"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Круговорот серы — это перемещение серы между горными породами, водой, воздухом и живыми организмами, сопровождаемое превращением одних соединений в другие. Благодаря этому сера становится частью природных процессов и организмов. Но при сжигании топлива в атмосферу поступает диоксид серы SO₂. Он может превратиться в кислоту и участвовать в образовании кислотных осадков, поэтому важно понимать природные источники серы и способы уменьшения вредных выбросов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот серы в природе — перемещение серы между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами с превращением одних соединений в другие. Например, сера из пород может попасть в воду, а затем — в организм. Это понятие помогает проследить не только место нахождения элемента, но и его химические изменения.
Диоксид серы (SO₂) — газообразное соединение, образующееся при сгорании серы и серосодержащего топлива, а также при извержениях вулканов. В воздухе SO₂ может вступать в дальнейшие реакции и участвовать в образовании кислотных осадков. Поэтому его присутствие в атмосфере важно для оценки загрязнения.
Кислотные осадки — дождь, снег и другие осадки с повышенной кислотностью, возникающей, в частности, из-за соединений серы в атмосфере. Такие осадки могут подкислять почвы и водоёмы. Понятие связывает химические реакции в воздухе с воздействием на экосистемы.
Сульфаты — соли серной кислоты, содержащие серу в составе ионов. Они встречаются в природных водах и почвах, а также входят в состав организмов. Сульфаты важны как одна из форм серы, которая переносится в природе и может участвовать в биологических и химических превращениях.
Главные природные запасы серы находятся в горных породах, почвах и водах, а часть серы содержится в организмах и атмосфере. При выветривании породы разрушаются, поэтому их соединения постепенно переходят в почву и воду. Водный сток переносит растворённые вещества в реки и моря, где часть серы оседает и снова становится частью отложений. Живые организмы включают серу в состав своих веществ, получая её из окружающей среды.
Микроорганизмы меняют химическую форму серы, потому что используют разные соединения в процессах обмена веществ. В условиях недостатка кислорода некоторые из них восстанавливают сульфаты, образуя сероводород H₂S. Другие микроорганизмы окисляют сероводород и возвращают серу к более окисленным формам. Благодаря этим превращениям сера не только перемещается, но и постоянно переходит из одного соединения в другое.
Диоксид серы образуется как в природе, так и в результате деятельности человека. Вулканы выделяют соединения серы при извержениях, а предприятия и электростанции — при сжигании угля и нефти, содержащих серу. SO₂ также появляется при переработке серосодержащего сырья. Сравнение источников помогает понять, почему сокращение промышленных выбросов может уменьшить загрязнение, хотя не устраняет природные поступления.
В атмосфере SO₂ может окисляться кислородом до триоксида серы SO₃: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃. Затем SO₃ взаимодействует с водой, образуя серную кислоту: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Кислота растворяется в каплях влаги и может переноситься облаками на значительные расстояния. Поэтому выбросы в одном месте способны повлиять на осадки и окружающую среду в другом.
Попадающие в воздух соединения серы участвуют в подкислении осадков, а кислотные осадки могут вредить растениям, животным и водным экосистемам. Чтобы уменьшить поступление загрязнителей, дымовые газы очищают до их выброса в атмосферу. Дополнительно используют топливо с меньшим содержанием серы и переходят на более чистые источники энергии. Эти меры снижают выбросы, хотя не прекращают природный круговорот серы.
| Соединение или форма серы | Где встречается или образуется | Основные превращения и перенос | Экологическое значение |
|---|---|---|---|
| Сульфиды в горных породах | В составе минералов и горных пород | При выветривании переходят в почву и воду; соединения серы переносятся водным стоком | Природный запас серы, участвующий в круговороте |
| Сероводород (H₂S) | Может образовываться при восстановлении сульфатов микроорганизмами | Окисляется микроорганизмами до других соединений серы | Участвует в биологических и химических превращениях серы |
| Диоксид серы (SO₂) | Возникает при вулканических извержениях и сгорании серосодержащего топлива | Переносится воздухом и может окисляться до SO₃ | Загрязняет воздух и участвует в образовании кислотных осадков |
| Триоксид серы (SO₃) и серная кислота (H₂SO₄) | SO₃ образуется при окислении SO₂; кислота — при взаимодействии SO₃ с водой | Кислота растворяется в атмосферной влаге и переносится с облаками | Способствует подкислению осадков, почв и водоёмов |
| Сульфаты | В природных водах, почвах и организмах | Переносятся водой и могут восстанавливаться микроорганизмами | Природная форма серы, доступная для дальнейших превращений |
В таблице удобно прослеживать путь серы: от минералов и воды до газов в атмосфере и обратно к растворённым соединениям. Сначала найдите место образования или нахождения вещества, затем сопоставьте его с превращениями и переносом. Последний столбец помогает отличить обычную роль соединения в природе от возможного вреда при загрязнении.
