Најважније из лекције
Киселе кише: Настају растварањем \( \text{SO}_2 \), \( \text{NO}_x \) и \( \text{CO}_2 \) у атмосферској води (\( \text{pH} < 5 \)). Изазивају сушење шума, оштећење споменика од кречњака (\( \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaSO}_4 \)) и закисељавање вода.
Смог: Токсични аеросол сачињен од дима, прашине, магле и штетних гасова (\( \text{SO}_2 \), чађ) који изазива тешка оштећења дисајних путева.
Ефекат стаклене баште: Задржавање топлотног зрачења услед пораста концентрације \( \text{CO}_2 \), \( \text{CH}_4 \) и водене паре, што доводи до глобалног загревања и климатских промена.
Еутрофикација: Пренамножавање алги услед вишка фосфора и азота из ђубрива и детерџената, чије угинуће троши кисеоник и води анаеробном труљењу водених екосистема.
Смог: Токсични аеросол сачињен од дима, прашине, магле и штетних гасова (\( \text{SO}_2 \), чађ) који изазива тешка оштећења дисајних путева.
Ефекат стаклене баште: Задржавање топлотног зрачења услед пораста концентрације \( \text{CO}_2 \), \( \text{CH}_4 \) и водене паре, што доводи до глобалног загревања и климатских промена.
Еутрофикација: Пренамножавање алги услед вишка фосфора и азота из ђубрива и детерџената, чије угинуће троши кисеоник и води анаеробном труљењу водених екосистема.
Киселе кише су падавине (киша, снег, магла) чија је \( \text{pH} \) вредност нижа од уобичајене (\( \text{pH} < 5 \), често између \( 4 \) и \( 4{,}5 \)), услед растварања киселих оксида из атмосфере.
Главни узрочници:
- Оксиди сумпора: сумпор(IV)-оксид (\( \text{SO}_2 \)) и сумпор(VI)-оксид (\( \text{SO}_3 \)) који настају сагоревањем угља и нафте.
- Оксиди азота: азот(II)-оксид (\( \text{NO} \)) и азот(IV)-оксид (\( \text{NO}_2 \)) који настају у саобраћају и из вештачких ђубрива.
- Угљеник(IV)-оксид (\( \text{CO}_2 \)) из сагоревања горива и процеса дисања.
Хемијске реакције настанка киселина у атмосфери:
\[ \text{SO}_2 \xrightarrow{\text{оксидација}} \text{SO}_3 \xrightarrow{+\text{H}_2\text{O}} \text{H}_2\text{SO}_4 \quad (\text{сумпорна киселина}) \]
\[ 2\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{HNO}_3 + \text{HNO}_2 \quad (\text{азотна и азотаста киселина}) \]
\[ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- \quad (\text{угљена киселина}) \]
- Шуме и биљке: Сушење листова и опадање иглица (четинари попут јеле су најосетљивији; од листопадног дрвећа храст), смањена отпорност на штеточине и мраз.
- Водени екосистеми: Снижавање \( \text{pH} \) језера испод \( 4 \), што доводи до изумирања микроорганизама, биљака и риба.
- Земљиште и грађевине: Испирање минерала и ослобађање токсичних тешких метала; оштећење споменика и грађевина од кречњака (\( \text{CaCO}_3 \)) претварањем у гипс (\( \text{CaSO}_4 \)) и корозија метала.
Како сумпорна киселина из киселих киша оштећује грађевине од кречњака и мермера (\( \text{CaCO}_3 \))?
Сумпорна киселина реагује са калцијум-карбонатом према једначини:
\[ \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CaSO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \]
Настали калцијум-сулфат (гипс) је растворљивији и мекши од кречњака, те долази до ерозије, љуштења и брзог пропадања споменика и фасада.
Смог (димна магла) је аеросол који настаје као смеша дима, прашине, пепела, опасних гасова и магле у урбаним и индустријским подручјима.
Дим и прашина представљају аеросолове - колоидне системе где су чврсте или течне честице распршене у гасовитом медијуму (ваздуху). Честице могу бити наелектрисане или неутралне.
Састав смога: Оксиди сумпора (\( \text{SO}_2 \)), оксиди азота (\( \text{NO}_x \)), угљен-моноксид (\( \text{CO} \)), угљен-диоксид (\( \text{CO}_2 \)), сумпорводоник (\( \text{H}_2\text{S} \)), честице чађи, капљице катранa и органских киселина, као и јони тешких метала.
Смог изазива озбиљне здравствене проблеме код људи. У присуству сумпор(IV)-оксида настају капљице сумпорне киселине које при удисању трајно и неповратно оштећују плућно ткиво и изазивају гушење.
Шта чини смог посебно токсичним за људске респираторне органе?
Смог садржи честице чађи и капљице токсичних киселина (нарочито \( \text{H}_2\text{SO}_4 \)) насталих од \( \text{SO}_2 \), као и отровне гасове (\( \text{CO} \), \( \text{NO}_x \)) који директно продиру у дубоке делове плућа и оштећују ткиво.
Ефекат стаклене баште је природни процес у коме одређени атмосферски гасови апсорбују топлотно зрачење Земље и поново га емитују назад, чиме одржавају температуру повољну за живот. Међутим, повећање концентрације ових гасова води до глобалног загревања.
