ATMOSFERSKI TALOG I KISELE KIŠE - helix.chem.bg.ac.rshelix.chem.bg.ac.rs/~grzetic/predavanja/Osnovi hemije atmosfere i... · ŠTA SU TO KISELE KIŠE? Gržetić 3 Po definiciji kisele
Post on 13-Jun-2018
249 Views
Preview:
Transcript
ATMOSFERSKI TALOGI KISELE KIŠE
Prof. dr Ivan Gržetić,Univerzitet u Beogradu - Hemijski fakultet
grzetic@chem.bg.ac.yu & www.chem.bg.ac.yu
Beleške za predavanja: http://helix.chem.bg.ac.yu/~grzetic/predavanja/Gržetić 1
SADRŽAJ• ŠTA SU TO KISELE KIŠE?• NEZAGAĐENA KIŠA• IZVORI ATMOSFERSKOG TALOGA I KISELIH
KIŠA• POREKLO KISELIH KIŠA• ŠTA SE DOGAĐA KAD POLUTANTI DOSPEJU
U ATMOSFERU• VAŽNIJI HEMIJSKI PROCESI• EFEKTI KISELIH KIŠA (biljke, ribe)• EFEKTI KISELIH KIŠA (spomenici, beton,
metal)Gržetić 2
ŠTA SU TO KISELE KIŠE?
Gržetić 3
Po definiciji kisele kiše su atmosferski kiseli talog u formi kiše. Još preciznija definicija je da su kisele kiše padavine koji imaju veću kiselost (manje pH) od uobičajenih kiša koje padaju u nezagađenim regionima Zemlje. Padavine odstranjuju iz atmosfere gasove, aerosole (tečnosti) i čestice na dva načina:
1. Stvaranjem kapljica vodene pare u oblacima koje sakupljaju zagađivače iz atmosfere i kada se steknu potrebni uslovi kapljice iz oblaka se ukrpnjavaju i padaju u obliku kiše,
2. Ispiranjem atmosfere kada kiša (sneg) atmosferu ispod oblaka ispira i prečišćava.
Ova dva načina obuhvataju takozvanu vlažnu precipitaciju.
ŠTA SU TO KISELE KIŠE?Atmosfera se može prečišćavati od
polutanata i bez kiše i to:1. Apsorpcijom gasova na razne površine u
prirodi kao što su vegetacija, zemljište ili vodene površine, kao i na građevine koje je sačinio čovek.
2. Gravitacionim taloženjem većih čestica3. U direktnom kontaktu finih čestica sa
vegetacijom i drugim površinama. Gržetić 4
KISELI TALOG• Termin kiseli talog obuhvata celokupnu kiselu
precipitaciju koja zahvata gasove, čestice kao i tečnu fazu tako da se u kiselom talogu nalaze sve kisele supstance iz atmosfere. Zato se trivijalni naziv „kisele kiše“ sve više zamenjuje mnogo pravilnijim „atmosferski talog“ koji obuhvata sve kisele supstance kao i sve druge zagađivače koji se nalaze u atmosferi. Atmosferski talog podrazumeva zagađenje vazduha koje uključuje i sve kompleksne reakcije različitih supstanci u vazduhu koje daju kao produkat kisela jedinjenja u atmosferi.
Gržetić 5
NEZAGAĐENA KIŠA• Nezagađena kiša je po prirodi kisela jer
atmosfera sadrži u sebi kiseli oksid ugljen-dioksid (CO2) koji se rastvara u vodi (kapima kiše) i daje kao produkat ugljenu kiselinu što ima za posledicu da je kiselost (pH) kišnice oko 5,6. Ova vrednost je granična vrednost, sve što je kiselije od ove vrednosti (pH>5,6) smatra se kiselom kišom. Kada se zagađenje kombinuje sa čistom kišnicom pH kiše se ponekad drastično menja.
Gržetić 6
LOŠI PRIMERI• Tako, na primer, merenja kiselosti kišnice
u Severnoj Americi dostizalasu vrednosti od pH 3, a najniža vrednost za pH kišnice u SAD ikada izmerena je bila 2,1 i to severnim delovima SAD 1964. godine.
