Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
CaCO3 + CO2 + H2O ^Ca2+ + 2HCO3" (2.13)
Эти процессы протекают при значениях pH 8,6 — 6,2. Если имеет место подкисление осадков кислыми продуктами.антропогенного происхождения, процессы разрушения значительно ускоряются. Важнейшие кислотные компоненты в прилегающих к Зем-* ле слоях тропосферы образуются за счет SO2, который с парами вод^ образует сначала сернистую кислоту, а затем, после окисления, серную кислоту (уравнения 2.11 и 2.12). Серная кислота необратимо разрушает известь:
CaCO3 + H2SO4Ca2+ + SOj" + H2O + CO2T (2.14)
Таким же образом подвергаются разрушению и вымыванию известковая кладка и незащищенные оштукатуренные поверхности. Аналогично под внешним воздействием разрушаются изделия из мрамора. Известным примером быстро прогрессирующего разрушения строений, в которых использовалась известковая кладка, являются Кёльнский собор и Ульмский собор. Из-за при
2.2. Газы
63
сутствия в пыли сульфатов и других солей, обладающих гигроскопическими свойствами, на поверхности камней образуется влажный налет кислотного характера, что непрерывно разрушает материал. Такие памятники зодчества, как, например, Акрополь в Афинах, многие здания в Риме, Венеции и других городах с ростом загрязненности воздуха в течение нескольких последних десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время.
Из бетона и других минеральных строительных материалов, а также стекол, под действием атмосферных осадков с пониже-ным pH выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если pH осадков достигает значений 4,5 — 3,0, ионы алюминия начинают вымываться из кристаллической решетки. С уменьшением pH интенсивно протекает разрушение силикатной кристаллической структуры, как, например, в полевом шпате:
3KAlSi3O8 + 12H2O + 2H+-* KAl3Si3Qi0(OH)2 + 6H4SiO4 + 2К + полевой шпат мусковит (2.15)
2KAl3Si3Oi0(OH)2+ 18H2O+ 2H+ -> мусковит
-+3Al2O3(H2O)3 + 6H4SiO4 + 2K+ (2.16)
Подобным образом кислотные осадки могут разрушать древние оконные стекла. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочноземельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное. При сравнении старинных церковных оконных стекол, которые в начале этого столетия были помещены в музеи, с теми, которые оставались на своем прежнем месте, видно, что за последние десятилетия неблагоприятные атмосферные воздействия на эти объекты вызвали значительно большие разрушения, чем за предшествующие 900 лет.
Для защиты старинных стекол, имеющих большую историческую ценность, с обеих сторон или хотя бы с одной внешней стороны устанавливают кислотостойкие стеклянные покрытия, предохраняющие оконное стекло от воздействия внешнего воздуха..^ . • > . - • "- » '
При реставрации каменные строения и памятники прежде всег. го очищают от пыли и копоти, затем сразу или по ходу работы наносят покрытия из высокомолекулярных материалов — силиконов, которые прекращают доступ воде, но газопроницаемы.
64
2. Изменения в атмосфере
Кроме того, для защиты открытых каменных поверхностей используют также эфиры кремневой кислоты.
Металлы под действием кислотных выбросов разрушаются еще быстрее, чем камни или стекла, причем протекание этого процесса обеспечивает влажная атмосфера. В сухом воздухе металлы практически не подвергаются действию SO2. Напротив, во влажной пленке на поверхности металла растворяются кислотообразующие продукты, при этом образующаяся первоначально сернистая кислота окисляется в агрессивную серную кислоту (разд. 2.2.5.3). На поверхности железных изделий образуется корка гигроскопичного сульфата железа, толщина которой все время увеличивается. Гигроскопичные соли поглощают воду даже из ненасыщенного влагой воздуха; таким образом, влажные пленки на поверхности металлов представляют опасность даже в относительно сухой местности. Сульфат железа в водном растворе в результате гидролиза показывает кислую реакцию, что дополнительно усиливает действие кислоты на металл. Растворенный сульфат железа окисляется на воздухе с образованием основной соли сульфата железа(Ш), являющейся составной частью ржавчины: / .
В кислой пленке протекают следующие реакции с металлом*: отдавая электроны, атомы металла переходят в ионы, высвобожденные электроны в кислой среде взаимодействуют с ионами водорода, в нейтральной — с растворенным кислородом:
При выделении свободного водорода в кислой среде последний может либо переходить в атмосферу, либо растворяться в металле, что приводит к образованию так называемой водородной губки и увеличивает хрупкость металла. Особенно восприимчивы к действию кислых и щелочных растворов места на стыке разных металлов. В этом случае электроны переходят от более
* Эти реакции характерны для металлов, стоящих в ряду напряжений до водорода. — Прим. ред.
2FeSO4 + H2O + IO2 2Fe(OH)SO4
(2.17)
Me Me + + е "
2е - + 2Н + -* H2
4е " + O2 + 2H2O -> 4OH -
(2.18) (2.19) (2.20)
2.2. Газы
65
электроположительного металла к более электроотрицательному соответственно ряду напряжений:
