Химия және экология

Сулы ерітіндінің реакциясын көрсету үшінрНшкаласын колданады:

рН-0-2 күшті қышқылданған

рН-2-4,5 жай қышқылданған

рН-4,5-7 қышқылдығы төмен

рН-7-бейтарап

рН-7-9,5 сілтілігі төмен

рН-9,5-11 жай сілті

рН-11,5 күшті сілтіленген

рН- дәрежелі көрсеткіш

Табиғи сулар мен атмосфералық жауын-шашындағы қышқылдық әр-түрлі, егер рН 5,6 нормалық шама болып белгіленсе. Су бетінде әдетте рН 6,5-8,5 – ке тең.

Қышқыл жаңбыр деген түсінік, осыдан 120 жылдан аса уақыт бұрын қолданыла бастаған, бұл сөзді алғаш рет 1872 ж Британ зерттеушісі Роберт Смит ендіріпті.

Өкінішке орай біздің республикамызда жаңбыр құрамын зерттеуге бағытталған ғылыми жұмыстар жоқтың қасы. Сондықтан басқа мемлекеттерде алынған мәліметтерді қарастыруға тура келді.

ХХІ. бас кезінен бастап көптеген елдерде (алғашқыда Скандинавияда, одан соң АҚШ, Канада, Солтүстік Еуропа, Жапония, және т.б.) жауған жаңбырларды? құрамында көп мөлшерде қышқылдар бар екені байқалған.

Күкірт пен азот оксидтері металлургия өндірісінде және көмір, мұнай және әр түрлі газдар жанған кезде түзіліп, атмосфера құрамына енеді. Күкірт оксидінің ең көп мөлшері жылу электр станцияларынан бөлінеді, ал азот оксиді автомобиль көлігінде жанармай жанған кезде түзіледі.

Кейінгі мәліметтерге сүйенсек, жылу электростанцияларында 1 тонна отын жанғанда орташа есеппен 150кг, автомобиль моторында 1кг бензин жанғанда 270г ластағыш заттар бөлінеді.

Атмосфераны антропогенді ластайтын екі газдың (кукірт диоксиді және азот оксидтері) 1994жылғы атмосфераға түскен жалпы мөлшері-225млн. тонна болыпты.

Атмосфераға күкірт диоксидының енуінін негізгі химиялық реакциясы -күкіртсутектің ауа оттегі әлде озон арқылы тотығуы:

2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂

H₂S+O₃=H₂O+SO₂

2SO₂+O₂=2SO₃

SO₃+H₂O=H₂SO₄

Күкіртқышқылыауақұрамындааэрозольжәнеөтемайдатамшытүріндеболады. Желтүзілгенқышқылдардыжүздегеншақырымғашашырататаратады.

Азотоксидідеауадағыылғалменәрекеттесіп, азотқышқылынтүзеді:

2NO+O₂=2NO₂

4NO₂+2H₂O+O₂=4HNO₃

Фотодиссоциациянегізіндеазоттыңқостотығыазоттотығынадейінөтеалады.

NO₂+hv=NO+O

Негізінен, күкіртжәнеазотқышқылдарыныңтүзілуі, қышқылжаңбыржаууынамүмкіндіктуғызады. Әдеттеластанбағантабиғижауын-шашынныңөзідеаздапқышқылдауболадыекен (pH-5,6). Себебі, атмосферақұрамындаболатынкөмірдиоксидіменжаңбырсуыәрекеттесіп, әлсізкөмірқышқылытүзіліпотырады:

CO₂+H₂O=H₂CO₃
Қышқыл жаңбырлар биосферада жүріп жатқан көптеген үрдістерге әсерін тигізеді. Қышқылдар топырақ құрамындағы өсімдіктердің өсіп-жетілуіне қорек болатын қажетті заттармен бірге улы ауыр және жеңіл металдардың (қорғасын, кадмий, алюминий және т.б) еруіне мүмкіндік туғызады. Осының нәтижесінде түзілген улы заттар өсімдіктердің және топырақтағы ағзалардың бойына еніп, келеңсіз жағдайларға алып келеді. Мысалы, аздап қышқылданған судағы алюминий мөлшерінің 0,2 мг/л жетуі балықтар үшін өте қауыпты. Фитопланктондардың өсіп жетілуі құрт нашарлайды, себебі бұл үрдісті белсендіретін фосфаттар, алюминиймен қиын еритін-алюминий фосфаты қосылысын түзіп,ағза бойына сіңірілуі қиындайды. Алюминий ағаштардың өсуін тежейді, ал улы ауыр металдардың зиянды әсері алюминийден де аса жоғары.