• U Evropi najniža vrednost ikada izmerena bila pH 2,4 u Škotskoj 1974. godine.
• U Srbiji u Boru kiselos kiše takođe dostiže veoma male pH vrednosti između 2 i 3.
Gržetić 7
IZVORI ATMOSFERSKOG TALOGA I KISELIH KIŠA
• Sve forme precipitacije (taloga) kao kiša, sneg, rosa, izmaglica ili magla kiesli su po prirodi jer u sebi rastvaraju ugljen-dioksid (CO2), s tim što ljudske aktivnosti samo pridodaju kiselosti ovih taloga. Kako je već rečeno nezagađena kišnica ima pH 5,6 što se može uporediti sa laboratorijskom destilovanom vodom u ravnoteži sa CO2 iz vazduha. Iz tih razloga se i kaže da je kisela kiša svaki onaj talog koji je kiseliji od 5,6.
Gržetić 8
IZVORI ATMOSFERSKOG TALOGA I KISELIH KIŠA
• Ukoliko se u vazduhu nalazi još neki kiseli oksid pored CO2, kao što je, na primer, SO2, NOx ili neke druge supstance kao organski zagađivači, tada je kiselostatmosferskog taloga veća, odnosno pHniže i tada kiselost taloga može biti od pH4,9 do 3,5.
Gržetić 9
POREKLO KISELIH KIŠAKomponente koje se mogu naći u atmosferi, a koje
su konstituenti kiselog taloga mogu biti:
1. Prirodnog porekla2. Antropogenog porekla (iz industrije,
saobraćaja, domaćinstava...)
Na globalnom planu prirodni izvori doprinose sa nekih 60%, dok antropogeni izvori doprinose sa oko 40% (Forester, 1993).
Gržetić 10
PRIRODNI IZVORI
• Prirodni izvori sumpornih jedinjenja obuhvataju: SO2 iz vulkanskih grotla, morsku penu i kapljice koji sadrže sulfate (H2SO4), zatim sumpor-vodonik (H2S) poreklom od vulkanskih erupcija i sličnih aktivnosti zemljine kore i konačno biogenisumpor koji nastaje u biodegradaciojomorganske supstance potpomognut bakterijama.
Gržetić 11
ANTROPOGENI IZVORI
• Najveći antropogeni izvori su sagorevanje fosilnih goriva (uglja, nafte i prirodnog gasa) i iz industrijskih procesa, pre svega iz bazne proizvodnje metala.
Gržetić 12
CO2 emisija antropogenog
porekla u svetu i kod
nas
Gržetić 13
SO2 emisija antropogenog porekla u svetu
Gržetić 14
Nacionalni ukupni emisioni trendovi. Emisija za sumpor (1992-
2002, 2010, 2020) prema MSC-W (Gg SO2 godišnje)*
Područje/ Godina 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2010 2020
Ruska Federacija 4033 3637 3131 2969 2774 2524 2275 2062 1997 2031 2130 2470 2019
Srbija i Crna Gora 396 401 424 462 434 522 521 355 387 394 382 277 168
Engleska 3463 3117 2676 2363 2028 1670 1607 1229 1189 1115 1002 364 224
Prirodna marinska emisija
743 743 743 743 743 743 743 743 743 743 743 743 743
Emisija iz vulkana 2235 2027 1918 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000
TOTAL 39332 36921 34291 32240 30196 28487 27086 25149 24146 23968 23944 19853 17389
Gržetić 15
(*) Co-operative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe (EMEP); MSC-W -
Meteorological Synthesizing Centre - West
Nacionalni ukupni emisioni trendovi. Emisija za azotne okside
(1992-2002, 2010, 2020) prema MSC-W (Gg NOx godišnje)*
Područje/Godina
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2010 2020
Ruska Federacija
3123 3054 2667 2570 2467 2379 2488 2494 2357 2462 2566 2500 2782
Srbija i Crna Gora
189 177 166 155 155 156 156 157 158 158 158 168 173
Engleska 2566 2391 2311 2188 2190 2022 1938 1810 1718 1647 1582 1113 803
Prirodna marinska emisija
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Emisija iz vulkana
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
TOTAL 25822 24921 23824 23426 23123 22453 22159 21717 21119 20927 20858 19176 17090
Gržetić 16
(*) Co-operative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe (EMEP); MSC-W -
Meteorological Synthesizing Centre - West
ŠTA SE DOGAĐA KAD POLUTANTI DOSPEJU U ATMOSFERU
• Kada se polutanti (CO2, SO2, NOx) unesu u atmosferu njihova sudbina u mnogome zavisi od fizičkih procesa kao što je disperzija, transport i depozicija, kao i od vrlo kompleksnih hemijskih procesa koji se odvijaju sve vreme od momenta emisije do momenta procipitacije na površinu zemlje. Faktori koji su presudni za sudbinu polutanata su visina na kojoj se emisija odvija, količina solarne radijacije, precipitacija kao i osobine površine zemlje na koju se talože (precipituju) kisele kiše (Bubenich, 1984).
