14.1.5. Разрушение озонового слоя

Озоновый слой в стратосфере играет жизненно важную роль в предохранении всего живого на Земле от губительной ультра­фиолетовой радиации. Особенно эффективно она поглощается озоном в диапазоне длин волн 200-310 нм. Другие атмосфер­ные газы в этом диапазоне практически прозрачны.

Разложение озона вызывает не только ультрафиолетовая ра­диация, но и взаимодействие с радикальными частицами. Осо­бенно активно с озоном взаимодействуют оксиды азота N0 и NO2, в молекулах которых имеются неспаренные электроны, а также атомарный хлор:

Каждая из этих пар реакций в сумме приводит к исчезнове­нию озона и атомарного кислорода, тогда как оксиды азота и атомарный хлор постоянно регенерируются. Таким образом, эти процессы являются автокаталитическими, и каждая из таких частиц вызывает разрушение большого количества озо­на. В настоящее время отмечается уменьшение толщины озо­нового слоя.

Заметными источниками поступления оксидов азота в стра­тосферу является запуск ракет и высотные полеты реактив­ных самолетов. Что касается атомарного хлора, то в 80-е годы XX века был поднят вопрос о так называемой "фреоновой опас­ности". Считалось, что основным источником поступления ато­марного хлора в стратосферу являются процессы фотохимиче­ского разложения фторхлоруглеродов (фреонов), в частности CF₂Cl₂ и CFCl₃, широко применяемых в холодильных уста­новках и аэрозольных баллончиках. В настоящее время дока­зано, что эта опасность сильно преувеличена, однако угроза разрушения озонового слоя остается и требует дальнейшего изучения.

14.2. Методы анализа токсикантов и методы снижения их поступления в атмосферу

Для поддержания должной чистоты атмосферы необходим по­стоянный контроль за чистотой воздуха в больших городах и вблизи промышленных предприятий. Контроль подразумевает об­наружение и количественное определение токсичных веществ: S0₂, NO, N0₂, СО, С0₂, H₂S, NH3. Для анализа проба воздуха про­пускается через ряд поглотителей, в которых используются рас­творы щелочей (для S0₂, N0₂, С0₂, H₂S), кислот (для NH₃), или твердые адсорбенты, пропитанные растворами соответствующих соединений. С помощью специфических реакций осуществляются идентификация и контроль за содержанием токсикантов в пробе.

S 02- Определение оксида серы(4) проводят, пропуская про­бу воздуха через раствор иода, так как из-за достаточно сильных восстановительных свойств S0₂ реагирует с иодом. В присутствии S0₂ бурая окраска поглотительного раствора, содержащего иод, исчезает:

Для количественного определения S0₂ его поглощают рас­твором КОН и после нейтрализации поглотительного раствора используют метод иодометрии (принцип обратного титрования):

Уменьшить загрязнение атмосферы S0₂ позволяют следую­щие методы:

• переход к топливу с низким содержанием серы, т. е. за­мена угля и нефти природным газом;

• удаление S0₂ из дымовых газов путем введения в топку распыленных гашеной извести Са(0Н)₂ или мела СаС0₃, связы­вающих S0₂ в присутствии кислорода в сульфат кальция:

• установка фильтров, улавливающих S0₂;

• увеличение высоты труб, отводящих продукты сгорания топлива. (Для крупных объектов высота труб должна превы­шать 400 м.)

NO2, N0. Оксид азота(4) обнаруживается после поглоще­ния пробы воздуха раствором КОН. В растворах щелочей N0₂ в результате реакции окислительно-восстановительной дисмутации образует ионы N0₂ и N0₃:

О бнаружить образовавшиеся ионы можно с помощью раствора дифениламина, который в их присутствии дает синее окрашивание, или реакцией их восстановления в щелочной среде до аммиака, открываемого с помощью реактива Несслера:

Количественное определение N0 и N0₂ проводится путем измерения объема азота, выделившегося в реакции их катали­тического восстановления в присутствии платины:

Образовавшиеся оксид углерода(4) и вода отделяются с помо­щью концентрированного раствора щелочи.

Для уменьшения концентрации N0 и N0₂ в выхлопных га­зах автомобилей следует использовать высококачественный бен­зин, снижать скорость автомобилей в черте города. Наиболее ра­дикальными мерами в борьбе за уменьшение поступления N0 и N0₂ от автотранспорта является замена бензина на газообразное топливо и переход на электромобили.

