Конспект урока по Химии "Охрана окружающей среды от загрязнения сульфосодержащими соединениями"

Охрана окружающей среды от загрязнения сульфуро-содержащими соединениями

Введение
Основные сведения
Сера в природе и ее применение
Химические и физические свойства серы

Основные сведения
Сера известна человечеству с древнейших времен. Встречаясь в природе в свободном состоянии, она обращала на себя внимание характерной желтой окраской, а также тем резким запахом, которым сопровождалось ее горение.
Издавна употреблялась сера и ее соединения для приготовления косметических средств и для лечения кожных заболеваний.
И очень давно ее начали использовать для военных целей – используется для изготовления «греческого огня»; (смесь селитры, угля и серы).

Сера в природе
Главная масса серы находится в глубинах земли, в ее мантии-слое, расположенном между земной корой и ядром Земли. В земной коре сера встречается как в свободном состоянии (самородная), так и в виде соединений сульфидов и сульфатов. Из сульфидов в земной коре наиболее распространены пирит FeS2, халькопирит FeCuS2, галенит PbS, сфалерит ZnS. Большие количества серы встречаются в земной коре в виде труднорастворимых сульфатов – гипса CaSO₄ ∙ 2H₂O, барита BaSO4, в морской воде распространены сульфаты магния, натрия и калия.
В вулканических газах обнаруживают сероводород H2S и сернистый ангидрид SO2, поэтому самородная сера, встречающаяся в районах, близких к действующим вулканам, могла образоваться при взаимодействии этих двух газов:

Применение серы и ее соединений
Серу используют для производства серной кислоты, изготовления спичек, черного пороха, бенгальских огней, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лечения болезней, в производстве красителей, взрывчатых веществ, люминофоров.
Сероводород идет на производство серы, сульфитов, тиосульфатов и серной кислоты, в лабораторной практике – для осаждения сульфидов.
Оксид серы (IV) применяется в производстве серной кислоты, сульфитов, тиосульфатов, для отбеливания шелка, шерсти, как средство для дезинфекции, для консервирования фруктов и ягод.
Оксид серы (VI) применяется для получения серной кислоты и олеума, используется в производстве азотной кислоты.
Серная кислота – один из важнейших продуктов основной химической промышленности. Служит электролитом в свинцовых аккумуляторах. Применяется в производстве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. кислот. Концентрированная серная кислота служит для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных органических соединений. Разбавленная серная кислота применяется для удаления окалины с проволоки и листов перед лужением и оцинкованием, для травления металлических поверхностей перед покрытием хромом, никелем, медью и др. Серная кислота – необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении многих красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности применяется для осушки газов, для концентрирования азотной кислоты.

Физические свойства серы
Сера представляет собой твердое хрупкое вещество желтого цвета, в воде практически нерастворима, не смачивается водой и плавает на её поверхности. Хорошо растворяется в сероуглероде и других органических растворителях, плохо проводит тепло и электрический ток. При плавлении сера образует легкоподвижную жидкость желтого цвета, которая при 160°С темнеет, её вязкость повышается, и при 200 °С сера становится темно-коричневой и вязкой, как смола. Это объясняется разрушением кольцевых молекул и образованием полимерных цепей. Дальнейшее нагревание ведет к разрыву цепей, и жидкая сера снова становится более подвижной. Пары серы имеют цвет от оранжево-желтого до соломенно-желтого цвета. Пар состоит из молекул состава S8, S6, S4, S2. При температуре выше 1500 °С молекула S2 диссоциирует на атомы.

Биологическая роль и формы существования серы в окружающей среде

Биологическая роль серы исключительно велика. Она входит в состав серосодержащих аминокислот:
Цистеина (C3H7NO2S)
Цистина (C6H12N2O4S2)
Метионина (C5H11NO2S)
Биологически активных веществ:
Гистамина (C₅H₉N₃)
Биотина (C₁₀H₁₆N₂O₃)
Липоевой кислоты (C8HuO2S2)

Влияние на человека

Газ сероводород крайне ядовит: уже при концентрации 0,1% влияет на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, вызывает поражение печени, желудочно-кишечного тракта, эндокринного аппарата.
При хроническом воздействии малых концентраций – изменение световой чувствительности глаз и электрической активности мозга, может вызывать изменения в составе крови, ухудшение состояние сердечно-сосудистой и нервной систем человека.

