13,6: Кислотний дощ - забруднення води забруднення повітря

Мета навчання

• Опишіть кислотні дощі та його наслідки.

Кислотний дощ - це термін, що відноситься до суміші вологого і сухого осадження (осадженого матеріалу) з атмосфери (рис.\(\PageIndex{1}\)), що містить більше, ніж зазвичай, кількості азотної та сірчаної кислот. Попередники або хімічні попередники утворення кислотних дощів виникають як з природних джерел, таких як вулкани та гниюча рослинність, так і техногенні джерела, в першу чергу викиди діоксиду сірки (SO ₂) та оксидів азоту (NO _x) в результаті спалювання викопного палива. Кислотний дощ виникає, коли ці гази реагують в атмосфері з водою, киснем та іншими хімічними речовинами з утворенням різних кислих сполук. В результаті виходить м'який розчин сірчаної кислоти і азотної кислоти.

\[SO_2 + HOH \rightarrow H_2SO_3 \label{1} \]

\[2 NO_2 + HOH \rightarrow HNO_2 + HNO_3 \label{2} \]

Коли діоксид сірки та оксиди азоту виділяються з електростанцій та інших джерел, переважаючі вітри продувають ці сполуки через державні та національні кордони, іноді понад сотні миль.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Процеси, що беруть участь в осіданні кислоти

Кислотні дощі вимірюють за допомогою шкали під назвою «рН». Чим нижче рН речовини, тим він більш кислий. Чиста вода має рН 7,0. Однак звичайний дощ є слабокислим, оскільки вуглекислий газ (СО ₂) розчиняється в ньому, утворюючи слабку вугільну кислоту, надаючи отриманої суміші рН приблизно 5,6 при типових атмосферних концентраціях СО ₂. Станом на 2000 рік найбільш кислий дощ, що випадає в США, має рН близько 4,3.

Вплив кислотного дощу

Кислотні дощі викликають закислення озер і струмків і сприяють пошкодженню дерев на високих висотах (наприклад, червоні ялини вище 2000 футів) і багатьох чутливих лісових ґрунтів. Крім того, кислотні дощі прискорюють гниття будівельних матеріалів і фарб, включаючи незамінні будівлі, статуї та скульптури, які є частиною культурної спадщини нашої нації. До падіння на землю гази діоксиду сірки (SO ₂) та оксиду азоту (NO _x) та їх похідні твердих частинок - сульфати та нітрати - сприяють деградації видимості та шкодять здоров'ю населення.

Екологічний вплив кислотних дощів найбільш чітко видно у водних або водних середовищах, таких як струмки, озера та болота. Більшість озер і струмків мають рН між 6 і 8, хоча деякі озера природно кислі навіть без впливу кислотних дощів. Кислотні дощі в першу чергу впливають на чутливі водойми, які розташовані в вододілах, грунти яких мають обмежену здатність нейтралізувати кислі сполуки (звані «буферною здатністю»). Озера та струмки стають кислими (тобто значення рН знижується), коли сама вода та навколишній грунт не можуть буферувати кислотні дощі достатньо, щоб нейтралізувати його. У районах, де буферна здатність низька, кислотні дощі виділяють алюміній з ґрунтів у озера та струмки; алюміній є високотоксичним для багатьох видів водних організмів. Кислотні дощі спричиняють уповільнення росту, травмування або загибелі лісів, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Звичайно, кислотні дощі - не єдина причина таких станів. Інші фактори сприяють загальному стресу цих районів, включаючи забруднювачі повітря, комах, хвороби, посуху або дуже холодну погоду. Насправді, у більшості випадків вплив кислотних дощів на дерева обумовлений комбінованим впливом кислотних дощів та цих інших факторів стресу навколишнього середовища.

Малюнок\(\PageIndex{2}\). Кислотні дощі завдають шкоди лісу в Чехії.

Кислотні дощі і сухе осадження кислих частинок сприяють корозії металів (наприклад, бронзи).

Шкода, яку кислотний дощ завдає вапняковим та мармуровим будівлям та скульптурам, зумовлена класичною реакцією кислотно-основи. Мармур і вапняк складаються з карбонату кальцію (CaCo ₃), солі, отриманої зі слабкої кислоти H ₂ CO ₃. Реакція сильної кислоти з сіллю слабкої кислоти йде до завершення. Таким чином, ми можемо записати реакцію вапняку або мармуру з розведеною сірчаною кислотою наступним чином:

\[CaCO_{3(s)} + H_2SO_{4(aq)} \rightarrow CaSO_{4(s)} + H_2O_{(l)} + CO_{2(g)} \label{3} \]

Оскільки CaSO ₄ помірно розчинний у воді, чистий результат цієї реакції полягає в розчиненні мармуру або вапняку.

Ці ефекти значно знижують суспільну цінність будівель, мостів, культурних об'єктів (таких як статуї, пам'ятники та надгробки) та автомобілів (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Малюнок\(\PageIndex{3}\). Горгулья, яка була пошкоджена кислотними дощами.

Сульфати та нітрати, що утворюються в атмосфері з викидів діоксиду сірки (SO ₂) та оксидів азоту (NO _x), сприяють погіршенню видимості, тобто ми не можемо бачити так далеко або так чітко через повітря. Забруднювачі, що спричиняють кислотний дощ - діоксид сірки (SO ₂) та оксиди азоту (NO _x) - шкодять здоров'ю людини. Ці гази взаємодіють в атмосфері, утворюючи дрібні сульфатні та нітратні частинки, які можуть транспортуватися на великі відстані вітрами і вдихатися глибоко в легені людей. Дрібні частинки також можуть проникати всередину приміщення. Багато наукових досліджень виявили взаємозв'язок між підвищеним рівнем дрібних частинок та збільшенням захворювання та передчасною смертю від розладів серця та легенів, таких як астма та бронхіт.

Резюме

• Кислотний дощ - це термін, що відноситься до суміші вологого та сухого осадження (осадженого матеріалу) з атмосфери, що містить більше, ніж зазвичай, кількості азотної та сірчаної кислот.
• Кисла дощова вода в грунті, струмках, озерах та болотах (та інших водоймах) може завдати шкоди деревам, рослинам, тваринам, особливо водним рослинам та тваринам.
• Кислотні дощі та сухе осадження кислих частинок сприяють корозії металів (наприклад, бронзи) та погіршенню фарби та каменю (наприклад, мармуру та вапняку).

Автори та атрибуція

• Essentials of Environmental Science by Kamala Doršner is licensed under CC BY 4.0. Modified from the original by Matthew R. Fisher.
• Charles Ophardt, Professor Emeritus, Elmhurst College
• Virtual Chembook
• TextMap: General Chemistry (Averill and Eldredge)
• Template:ContribAgnewM