Лабораторная работа №2. Определение кислотности атмосферных осадков
Определение кислотности атмосферных осадков. Цель работы. Изучение основных факторов изменения кислотности атмосферных осадков и воздействия кислых дождей на экосистемы. Освоение метода потенциометрин н определение кислотности атмосферных осадков с использованием этого метода. На лабораторном занятии формируются знания: - о факторах, определяющих кислотность атмосферных осадков; - о влиянии кислотных дождей на агроландшафты и строительные конструкции; - о последствиях длительного выпадения кислотных дождей на здоровье человека; умения: - отбирать пробы атмосферных осадков; - определять кислотность осадков методом потенциометрии; - делать прогноз влияния кислотных дождей на агроландшафты и человека Материально-техническое оборудование: пробы атмосферных осадков, рН метр, лабораторная посуда, буферные растворы. Глоссарий: Атмосферные осадки, кислотный дождь, источники кислотных дождей, сухие осадки, потенциометрия. Ход работы I Для проведения работы предварительно сделайте отбор проб дождевой воды в разных районах города II. Изучите общие положения методики III. Изучите принцип метода потенциометрин н дайте его краткое описание. IV. Опишите устройство и принцип действии рН метра V. Опишите последовательность действий при определении кислотности дождевых выпадений. VI Проведите измерения рН в пробе на приборе в соответствии с методикой н запишите полученный результат. VII. Оцените степень кислотности выпавших осадков по отношению к геохимически чистой среде. VIII. Сделайте предположения о возможных причинах изменения кислотности дождевых выпадений. IX. Сделайте прогноз возможных экологических последствий длительного воздействия дождевых выпадений с данной кислотностью на почвенный и растительный покров. Общие положения. Кислотный дождь - результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. Оксиды серы поступают в воздух при сжигании. ископаемых видов топлива, содержащих серу, первое место; среда которой занимает каменный уголь (прежде всего тепловые электростанции и при выплавке металлов), на втором - нефть, на третьем (с большим разрывом) - природный газ. Оксиды азота также образуются при сжигании ископаемых видов топлива, но их основным источником, видимо оказывается сам воздух, поскольку ископаемое топливо не содержит азот в больших количествах Выбросы оксидов азота в атмосферу обусловлены сжиганием всех трех видов топлива при высоких температурах.. Другим крупным источником оксидов азота являются автомобили. Как правило, воздействие оксидов серы н азота ограничивается районами, непосредственно примыкающими к источниками их выбросов, обычно 30-50 км. Однако, так как дымовые газы тепловых электростанций (вместе с загрязнителями) часто выбрасываются в атмосферу посредством высоких труб, оксиды серы и азота из этих источников обычно распространяются на большие расстояния атмосферными воздушными течениями. Таким образом, эти загрязнения часто носят глобальный характер, не имея государственных границ. Великобритания н северная часть Европа «экспортируют» кислотные дожди в Швецию н Норвегию, Китай - в Японию, США - в Канаду, н наоборот. Рис. 1. Образование серной кислоты в капельках дождя
Образование азотной кислоты в капельках дождя +Н2О NO2 → HNO3
Двуокись серы и окись азота в атмосфере быстро вступают в химические реакции с образованием серной (H2S04), сернистой (H2S03) и азотной (HN03) кислот. Серная кислота составляет около 60% всех содержащихся в дождевой воде кислот, азотная около 35%. Хотя в зависимости от характера загрязнения серная и азотная кислоты могут вносить разные вклады в уровень кислотности дождевых выпадений. Существуют два возможных пути образования серной кислоты в дождевых выпадения (рнс.1). Первый (преобладающий) состоит в растворении двуокиси серы в парах воды с образованием сернистой кислоты и дальнейшем ее окислении до серной кислоты Второй путь предполагает окисление двуокиси серы до трехокнсн, которая затем растворяется в капельках воды с образованием серной кислоты Окись азота окисляется до двуокиси, которая тоже растворяется в капельках воды с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли данных кислот обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание оксидов в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди. На растения и на почву из воздуха также выпадают сухие кислые частицы. Как правило, это сульфаты кальция и магния. Выпадение таких сухих осадков оказывается важным механизмом, посредством которого кислоты из воздуха попадают на землю (рнс.2) Рис. 2. Образование сухих осадков.
