Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 29. Оксиди неметалічних елементів в атмосфері

Вуглекислий газ та парниковий ефект

Ті з вас, хто був у теплиці, знають, як там тепло й волого навіть за холодної погоди ззовні. Вологість повітря в теплиці зумовлена наявністю рослин і випаровуванням води з ґрунту, а підвищена температура — великим умістом водяної пари в повітрі.

Уміст водяної пари та інших газів у повітрі спричиняє парниковий ефект. Він виникає через те, що парникові гази поглинають інфрачервоне випромінювання Сонця і розігріваються (мал. 29.1). Отже, частина енергії Сонця не відбивається від поверхні Землі, а витрачається на розігрівання атмосфери. Завдяки парниковому ефекту середня температура повітря біля поверхні Землі дорівнює близько +15 °С. Без парникового ефекту вона б дорівнювала від -8 до -23 °С.

* Середнє значення, залежить від вологості повітря.

** Парниковий фактор використовують для порівняння парникового ефекту двох газів за однакової концентрації.

Як видно з таблиці 4, найбільше на парниковий ефект впливає водяна пара. Також значний «внесок» у вуглекислого газу: хоча його вміст у повітрі значно менший за водяну пару, його парниковий фактор набагато вищий. Ви знаєте, що наявність вуглекислого газу в повітрі є результатом природних процесів: виверження вулканів, життєдіяльності біосфери, великих лісових пожеж (мал. 29.2, а, с. 148). Але в останні століття значно посилився антропогенний фактор: дедалі більше вуглекислого газу потрапляє в повітря внаслідок людської діяльності (мал. 29.2, б). Насамперед від спалювання викопного палива й біомаси, виробництва цементу тощо. Від середини XVIII століття (від початку доіндустріальної епохи) уміст вуглекислого газу в атмосфері збільшився майже в півтора раза.

Мал. 29.2. Джерела вуглекислого газу в атмосфері: природні процеси (а) та антропогенна діяльність (б)

Збільшення концентрації вуглекислого газу посилює парниковий ефект, унаслідок чого підвищується середня температура повітря. А це збільшує випаровування води з океанів, що також посилює парниковий ефект. За прогнозами деяких науковців, усе це може призвести до підвищення середньорічної температури на планеті на кілька градусів, танення льодовиків і підвищення рівня Світового океану.

Сьогодні природозахисники звертають увагу на необхідність обмеження викидів вуглекислого газу в атмосферу. У 1998-1999 рр. майже всі країни світу, у тому числі й Україна, підписали Кіотський протокол, згідно з яким кожна країна зобов'язується або знизити обсяги викиду парникових газів, або зберегти їх на рівні 1990 року.

Для досягнення цієї мети насамперед необхідно впроваджувати енергозберігальні технології, замінювати викопне паливо біопаливом, більше використовувати відновлювані джерела енергії.

Для вирішення проблеми парникового ефекту слід також звернути увагу на збільшення вмісту метану в атмосфері. Поки що «внесок» метану в парниковий ефект не такий значний, але протягом останніх 300 років його вміст в атмосфері невпинно зростає. Це пов'язано зі стрімким розвитком тваринництва (процеси травлення худоби) (мал. 29.3), рисівництва (процеси болотного гниття), а також збільшенням площі захоронення твердих побутових відходів (процеси утворення біогазу).

Мал. 29.3. Велика рогата худоба є причиною збільшення вмісту метану в атмосфері

Оксиди Нітрогену й Сульфуру та кислотні дощі

Іншими компонентами повітря, що становлять потенційну небезпеку природі, є оксиди Нітрогену NO і NO2, сульфур(IV) оксид SO2. У повітрі нітроген(II) оксид нестабільний, він дуже швидко окиснюється киснем до нітроген(IV) оксиду. Але в разі потрапляння у верхні шари атмосфери він негативно впливає на процеси озонотворення.

У природі велика кількість оксидів Нітрогену утворюється в атмосфері під час грози під дією електричних розрядів. Також оксиди Нітрогену й Сульфуру є результатом бактеріальної активності у ґрунтах, вулканічної діяльності та лісових пожеж.

