ЛЕКЦИИ ХИМИЯ ЗЕМЛИ 2013

Соединения серы и азота

Поступление в атмосферу соединений серы

Биологические процессы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических веществ.

Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу наряду с большим количеством диоксида серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера.
Деятельность человека. В атмосферу в результате деятельности человека попадают значительные количества соединений серы, главным месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70 % антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.
Неочищенная нефть. Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в зависимости от места происхождения (0,1—2 %). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.

Поступления в атмосферу соединений азота

Источники соединений азота.

Почва. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота.
Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию.
Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (в целях получения производственных площадей) и пожаров в саванне

Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота пропорционально температуре горения. Значительным источником оксидов азота также является транспорт.

Химические превращения соединения серы и азота в атмосфере

Химические превращения соединений серы. Сера входит в состав в не полностью окисленной форме (степень окисления ее равна 4). Если соединения серы находятся в воздухе в течение достаточно длительного времени, то под действием содержащихся в воздухе окислителей они превращаются в серную кислоту или сульфаты.

SО₂ + НО •→ НSО₃•

НSО₃• + НО• →Н₂SО₄

В результате реакции образуются молекулы серной кислоты, которые в воздухе или на поверхности аэрозольных частиц быстро конденсируются.

Химические превращения соединений азота.

Наиболее распространенным соединением азота, входящим в состав выбросов, является оксид азота NО, который при взаимодействии с кислородом воздуха образует диоксид азота, который в результате реакции с радикалом гидроксида превращается в азотную кислоту:

NО₂ + ОН• → НNО₃

Полученная таким образом азотная кислота может долгое время оставаться в газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Азотная кислота обладает большей летучестью, чем серная. Пары азотной кислоты могут быть поглощены капельками облаков, осадков или частицами аэрозоля.

Кислотная седиментация (кислотные дожди)

Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация, которая может происходить двумя путями. Первый путь — вымывание осадков, или влажная седиментация. Второй путь — выпадение осадков, или сухая седиментация. Совокупность этих процессов является кислотной седиментацией.

Непосредственные (прямые) воздействия кислотных осадков

Гибель растений. Главной причиной является высокая концентрация диоксида серы. Она адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях. Проникая в организм растения, диоксид серы участвует в различных окислительных процессах, протекающих с участием свободных радикалов, которые образовались из нее в результате химических реакций. Свободные радикалы окисляют ненасыщенные жирные кислоты мембран, изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др.). Непосредственные воздействия на растения могут принимать различные формы:

генетические изменения;
видовые изменения;
нанесение прямого вреда растительности.

Для здоровья человека опасны аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так, пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут глубоко проникать в легкие.

Кислотный дождь может причинять вред металлам, различным зданиям и памятникам. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из песчаника и известняка, а также расположенные под открытым небом скульптуры. В Италии, Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении сотен и тысяч лет памятники старины и различные предметы за последние десятилетия сильно разрушились в результате выбросов в атмосферу загрязняющих веществ.

Содержание