Круговорот химических элементов в природе (на примере углерода или азота). Роль живых существ в круговороте химических элементов.

Углерод в природе содержится в различных осадочных горных породах: меле, известняке. Большое количество углерода входит в состав растительной биомассы. Содержание в атмосфере углекислого газа сравнительно невелико – менее 1 % (точнее 0,03 % по объему), но именно этот углерод приковывает сегодня внимание ученых.

Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. В процессе фотосинтеза образуются органические вещества, служащие источником питания для всех живых организмов. В то же время углекислый газ способен вызывать парниковый эффект.

.

Фотосинтез – основной процесс, постоянно изымающий углекислый газ из атмосферы. В настоящее время происходит сокращение площади лесов, что особенно пагубно – влажных тропических лесов. Загрязнение поверхности океана нефтепродуктами препятствует нормальному газообмену и фотосинтезу водорослей.

В то же время неуклонно растет потребление ископаемого топлива: природного газа, нефти, каменного угля, – при сжигании которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Углекислый газ выделяется также при гниении органических веществ, дыхании животных и человека.

В создавшейся ситуации, важную роль в регуляции содержания CO₂ в атмосфере играют донные отложения карбоната кальция, образующиеся при отмирании мелких морских беспозвоночных. При повышении содержания в атмосфере углекислого газа, он растворяется в воде, известняк вступает с ним в реакцию с образованием гидрокарбонатов, что связывает избыток углекислоты:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O Ca(HCO₃)₂

Если в атмосфере возникает недостаток углекислого газа, равновесие смещается влево, гидрокарбонаты разлагаются с освобождением CO₂.

Билет № 24

1. Аммиак: состав молекулы, химическая связь в молекуле. Физические и химические свойства аммиака.

Молекулярная формула аммиака NH₃. Три атома водорода соединены с азотом ковалентными полярными связями(азот более электроотрицателен). В образовании связей принимают участие три неспаренных электрона азота и по одному электрону водорода. Структурная формула:
H – N – H
l
H
Аммиак – бесцветный газ с характерным резким запахом. Легче воздуха, его можно собирать в перевернутые вверх дном сосуды. Аммиак хорошо растворяется в воде (в 1 литре воды при комнатной температуре растворяется около 700 литров аммиака). При повышенном давлении аммиак легко переходит в жидкое состояние. При последующем испарении поглощается много тепла, поэтому его используют в качестве хладагента в холодильных установках.

Аммиак химически активен.

Ион аммония образуется, например, при растворении аммиака в воде:

NH₃ + H₂O NH₄⁺ + OH ^–

Поэтому раствор аммиака обладает щелочными свойствами и окрашивает индикатор фенолфталеин в малиновый цвет.

Аммиак взаимодействует с кислотами. Если близко поднести стеклянные палочки, смоченные концентрированным раствором аммиака и концентрированной соляной кислотой, образуется «дым» из кристалликов хлорида аммония:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

Аммиак горит в кислороде с образованием молекулярного азота:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

В присутствии платины в качестве катализатора, азот аммиака окисляется до оксида азота (II):

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

Эта реакция используется в производстве азотной кислоты и азотных удобрений. 10%-ный раствор аммиака в воде используется в медицине под названием «нашатырный спирт».

При нагревании аммиак разлагается (реакция обратная синтезу):

2NH₃ N₂ + 3H₂

Билет № 25

1. Источники химического загрязнения воздуха. Пагубные последствия химического загрязнения воздуха. Меры предупреждения химических загрязнений воздуха.

1) С промышленными выбросами в атмосферу ежегодно поступает более 600 млн тонн различных химических соединений. Основным источником химического загрязнения воздуха считается металлургия, в первую очередь, коксохимическое производство. В атмосферу выбрасывается большое количество дыма, содержащего сажу и газы, вызывающие у людей астму, хронический бронхит и др.

Для уменьшения выбросов необходимо устанавливать очистные сооружения. Снижать потребление металлов за счет производства изделий с меньшими затратами материалов, защиты металлических конструкций от коррозии, переработки металлолома. Металлургические цеха не должны располагаться на территории населенных пунктов.

Перспективным направлением считается разработка способов получения металлов с использованием биотехнологии.

2) Во многих регионах основным источником загрязнений является транспорт, главным образом, автомобильный. Выхлопы содержат оксиды азота, угарный газ CO, продукты неполного сгорания топлива. В городах это приводит к образованию смога, вызывает у людей заболевания дыхательных путей. Плоды, растущие около автомобильных дорог, нельзя употреблять в пищу.

Для уменьшения загрязнения воздуха вводятся новые экологические стандарты для двигателей, они оснащаются каталитическими дожигателями выхлопных газов. Запрещено производство этилúрованного бензина, содержащего свинец, который выбрасывается в атмосферу.

Очистке воздуха растениями от вредных газов способствует озеленение городов.

3) Значительное количество сернúстого газа SO₂ в атмосферу выбрасывают тепловые электростанции и котельные, работающие на каменном угле, который обычно содержит примеси серы. Оксид серы (IV) взаимодействует с водяными парами с образованием сернúстой кислоты. Выпадают кислотные дожди, разрушающие постройки из мрамора и известняка, ускоряющие коррозию металлов. Гибнут леса, в первую очередь хвойные.

Для сокращения выбросов необходимо производить очистку дымовых газов, а улавливаемые соединения серы могут быть использованы для производства серной кислоты.

4) Сжигание ископаемого топлива повышает содержание в атмосфере углекислого газа CO₂, вызывающего парниковый эффект, что может привести к глобальному потеплению климата.

Так как зеленые растения связывают углекислый газ в процессе фотосинтеза, необходимо сохранять существующие леса и засаживать деревьями новые площади.

5) Загрязнение воздуха происходит в результате утечек и аварий на предприятиях химической промышленности (производство аммиака, кислот, полимеров и пр.).

Необходимо добиваться снижения аварийности и установки современных очистных сооружений.

6) Серьезную проблему в последние годы представляют свалки и сжигание мусора. При этом в атмосферу попадают продукты неполного сгорания полимеров (пластмасс), способные разрушать озоновый слой в атмосфере.

Необходимо производить сортировку бытовых отходов с последующим сжиганием в специальных печах, где за счет более высокой температуры достигается полное сгорание. Категорически запрещается сжигание бытового мусора на территории населенных пунктов. Особенно опасна резина и пластмассы, дым от сжигания которых является канцерогеном (вызывает развитие злокачественных опухолей). Дым от сжигания опавшей листвы содержит соединения тяжелых металлов, поглощенных зелеными насаждениями, поэтому листья не должны сжигаться в городе.

Из растительных остатков, ботвы на приусадебных участках целесообразно готовить компост, что уменьшает задымление территории и повышает плодородие почвы.

Состав воздуха:

Азот N₂ - 78% (по объему)

Кислород O₂ - 21%

Углекислый газ CO2 (0,03%), инертные газы: аргон, неон и др. (0,94%) пыль, водяной пар

- около 1 %