Понятие кислотности

Кислотные свойства осадков объясняются присутствием чрезвычайно активных ионов водорода [Н ⁺].

Концентрация (активность) ионов водорода характеризуется величиной водородного показателя (рН), которая численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода, выраженной в грамм-ионах на литр:

рН = - lg [H ⁺],

где, Н⁺ - концентрация ионов водорода.

Например, рН = 1 означает, что концентрация ионов водорода составляет 10^-1 или 0,1 г/л. рН = 3 означает, что концентрация ионов водорода составляет 10^-3 г/л.

Водные растворы могут иметь величину рН в интервале 0 – 14 (рис. 3.1). В чистой воде и нейтральных растворах рН = 7, в кислых - рН меньше 7, в щелочных - рН больше 7.

Разница между двумя соседними единицами шкалы водородного показателя десятикратная. Например, при рН = 2 кислотность в 10 раз больше (в 10 раз больше ионов Н 5+ 0), чем при рН = 3. Разница между рН = 2 и рН = 6 составляет в 10⁴ раз.

Величины водородного показателя измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов, потенциометрических методов.

Кислотность осадков зависит от количества кислот и воды, в которой они растворены. Сильные дожди обычно менее кислотные, так как воды в них относительно больше. Туманы и роса бывают более кислыми, чем дождь, потому что кислоты растворены в относительно меньшем количестве влаги.

Влияние на водные системы

Закисление пресных вод - это потеря ими способности к нейтрализации. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере - за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна.

Вода находится в равновесии с окружающей средой, поэтому кислотность большинства рек и озер имеет значение 6 - 8. В воде всегда присутствуют катионы, вымывающиеся из почвы и подстилающих горных пород.

Если на поверхность озера (рН около 8) систематически из года в год проливаются кислые дожди, то наблюдаются следующие изменения - первое время вода сохраняет щелочную реакцию благодаря естественным буферным свойствам - способности нейтрализовать, поступающую в нее кислоту (но возможность буферных систем не одинакова во всех озерах - она зависит от свойств подстилающих пород, от мощности почвенного слоя и состава почв вокруг озера), понемногу озеро начинает подкисляться;

- при рН = 7, когда вода приобретает нейтральную реакцию в ней начинает падать содержание кальция, что ведет к гибели икры некоторых земноводных;

- при рН = 6,6 гибнут улитки;

- при рН 6,0 активность фитопланктона снижается, одни типы замещаются другими, исчезают пресноводные креветки, погибает икра остальных земноводных;

- при рН = 6,0 - 5,5 сокращается численность и видовое разнообразие живых существ (рН = 6,0 - 5,0 снижается численность популяции бентоса - совокупности организмов, обитающих на дне водоема, но более активно развиваются стрекозы и водные жучки). По мере гибели бактерий, разлагающих органику, на дне озера начинают скапливаться отмершие листья и др. органические остатки. Гибнет планктон, составляющий основу пищевой пирамиды. Нарушенное кальциевое равновесие у одних рыб нарушает перенос ионов через жаберные мембраны, у других - приводит к потере способности

образовывать икру.

Выживаемость рыб определяется факторами:

1) кислотностью водоема;

2) минеральным составом вод;

3) общим состоянием флоры и фауны водных систем.

(При рН = 5,6 у речных раков и моллюсков покровы становятся мягкими, их одолевают паразиты. Икру покрывает грибок.

Из донных осадков и окружающей почвы начинают выщелачиваться токсичные металлы: алюминий, ртуть, свинец, кадмий, олово, бериллий, никель и др. - часто они оказываются более опасными, чем высокая кислотность.

Многие рыбы способны выжить в растворе, имеющем рН = 5,9, но в присутствии алюминия погибают от повреждений жабр, вызываемых его токсичным действием, жабры забивает слизь, количество кислорода, питающего кровь, падает.

- при рН 5,5 бурно развиваются кислотолюбивые мхи, грибы, нитчатые водоросли, которые заглушают почти всю остальную растительность. Вымирают рыбы, в том числе щуки и окуни. Развитию сине-зеленых водорослей способствуют стоки с полей, предприятий, города;

- при дальнейшем снижении рН в воде появляется новый обитатель - сухопутный мох сфагнум. Это ведет к гибели фауны, сфагнум для нее не съедобен, к тому же он извлекает из воды катионы кальция, еще более меняется ее химический состав;

- при рН = 4,5 рыбы в озере не остается. Гибнут лягушки, многие насекомые. Вода в озере выглядит чистой и прозрачной, потому что в ней уже вымерли все организмы, и попадающие в нее органические остатки нетронутыми ложатся на дно. Сфагнум, некоторые водоросли и грибы образуют на дне плотный ковер, который препятствует поступлению питательных веществ из донных осадков в воду. Под этим ковром постепенно исчезают запасы кислорода и начинают развиваться анаэробные бактерии, выделяющие углекислый газ, метан, сероводород.

Ущерб не ограничивается гибелью рыб и водных обитателей. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Отсутствуют водоплавающие птицы, резко сокращаются популяции птиц, питающиеся насекомыми, личинки которых развиваются в воде. Вода становится не пригодной для питья.

Может произойти сукцессия, при которой погибшие деревья будут замещены ацидофильными ("любящими кислотность") видами, состав которых очень ограничен: мхи, папоротники и др. низкорослые растения, не представляющие экономической ценности даже для выпаса.

Дата добавления: 2013-12-13