Kwasowy deszcz Jak się powstaje, skład, reakcje i efekty

kwaśny deszcz Jest to mokre lub suche opady substancji, które wytwarzają pH mniejsze niż 5,6. To opady może być mokre (rozcieńczone w wodzie deszczowej) lub suche (złoża cząstek lub aerozoli).

Termin „kwasowy deszcz” został po raz pierwszy zaproponowany przez angielskiego badacza Roberta Angusa Smitha w 1850 r. W pełnej rewolucji przemysłowej. Najliczniejsze kwasy powstałe w atmosferze są azotowe i siarkowe przez utlenianie naturalnych lub sztucznych zanieczyszczeń.

Kwasowa mapa deszczu. Źródło: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Najbardziej odpowiednie zanieczyszczenia to tlenki: NO2, NO3, SO2, których naturalnymi źródłami są erupcje wulkaniczne, pożary lasów i degradacja bakteryjna. Sztuczne źródła to emisja gazu spalania paliw kopalnych (aktywność przemysłowa i ruch samochodowy).

Kwasowy deszcz powoduje negatywne skutki w środowisku, takie jak zakwaszenie gleb i wód, wpływające na żywe istoty, w tym człowieka. Podobnie gleby i woda są zanieczyszczone metali ciężki.

Na poziomie roślinności w liściach występuje bezpośrednie uszkodzenie i wpływ wzrost roślin. Ponadto zakwaszenie gleby unieważnia składniki odżywcze i wpływa na mikoryzę (grzyby glebowe). Podobnie budynki, maszyny, zabytki i dzieła sztuki narażone na wietrzenie są poważnie utlenione lub erodowane przez efekt wytrąconych kwasów.

Aby zaradzić efektowi kwaśnego deszczu, możesz podjąć pewne środki punralne, takie jak ochrona zabytków i korygowanie zakwaszenia gleby i wody. Jednak roztwór tła kwaśnego deszczu jest zmniejszenie emisji do atmosfery związków chemicznych prekursory tworzenia kwasu.

[TOC]

Jak powstaje kwaśny deszcz?

Mgła kwasowa przez emisję SO2 rafinerii PDVSA w Curacao. Źródło: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Prekursorowe środki chemiczne

Zjawisko kwasu deszczu rozpoczyna się od emisji do atmosfery związków chemicznych prekursory tworzenia kwasu. Związki te mogą być wydawane przez źródła lub naturalne lub sztuczne.

Wśród naturalnych źródeł są erupcje wulkaniczne, pożary roślinności i emisje oceaniczne. Gdy sztuczne źródła działają na emisje przemysłowe, pojazdy silnikowe spalania lub spalanie odpadów.

Źródła te emitują różne związki, które mogą wytwarzać kwasy w atmosferze. Jednak najważniejsze są tlenki azotu i tlenki siarki.

Tlenki azotu są znane jako NOX i obejmują dwutlenek azotu (NO2) i azot tlenku (NO). Ze swojej strony tlenek siarki to SO2 lub dwutlenek siarki.

Wytworzony proces żołnierzy i kwas

Zjawisko kwaśnego deszczu występuje w troposferze (obszar atmosferyczny, który przechodzi od powierzchni Ziemi do wysokości 16 km).

W troposferze prądy powietrzne mogą przenosić te związki na dowolnej części planety, co czyni ją globalnym problemem. W tym procesie tlenki azotu i siarki oddziałują z innymi związkami, tworząc odpowiednio kwas azotowy i kwas siarkowy.

Reakcje wspierają

Reakcje chemiczne można przeprowadzić albo na stałych zawieszonych cząstkach lub w kroplach zawieszenia.

Kwas azotowy powstaje głównie w fazie gazowej, ze względu na jego niską rozpuszczalność wody. Ze swojej strony kwas siarkowy jest bardziej rozpuszczalny w wodzie, jest głównym składnikiem kwaśnego deszczu.

Kwas azotowy

Do tworzenia tlenków azotu kwasu azotowego (HNO3) reagują z wodą, z rodnikami, takimi jak OH (w mniejszym stopniu z HO2 i CH3O2) lub z ozonem troposferycznym (O3).

Kwas Siarkowy

W przypadku produkcji kwasu siarkowego (H2SO4), rodniki OH, HO2, CH3O2, woda i ozon również biorą udział. Dodatkowo może być utworzone przez reakcję nadtlenkiem wodoru (H2O2) i różnymi tlenkami metali.