Неблагоприятные факторы окружающей среды: загрязнение атмосферного воздуха, воды, почвы, сельскохозяйственной продукции. Диоксид серы [SO2] и сероводород [H2S] в выбросах промышленных предприятий при сжигании угля, нефти, природного газа
Соединения серы, присутствующие в выбросах:

Загрязнение атмосферы
Тепловые электростанции загрязняют атмосферу выбросами, которые содержат сернистый ангидрид, двуокись серы, оксиды азота, сажу, пыль и золу, которые содержат соли тяжелых металлов.
Комбинаты черной металлургии, которые включают в себя доменное, сталеплавильное, прокатное производство, агломерационные фабрики, коксохимические заводы и др..
Цветная металлургия, которая загрязняет атмосферу соединениями цветных и тяжелых металлов, парами ртути, сернистым ангидридом, окисями азота, углевода и др..
Машиностроение и металлообработка. Выбросы этих предприятий содержат аэрозоли соединений цветных и тяжелых металлов, в том числе паров ртути. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность является источником таких загрязнителей атмосферы как сероводород , сернистый ангидрид , окись углерода , аммиак , углеводород и бензаперен .
Предприятия органической химии . Выбросы большого количества органических веществ которые имеют сложный химический состав, соляной кислоты ,соединений тяжелых металлов, содержат сажу и пыль.
Предприятия неорганической химии. Выбросы в атмосферу от этих предприятий содержат окиси серы и азота , соединения фосфора, свободный хлор, сероводород.
Автотранспорт . Географические закономерности распространения загрязнителей ,которые от него поступают очень сложные и определяются не только конфигурацией сети автомагистралей и интенсивностью автотранспорта ,но и большим количеством перекрестков ,где транспорт стоит определенное время с включенными двигателями . Количество транспорта во всем мире составляет 630 млн единиц .

Кислотные осадки
Кислотными называют любые осадки: дожди, туманы, снег, – кислотность которых выше нормальной. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, более узко называемых кислотными отложениями. Чтобы понять существо проблемы, в первую очередь необходимо кое- что знать о природе и способах измерения кислотности.

Источники кислотных осадков
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной и азотной кислот. Обычно кислотность на две трети обусловлена первой из них и на одну треть- второй. Присутствие в этих формулах серы и азота показывает, что проблема связана с выбросами данных элементов в воздух. Как известно, при сжигании топлива образуются диоксиды серы и оксида азота, значит можно, догадаться и об источнике кислотных осадков. Доказательства были получены при анализах обычной влаги и экспериментах, чётко подтверждающий, что диоксид серы и оксиды азота постепенно реагируют с парами воды.

Под действием ОН - радикалов в атмосфере происходит окисление простых соединений серы, в частности H2S, (CH3)2S – диметилсульфида, (CH3)SH – метилмеркаптана. В то же время карбонилсульфид устойчив к превращениям и просачивается в стратосферу, где под действием жесткого УФ-излучения распадается с образованием атомарной серы:
COS +hν = СО +S
которая затем подвергается дальнейшим превращениям.
Диоксид серы в тропосфере подвержен фотохимическим превращениям, поскольку при поглощении света в области 340 - 400 нм образует возбужденные молекулы SO2* c временем жизни 8 мс. Дальнейшее окисление SO2* кислородом воздуха приводит к образованию SO3:
SO2 + hν = SO2*
SO2* + O2 = SO3 + О
К образованию SO3 приводит также окисление SO2 под действием НО2-радикалов:
НО2 + SO2 = SO3 + ОН
а также реакции фотохимического окисления с участием синглетного кислорода:
О2 + SO2 = SO4
О2 + SO4 = SO3 + О3
Дальнейшее гидратирование частиц SO3 приводит к образованию серной кислоты, которая впоследствии выпадает с дождевой влагой – так называемые кислотные дожди.
Кроме оксидов серы существенный вклад в образование кислотных осадков делают оксиды азота, также способные образовывать кислые соединения:
2NО2 + Н2О → НNО3 + НNО2.
Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном образует хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:
Сl + СН4 → CН•3 + НСl,
СН•3 + Сl2 → CН3Cl + Сl

 Влияние кислотных осадков на леса
Многие учёные считают эти осадки, как и озон, одной из важнейших причин деградации лесов, так как обнаружены следующие пути их влияния на растительность:
- нарушение поверхности при прямом контакте;
- вымывание биогенов;
- мобилизация алюминия и других токсичных элементов.
В свою очередь деревья, испытывающее воздействие одного или нескольких из этих стрессовых факторов, легче поражаются вредителями и патогенами.

Влияние кислотных остатков на памятники архитектуры
С точки зрения неспециалиста, одно из наиболее ощутимых последствий кислотных осадков - разрушение произведений искусства. Известняк и мрамор - излюбленные материалы для оформления фасадов зданий и сооружения памятников. Взаимодействие кислоты и известняка приводит к их быстрому выветриванию и эрозии. Памятники и здания, простоявшие сотни и даже тысячи лет лишь с незначительными изменениями, сейчас растворяются и рассыпаются.

Пути поступления серы в окружающую среду в условиях техногенеза

При извержении вулканов в атмосферу наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях – в стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений.

После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остается морская соль, содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения серы – сульфаты.

Вывод
В настоящее время серосодержащие вещества в огромных количествах выбрасываются в окружающую среду. Сама по себе сера токсином не является, но такие ее соединения как SO2, H2S, и др. могут оказать существенное негативное влияние на здоровье человека и будущего поколения, а также негативно сказаться на нормальном состоянии растительных организмов. Поэтому я считаю, что еще есть немало поводов к исследованию влияния соединений серы в целом на окружающую среду, на население, а также для разработки новых методов и специальных установок позволяющих снизить выбросы серосодержащих соединений в окружающую среду.