Влияние кислотных дождей на строительные материалы
Бондарь Илья, Сергеев Олег (10б класс)
Руководитель работы: учитель химии
(ГБОУ СОШ №79 Калининского района Санкт-Петербурга)
«Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания». Жан Батист Ламарк
Первое упоминание о кислотных дождях относится к середине XIX в. В 1872 году внимание английского исследователя Роберта Ангуса Смита привлек викторианский смог в Манчестере. Он и ввел термин «кислотный дождь» в своей книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии», которую опубликовал в 1882 году. Кислотные осадки могут вызвать существенные повреждения зданий и сооружений, вызывая экономические и социальные издержки. Впервые проблема кислотных дождей стала предметом серьезного обсуждения на ХХVIII Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), проходившей в сентябре 1975 В 1983г. вступила в силу "Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха.
Проблема охраны атмосферного воздуха от загрязнений отражена и в Законе России об охране окружающей среды (2002г.).
Кислотный дождь – все виды метеорологических осадков – дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при которых наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, обычно оксидами серы и оксидами азота. Даже обычная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода, а кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксиды серы (SO2 и SO3) и различными оксидами азота. Газы со снегом или дождем выпадают на землю. Образование кислотных дождей: диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в оксид серы(VI) (серный ангидрид) SО3:
2 SO2 + O2 ↔ 2 SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты: SО3 + H2O → H2 SО4 и H2SО4 ↔ H+ + HSО4-
Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SO2•nH2O, который часто называют сернистой кислотой
H2 SО3 : SO2 + H2O → H2 SО3 и H2SО3 ↔ H+ + HSО3-
Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2H2SО3 + O2 → 2 H2 SО4
Аэрозоли серной и сернистой кислот конденсируются в водяном паре атмосферы и становятся причиной кислотных осадков. Они составляют около 2/3 кислотных осадков. Остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NO2 + H2O→ HNO3 + HNO2
Для выполнения исследовательской части работы нам потребовались образцы: пенобетон, ракушечник, кирпич, кирпич облицовочный, древесина; растворы азотной и серной кислот. Предмет исследования – влияние кислотных дождей на строительные материалы.
Пенобетон
Вяжущий элемент – портландцемент, в котором содержание силиката кальция до 80%, песок, в котором содержание кварца должно составлять 75%,глинистые и илистые включения не более 3%, вода, пенообразователь, в состав которого входит костный клей, сосновая канифоль, мездровый клей и едкий технический натр.
Ракушечник (известняк ) - осадочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция (CaCO3) в виде кристаллов кальцита различного размера. Химический состав ракушечника имеет известковую природу, имеющую в составе раковины разных форм и отдельные частицы раковин, которые соединяет кальцитовый цемент.
Кирпич классический (керамический) - искусственный камень
правильной формы, произведённый из минеральных материалов, обладающий свойствами камня, прочностью, водостойкостью, морозостойкостью.
Основная часть глины — кремнезем SiO2 (от 60 до 80% ее массы), глинозем Al2O3 — (5 - 20%). До 8% глины могут составлять оксиды калия, магния, натрия и кальция. Характерную красную окраску изделиям придает небольшое содержание окиси железа Fe2O3.
Облицовочный кирпич (клинкерный) - используется для облицовки
внешней части зданий, к нему предъявляются повышенные требования к качеству внешнего вида. Оптимальным содержанием глинозема Al2O3 для клинкера считается 17 — 25%. Глинозем делает расплав менее пластичным,
что уменьшает деформацию кирпича при обжиге. Максимальное содержание окиси железа Fe2O3 в случае клинкера ограничено 6-8%.
Древесиной называют внутреннюю часть дерева,
лежащую под корой под древесиной.
Для определения устойчивости образцов стройматериалов мы создали «дождевую воду», добавив в воду азотную и серную кислоты, для определения кислотности использовали рН-метр, для исследования образцов - электронный микроскоп из набора физического оборудования «Архимед» и растровый электронный микроскоп на кафедре физики РГПУ им. Герцена.
Мы погрузили образцы в кислотную среду («дождевую воду») с pН=4,5 на одни сутки.
после обработки увеличение 10000 раз
увеличение 60 раз
После воздействия в течение суток на пенобетон раствором, он поменял цвет и стал мягким, утратив твердость, необходимую для данного стройматериала.
после обработки увеличение 10000 раз
 |  |
увеличение в 60 раз
После воздействия на силикатный кирпич раствором, он начал крошиться, утратив твердость и прочность, необходимую для стройматериала.
после обработки увеличение 10000 раз
увеличение в 60 раз
После воздействия на облицовочный кирпич раствором внешних изменений не замечено при увеличении образца в 60 раз и в 10000 раз
Ракушечник после обработки увеличение 10000 раз
увеличение в 60 раз
После обработки ракушечника раствором, он стал хрупким, так как в нем содержится карбонат кальция, вступающий в реакцию с раствором. Взаимодействие раствора кислоты и ракушечника приводит к его быстрому выветриванию и эрозии. CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2 древесина после обработки увеличение в 10000 раз
увеличение 60 в раз
При воздействии раствором кислоты на образец древесины, произошло только изменение ее цвета, а свои свойства материал не утратил.
Таким образом, облицовочный кирпич и дерево оказались самыми устойчивыми к воздействию кислотных осадков материалами.
Защита сооружений от внешних факторов
Исследования европейских ученых показали, что в год известные архитектурные памятники теряют от 20 до 100 г на 1 м3 камня.
Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений – силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты.
Более эффективен, с экологической точки зрения, метод предусматривает очистку топлива от потенциальных загрязнителей, использование экологически более чистых источников энергии.
Информационные источники:
1.Интернет-Энциклопедия "Википедия" https://ru. wikipedia. org/wiki/Кислотный_дождь
2. Информационный медицинский портал "Полисорб" http://www. polisorb. ru/ru
3. Он-Лайн Библиотека XServer http://www. xserver. ru/user/gprhv/3.shtml
4. Аналитический портал химической промышленности "Новые Химические Технологии" http://newchemistry. ru/letter. php? n_id=6037