Może ci służyć: lasation: Charakterystyka, typy, przykłady

Kwas węglowy

H2CO3 powstaje dzięki fotochemicznej reakcji dwutlenku węgla z wodą atmosferyczną.

Kwas chlorowodorowy

HCl reprezentuje tylko 2% kwaśnego deszczu, a jego prekursorem jest chlorek metylu (CLCH3). Ten związek pochodzi z oceanów i jest utleniony przez rodniki OH, tworząc kwas solny.

Opad atmosferyczny

Po utworzeniu kwaśnych związków (kwas azotowy lub kwas siarkowy i w mniejszym stopniu kwas solny), będą one wytrącić.

Opady mogą wynikać z cząstek zawiesiny, w których miała miejsce reakcja fazy gazowej. Innym sposobem jest to, że w deszczu skondensowana woda wytrąca się tam, gdzie powstały kwasy.

Kompozycja

Naturalna kwasowość deszczu jest zbliżona do pH 5,6, chociaż w niektórych nieogniszczonych obszarach wskazane wartości 5. Te niskie wartości pH związane są z obecnością naturalnych kwasów.

Uważa się, że w zależności od poziomu pH deszcz można sklasyfikować do:

a) lekko kwaśne (pH między 4,7 a 5,6)
b) Umiarkowanie kwas (pH między 4,3 a 4,7)
c) silnie kwas (pH mniejszy lub równy 4,3).

Jeśli deszcz ma stężenie> 1,3 mg/l azotanów i> 3 mg/l w przypadku siarczanów, zanieczyszczenie jest uważane za wysokie.

Kwasowy deszcz składa się w ponad dwóch trzecich przypadków z powodu obecności kwasu siarkowego, a następnie w obfitości przez kwas azotowy. Inne składniki, które mogą przyczynić się do kwasowości deszczu, to kwas solny i kwas węglowy.

Reakcje chemiczne kwaśnego deszczu

Tworzenie kwasu siarkowego (H2SO4)

Produkcja kwasu siarkowego może wystąpić w fazie gazowej lub fazie ciekłej.

Faza gazowa

Tylko 3 do 4% SO2 utlenionych w fazie siarkowej do wytworzenia kwasu siarkowego. Istnieje wiele dróg do tworzenia kwasu siarkowego z gazowych prekursorów, tutaj pokazuje reakcję SO2 z troposferycznym ozonem.

Reakcja występuje w dwóch etapach:

1.- Dwutlenek siarki reaguje z troposferycznym ozonem wytwarzającym trójtlenek siarki i uwalniając tlen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Następnie trójtlenek siarki utlenia się z parą wodną i wytwarza kwas siarkowy.

SO3 + H2O = H2SO4

Faza ciekła

W kroplach wody, które będą tworzyć deszcz, kwas siarkowy może wystąpić na różne sposoby:

1.- SO2 rozpuszcza się w wodzie wytwarzającym kwas siarki, a jest to utleniane przez nadtlenek wodoru:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mechanizm fotokatalityczny: W tym przypadku tlenki metalu cząsteczki (żelazo, cynk, tytan) są aktywowane dzięki działaniu światła słonecznego (aktywacja fotochemiczna) i utleniają SO2 generujące kwas siarkowy generujący SO2.

Tworzenie kwasu azotowego (HNO3)

O3 Ozono O3 wytwarza transformację z NO2 na HNO3 w proces trzysenowy:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Wpływ na środowisko

Wpływ kwaśnego deszczu w lesie gór Jizera w Czechach. Źródło: Lovecz [domena publiczna]

Zakwaszenie gleb i ich wpływ na roślinność

Wpływ kwaśnego deszczu na glebę różni się w zależności od składu tego samego. Na przykład gleby pochodzenia wapiennego, bazaltowego i magmowego mają większą zdolność do zneutralizacji kwasowości.

Ze swojej strony gleby bogate w kwarcowe jako materiał obojętny, nie są w stanie regulować zawartości kwasu. Zatem w glebach, w których kwaśny deszcz zwiększa kwasowość, jony metali, które są toksyczne dla roślin i zwierząt, są uwalniane i opuszczają.

Może ci służyć: organizacje chroniące środowisko

Odpowiednim przypadkiem jest rozwiązanie glinokrzemian, którzy uwalniają bardzo szkodliwe jony aluminiowe do roślinności.

Zasadniczo kwasowość gleby zmniejsza dostępność składników odżywczych dla roślin. Ponadto promuje uwalnianie i mycie wapnia, co powoduje braki w roślinach.