Главни гасови стаклене баште:
- Угљеник(IV)-оксид (\( \text{CO}_2 \)) - емитује се масовним сагоревањем фосилних горива (угаљ, нафта, земни гас).
- Метан (\( \text{CH}_4 \))
- Водена пара (\( \text{H}_2\text{O} \))
- Оксиди азота (\( \text{N}_2\text{O} \)), фреони, тропосферски озон и честице чађи.
Сунчево зрачење загрева површину Земље \(\rightarrow\) Земља емитује енергију назад у облику топлотног (инфрацрвеног) зрачења \(\rightarrow\) Гасови стаклене баште апсорбују део тог зрачења и враћају га према површини Земље уместо да оде у свемир.
- Топљење поларних капа и глечера.
- Пораст нивоа светског мора и поплаве приобалних подручја.
- Учесталије екстремне климатске појаве (урагани, суше, топлотни таласи).
- Промена природних станишта и изумирање врста.
Који је основни антропогени (људски) узрок повећања концентрације \( \text{CO}_2 \) у атмосфери?
Сагоревање фосилних горива (угља, нафте и земног гаса) у индустрији, термоелектранама и саобраћају, уз смањење шумских површина које врше фотосинтезу.
Еутрофикација је процес прекомерног обогаћивања водених екосистема хранљивим материјама (нутријентима), првенствено једињењима фосфора и азота, што доводи до бујања алги и других водених биљака.
Фосфор је ограничавајући фактор раста алги. Повећање његове концентрације узрокује експлозивно размножавање алги - појаву познату као „цветање воде”.
Стехиометријски састав алги („формула алги”):
\[ \text{C}_{106}\text{H}_{212}\text{O}_{106}\text{N}_{16}\text{P} \]
Ова формула показује да је за раст биљне масе неопходан присутан азот и фосфор у тачно одређеном односу.
1. Спирање ђубрива (азота и фосфата) и доспевање отпадних вода са детерџентима у реке и језера.
2. Неконтролисано размножавање и цветање алги на површини.
3. Угинуће велике количине алги и потрошња целокупног раствореног кисеоника за њихову разградњу.
4. Настанак анаеробних услова (без кисеоника), помор риба и ослобађање токсичних гасова: \( \text{CH}_4 \), \( \text{H}_2\text{S} \), \( \text{NH}_3 \).
5. Постепено претварање језера у мочвару.
2. Неконтролисано размножавање и цветање алги на површини.
3. Угинуће велике количине алги и потрошња целокупног раствореног кисеоника за њихову разградњу.
4. Настанак анаеробних услова (без кисеоника), помор риба и ослобађање токсичних гасова: \( \text{CH}_4 \), \( \text{H}_2\text{S} \), \( \text{NH}_3 \).
5. Постепено претварање језера у мочвару.
Зашто се након цветања воде језеро може претворити у беживотну мочвару?
Када алге угину, аеробне бактерије троше сав кисеоник за њихову разградњу. Када кисеоника нестане, настаје помор воденог света и започиње анаеробно труљење уз стварање отровних и непријатних гасова (\( \text{H}_2\text{S} \), \( \text{NH}_3 \), \( \text{CH}_4 \)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који од наведених гасова директно учествују у стварању киселих киша, а који у ефекту стаклене баште?
Гасови: \( \text{SO}_2 \), \( \text{CO}_2 \), \( \text{NO}_2 \), \( \text{CH}_4 \).
Гасови: \( \text{SO}_2 \), \( \text{CO}_2 \), \( \text{NO}_2 \), \( \text{CH}_4 \).
- Киселе кише: \( \text{SO}_2 \) и \( \text{NO}_2 \) (граде сумпорну и азотну киселину), као и \( \text{CO}_2 \).
- Ефекат стаклене баште: \( \text{CO}_2 \) и \( \text{CH}_4 \) (задржавају топлотно зрачење).
Задатак 2 (средњи): Објасните зашто су четинарске шуме (нарочито јеле) подложније пропадању услед киселих киша у поређењу са већином листопадног дрвећа.
Четинари не одбацују своје иглице сваке године, па су оне дуже изложене киселим падавинама и загађеном ваздуху. Киселина оштећује заштитни воштани слој на иглицама, што доводи до губитка воде, жућења, опадања иглица и смањења отпорности на мраз и паразите.
Задатак 3 (средњи): Који су два главна извора једињења фосфора која доспевају у природне воде и покрећу еутрофикацију?
1. Вештачка ђубрива која се спирају са пољопривредног земљишта након киша.
2. Комуналне и индустријске отпадне воде које садрже детерџенте са фосфатима.
2. Комуналне и индустријске отпадне воде које садрже детерџенте са фосфатима.
Задатак 4 (тежак): Анализирајте „формулу алги” \( \text{C}_{106}\text{H}_{212}\text{O}_{106}\text{N}_{16}\text{P} \). Зашто уношење чак и врло мале количине фосфора у воду може изазвати бујање огромне количине биљне масе?
Према формули алги, за сваки \( 1 \) атом фосфора (\( \text{P} \)) везује се чак \( 16 \) атома азота и \( 106 \) атома угљеника. То значи да је фосфор потребан у најмањој количини у односу на остале биогене елементе (он је ограничавајући фактор). Када се у воду унесе чак и мала количина фосфора, она омогућава синтезу велике количине органске масе алги.
