Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Основной вред окружающей среде наносит не столько сам Б02, сколько продукт его окисления — Б Оз. Процесс окисления осуществляется под действием О2 на пылеобразных частицах оксидов металлов в качестве катализаторов, в атмосферной влаге или под действием солнечного света. Газообразный БОз растворяется в капельках влаги с образованием серной кислты:
БОз (г) + Н20 (ж) —> Н2804 (водн)
Образование в атмосферной влаге серной кислоты приводит к выпадению так называемых кислотных дождей. Особенно распространено это явление в странах Скандинавии, Северной Европе, на севере США и юге Канады. Из-за выпадения кислотных дождей уменьшается рН пресноводных водоемов, что приводит к гибели рыб и других водных организмов. Под действием кислотных дождей ускоренно корродируют металлоконструкции, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, разрушаются здания и памятники архитектуры. Так, атмосферная серная кислота реагирует с мрамором (СаСОз) с образованием Са804, что приводит к шелушению камня.
В кислой среде возрастает растворимость А1(ОН)3. При концентрации > 0,2 мг/л А13+ в воде токсичен для рыб, к тому же алюминий связывает фосфаты, что приводит к снижению питательных запасов в водоеме. В кислой среде повышается растворимость и других метал-126 лов, что также создает опасность токсического загрязнения водных и почвенных экосистем.
Кислотные дожди влияют на структуру и строение почв, приводят к гибели растений (главным образом хвойных деревьев). При закисле-нии почв происходит выщелачивание кальция, магния и калия, возрастает подвижность токсичных металлов, меняется состав почвенных микроорганизмов.
В местностях, где наряду с выбросом Б02 в атмосфере содержится также аммиак (см. п. 4.5.3), происходит кислотно-основное взаимодействие Н2804 с гШз, приводящее к образованию гидросульфатов гШ4(Н804) или сульфата аммония (гШ4)28 04.
В своем большинстве твердые аэрозольные частицы представляют собой сульфаты ц туманообразную Н2804. Содержание таких частиц в городах достигает 10 мг/м3.
4.5.3. Загрязнение атмосферы соединениями азота
Оксиды азота играют ключевую роль в образовании фотохимического "смога" (см. | 4.3), влияют на разрушение озонового слоя (см. § 4.2). В силу этого обстоятельства загрязнение атмосферы оксидами азота оказывает как локальные, так и глобальные эффекты на состояние окружающей среды.
Загрязнение атмосферы оксидами азота в целом сравнительно невелико. Однако в районах с развитой химической промышленностью, в частности в окрестностях заводов по производству азотной кислоты, имеются локальные зоны повышенного содержания N0, гЮ2 в воздухе (табл. 17).
Таблица 17. Соединения азота и их концентрация вблизи поверхности Земли
Соединение Химическая формула Концентрация N. мкг/м3
загрязненный район отдаленный район океан
Оксид азота N0 5-50 0,05-0,5 0,05
Диоксид азота N02 5-50 0,2-2,0 0,2
Азотная кислота Ш03 2 0,2-2,0 0,2
Аммиак N113 - 0,1-10,0 0,3
Ион нитрата N03" 2 0,1-0,4 0,02
Ион аммония N114 - 1,0-2,0 0,4
1 Т7
127
Помимо N0, N02 в атмосферу попадают и другие оксиды: N20 (выделяется почти исключительно почвенными микроорганизмами, устойчив в тропосфере), N03, N203, И204, N205. Частицы N03, N205 быстро распадаются в нижних слоях атмосферы и относительно устойчивы — в верхних. В тропосфере триоксид распадается при взаимодействии с N0:
N03 + N0 —> 2Ж)2
Гемиоксид азота N20 известен под названием "веселящий газ", поскольку даже при небольших концентрациях вызывает головокружение. Этот бесцветный газ был первым веществом, которое использовали в качестве общего анестезирующего средства. В настоящее время N20 в сжатом виде применяют в качестве распылителя и пенообразователя. В лабораторных условиях его можно получить осторожным нагреванием нитрата аммония до 200°С:
N^N03 (тв) —> N20 + 2Н20 (г)
Монооксид азота N0 представляет собой бесцветный газ и образуется в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при прямом взаимодействии О2 с N2. В среднем выделение N0 автомобилем составляет 1—2 г на 1 км пробега.
Образуется N0 также при окислении аммиака в присутствии платинового катализатора:
4NHз + 502 1000„с > 4N0 + 6Н20
Этот процесс лежит в основе промышленного способа получения кислородсодержащих соединений азота и является одной из стадий так называемого процесса Оствальда (получение азотной кислоты из аммиака) .
В лабораторных условиях монооксид азота можно получить восстановлением азотной кислоты ионами меди или железа:
ОТ.Т+
ЗСи + 2NOз > ЗСи2+ + 2И0 + 4Н20
Одним из важнейших свойств N0 является его способность реагировать с 02 с образованием N0^
128
2N0 + 02 —+ 2N02
Вследствие этой реакции некоторое количество N02 присутствует в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.
Диоксид азота представляет собой коричнево-бурый газ, ядовитый, неприятный на запах. При низких температурах диоксид азота самопроизвольно превращается в бесцветный газ N204:
2Ш2 ^ ^04
При растворении N02 в воде образуется азотная кислота HN0з:
ЗN02 + Н20 —> 2Шз" + 2Н+ + N01