Wpływ na warstwy wodonośne i zdrowie ludzkie

W większości przypadków kwasowy deszcz nie ma wyglądu ani innego smaku niż normalny deszcz, ani nie wytwarza odczucia skóry. Jego wpływ na zdrowie istoty ludzkiej jest pośredni i rzadko powoduje uszkodzenie skóry z powodu ekstremalnej kwasowości.

Jednym z problemów kwaśnego deszczu jest to, że poprzez zmniejszenie wartości pH poniżej 5, metale ciężkie są uwalniane i opuść. Te zanieczyszczenia, takie jak aluminium i kadm, mogą trafić do podziemnych warstw wodonośnych.

Jeśli woda tych zanieczyszczonych warstw wodonośnych przechodzi do studni używanych do spożycia przez ludzi, może to powodować poważne uszkodzenia zdrowia.

Pogorszenie konstrukcji, zabytków i materiałów

Gargola uszkodzona przez kwasowy deszcz. Źródło: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Kamienie typu wapiennego

Na konstrukcje, zabytki i rzeźby wykonane z wapienia lub marmuru są bardzo dotknięte kwaśnym deszczem. Jest to dość poważne, ponieważ wiele historycznych budynków i dzieł sztuki zbudowanych jest z tymi materiałami.

W przypadku wapienia kwas deszcz powoduje rozpuszczanie wapienia i generuje rekrystalizującą kalcytu. Ta rekrystalizacja wytwarza tony białawe na powierzchni.

W specyficznym przypadku deszczu z kwasem siarkowym występuje zjawisko siarczkające. Poprzez ten proces powierzchnia skały jest przekształcana w tynk i uwalnia się CO2.

Marmur, chociaż jest bardziej odporny, wpływa również kwasowy deszcz. W tym przypadku występuje złuszczanie kamienia, więc te same warstwy powierzchniowe są odłączone.

Inne materiały niezwiązane z koroncjami

W niektórych budynkach pogorszenie strukturalne jest niższe, ale także z negatywnymi skutkami. Na przykład suchy kwas osadza się na ścianach, więc rosną koszty utrzymania.

Metale

Kwasowy deszcz powoduje korozję metali z powodu zjawiska utleniania. Powoduje to ogromne straty ekonomiczne, ponieważ poważnie dotknięte są struktury, sprzęt, maszyny i pojazdy z metalowymi częściami.

Flora i fauna

Ryby martwe na kwaśne deszcz. Źródło: Służba ryb i dzikiej przyrody w Stanach Zjednoczonych. [Domena publiczna]

Kwasowy deszcz modyfikuje naturalną równowagę ekosystemów wodnych i lądowych.

Rośliny i zwierzęta w soczewkowych zbiornika wodnym

Luntowe zbiorniki wodne są bardziej podatne na zakwaszenie, ponieważ są to zamknięte ekosystemy. Ponadto akumulacja kwasów w wodzie zapewnia negatywne konsekwencje dla życia.

Kolejną konsekwencją zakwaszenia jest wytrącenie azotanów przez deszcz, co powoduje eutrofizację w ciałach wody. Nadmiar składników odżywczych zmniejsza dostępny tlen i negatywnie wpływa na przeżycie zwierząt wodnych.

Kolejnym pośrednim negatywnym efektem jest opór do zbiorników wodnych jonów metali ciężkich z środowiska lądowego. Jony te są uwalniane na ziemi przez działanie jonów hydronowych, gdy kwasowość jest zwiększona.

Roślinność i dostępność składników odżywczych

Najbardziej poważnymi problemami spowodowanymi zakwaszeniem gleby są unieruchomienie niezbędnych składników odżywczych i wzrost toksycznych metali.

Na przykład aluminium i magnez są uwalniane z cząstek gleby po zastąpieniu wodorem. Aluminium wpływa na strukturę i funkcję korzeni i zmniejsza wchłanianie niezbędnego wapnia dla roślin.

Może ci służyć: bydło: cechy, żywność, choroby

Z drugiej strony zakwaszenie gleby powoduje uszkodzenie mikoryzowe (grzyby związane z korzeniami), które są niezbędne w dynamice lasu.

Bezpośrednie szkody w roślinach i zwierząt

Kwas siarkowy powoduje bezpośrednie uszkodzenie liści poprzez degradowanie chlorofilu i wytwarzanie chlorozy (liść żółty). U niektórych gatunków zmniejsza się wzrost i produkcja żywych nasion.