Мерой кислотности воды служит число ионов водорода на 1 л воды. Молекулы воды (Н20) обычно диссоциируют на катионы Н+ и анноны ОН-. В пробе чистой воды одна десятимнллионная (10-7) доля молекул воды диссоциирует на водородные н гндроксильные ноны, причем в чистой воде эти ноны присутствуют в равных количествах. -Дождевую воду нельзя назвать чистой водой, так как она находится в контакте с двуокисью углерода - естественным компонентом атмосферы, н растворяет ее. При этом образуется слабая угольная кислота. Концентрация водородных ионов относительно молекул воды в незагрязненной дождевой воде, содержащей двуокись углерода, составят примерно одну миллионную долю (10-6), или 1 нон водорода на 1 млн. молекул воды Таким образом, концентрация водородных ионов в дождевой воде при растворении в ней двуокиси углерода, присутствующей в атмосфере, увеличивается в 10 раз. Именно такое число водородных ионов должно, быть характерно для чистой дождевой воды в природных условиях Для дождей, выпадающих во многих регионах земного шара, характерно значительно большее увеличение концентрации водородных нонов. Так, дождь в Новой Англии имеет концентрацию Н-нонов 10-4, восточные регионы США дождевые выпадения имеют кислотность от 4 до 4.5 единиц рН. И хотя значение рН-4 для дождевой воды весьма редкое явление, в настоящее время в некоторых районах часто наблюдаются значение рН ниже 4. Кислотные дожди оказывают целый ряд негативных воздействий на окружающую среду. При регулярном выпадении осадков с низкими значениями рН происходит подкислении воды в водоёмах и, как следствие, гибель в них рыбы, сокращение численности различных живых организмов. Наиболее чувствительны к подкисляющему воздействию атмосферных осадков водоемы, подстилающими породами в которых служат граниты и гнейсы, отличающиеся слабой растворимостью в воде. Поэтому вода в таких водоемах слабо минерализована, очень мягкая и легко поддается подкислению. Осадочные породы, известняки, наоборот, способствуют минерализации воды, которая обеспечивает буферность водоема к подкислению. Аналогичное воздействие оказывают также тяжелые карбонатные почвы с высоким содержанием кальция. В кислой среде происходит растворениенекоторых минералов.Например, ртуть превращается в метилртуть, очень ядовитое соединение, способное накапливаться в пищевых цепях. Подкисление воды в водохранилищах приводит к тому, что если такая вода используется для питьевых целей, то, при транспортировке по трубам, в ней могут растворяться многие тяжелые металлы, например, свинец. Кислотные дожди повреждают строительные материалы, вызывают коррозию металлов в строительных конструкциях. В настоящее время это способствует разрушению многих архитектурных памятников. Подкисляющее действие кислотных осадков на почву, наиболее выражено на легких почвах, с низким содержанием гумуса. Наоборот, почвы тяжелые, высокогумусные, карбонатные обладают высокой буферностью в отношении подкисления. Одним из наиболее ярко выраженных воздействий кислотных дождей на экосистемы является деградация лесов. В это понятие включают снижение продуктивности леса, замедление роста деревьев, повреждения деревьев (раннее опадение хвои и листьев, растрескивание коры и т.п.) и даже их гибель. Такие явления, например, наблюдались в Германии и США. Древесные породы имеют различную чувствительность к кислотным дождям. Можно вьзделнть следующие 5 групп древесных пород; 1)очень чувствительные - ель, сосна, пихта; 2)чувствительные - липа, малина; 3)среднечувствнтельные - сирень, ель колючая; 4)малочувствительные - бузина, тис черный, ягодники; 5)очень устойчивые - бересклет. Некоторые природные факторы способствуют усилению действия кислотных дождей на растения. Так, деградации лесов в значительной степени способствуют засухи. Очень часто повреждаемые леса находятся на возвышенности. В этом случае они часто оказываются погруженными в туманы, которые, как правило, имеют еще большую кислотность, чем дожди. На менее буферных почвах, более чувствительных к изменению кислотности (легких, низкогумусных), деградация лесов проявляется прежде всего. Вероятной причиной этого является появление в таких почвах под действием кислот подвижного алюминия, который способствует повреждению тонких корневых волосков и проникновению через них в растения бактерий. Усиливает деградацию лесов также наличие в атмосферном воздухе оксидов серы и озона. Основными мерами, предупреждающими и исправляющими негативные последствия кислотных дождей являются: ■ очистка дымовых газов от оксидов серы; ■ совершенствование автомобильных двигателей; ■ обработка озер известняком Кислотность дождевых выпадений, как правило, определяется с использованием метода потенциометрии.
|
