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