1.2 Кислотные осадки

Кислотными называют любые атмосферные осадки - дожди, туманы, снег, - кислотность которых выше нормальной. Кислотные свойства среды определяются ионами водорода (Н⁺ ). Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или рН. Шкала рН: от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность) (рис. 9.1).

Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H₂SO₄) и азотной (HNO₃) кислот. Наличие серы и азота означает, что проблема связана с выбросами в воздух именно этих элементов. Сжигание топлива при работе угольных ТЭЦ, промышленных предприятий, автомобильного транспорта сопровождается образованием диоксида серы и оксидов азота; реагируя с парами воды, они образуют серную и азотную кис­лоты. В результате в отдельных регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10 - 1000 раз превышает нормальную.

Значение рН среды чрезвычайно важно с экологической точки зрения, так как от него зависит деятельность практически всех ферментов, гормонов в организме, регулирующих обмен веществ, рост и развитие. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. В пресноводных озерах, ручьях и прудах рН воды обычно составляет 6 - 7, и организмы адаптированы именно к этому уровню. Когда среда подкислена, яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают. Ущерб не ограничивается гибелью водных организмов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Прежде всего сокращается популяция птиц, питающихся рыбой или насекомыми, личинки которых развиваются в воде.

Рисунок 1 – Шкала рН

Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов. Леса поражаются насекомыми-вредителями и болезнями. Во время засух через поврежденные листья испаряется больше влаги.

Воздействуя на почву, кислотные осадки значительно увеличивают выщелачивание биогенов. При низких рН уменьшается активность редуцентов и азотфиксаторов, что еще сильнее обостряет дефицит питательных веществ: почвы теряют плодородие. Дополнительный ущерб возникает в связи с тем, что кислотные осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы. Обычно присут­ствие этих элементов в почве не создает проблем, так как они связаны в нерастворимые соединения и, следовательно, не поглощаются организмами. Однако в кислой среде их соединения растворяются, становятся доступными и оказывают сильное токсическое воздействие как на растения, так и на животных.

В разных районах последствия выпадения одинакового количества кислотных осадков могут быть различными. Одни ландшафты остаются практически без изменений, тогда как другие подкисляются настолько, что становятся необитаемыми. Защитить экосистему от изменений рН может буфер. Так называется вещество, способное поглощать ионы водорода при данном значении рН. Когда в систему, содержащую буфер, добавляют кислоту, дополнительные ионы водорода им поглощаются и рН остается практически неизменным. В качестве буфера многие природные системы содержат карбонат кальция (СаСО₃). Реакция ионов водорода с карбонат-ионами дает золу и углекислый газ. При одинаковом количестве кислотных осадков в первую очередь подкисляются и гибнут экосистемы с низкой буферной емкостью. Почвы, сформированные на известняках, обладают большой буферной емкостью и меньше страдают от кислотных осадков. В сельском хозяйстве издавна используется известкование почв как агротехнический прием, направленный на нейтрализацию кислых почв.

Лабораторная работа 2

Моделирование кислотных осадков

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 (кожура яблока), активные металлы, мрамор.

Методика выполнения работы

1. Отрезают кусочек кожуры яблока и кладут в пустую колбу.

2. Заполняют наполовину специальную ложечку серой.

3. Работу проводят в вытяжном шкафу. Зажигают горелку Бунзена (или спиртовку). Вносят серу на ложечке для сжигания в пламя и держат, пока она загорится синим пламенем. Тогда быстро вносят ложечку в колбу и как можно быстрее закрывают ее большую часть отверстия стеклянной пластиной.

4. Когда дым заполнит колбу, удаляют ложечку. Быстро закрывают отверстие стеклянной пластиной. Гасят пламя серы несколькими каплями воды.

5. Наблюдают около трех минут за содержимым колбы. Записывают наблюдения.

6. Добавляют в заполненную дымом колбу 10 мл дистиллированной воды. Быстро закроют крышку. Аккуратно встряхивают одну минуту содержимое.

7. Вынимают из колбы кожуру яблока и отмечают происшедшие изменения.

8. Используют чистую проволочку, помещают по капле дистиллированной воды на красную и синюю лакмусовые бумажки и на универсальную индикаторную бумажку. Записывают наблюдения.

9. Наливают примерно 2 мл жидкости из стеклянной колбы в пробирку. Используют чистую проволочку, проверяют реакцию на обеих лакмусовых бумажках универсальным индикатором. Записывают наблюдения. Сравнивают полученные данные с рН кислотного дождя (рН кислотного дождя 4 – 4,5).

10. Помещают в пробирку 1 см магниевой ленты. Наблюдают по крайней мере 3 мин за пробиркой и записывают наблюдения.

11. Добавляют два кусочка мрамора в раствор в колбе. Наблюдают за ней около 3 мин и записывают наблюдения.

Вопросы:

1. Что является причиной возникновения кислотных дождей?

2. Какова кислотность раствора, полученного растворением газа, образовавшегося при сжигании серы, в дистиллированной воде?

3. Если жидкость, подобная раствору в колбе, будет постоянно действовать на мраморные статуи или железные опоры моста, что может произойти?