1. Теоретическая часть.
Что такое вода, знают все. Ее на Земле огромное количество - полтора миллиарда кубических километров.
Если представить Ленинградскую область дном гигантского стакана и попытаться в него вместить всю воду Земли, то высота его должна быть больше, чем расстояние от Земли до Луны. Казалось бы, воды так много, что ее должно всегда хватать в избытке. Но беда в том, что во всех океанах вода соленая. Нам же, да и почти всему живому, нужна вода пресная. А вот ее не так много. Поэтому мы опресняем воду.
В пресной воде рек и озер много растворимых веществ, в том числе ядовитых, в ней могут быть болезнетворные микробы, поэтому использовать ее, а тем более пить без дополнительной очистки нельзя. Когда идет дождь, капли воды (или снежинки, когда идет снег) захватывают из воздуха вредные примеси, попавшие в него из труб какого-нибудь завода.
В результате в некоторых местах Земли выпадают вредные, так называемые кислотные дожди. Ни растениям, ни животным это не нравится.
Благодатные капли дождя всегда радовали человека, но теперь уже во многих районах планеты дожди превратились в серьезную опасность.
Кислотные осадки (дожди, туманы, снег) - это осадки, кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение pH (водородный показатель). Шкала значения pH идет от 02 (крайне высокая кислотность), через 7 (нейтральная среда) до 14 (щелочная среда), причем нейтральная точка (чистая вода) имеет pH=7. Дождевая вода в чистом воздухе имеет pH=5,6. Чем ниже значение pH, тем выше кислотность. Если кислотность воды ниже 5,5, то осадки считаются кислотными. На обширных территориях промышленно развитых стран мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную от 10 - 1000 раз (рН= 5-2,5).
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H2SO4) и азотной (HNO3) кислот. Наличие серы и азота в этих формулах
показывает, что проблема связана с выбросом данных элементов в атмосферу. При сжигании топлива в воздух попадает диоксид серы, также происходит реакция атмосферного азота с атмосферным кислородом и образуются оксиды азота.
Эти газообразные продукты (диоксид серы и оксид азота) реагируют с атмосферной водой с образованием кислот (азотной и серной).
В водных экосистемах кислотные осадки вызывают гибель рыб и других водных обитателей. Подкисление воды рек и озер серьезно влияет и на сухопутных животных, так как многие звери и птицы входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.
Вместе с гибелью озер становится очевидной и деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных микроорганизмов. Во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги.
Выщелачивание биогенов из почвы и высвобождение токсичных элементов способствует замедлению роста и гибели деревьев. Можно предположить, что происходит и с дикими видами животных, когда погибают леса.
Если разрушается лесная экосистема, то начинается эрозия почвы, засорение водоемов, наводнение и ухудшение запасов воды становятся катастрофическими.
В результате закисления в почве происходит растворение питательных веществ, жизненно необходимых растениям; эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Одновременно выщелачиваются из почвы и тяжелые металлы, которые затем усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения. Используя такие растения в пищу, человек также получает вместе с ними повышенную дозу тяжелых металлов.
Когда деградирует почвенная фауна, снижаются урожаи, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, а это, как мы знаем, влечет за собой ухудшение здоровья населения.
Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, а также ртуть и свинец, которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды. Алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Тяжелые металлы, находящиеся в
природных водах, отрицательно влияют на почки, печень, центральную нервную систему, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться через 20 лет и более не только у тех, кто употребляет грязную воду, но и у их потомков.
Последствия воздействия кислотных дождей на окружающую среду:
1.Первое последствие влияния кислотных дождей - это воздействие на человека. Очень сильно влияют на здоровье человека аэрозольные частички, которые имеют кислотный характер. В первую очередь опасность определяется размерами этих частиц. Крупные частицы в основном останавливаются верхними дыхательными путями, а мелкие капли, которые состоят из смеси азотной и серной кислот могут проникать в легкие и наносить там повреждения. Кроме этого тяжелые металлы могут попадать в пищу человека, что может привести к отравлению.
2.Второе последствие влияния кислотных дождей - это гибель растений. Очень часто растения гибнут в непосредственной близости от источников выбросов загрязняющих веществ. Соединение двуокиси серы адсорбируется на поверхности растения, при этом проникает вовнутрь растения и там уже участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Из-за этого изменяется проницаемость мембран, что в свою очередь затрудняет процессы фотосинтеза и дыхания. От воздействия кислотных дождей в первую очередь гибнут лишайники, поскольку они могут существовать только при чистой окружающей среде.
3. Третье последствие влияния кислотных дождей - коррозия памятников, металлов, зданий. Коррозия металлов происходит от того что увеличивается на его поверхности концентрация иона водорода. Для сравнения степень коррозии металлоконструкции в сельских районах составляет всего несколько мкм в год, тогда как в городе, где производятся выбросы вредных веществ, коррозия достигает 100 мкм в год.
Кислотные дожди кроме металла воздействуют непосредственно на различные сооружения, здания, памятники. Особенно быстро подвергаются воздействию кислотных дождей памятники, которые построены из песчаника или известняка, поскольку они содержат СаСО3, который преобразуется в сульфат кальция и легко подвергается воздействию дождевой воды.
Наиболее характерны кислотные дожди для индустриальных стран с высокоразвитой энергетикой. За год теплоэлектростанции России выбрасывают в атмосферу около 18 миллионов тонн сернистого ангидрида, а помимо этого, благодаря западному переносу воздуха, приходят сернистые соединения с Украины и Западной Европы.
Для борьбы с кислотными дождями необходимо направить усилия на сокращения выбросов кислотообразующих веществ угольными электростанциями. А для этого необходимо:
- использование низкосернистого угля или его очистка от серы
- установка фильтров для очистки газообразных продуктов
- применение альтернативных источников энергии.
Цель работы: приготовить смеси, похожие по составу на кислотные дожди, путем сжигания серы на воздухе и добавления воды. Проверить действие кислотных дождей на растительные ткани, активные металлы, мрамор.
Ход работы:
Работу проводили в вытяжном шкафу. Заполнили специальную ложечку серой и внесли в пламя (спиртовка), держали, пока не загорится сера синим пламенем. Затем внесли ложку с серой в колбу и быстро закрыли отверстие ватой.
S + O2 = SO2
SO2 + O2 = SO3
Когда дым заполнил колбу, влили 10 мл H2Oдист. и аккуратно встряхнули колбу.
SO3 + H2O = H2SO4
Разлили получившийся раствор в три пробирки и прибавили: в первую поместили активный металл Mg, во вторую – мрамор (CaCO3), в третью – растительную ткань (листочек).
В первой пробирке наблюдали образование сульфата магния и выделение водорода.
H2SO4 + Mg = MgSO4 + H2
Во второй пробирке наблюдали образование гипса и выделение углекислого газа.
H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + H2O + CO2
В третьей пробирке наблюдали деформацию живых тканей. pH=2.
Вывод: В ходе моделирования кислотных дождей мы наблюдали следующие процессы, к которым приводит их воздействие: коррозия активных металлов, разрушение структуры мрамора (мрамор гипс), деформация живых тканей.
Лабораторная работа №4