Условие. При сгорании 6,4 г серы образуется диоксид серы. Нужно найти количество вещества SO₂ и записать уравнение реакции. Для расчёта используем молярную массу серы M(S) = 32 г/моль. По уравнению реакции один моль серы даёт один моль SO₂.
Ответ: S + O₂ → SO₂; n(SO₂) = 0,2 моль.
Условие. Составьте цепочку S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ и укажите условия или реагенты для каждого шага. Вначале сера должна соединиться с кислородом, затем SO₂ — окислиться. На последнем шаге триоксид серы взаимодействует с водой.
Ответ: S + O₂ → SO₂; 2SO₂ + O₂ → 2SO₃; SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
Условие. В регионе увеличились выбросы SO₂. Нужно объяснить его возможное превращение в атмосфере, назвать последствия и предложить меры уменьшения вреда. Здесь важно связать химические реакции газа с переносом загрязнителей и воздействием на природные объекты. Нельзя считать, что вред ограничивается местом, где находится предприятие.
Ответ: SO₂ может окислиться до SO₃, а тот при взаимодействии с водой образует H₂SO₄; кислота способствует появлению кислотных осадков. Выбросы уменьшают очисткой газов, выбором топлива с низким содержанием серы и развитием более чистой энергетики.
Ошибка — считать круговорот серы только перемещением вещества между местами. Такое представление упускает, что сера переходит из одних соединений в другие, например из сульфатов в сероводород. Ошибку допускают, сосредоточившись на переносе воды или воздуха. Проверка: проследите и изменение места, и изменение химической формы серы.
Ошибка — приписывать все выбросы SO₂ промышленности. Так забывают, что вулканы тоже выделяют соединения серы, хотя источник в этом случае природный. Это происходит, когда рассматривают только загрязнение, связанное с деятельностью человека. Проверка: для каждого источника уточните, природный он или антропогенный.
Ошибка — путать SO₂ и SO₃. Формулы различаются числом атомов кислорода: SO₂ содержит два атома, а SO₃ — три; SO₃ может образоваться при окислении SO₂. Путаница возникает из-за похожих названий и состава. Проверка: прочитайте индексы в формуле и сверьте вещество с уравнением реакции.
Ошибка — думать, что кислотные осадки возникают непосредственно из выброшенной серной кислоты. Часто в атмосферу поступает SO₂, который сначала окисляется до SO₃, а затем при взаимодействии с водой образует H₂SO₄. Непосредственно из формулы выброса нельзя делать вывод, что это уже кислота. Проверка: восстановите цепочку превращений и укажите воду как участника образования кислоты.
Для понимания темы нужны знания о формулах и свойствах оксидов, кислот и солей, а также умение составлять уравнения реакций и расставлять коэффициенты. Круговорот серы связан с круговоротами веществ в биосфере и химией атмосферы, поскольку соединения перемещаются между природными оболочками и организмами. Рассмотрение выбросов показывает экологические последствия сжигания топлива. Эти знания пригодятся при изучении окислительно-восстановительных реакций, производства серной кислоты и способов защиты окружающей среды.
Откуда сера попадает в атмосферу?
Природные источники серы — прежде всего извержения вулканов и выделение газов при некоторых природных процессах. В атмосферу соединения серы попадают и из-за деятельности человека: при сжигании угля и нефти, а также переработке серосодержащего сырья.
Как SO₂ превращается в кислотные осадки?
В воздухе диоксид серы может окисляться кислородом до триоксида серы SO₃. При взаимодействии SO₃ с водой образуется серная кислота, которая растворяется в каплях облаков и затем выпадает с дождём или снегом.
Чем природные выбросы серы отличаются от антропогенных?
Природные выбросы возникают без участия человека, например при вулканической активности. Антропогенные связаны с человеческой деятельностью: сжиганием топлива и переработкой сырья; их количество можно уменьшить с помощью очистки и более чистой энергетики.
Какую роль в круговороте серы играют микроорганизмы?
Некоторые микроорганизмы восстанавливают сульфаты и образуют сероводород. Другие окисляют сероводород и другие соединения серы, возвращая серу к окисленным формам. Так микроорганизмы помогают перемещать серу между соединениями.
Какими способами можно уменьшить выбросы соединений серы?
Для этого очищают дымовые газы на предприятиях и электростанциях, а также используют топливо с меньшим содержанием серы. Снизить выбросы помогает и переход на более чистые источники энергии.
Круговорот серы в природе. Экологические проблемы, связанные с кислородсодержащими соединениями серы (Дополнительный материал к главе 4)
