Загрязнение атмосферы

Химия подарила людям удобрения, лекарства, пластмассы и топливо, но у этих достижений есть обратная сторона. Сжигая топливо и выпуская отходы, человечество меняет состав воздуха, воды и почвы. Понять, откуда берутся экологические проблемы и как их решать, можно только с помощью химии. Начнём с воздуха.

Загрязнение воздуха

Главный источник загрязнения воздуха — сжигание топлива на электростанциях, в котельных и двигателях автомобилей. При этом в атмосферу попадают угарный газ, оксиды азота и сернистый газ (уголь и нефть содержат примеси серы), сажа и пыль. Добавляют загрязнения металлургия и химическая промышленность. В безветренную погоду над большими городами загрязнения скапливаются и образуют смог — ядовитую дымку, вызывающую болезни органов дыхания.

Кислотные дожди

Сернистый газ и оксиды азота в воздухе соединяются с кислородом и водяным паром и превращаются в серную, сернистую и азотную кислоты. С дождём и снегом эти кислоты выпадают на землю. Такие осадки называют кислотными дождями; их pH ниже 5,6, а иногда достигает 4 и меньше.

\[ \ce{SO2 + H2O <=> H2SO3}, \qquad \ce{2SO2 + O2 -> 2SO3}, \qquad \ce{SO3 + H2O -> H2SO4}, \qquad \ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3} \]

Кислотные дожди губят леса, закисляют озёра, где гибнут рыбы, вымывают из почвы питательные вещества, ускоряют коррозию металлов. Они разрушают памятники из мрамора и известняка:

\[ \ce{CaCO3 + H2SO4 -> CaSO4 + H2O + CO2 ^} \]

Бороться с кислотными дождями помогают очистка топлива от серы, улавливание сернистого газа на электростанциях и каталитические нейтрализаторы автомобилей (тема 5.1).

Парниковый эффект и парниковые газы

Атмосфера пропускает солнечный свет к поверхности Земли, а тепловое излучение нагретой Земли частично задерживает, как стекло теплицы. Это явление — парниковый эффект. Без него средняя температура у поверхности Земли была бы около −18 °C вместо нынешних +15 °C. Тепло задерживают парниковые газы: водяной пар, углекислый газ, метан, оксид азота(I), фреоны.

Беда в том, что, сжигая уголь, нефть и газ, люди выбрасывают огромное количество углекислого газа. Его содержание в воздухе за последние полтора века выросло примерно в полтора раза, парниковый эффект усилился, и средняя температура на планете растёт. Потепление климата грозит таянием ледников, подъёмом уровня океана и засухами.

Озоновый слой и фреоны

На высоте 20–25 км находится озоновый слой — область атмосферы с повышенным содержанием озона \(\ce{O3}\) (тема 4.2). Озон поглощает большую часть жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца, опасного для всего живого. Фреоны — летучие соединения углерода с фтором и хлором, например \(\ce{CF2Cl2}\), которыми раньше заправляли холодильники и аэрозольные баллончики. Поднимаясь в верхние слои атмосферы, они под действием ультрафиолета отщепляют атомы хлора, а каждый атом хлора разрушает тысячи молекул озона. Так над Антарктидой возникла область с очень низким содержанием озона — озоновая дыра, которую обнаружили в 1985 году.

В 1987 году страны мира подписали Монреальский протокол и запретили производство самых опасных фреонов. Сейчас озоновый слой постепенно восстанавливается. Химики, которые объяснили разрушение озона, — Пауль Крутцен, Марио Молина и Шервуд Роуленд — получили в 1995 году Нобелевскую премию.