18. Кислотные дожди. Химические превращения соединени серы и азота.
Кислотные дожди
Кислотные дожди являются серьезной экологической проблемой.
Понятие «кислотный дождь» существует более 100 лет. Впервые его использовал британский ученый Роберт Ангус Смит в 1872 году.
Следует учитывать, что кислотные вещества могут покидать атмосферу либо с влажными осадками, либо сухим способом. Поэтому точнее будет понятие «кислотная седиментация(осаждение)» .
Источниками кислотных веществ в атмосферу являются соединения S, N, C. Прежде всего это SO2, H2S, оксиды N, CO2.
Если бы все эти соединения равномерно выделялись в атмосферу со всей поверхности Земли, То проблемы кислотных дождей не было бы. Но так как вещества выделяются на ограниченных территориях, тогда и возникает проблема кислотных осадков.
Рассмотрим химические превращения серы:
1)
Под
действием солнечного света молекула
переходит в электронно-возбуждённое
состояние. В таком состоянии она может
реагировать с молекулярным О. В результате
образуется 
2)
Образующийся
взаимодействует с атмосферной водой,
превращается в 
.
Поэтому в атмосфере присутствует в
основном либо
,
либо растворённые в воде сульфаты.
3)
взаимодействует с 
,
образуется свободный радикал 
;
взаимодействует с
,
образуется 
.
быстро конденсируется на поверхности аэрозольных частиц.
Кроме в атмосфере можно обнаружить значительное количество других природных и антропогенных соединений серы, которые, в конечном счете, окисляются до или сульфатов.
Рассмотрим химические превращения азота:
Наиболее распространённым соединением азота в атмосфере является NO, который при взаимодействии с молекулярным кислородом дает NO2.
Полученная
таким образом 
,в отличие от
,
может долгое время оставаться в
газообразном состоянии, т.к. слабо
конденсируется.
Химические реакции в атмосферной влаге:
+
Таким образом, кислотность воды осадков определяется сложными химическими и физическими процессами.
19. Кислотная седиментация. Химические реакции протекающие в капельках облаков и осадков
Кислотная седиментация идет двумя путями:
Вымывание осадков(влажная седиментация).
Выпадение осадков (сухая седиментация).
Совокупность этих процессов – кислотная седиментация.
После начала образования капель элементы облака продолжают поглощать частицы и молекулы газа. Поэтому воду облака или его кристаллы можно рассматривать как раствор амфотерных микроэлементов. Во время выпадения капли промывают слой атмосферы между облаками и поверхностью Земли. В это время поглощаются новые молекулы газа, и новые аэрозольные частицы захватываются падающей каплей. Таким образом, достигающая поверхности Земли вода, вопреки общепринятому мнению, никоим образом не является дистиллированной.
Химические реакции, протекающие в капельках облаков и осадков.
Кислотность воды осадков определяется сложными физическими и химическими процессами. Для характеристики активной реакции воды пользуются рН. Значения рН изменяются в пределах от 1 до 14. Кислота – вещество, которое отдаёт ион водорода, а щелочь – вещество, которое принимает ион водорода. Некоторые ионы в зависимости от условий могут быть отнесены к кислоте или щелочи. (будем считать кислотами те соединения, чьи кислотные свойства выражены сильнее, чем у углекислоты. Это связано с тем, что в атмосфере содержится около 0,0336% СО2, те концентрация СО2 в каплях воды значительна по сравнению с концентрацией других микроэлементов.)
Кислотно-щелочной баланс в воде осадков
Кислоты и щелочи |
Реакция |
Кд |
Серная кислота/гидросульфат-ион |
Н2SO4<->H+ + HSO-4 |
>1 сильная кислота |
гидросульфат-ион/сульфат ион |
HSO-4<->H++ SO2-4 |
1.2 * 10-2 сильная кислота |
Соляная кислота/хлорид-ион |
HCl<->H++Cl- |
>1 сильная кислота |
Азотная кислота/нитрат-ион |
HNO3<->H++NO-3 |
>1 сильная кислота |
Азотистая кислота/нитрит-ион |
HNO2<->H++NO-2 |
4.6*10-4 сильная кислота |
Вода/гидроксид-ион |
H2O<->H++OH- |
2*10-16 щелочь |
Ион аммония/аммиак |
NH+4<->H++NH3 |
10-11 щелочь |
Углекислота/гидрокарбонат-ион |
H2O+CO2<->H++HCO-3 |
4.37*10-7 нейтральный Р-Р |
гидрокарбонат-ион/карбонат-ион |
HCO-3<->H++CO2-3 |
5.65*10-11 щелочь |
Сернистая кислота/гидросульфит-ион |
H2SO3<->H++HSO-3 |
1.7*10-2 сильная кислота |
гидросульфит-ион/сульфит-ион |
HSO-3<->H++SO2-3 |
5*10-6 сильная кислота |
Гидроксоний-ион/вода |
H3O+<->H++H2O |
Практически равно 0 |
С точки зрения химии осадкой сильными считаются кислоты, которые сильнее углекислоты. Слабыми кислотами можно считать воду, углекислоту, ионы аммония и гидрокарбоната. Компоненты вступающие в кислотно-щелочные реакции с этими кислотами, считаются щелочью.
В сотсоянии равновесия отношение постоянно:
Н=[CO2]возд/[CO2]капля (константа генри)
Кд=4,37*10-7= [H+] [HCO-3]/[CO2][H2O]
Кд=5.65*10-11=[H+] [CO2-3]/[ HCO-3]
Если принять во внимание константу генри и константы диссоциации, то можно рассчитать концентрацию водорода в капле воды (учитывая, что в атмосфере имеется только СО2), которая будет иметь значение рН=5,6. Поэтому химии атмосферы кислым считается раствор рН которого меньше 5,6. Таким образом, если бы атмосфера состояла только из кислорода, азота и СО2, то вся вода в осадках имела бы рН=5,6 или близкое к нему значение. Однако на величину рН в большей степени влияют атмосферные микроэлементы, значительная часть которых попадает в воздух в результате деятельности человека. (Наибольшее кислотности установили в 1981 рН =2,25. такая вода фактически является кислотой, представляя опасность для окружающей среды и человека.)