Определение рН кислотных осадков
Лабораторная работа №2
Для охраны окружающей среды имеет большое значение решение проблемы кислотных осадков.
Кислотными называются любые осадки - дожди, туманы, снег, -кислотность которых выше нормальной. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, более узко называемых кислотными отложениями.
Кислотные осадки обусловлены присутствием серной (Н2SО4) и азотной (НNОз) кислот. Обычно кислотность на две трети состоит из первой и на одну треть из второй, но во многом их соотношение определяется особенностями антропогенного загрязнения атмосферы в конкретном регионе. Присутствие в этих формулах серы и азота указывает на то, что проблема связана с выбросами данных элементов в воздух.
Загрязнение атмосферы соединениями серы. Соединения серы попадают в атмосферу, как естественным путем, так и в результате антропогенной деятельности (табл.1). При отсутствии источников загрязнения диоксид серы (SO2) встречается в атмосфере в виде ничтожных следов. Единственным крупным естественным источником диоксида серы является вулканическая деятельность. В основном SO2 поступает в атмосферу в результате человеческой деятельности. Главная причина загрязнения им атмосферы - сжигание ископаемого топлива, которое содержит серу. В процессе горения часть серы окисляется до SO2. Среди используемых видов топлива первое место по поставке диоксида серы занимает каменный уголь, второе - нефть, а природный газ находится на третьем месте. Наиболее распространенными соединениями серы, поступающими в атмосферу, являются диоксид серы (SO2),сульфиты (S04), сероуглерод (CS2) и сероводород (Н2S).
Таблица 1 Природные и антропогенные источники загрязнений атмосферы соединениями серы
Источники
| Количество выбросов в год
| млн т.
| %
| Природные
Процессы разрушения биосферы
Вулканическая деятельность
Поверхность океанов
| 30-40
30 - 200 60-70
| 29-39
–
59-69
| Антропогенные
|
|
|
В результате антропогенной деятельности в атмосферу попадают значительные количества серы, главным образом в виде ее диоксида. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов.
Содержание серы в угле достаточно велико. В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.
Содержание серы в различных видах ископаемого топлива приведены в табл.2.
Таблица 2. Содержание серы вразличных видах топлива
Вид топлива
| Содержание серы,%
| Лигнин
| 1,1-1,6
| Северный бурый уголь
| 2,8 -3,3
| Каменный уголь
| 1,4
| Нефть и нефтепродукты
| 0.1 -3.7
| Основными источниками образования SO2 является также металлургическая промышленность (переработка сульфидных руд меди, свинца и цинка), а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти.
Основной вред окружающей среде наносит не столько сам диоксид серы, сколько продукт его окисления - S03. Процесс окисления осуществляется под действием кислорода на пылеобразных частицах оксидов металлов в качестве катализаторов, в атмосферной влаге или под действием солнечного света.
Газообразный SОз растворяется в капельках влаги с образованием серной кислоты:
SОз(газ) +Н20(ж) = Н2S04(водн)
Загрязнение атмосферы соединениями азота. Оксиды азота образуются в атмосфере как естественным, так и антропогенным путем при горении ископаемого топлива. Загрязнение атмосферы оксидами азота в целом сравнительно невелико. Однако в районах с развитой химической промышленностью имеются локальные зоны повышенного содержания N0, N02 в воздухе (табл.3)
Таблица 3. Соединения азота и их концентрации в приземном слое атмосферы
Соединение
| Концентрация азота, мкг/м3
| загрязненный район
| отдаленный район
| океан
| NO
| 5 - 50
| 0.05 - 0.5
| 0.05
| NO2
| 5-50
| 0,2 - 2,0
| 0,2
| HNO3
|
| 0.2- 2
| 0.2
| NH3
| -
| 0.1 - 10
| 0.3
| NO3
|
| 0.1 - 0.4
| 0.02
| NH4
| -
| 1,0 - 2,0
| 0.4
| Основными антропогенными источниками поступления оксидов азота в атмосферу является сжигание всех видов природного топлива (12 млн.т./год), транспорт (8 млн.т./год) и промышленность (1 млн.т./год).
Монооксид азота N0 образуется в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при прямом взаимодействии кислорода с азотом. В среднем выделение N0 автомобилем составляет 1-2 грамма на 1 км пробега.
Одним из важных свойств N0 является его способность реагировать с кислородом с образованием N02:
2NО (г) + О2 = 2 N02
Вследствие этой реакции некоторое количество диоксида азота присутствует в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.
Газообразный диоксид азота растворяется в капельках влаги с образованием азотной кислоты:
ЗN02 + Н20 = 2НN03 + N0
Вымывая из атмосферы Н2S04 и НNО3, осадки становятся кислотными. Их рН зависит от количества как кислот, так и воды, в которой они растворены. Сильные дожди обычно менее кислотные. У туманов рН может упасть ниже всего, поскольку здесь кислоты растворены в относительно меньшем количестве влаги.
В настоящее время известно, что кислоты могут выпадать из атмосферы и без воды, сами по себе или с частицами пыли. Такие сухие кислотные отложения могут накапливаться на поверхности растений и при смачивании небольшим количеством влаги, например, при выпадении росы, давать сильные кислоты. Следовательно, к кислотным осадкам надо отнести и кислотную росу.
Мерой кислотности воды является концентрация ионов водорода [Н+], выраженная в моль/л. Молекула воды слабо диссоциирует с образованием ионов водорода Н+ и гидроксид- ионов ОН-
Н2О «Н+ + ОН-.
В пробе чистой воды концентрации [Н+ ] и [ОН-] равны между собой и эти величины при 25 0 С составляют 10-7 моль/л. Растворы с одинаковыми концентрациями ионов водорода и гидроксид-ионов называются нейтральными:
[Н+] = [ОН-] = 10-7 моль/л.
Обычно кислотность раствора выражают другим способом. Вместо концентрации ионов водорода указывают ее десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Эта величина называется водородный показатель и обозначается рН
рН=-lg[Н+].
Так как -lg 10-7 = 7, значит, рН=7 характеризует нейтральные растворы.
В кислой среде концентрация [Н+] больше [ОН-], а в щелочных, наоборот, концентрация гидроксид-ионов больше, чем ионов водорода:
[H+] > [OH-], [H+] > 10-7, pH< 7 - кислая среда
[H+] < [OH-], [H+] < 10-7, pH > 7 - щелочная среда.
Чистая дождевая вода не является нейтральной. В отсутствие любых загрязнителей у дождевой воды обычно слабокислая реакция (рН=5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ из воздуха с образованием слабой угольной кислоты (содержание углекислого газа в воздухе примерно 0,032% по объему или 0,046% по массе). В результате образуется слабая угольная кислота:
СО2 + Н2О = Н2СО3.
Таким образом, кислотными точнее называть осадки с рН 5,5 и ниже. Кислотные осадки выпадают в большинстве промышленных районов мира. Над восточной частью США и Канады, вдоль западного побережья Северной Америки, а также почти над всей Европой рН дождя и снега обычно составляет около 4.5. Многие места в пределах этих регионов регулярно получают осадки с рН 4.0. В отдельных случаях рН дождя может быть гораздо ниже, а туман и роса бывают более кислыми, чем дождь.
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 517 | Нарушение авторских прав
1 | 2 |
|