Какие газы, содержащиеся в выбросах металлургических заводов, теплоэлектростанций, автомобилей, взаимодействуют с дождевой водой

§    Средней жесткости  – 3,0-6,0 мг-экв/л

§   Жесткая – более 6,0 мг-экв/мл. Методы определения жесткости

Для определения  жесткости могут быть использованы:

 а) визуально-колориметрический  метод, пригодный для анализа  воды с очень малой жесткостью  порядка десятых долей микрограмм  – эквивалента в литре; 

 б) объемный олеатный метод.

 в) кислотно-основное  титрование.

Колориметрический метод 

 Этот метод основан  на различной интенсивности окраски  хром темно – синего в зависимости  от концентрации ионов Са2+  и Mg2+ в анализируемой воде и может быть использован для быстрого определения малых жесткостей воды (от 10 мкг – экв/л).

Олеатный метод

 Этот метод основан  на малой растворимости олеатов кальция и магния. Поэтому добавление раствора олеата калия к анализируемой пробе воды и ее взбалтывание вызывает сначала осаждение всех содержащихся в воде ионов кальция и магния в виде олеата, и лишь затем избыток олеата калия приводит к образованию устойчивой пены, что и служит признаком окончания титрования.

 Минимальное количество  олеата, уже вызывающее при взбалтывании пробы воды появление пены, зависит от концентрации в ней ионов кальция и магния.   Олеатный метод определения жесткости применим для анализа вод, жесткость которых не превышает 0,5 мг–экв/л. Наименьшая жесткость, которая может быть достаточно надежно зафиксирована олеатным методом, составляет 2 мкг – экв/л. Таким образом, чувствительность этого метода практически такая же, как и трилонометрического.

Метод кислотно-основного  титрования

 В основе кислотно-основного  титрования в водных растворах  лежат реакции взаимодействия  между кислотами и основаниями: 

 Н⁺ + ОН^– = Н₂О

 С помощью этого  метода прямым титрованием можно  определить концентрацию кислоты  или основания или содержание  элементов, образующих кислоты  или растворимые основания (например, фосфора – в виде фосфорной  кислоты, мышьяка – в виде  мышьяковой кислоты) 

 Обратным титрованием  или косвенными методами находят  содержание некоторых солей (например, солей аммония, кальция). Применяя  специальные приемы, титруют смеси  кислот с их солями, смеси кислых  и средних солей.

 Методы устранения  жесткости.

Чтобы избавиться от временной  жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами  и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.

 

                                Ca² + 2HCO^3- = CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑             

 

 С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3 неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)₃, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.

        Чтобы избавиться от постоянной жёсткости, можно, например, к воде добавить соду: СаСl² + Na²CO³ = CaCO³ ↓+ 2NaCl.       

 

    «Жесткость воды  и способы ее устранения»

Показатель качества сточных  вод	Обусловлена присутствием в воде:	Методы устранения
Временная жесткость	наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).	Кипячение при температуре  более 600
Постоянная жесткость	хлоридов (Cl–) или сульфатов (SO42–),	Добавление карбоната натрия Na2CO3 соды, фосфатов натрия Na3PO4

 

 

                                                   Задача № 1

Какие газы, содержащиеся в  выбросах металлургических заводов, теплоэлектростанций, автомобилей, взаимодействуют с дождевой водой и являются причиной кислотных дождей? Напишите уравнения химических реакций, приводящих к образованию основных компонентов кислотных дождей. Приведите примеры действия кислотных дождей на растительные ткани, живые организмы, железные опоры мостов, скульптуры из мрамора.

Кислотные осадки представляют собой различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, роса) с кислотностью выше нормы. Принято считать дождь кислотным, если его pH ниже 5,0.

Диоксид серы, попавший в  атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию  кислот.

Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления  превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО3:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃,

который реагирует с водяным  паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄.

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе  образует кислотный полигидрат SО₂•nH₂O, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂SО₃:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном  воздухе постепенно окисляется до серной:

2Н₂SО₃ + О₂ = 2Н₂SO₄.

 

Аэрозоли серной и сернистой  кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы.

Аэрозоли серной и сернистой  кислот составляют около 2/3 кислотных  осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой  кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:

2NО₂ + Н₂О = НNО₃ + НNО₂.

Существуют еще два  вида кислотных дождей. Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный – рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

Сl• + СН₄ = CН•3 + НСl,

СН•3 + Сl₂ = CН₃Cl + Сl•.

Очень опасны выбросы фтороводорода (производство алюминия, стекольное), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

Последствия кислотных дождей

При повышении кислотности  воды (еще до критического порога выживания  водной биоты, например для моллюсков таким порогом является рН = 6, для окуней – рН = 4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

Аl(ОН)₃ + 3H⁺ = Al₃⁺ + 3Н₂О.

Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона  и другой водной растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам.

Повышение кислотности приводит к появлению в воде высокотоксичных  ионов тяжелых металлов – кадмия, свинца и других, которые прежде входили в состав нерастворимых  в воде соединений и не представляли угрозы живым организмам. В результате изменения экосистемы водоемов, происходит их заболачивание, засорение, повышенная илистость.  Кроме того, в результате таких процессов вода становится непригодной для использования человеком.

Дефицит питательных веществ  и интоксикация воды приводят к «стерилизации» водоемов. Закисленная и токсичная  вода разрушает скелеты рыб и  раковины моллюсков, а главное –  снижает репродуктивные процессы. В  свою очередь, это приводит к сокращению популяций наземных животных и птиц, связанных с водной биотой трофическими цепями.

Металлы под действием  кислотных дождей, туманов и рос разрушаются. Корка образующегося на поверхности железных изделий гигроскопичного сульфата железа (II) окисляется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа (III), являющаяся составной частью ржавчины:

2FeSO₄ + Н₂О + 0,5O₂ = 2Fe(ОН)SO₄.

Такой же ущерб претерпевают изделия из бронзы, на которых образуется патина, состоящая из карбонатов и  сульфатов. Слои пыли и копоти на поверхности  создают пленку, которая удерживает влагу и в которой постоянно  растворяются кислотообразующие газы. Кислота разъедает металл, переводя его в виде ионов в раствор, что становится заметным при отслаивании  корки налета, достигающей миллиметровой  толщины. Изделие при этом теряет свою первоначальную форму.

Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает многообразное  вредное влияние и на организм человека. Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для пожилых людей, страдающих сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых случаях может возникнуть отек легких. Вредно это и для здоровых людей, поскольку SO₂ и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием.

Известняк, мел, мрамор, туф, содержащие карбонат кальция, разрушаются под действием кислотных дождей:

СаСО₃ + Н₂SО₄ = Са²⁺ + SO₄^2–+ СО₂ + Н₂О,

СаСО₃ + 2HNO₃ = Са₂+ + 2NО^3– + СО₂ + Н₂О.

                                        Задача № 2