Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 201

Кислотные осадки (дожди, снег, туман с pH < 5,6) образуются при химических реакциях между кислотными оксидами, выбрасываемыми в атмосферу, и водяным паром. Основные виновники — оксиды серы (SO₂) и азота (NO₂). В атмосфере они превращаются в кислоты по следующим уравнениям:

(SO₂ + NO₂ + H₂O → H₂SO₄ + HNO₃)

или:

(2NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃)

(SO₂ + H₂O → H₂SO₃)

Такие дожди разрушают листья растений (рис. 104), нарушают кислотно-щелочной баланс почвы, способствуют вымыванию питательных веществ, делают воду непригодной для жизни рыб. В результате повреждаются леса, сельскохозяйственные угодья, архитектурные памятники, здания. Для человека кислотные осадки опасны тем, что тяжёлые металлы из почвы переходят в раствор и попадают в питьевую воду, вызывая отравления и болезни.

Парниковый эффект — это способность атмосферы пропускать солнечное излучение и одновременно задерживать тепловое излучение Земли. Его так называют потому, что он действует как стекло в теплице: пропускает свет, но не выпускает тепло. Парниковые газы (CO₂, CH₄, H₂O и др.) накапливаются из-за сжигания топлива, выбросов промышленных предприятий и транспорта. В результате усиливается эффект, растёт среднегодовая температура, тают ледники, повышается уровень Мирового океана, учащаются климатические катастрофы — засухи, наводнения и ураганы.

Озоновый слой называют озоновым щитом, потому что он защищает всю жизнь на Земле от опасного ультрафиолетового излучения Солнца. Озон поглощает УФ-лучи, которые могут вызывать рак кожи, мутации и гибель растений и животных. Озоновые дыры — это области в атмосфере с резко пониженной концентрацией озона (рис. 105). Причины их появления: выброс фреонов из аэрозолей, холодильников и промышленности, а также деятельность сверхзвуковых самолётов и ракет. Эти вещества разрушают молекулы озона в стратосфере, особенно над полюсами.

Охрана Мирового океана — глобальная проблема, потому что он покрывает более 70 % поверхности Земли и играет важнейшую роль в жизнеобеспечении планеты. Океан регулирует климат, участвует в круговороте веществ, снабжает кислородом, служит источником пищи и воды. Загрязнение океана нефтью, тяжёлыми металлами, пластиком, сточными водами и радиацией угрожает морской флоре и фауне, разрушает пищевые цепи, влияет на здоровье человека и климатические процессы. Кроме того, океан уже не справляется с переработкой всех загрязнений, и его самовосстановление замедляется.

Существуют международные документы, направленные на защиту окружающей среды от химического загрязнения. Один из них — Киотский протокол, подписанный в 1997 году в Киото (Япония), обязывает страны сократить выбросы парниковых газов. Также действует Монреальский протокол (1987 год), дополняющий Венскую конвенцию 1985 года, с перечнем веществ, разрушающих озоновый слой. Эти соглашения являются важнейшими международными мерами, направленными на ограничение опасных выбросов, сохранение климата и защиты атмосферы.

Термин «зелёная химия» означает направление химии, целью которого является предотвращение загрязнения окружающей среды ещё на стадии производства. Вместо того чтобы утилизировать вредные отходы, «зелёная химия» предлагает процессы, при которых не образуются или образуются безопасные побочные продукты. Она включает:

— разработку новых катализаторов и методов синтеза;

— использование возобновляемых источников энергии и сырья;

— замену токсичных растворителей безопасными.

На английском термин звучит как green chemistry, на немецком — grüne Chemie.

Кислотные дожди образуются в результате взаимодействия кислотных оксидов, выбрасываемых в атмосферу, с водой:

(SO₂ + H₂O → H₂SO₃) — сернистая кислота

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄) — серная кислота

(2NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃) — азотистая и азотная кислоты

Эти кислоты растворяются в дождевой воде, делая её агрессивной и разрушительной для природы и построек.

Памятники архитектуры часто состоят из известняка (CaCO₃) или мрамора — он тоже кальцит. Кислоты, содержащиеся в кислотных дождях, разрушают их по следующим реакциям:

(CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O) — с азотной кислотой

(CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂ + H₂O) — с серной кислотой

В результате этих реакций выделяется углекислый газ, растворяются соли кальция, и структура памятников разрушается.

Исходная доля кислорода: 20 %

Из них 15 % превратилось в озон:

15 % от 20 % = (0,15 × 20) = 3 % — доля кислорода, ушедшая на образование озона

На 3 моль O₂ образуется 2 моль O₃, т.е. 3:2 → значит, из 3 % кислорода получится:

(3 % × 2) / 3 = 2 % озона

Теперь определим, сколько кислорода осталось:

20 % − 3 % = 17 % кислорода

Ответ: в озонированном воздухе содержится 17 % O₂ и 2 % O₃

По санитарным нормам:

— ПДК свинца в питьевой воде = 0,03 мг/л

— ПДК свинца в воздухе = 0,0003 мг/м³

Молярная масса Pb = 207 г/моль = 207 000 мг/моль

(0,03 мг/л) ÷ (207 000 мг/моль) =

≈ 1,45 × 10⁻⁷ моль/л = 0,145 мкмоль/л

(0,0003 мг/м³) ÷ (207 000 мг/моль) =

≈ 1,45 × 10⁻⁹ моль/м³ = 1,45 нмоль/м³

Ответ: ПДК свинца в воде ≈ 0,145 мкмоль/л

ПДК свинца в воздухе ≈ 1,45 нмоль/м³

В XXI веке человечество достигло колоссальных успехов в науке и технике, однако промышленное развитие и потребительский подход к природе нередко приводят к тяжёлым экологическим последствиям. Химическое загрязнение остаётся одной из главных угроз для окружающей среды. Ниже рассказывается о наиболее масштабных экологических катастрофах последнего десятилетия, связанных с выбросами и утечками опасных химических веществ.