Крім того, великі обсяги цих газів потрапляють в атмосферу внаслідок людської діяльності: спалювання викопного палива (нафти, вугілля і продуктів їх переробки), металургійної промисловості, виробництва нітратної та сульфатної кислот.

За участі оксидів Нітрогену й Сульфуру в повітрі утворюються кислоти, які випадають на землю разом із дощами. Такі дощі називають кислотними (мал. 29.4).

Мал. 29.4. Джерела кислотних и

Звичайна дощова вода сама по собі має кислотне середовище, оскільки внаслідок розчинення у воді вуглекислого газу утворюється карбонатна кислота:

CO2 +H2O = H2CO3

Хоча карбонатна кислота нестійка, а розчинність вуглекислого газу незначна, дощова вода вже не є нейтральною, її pH≈5,5-6,0. Утім, такий дощ є звичайним і не становить загрози.

За наявності оксидів Нітрогену та Сульфуру в повітрі утворюються:

• нітратна кислота:

2NO + O2= 2NO2

3NO2 +H2O = 2HNO3+ NO

• нестійка сульфітна кислота (кислота середньої сили):

SO2 +H2O = H2SO3

• сульфатна кислота:

SO2 + NO2 = SO3 + NO

SO3 +H2O = H2SO4

Дощі з домішками цих кислот уже можуть бути небезпечними, їхня кислотність досить помітна (pH ≈ 3-4), а в деяких випадках дощова вода може бути дуже кислотною (pH ≈ 1). Такі дощі спричиняють закислення ґрунтів, знищення рослинності на суші, а зниження pH у водоймах загрожує загибеллю флори й фауни в них (за pH = 4,5 у водоймах гине майже вся риба, більшість жаб і комах) (мал. 29.5, а). Окрім того, кислотні дощі прискорюють корозію металевих виробів, пошкоджуються будівлі та пам'ятки архітектури (мал. 29.5, б). Закислення ґрунтів сприяє переведенню у водорозчинні форми сполук важких хімічних елементів. За певними оцінками, у світі кислотні дощі щорічно завдають збитків на понад 30 млрд доларів.

Мал. 29.5. Вплив кислотних дощів на природні об'єкти (а) та пам'ятки культури (б)

Для розв'язання проблеми кислотних дощів необхідно контролювати антропогенні джерела оксидів Нітрогену та Сульфуру: зменшити викиди теплоелектростанцій, газотурбінних установок, вихлопи автомобілів, літаків тощо.

Ключова ідея

Земля — дім для людства та ще для близько 2 млн видів живих істот. людство у міру своїх можливостей має дбати про цей дім.

Контрольні запитання

418. Наведіть приклади природних та антропогенних джерел оксидів неметалічних елементів в атмосфері.

419. Схарактеризуйте виникнення парникового ефекту та роль вуглекислого газу в цьому процесі.

420. Яке значення парникового ефекту для існування та розвитку життя на землі?

421. Схарактеризуйте процеси, унаслідок яких формуються кислотні дощі.

Завдання з розвитку критичного мислення

422. Парниковий фактор хлорофлуоровуглеводнів, що використовують як фреони, у 23 тис. разів більший, ніж у вуглекислого газу. Як ви вважаєте, чому стосовно фреонів наголошують переважно на їх загрозі озоновому шару, а не на посиленні парникового ефекту?

423. Проаналізуйте малюнок 29.1. Визначте, яка частка від енергії Сонця утримується поверхнею землі, а яка — атмосферою.

Міні-проекти

424. У додаткових джерелах знайдіть інформацію щодо обсягів вуглекислого газу, які потрапляють у повітря з різних антропогенних джерел. Зробіть висновок, які галузі людської діяльності слід обмежити чи модернізувати для зменшення цих обсягів.

425. Використовуючи додаткові джерела інформації, порівняйте внесок у формування парникового ефекту парникових газів, які потрапляють в атмосферу з природних та антропогенних джерел.

426. За додатковими джерелами інформації порівняйте внесок природних і антропогенних джерел оксидів неметалічних елементів у формування кислотних дощів.