В промышленности очистка нитрозных газов осуществляется или каталитическим восстановлением их метаном (см. выше), или реакцией окисления N0 до N0₂ с последующим поглощением N0₂ водными растворами щелочей в присутствии кислорода:

СО. Оксид углерода(2) является сильным восстановителем, но при высоких температурах. Для аналитических целей в ка­честве окислителя используется раствор соли PdCl₂, образую­щий при наличии СО черный осадок металлического палладия:

Количественное определение СО основано на реакции вос­становления I₂О6:

Выделившийся иод оттитровывают тиосульфатом (метод иодо­метрии) в присутствии крахмала.

Снижение содержания СО в выхлопных газах автотранспорта в основном достигается совершенствованием конструкции двигате­лей, чтобы увеличить приток кислорода в камеру сгорания, а так­же снижением числа остановок автотранспорта в черте города.

Удаление больших количеств СО из промышленных отходов основано на реакции образования водяного газа:

Оставшийся СО удаляют каталитическим восстановлением чис­тым водородом в присутствии катализатора NiO • А1₂0₃:

H₂S. О наличии сероводорода в воздухе можно судить, если про­пустить пробу воздуха через растворы солей (CH3OO)2Cd или (CH₃COO)₂Pb:

К оличественное определение сероводорода проводят методом иодометрии, используя принципобратного титрования:

Очистка газообразных выбросов от сероводорода основана на использовании его кислотных свойств. Для поглощения Н S смесь газов пропускают через растворы оснований: NaOH или этаноламинов (H₂NC₂H₄OH или HN(C₂H₄OH)₂):

NH₃. Определение аммиака в воздухе производится специфи­ческой реакцией, в которой используется реактив Несслера:

Цвет образующегося осадка зависит от количества аммиака в воздухе. Он меняется от желтого (малые количества) до крас­но-бурого при большом содержании аммиака. Если количество аммиака мало, его концентрация определяется спектрофотомет-рическим методом. Макроколичества аммиака определяются по изменению объема газовой пробы до и после поглощения ра­створами серной кислоты:

Очистка газов от аммиака осуществляется водными растворами кис­лот.

РЬ, РЬО, РЬ0₂. Пробу воздуха, содержащую свинец и его оксиды в виде аэрозолей, пропускают через раствор азотной кислоты:

Н ерастворившийся РbО2, обрабатывают пероксидом водорода в кислой среде:

Из полученного раствора свинец осаждают в виде желтого осадка хромата свинца:

Количественно свинец определяется по массе выделившегося осадка.

Чтобы не загрязнять атмосферу свинцом, необходимо отка­заться от добавок его соединений в бензин. Расчет на фильтры, устанавливаемые на автомобилях, не оправдался.

Hg. Ртуть - единственный металл, находящийся при обычной температуре в жидком состоянии (Tпл = -39 °С). Основным источ­ником ртутных загрязнений на бытовом уровне являются разбитые ртутные термометры и манометры, а также лампы дневного света.

В промышленности ртуть используется в электротехническом и электрометаллургическом производствах, отходы которых соз­дают серьезную экологическую проблему, так как ртуть и ее соединения сильно ядовиты!

Из солей ртути хорошо известны каломель Hg2Cl2 и сулема HgCl₂. Наряду с обычными солями - хлоридами, сульфатами, нитратами - Hg(II) легко образует металлорганические соедине­ния типа RHgX и R2Hg. С точки зрения токсикологии наиболее важными являются метилртутные соединения, так как они мо­гут образовываться в организме за счет метилирования биосубстратами поступивших соединений ртути. В отличие от неорга­нических солей ртути, они способны проникать в клеточные мембраны и накапливаться в жировой ткани.

Соединения ртути(1) в присутствии веществ, содержащих тиольные группы, подвергаются окислительно-восстановительной дис-мутации:

Соединения ртути(2) образуют устойчивые комплексы с биологи­чески важными молекулами. Это приводит к денатурации белков и ингибированию ферментов:

Защитным действием против отравления ртутью обладают хелатирующие препараты, содержащие тиольные группы (унитиол, сукцимер), а также тиосульфат натрия (гл. 10 и 12).

Для качественного определения иона ртути используется раствор KI. При недостатке KI в присутствии Hg²⁺ образуется характерный красный осадок, который в избытке KI растворя­ется вследствие комплексообразования:

Для ликвидации загрязнения помещений металлической рту­тью необходима их обработка или раствором FeCl3, или элемен­тарной серой:

Пролитую ртуть можно засыпать мелким порошком цинка или меди и иодсодержащим углем.