Сулы экожүйе үшін рН-тің мәні өте қажет, себебі бүкіл ферменттердің өмірімен тірі ағзаның дамуы мен өсуіне байланысты.

Қышқылдығы көп жауын-шашынның жауы топырақты көптеген өзгеріс-терге ұшыратады. Біріншіден, ауыр металдар мен алюминийдің сілтіленуі- яғни, байланыс күйінен бос ионды күйіне ауысуы. Осы түрде бұлар тірі ағзаға еңіп, жиналады.Екіншіден, сутек иондарының концентрациясының жоғарлауы-биогендерді ығыстырады. Егер топырақта биогендер саны аз болса өсімдіктердің өсуі нашарлап, ауа райдың қолайсыздығынан табиғи жаулардан қорғану деңгейіде төмендейді.

Буфердегі заттар алғашқыда жауын-шашынды бейтараптап , ерітіндідегі топырақтың рН-ші аз ғана өзгеріске ұшырайды. Топырақтың буферлік мүмкіндігі біте келгенде рН мәні жылдам төмендейді.

Қышқыл жаңбырлар құрылыс материалдарына да әсерін тигізеді, темір-ден және басқа металдардан жасалған құрылыс конструкцияларының коррозияға ұшырауын күшейтеді. Өте құнды статуялар, тарихи ғимараттар күкірт қышқылының әсерінен мүжіліп, бүлініп жатыр. Греция, Италия елдерінде мыңдаған жылдар өзгеріссіз тұрған тарихи ескерткіштердің ауаның кейінгі жылдардағы ластануына байланысты бүлінуінің қарқындап бара жатқандығы мәлім болып отыр.

Соңғы уақытта қышқылдық жаңбырлардың адамға әсері өте қауіпті екені мәлім. Мысалы, Ресей мемлекетінің Черновцы қаласындағы қышқылдық жаңбыр мен балар арасындағы арудың байланысы бар екені дәлелденді. 1988 жылдың тамыз айында емханаға кішкентай балалардың ата-аналары «Баламыздың басындағы шашатары түсуде»-деп тіркелген. Шаш түсуге жалғасқан-бронхоспазм, ұйықызысдық,жүйкенін көп мөлшерде қозуы. 1-3 күннен соң шаштары сары 2-4 жастағы балалардың шашы ақырын түскен. Аурулардың саны 113 дейін барған. Микроанализдік зерттеу барысында дәлелденді, сол жердің төбеден аққан суларының, топырағының құра-мында улы металдар бар екендігі, әсірісе Та мен АІ. Та металы сонымен бірге шашы түскен балалардың шашы мен түкіріктерінде, АІ-шашатарын-да табылған. Та металы негізінде қышқылдық жаңбырдың жауғанынан пайда болған.

Адамның денсаулығына байсалды әсерді-күкіртті газда береді.Күкіртті газ-ең зиянды газ. Бұл газ, әсіресе зиянын жылдам тигізеді, тыныс алу мүшелері ауратын адамдарға. Ауадағы күкіртті газдың мөлшерін анықтау арқылы бронхит ауруымен ауратын адамдардың санын да есептеуге болады.

y=14,5x-13,3

бұл жерде у-бронхит ауруымен ауырғандардың пайызы, х-ауадағы күкіртті газдың концентрациясы, мг/м³.Сонымен, егер ауадағы күкіртті газдың концентрациясы 0,5мг/м³ болса, 6% адамға, ал концентрациясы ал 6,8мг/м³ болса әрбір адамға қауіп төнеді екен. Бұл болжау, Германия және басқа да елдерде жүргізілген зерттеу жұмыстарымен сай келеді.

Жаңбыр тамшыларына еріген күкірт қышқылы атмосферада тұман түзіп, адамдардың аллергия және басқа аурулармен науқастануына мүмкіндік туғызады.

Күкірт және азот қосылыстары табиғи түрде де түзіліп, ауа құрамына ене алады. Анаэробты (ауа қатысынсыз) үрдістердің әсерінен микроағзаларда-ғы әр түрлі органикалық заттардан газ түріндегі күкірт қосылыстары түзіледі. Бұған қоса кейбір анаэробты бактериялар табиғи құрамындағы сульфат иондарын ыдыратып, күкіртсутегі және күкірттің басқа да қосылыстары түзіледі.

Негізінен, бұл газдардың батпақты жерлердегі және теңіздердегі балдырлар қатысында түзілетіні анықталып отыр. Бір есептер бойынша биологиялық жолмен түзілетін күкірт қосылыстарының орташа мөлшері жылына 2млн. тоннадай.

