Кислотні опади: причини виникнення, наслідки, заходи по запобіганню негативних впливів

Кислотні дощі – одна з глобальних екологічних проблем людства. Вона з’явилась внаслідок забруднення атмосфери. Стоїть поряд з парниковим ефектом, озоновими дірками і смогом. Сам термін «кислотні дощі» ввів англійський хімік більш ніж 100 років тому. Прагнучи досягти однохвилинну користь, людина різко змінила склад дощових та снігових опадів, наносячи цим самим шкоду всій біосфері.

Так, ще 200 років тому дощова та снігова вода була майже нейтральною з рН=7. Дощова вода вважається кислою, якщо її рН менше, чи рівний 5. В наш час дощова та снігова вода часто є просто слабким розчином сірчаної та азотної кислоти, попередниками яких були сірка та азот.

Світовий рекорд по випадінню кислотного дощу належить шотландському місту Пітлохрі, де 10 квітня 1974 р. пройшов дощ з рН=4! Це вже не вода, а щось більше схоже на столовий оцет.

Цією проблемою займається екологічна служба кожного міста. Шкідливий вплив полягає в тому, що кислотні дощі збільшують розчинність сполук важких металів.

Тому вивчення даної проблеми є особливо актуальним в наш час: необхідно знати не тільки причини виникнення кислотних дощів і наслідки негативних впливів, а й засоби подальшого запобігання розповсюдженню кислотних опадів.

Механізми утворення кислотних дощів в атмосфері:

1) В утворенні сірчаної кислоти із діоксиду сірки SO2 в атмосфері приймають участь радикали ОН ˙, котрі присутні в атмосфері із середньою річною концентрацією близько 5·105 – 106 частинок в 1 см3. Радикали ОН ˙ утворюються в атмосфері за рахунокфотолізу озону в ультрафіолетових променях з присутністю парів води. Схеми реакцій, які ведуть до утворення сірчаної кислоти, наступні:

ОН ˙ + SO2 → НSO3 ˙;

НSO3 ˙ + O2 → SO3 + НO2 ˙;

SO3 + Н2О → Н2 SO4.

В подальшому сірчана кислота або випадає на поверхню Землі, або дає солі, реагуючи головним чином із аміаком. Солі зазвичай виводяться із атмосфери разом із дощами за рахунок гравітації. Даний механізм забезпечує вивід діоксиду сірки із атмосфери приблизно за 12 днів.

2) Інший механізм утворення сірчаної кислоти пов’язаний з окисненням діоксиду сірки в краплинках хмар, проходить також за рахунок радикала ОН ˙. В цьому випадку в процесі беруть участь іониSO2–3 і НSO3–, а окисником виступає кисень, і процес може носити ланцюговий характер, особливо в урбанізованих районах, де концентрація діоксиду сірки велика:

ОН ˙ + НSO3– → НO2 + SO3 ˙ –;

SO3 ˙ – + O2 → SO5 ˙ –;

SO5 ˙ – + НSO3– → НSO5– + SO3 ˙ –.

Утворений в останній реакції радикал SO3 ˙ – знову вступає в реакцію з киснем, що і забезпечує протікання ланцюгових реакцій. Поряд з цим процес окиснення діоксида сірки в краплях каналізують іони заліза, а одночасна присутність іонів марганцю суттєво прискорює даний процес.

3) Третій механізм окиснення діоксиду сірки киснем має каталітичну природу. Каталіз здійснюється на поверхні аерозольних частинок, насамперед сажі.

4) Утворення азотної кислоти проходить в атмосфері двома основними шляхами. Перший з них – реакція радикала ОН ˙ сNO2:

ОН ˙+ NO2 → НNO3.

Ця реакція проходить вдень, так як радикал ОН ˙ присутній в атмосфері у великій концентрації тільки в денний час.

5) Існує також і «нічний» механізм утворення азотної кислоти, який проходить через реакцію з озоном з утворенням радикала НNO3 ˙:

NO2 + O3 → NO3 ˙ + O2;

NO3 ˙ + NO2 → N2O5 ˙;

N2O5 ˙ + Н2О → 2НNO3 [3, с. 36].