Gržetić 17
ŠTA SE DOGAĐA KAD POLUTANTI DOSPEJU U ATMOSFERU
• U zavisnosti od godišnjeg doba i priroda emisije se razlikuje, zimi dominira emisija iz stacionarnih izvora –postrojenja za proizvodnju toplote i energije, dok leti dominira emisija iz pokretnih izvora – niza različitih transportnih sredstava jer je to vreme kad se najviše putuje i transportuje. Na ove sezonske razlike, pored toga, utiče i razvijenost nekog regiona. Iz ovih razloga nije sasvim jednostavno pronaći prostu korelaciju između emisije i kiselosti atmosferskog taloga. Veliki broj promenljivih kao poreklo polutanata, njihova vrsta i konverzija, njihov prenos kroz atmosferu i njihova precipitacija kompleksan je sistem koji ne može da dajednostavan odgovor i zahteva složene sisteme za modelovanje.
Gržetić 18
ŠTA SE DOGAĐA KAD POLUTANTI DOSPEJU U ATMOSFERU
Gržetić 19
ŠTA SE DOGAĐA KAD POLUTANTI DOSPEJU U ATMOSFERU
Gržetić 20
VAŽNIJI HEMIJSKI PROCESI• Kao što je poznato sagorevanje fosilnih goriva
značajno doprinosi stvaranju kiselih kiša jer se pri tom u atmosferu oslobađaju značajne količine SO2. Saobraćaj je osnovni izvor azotovih oksida (NO, NO2 i NO3 koji se najčešće zbirno predstavljaju kao NOx). SO2 reaguje sa vodonik-peroksidom (H2O2) iz oblaka koji nastaje od hidroperoksi radikala (HO2) i prelazi u SO3, dok NOx reaguje sa hidroksi radikalom (OH) koji nastaje u atmosferi u fotohemijskim reakcijama. Tako nastali oksidi reaguju sa vodom dajući sumpornu (H2SO4) i azotnu (HNO3) kiselinu.