Теңіздегі су түйіршіктерімен бірге ондағы әр түрлі тұздар атмосфераға көтеріліп, су тамшылары кеуіп кетеді де, тұздар ауа құрамында қалып қояды.Теңізден су тамшыларымен жылына 50-200млн. тонна күкірт қосылыстары атмосфераға қосылады. Атмосферадағы тұз түйіршіктерінің негізі бөлігінің мөлшері үлкендеу болғандықтан өз салмақтарымен жерге түсіп, қалғандары ауа құрамында қалады.

Табиғатта топырақтағы бактериялар әсерінен нитраттар азот оксидіне айналып отырады. Кейінгі мәліметтер бойынша жылына 8млн. тонна азот оксиді түзіледі екен.

Найзағай зарядтары кезінде азот пен оттегі қосылып, азот оксиді түзіледі. Биомассалардың жануы кезінде де (ормандағы өрттер) ауаға жылына 12млн. тонна азот оксиді (азотқа есептегенде) енеді.

Қышқыл жаңбырлардың бейтараптануында азот қосылысы-аммиак өте үлкен рөл атқарады:

2NH₃+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄

NH₃+HNO₃=NH₄NO₃

Осы реакциялар негізінде қышқыл жаңбырлар бейтараптанып, нәтиже-сінде сульфат және нитрат аммонийлері түзіледі.

Табиғатта аммиактың негізгі түзілетін көзі-топырақ. Топырақтың құрамындағы органикалық заттар белгілі бактериялардың әсерінен аммиакқа айналады. Аммиактың түзілуі топырақтың температурасына және ылғалдылығына байланысты. Қыс айларында топырақтан бөлінетін аммиактың мөлшері мардымсыз, сондықтан қышқыл жаңбырлардың бейтараптануы аз мөлшерде жүреді.

Үй жануарларының зәрлері ыдыраған кезде өте көп мөлшерде аммиак тұзіледі, кейінгі қосылыстың соңғы реакциямен түзілуі аммиактың топырақтағы түзілетін мөлшерінен әлдеқайда көп көрінеді.

Атмосфераны әр түрлі газ түріндегі қосылыстармен ластау-био-сферадағы тепе-теңдіктің бұзылуының негізгі көздерінің бірі. Қоршаған ортаның тазалығын, ағзалар тіршілігін, адам денсаулығын сақтаймыз десек, өндіріс орындарынан шығып жатқан зиянды газдарды атмосфераға жібермей, залалсыздандырып, мүмкіндігінше олардан халық шаруашылы-ғына қажетті заттарды бөліп алу қажет. Швеция және АҚШ-та көлдердегі суға ізбест қосу арқылы судың қышқылдылығын төмендету әдістері кеңінен қолданылып жүр:

CaCO₃+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂

Мысалы, қышқыл судың рН-ын 4,5-тен 6,5-ке көтеру үшін 1м³ қышқылданған суға ізбест қосу қажет.

Қышқыл жаңбырды болдырмаудың негізгі тәсілі-техникалық қондыр-ғыларды қолдану арқылы күкірт және азот оксидтерін атмосфераға жібермеу. Бұл газдар туралы шаралар халықаралық тұрғыда іске асырылуы керек және бұндай келісімдер 1997ж Жапонияның Киото қаласында жасалды, енді осылардың орындалуын талап ету керек. Қазақстандағы жауын-шашынның құрамындағы қышқылдардың, әр түрлі элементтердің, олардың қосылыстарының ағзаға, өсімдік-жануарға, адам денсаулығына әсерін жан-жақты зерттеу, биосфераның ластануына мүмкіндік бермеу-бүгінгі күннің кезек күттірмей шешімін табуы қажет негізгі мәселелерінің бірі.

Тіршілік үшін қажетті ауаны ластаудан сақтау-көпшіліктің қолға алар ісі, оған бүгінгі ұрпақтың да қосар үлесі мол. Қоршаған ортаға, көзге көрінбейтін, бірақ адамзаттың тіршілік құны-демалатын ауаның таза-лығына атүсті қарамағанымыз абзал.

Адам қоғамының қазіргі кездегі жедел дамуы оның алдына көптеген күрделі мәселелер қойып отыр. Олардың негізгілері-дүниежүзілік деңгейде биосферадағы табиғи заңдылықтарға үйлесімді технологиялық өндірісті дамыту, энергия көздерін және табиғат байлықтарын ұқыпты пайдалану.