Одной из самых громких и трагичных катастроф стало отравление реки Дунай в Венгрии в 2010 году, последствия которого ощущались и в следующем десятилетии. В результате прорыва дамбы хранилища глинозёмного завода в городе Айка произошёл выброс более миллиона кубометров токсичных красных шламов — щелочной смеси с содержанием оксидов железа, алюминия и натрия. Волна токсичных отходов разрушила населённые пункты, погибли люди и животные, были отравлены почвы и водоёмы. Хотя авария произошла в 2010 году, очистка загрязнённых территорий продолжалась долгие годы, а уроки этой трагедии актуальны и сегодня.

В 2019 году в России, в Норильске, произошёл масштабный разлив дизельного топлива с ТЭЦ-3 компании «НТЭК» (принадлежащей «Норникелю»). В результате аварии в почву и водные объекты вылилось более 21 тысячи тонн нефтепродуктов, содержащих множество токсичных веществ. Загрязнению подверглись реки Амбарная и Далдыкан, угроза дошла до озера Пясино. Эта катастрофа признана одной из крупнейших в Арктике и привлекла международное внимание. Её причиной стало нарушение правил эксплуатации резервуаров для хранения топлива в условиях вечной мерзлоты.

В 2020 году в Бейруте (Ливан) произошёл мощный взрыв, вызванный длительным хранением 2750 тонн аммиачной селитры (нитрата аммония) в порту города. Хотя взрыв имел технический характер, химическое загрязнение стало одной из главных проблем последствий. В атмосферу попали опасные соединения азота, окиси, кислоты и твёрдые частицы. Загрязнение воздуха привело к резкому ухудшению здоровья населения, десятки тысяч человек получили поражения дыхательных путей, были зафиксированы массовые случаи отравления. В результате взрыва погибли более 200 человек, разрушены здания и инфраструктура, оставив около 300 тысяч человек без жилья.

В Индии, в городе Вишакхапатнам (2020 г.), на химическом заводе LG Polymers произошла утечка стирола — токсичного вещества, используемого в производстве пластмасс. В результате утечки погибли более десятка человек, сотни пострадали. Газовое облако распространилось на несколько километров от завода, вызывая у людей удушье, головные боли и обмороки. Катастрофа произошла на фоне нарушений норм хранения химикатов и отсутствия должного контроля за состоянием оборудования.

В 2023 году в США, в штате Огайо, произошла масштабная железнодорожная авария, в результате которой сошли с рельсов вагоны, перевозившие винилхлорид и другие опасные химикаты. По решению властей часть химических веществ была сожжена для предотвращения взрыва, что вызвало выбросы токсичных соединений в воздух и почву. Местные жители жаловались на тошноту, головную боль и массовую гибель животных. Экологи и СМИ назвали случившееся «американским Чернобылем». Катастрофа вызвала волну протестов и поставила под сомнение безопасность транспортировки опасных веществ.

Ещё одной серьёзной проблемой остаются нефтерозливы и утечки в океане и на шельфе. В частности, в последние годы в Мексиканском заливе, на платформах Shell и других компаний, фиксировались разливы нефти и нефтепродуктов, каждый из которых наносит колоссальный вред морской экосистеме. Птицы, рыбы и планктон страдают от контакта с нефтью, а химические вещества накапливаются в живых организмах, нарушая пищевые цепи.

На фоне этих катастроф усиливается внимание к развитию «зелёной химии», внедрению экологически безопасных технологий, международному контролю за производством, хранением и перевозкой химических веществ. Однако этого недостаточно: глобальное химическое загрязнение требует системного подхода и объединения усилий стран мира.

Таким образом, экологические катастрофы, вызванные химическим загрязнением, — это не только локальные трагедии, но и глобальный вызов для всего человечества. Они напоминают нам о хрупкости природного баланса и необходимости бережного отношения к окружающей среде, научной ответственности и строгих норм безопасности.

Сверхкритическим называют такое состояние вещества, при котором оно находится выше своей критической температуры и давления. В этом состоянии вещество обладает одновременно свойствами газа и жидкости: оно легко проникает в поры, как газ, но может растворять вещества, как жидкость. Это делает его особенно ценным в технологиях «зелёной химии».

Оксид углерода(IV), или углекислый газ (CO₂), становится сверхкритическим при температуре выше 31 °C и давлении выше 73 атм. В этих условиях CO₂ приобретает уникальные свойства растворителя и может быть использован в экологически безопасных процессах без применения токсичных органических растворителей.

Сверхкритический CO₂ уже широко применяется:

— в пищевой промышленности для удаления кофеина из кофе (безвредное безкофеиновое производство);

— в фармацевтике — для извлечения биологически активных веществ из растений;

— в химической промышленности — для проведения реакций без образования отходов, в том числе в производстве новых материалов и катализаторов;

— в очистке загрязнённых материалов, особенно тех, которые нельзя нагревать или подвергать агрессивным растворителям.

Использование сверхкритического CO₂ делает процессы более экологичными и соответствует задачам «зелёной химии»: снижать загрязнение, экономить ресурсы и избегать токсичных отходов.