Gržetić 21
HEMIJSKE REAKCIJE
Gržetić 22
Formiranje SO2 i azotovih oksida(NOx)
U vozilima:S (u gorivima) + O2 → SO2
N2 + O2 → 2NONO + 0.5O2 → NO2
Gržetić 23
Formiranje vodonik-peroksida od lako isparljivih organskih jedinjenja (VOC):
Primer - formaldehid (HCHO)1. HCHO + hν (sa sunca)→ H + HCO2. (HCO = formil radikal)3. HCHO + O2 → CO + HO24. OH + HCHO → H2O + HCO5. HCO + O2 → HO2 + CO6. HO2 + NO → NO2 + OH7. VOC + hν (sa sunca) + HO2 (iz vazduha) → H2O2
VOC = lako isparljiva organska jedinjenja (VOC)
Gržetić 24
Formiranje kiselina: H2SO4
1. SO2 + HO2 → SO3 + OH2. SO3 + H2O → H2SO4
3. SO2 + H2O2 & O3 (iz oblaka) → H2SO4
4. SO2+ OH + O2 (iz vazduha) → H2SO4
Gržetić 25
Formiranje kiselina: HNO3
• NO + O3 → NO2 + O2
• NO2 + O3 → NO3 + O2
• NO2 + hν→ NO + O• NO2 + NO3 → N2O5
• N2O5 + H2O → 2HNO3
• NO2 + hν (sa sunca) + OH (iz vazduha) →HNO3
Gržetić 26
EFEKTI KISELIH KIŠA• Ponekad se priroda može prilagoditi kiselom
atmosferskom talogu (kiselim kišama), na primer, u područjima gde je sadržaj krečnjaka ((Ca,Mg)CO3 ili CaCO3) u zemljištu relativno visok. Kisele kiše u interakciji sa krečnjacima se lako i brzo neutrališu. Sumporna kiselina sa kalcijum-karbonatom da je dobro poznato jedinjenje, so kalcijuma i sulfatnog anjona – gips (CaSO4*aq).
1. H2SO4 + aq + CaCO3 = CaSO4*aq + H2O + CO22. H2SO4 + MgCO3 = MgSO4 + H2O + CO2
Gržetić 27
EFEKTI KISELIH KIŠA• U prirodi, na primer, neke životinje, ribe ili žabe ne mogu
da razmnožavaju ili žive u kiselim sredinama. Lišće biljaka ozbiljno je ugroženo pod dejstvom kiselih kiša.
• Uticaj kiselih kiša na sadržaj kalcijuma i magnezijuma u zemljištu vrlo je indikativan, nastajanje sulfata magnezijuma koji je rastvoran i sulfata kalcijuma (gipsa) koji je slabo rastvoran (oko 2g/dm3 kišnice) ima za posledicu da se s vremenom ovi katjoni ispiraju jzzemljišta i ostavljaju za sobom narušenu ravnotežu katjona u zemljištu. Naročito je opasan nedostatak kalcijuma jer u nedostatku kalcijuma biljke resorbuju aluminijum, a to je poguban proces za biljke.
Gržetić 28
Zdravi uslovi za biljke
• Šema pokazuje kako se iz zemljišta ispiraju katjoni i nvodomdospevaju u biljke
Gržetić 29
Nezdravi uslovi za biljke• Kiseline u kiši
prosto sprže lišće biljaka.
• U nedostatku kalcijuma biljke resorbuju aluminijum, a to je poguban proces za biljke.
Gržetić 30
Negatini efekti kiselih kiša
Gržetić 31
Negatini efekti kiselih kiša na ribe
Gržetić 32
• Mobilizacija aluminijuma iz zemljišta u kiseloj sredini ima za posledicu transport aluminijuma u vodene tokove u kojima aluminijum neretko prouzrokuje mukoznooboljenje ribljih škrga što ima fatalne posledice.
Al(OH)3 >>>>
Negatini efekti kiselih kiša
Gržetić 33
• I građevine koje je čovek sagradio stradaju od kiselih kiša jer kiseline iz padavina napadaju kamen, beton ili metal što ima za posledicu njihovu koroziju, degradaciju i razaranje.
Negatini efekti kiselih kiša• Mermer i krečnjak se degradira prema već
poznatoj reakciji:• H2SO4 + aq + CaCO3 = CaSO4*aq + H2O + CO2
• Beton se razgrađuje tako što kiseline postepenoispiraju kalcijum iz portlandita (Ca(OH)2) čime u krajnoj liniji slabe mehaničke osobijne betona.
• H2SO4 + aq + Ca(OH)2 = CaSO4*aq + 2H2O
Gržetić 34
Negatini efekti kiselih kiša
Gržetić 35
Slika dobrog betona Slika lošeg -degradiranog betona
Korozija metala
• Korozija metala je vrlo brza i vidna:• 2H2SO4 + O2 + 2Fe = 2FeSO4 + 2H2O
Gržetić 36
Gržetić 37
HVALA NA PAŽNJI !
top related