздействию, по сравнению со старыми листьями, которые больще подвергались ожогам.

Появились беспорядочно расположенные пятна серо-зеленого оттенка.

На растениях пятен нет.

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений

23 ноября 2014 год

Пятна постепенно грубеют, высыхают и становятся белыми

Растения высохли.

Пятна постепенно грубеют, высыхают и становятся белыми

На растениях пятен нет.

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений

26 ноября 2014 год

Растения высохли.

На растениях пятен нет.

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений.

Изучение влияния растворов сернистой, азотистой на гранит, мрамор, алюминий, медь и бронзу.

Таблица 2.

Азотистокислотный дождь

Сернистокислотный дождь

Смесь сернистокислотного и азотистокислотного дождя

контроль

15 ноября 2014 год

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений

18 ноября 2014 год

Воздействию кислоты больше всего подвергается мрамор.

Воздействию кислоты больше всего подвергается мрамор

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений

23 ноября 2014 год

Мрамор продолжает разрушаться, медь и бронза покрывается синим налетом.

Алюминий и гранит остаются без изменений.

Мрамор продолжает разрушаться, медь и бронза покрывается голубым налетом. Алюминий и гранит остаются без изменений.

Мрамор продолжает разрушаться, медь и бронза покрывается синим налетом.

Алюминий и гранит остаются без изменений.

Мрамор, гранит, алюминий, медь и бронза без изменений

26 ноября 2014 год

Мрамор продолжает разрушаться, медь и бронза покрывается синим налетом.