Płazy (żaby i ropuchy) są szczególnie podatne na skutki kwasowości wody. Niektóre szkody to bezpośrednie zmiany i zmniejszenie obrony przed patogenami (zwłaszcza grzybami skóry).

Rozwiązania

Zmniejszyć emisję

Roztwór tła kwaśnego deszczu jest zmniejszenie emisji do środowiska chemikaliów kwasu. Najważniejsze z nich to tlenki siarki i azotu.

Ma to jednak pewne trudności, ponieważ implikuje wpływanie na interesy gospodarcze i rozwój firm i krajów. Na przykład jednym z głównych źródeł dwutlenku siarki jest spalanie węgla, które stanowi ponad 70% energii w Chinach.

Istnieje kilka alternatyw technologicznych, które mogą pomóc w zmniejszeniu emisji. Na przykład w branży „złoża fluidalne” SAM zawierają absorbent (wapień lub dolomit), które zachowują SO2. W przypadku pojazdów silnikowych i ogólnie silniki spalinowe, konwertery katalityczne są również zgodne.

Z drugiej strony niektóre kraje wdrażają określone programy w celu zmniejszenia kwaśnego deszczu. Na przykład Stany Zjednoczone opracowały krajowy program oceny opadów kwasowych (NAPAP). Wśród dowolnych środków rozważanych przez Napap jest wdrożenie stosowania paliw o niskiej zawartości siarki.

Inną możliwą miarą jest wymiana parku motoryzacyjnego samochodami elektrycznymi w celu zmniejszenia zarówno kwasowego deszczu, jak i globalnego ogrzewania. Jednak chociaż do osiągnięcia jest technologia, presja przemysłu motoryzacyjnego i naftowego opóźniła decyzje dotyczące tego. Inne czynniki, które wpływają na elementy kulturowe związane z prędkością, która ma na celu dotarcie do pojazdu.

Zastosuj miary korekcji kwasowości

W niektórych przypadkach pH gleb i wód można zwiększyć, dodając alkalis, na przykład obejmując duże ilości wapna. Jednak praktyka ta nie jest wykonalna w bardzo dużych przedłużeniach ziemi.

Ochrona powierzchni

Kamień

Istnieją różne metody ochrony lub przynajmniej zmniejszenia pogorszenia kamienia pod wpływem kwaśnego deszczu. Jedną z tych metod jest umycie go parą lub gorącą wodą.

Można również zastosować również środki chemiczne, takie jak kwas fluorowy lub bifluorek amonu. Po umyciu kamień można uszczelnić, stosując specjalne produkty, które zatrzymują pory, takie jak wodorotlenek barowy.

Metal

Metalowe powierzchnie podatne na korodowanie mogą się chronić, zakrywając je nieokoroskowym metalem, takim jak cynk.

W tym celu można zastosować elektrogeozycję lub zanurzyć strukturę metalu, aby chronić w metalu ochronnym w stanie ciekłym.

Bibliografia

1. Miecz l i a. Sánchez (1995). Wpływ kwaśnego deszczu na korozję metalu. pp. 145-171. W: Vicente M Tailor. (KORING.) Elektrochemia i środowisko na progu XXI wieku. University of La Coruña. Publikacja serwo. La Coruña, Hiszpania.
2. García-Ruiz G (2018). Ochrona struktur budowlanych w żrące atmosferze. Koniec pracy w dziedzinie inżynierii w technologiach przemysłowych. Polytechnic University of Cartagena. Wyższa szkoła techniczna inżynierii przemysłowej. Cartagena, Hiszpania. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos i Ma Hernández-García (2010). Kwasowe ekosystemy deszczu i lasu ... Chapingo Magazine Forest Sciences and Environment Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll i DC Buso (1996). Długoterminowe działanie kwaśnego deszczu: reakcja i odzysk ekosystemu leśnego. Nauka, 272; 244-246.
   Likens GE i FH Bumann (1974). Kwasowy deszcz: regionalny problem zazdrości regionalnej. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Wpływ kwaśnego deszczu na ekosystemy słodkowodne. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-upegui JJ, Mc Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Zanieczyszczenie powietrza i kwasu deszczu. Diagnoza zjawiska w mieście Manizales. Wydział inżynierii i architektury. National University of Kolumbia. Kwatera główna Manizales. Redakcja BLANECOLOR LTDA. Pierwsza edycja. Manizales, Kolumbia. 150 p.