4.7 Kemien bag syreregn
Læringsmål
- At forstå kemien bag syreregn.
Syre-base-reaktioner kan have en stor indvirkning på miljøet. For eksempel opløser en dramatisk stigning i surhedsgraden i regn og sne i løbet af de sidste 150 år marmor- og kalkstensoverflader, fremskynder korrosionen af metalgenstande og sænker pH-værdien i naturlige vandområder. Dette miljøproblem kaldes sur regnNedbør, der er dramatisk mere sur på grund af menneskelige aktiviteter. og har betydelige konsekvenser for alle levende organismer. For at forstå sur regn kræver det en forståelse af syre-base-reaktioner i vandig opløsning.
Begrebet sur regn er faktisk noget misvisende, fordi selv rent regnvand, der opsamles i områder fjernt fra civilisationen, er svagt surt (pH ≈ 5,6) på grund af opløst kuldioxid, som reagerer med vand og giver kulsyre, en svag syre:
Betingelse 4.44
CO2(g) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq) ⇌ H+(aq) + HCO3-(aq)
Den engelske kemiker Robert Angus Smith er generelt krediteret for at have opfundet udtrykket sur regn i 1872 for at beskrive den øgede surhed i regnen i britiske industricentre (såsom Manchester), som tilsyneladende var forårsaget af de uhæmmede udskejelser i den tidlige industrielle revolution, selv om man endnu ikke forstod sammenhængen. På det tidspunkt var der ingen god måde at måle hydrogenionkoncentrationer på, så det er vanskeligt at kende den faktiske pH-værdi i den regn, som Smith observerede. Typiske pH-værdier for regn på det amerikanske fastland ligger nu mellem 4 og 4,5, og der er rapporteret værdier helt ned til 2,0 for områder som Los Angeles. Husk på figur 4.15 “A Plot of pH versus , som findes i nogle jordtyper, er uopløseligt. Ved lavere pH-værdier opløses Al(OH)3 imidlertid via følgende reaktion:
Betegnelse 4.53
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l)
Resultatet er et øget indhold af Al3+-ioner i grundvandet. Da Al3+-ionen er giftig for planter, kan høje koncentrationer påvirke plantevæksten. Surt regn kan også svække planternes blade og rødder så meget, at planterne ikke er i stand til at modstå andre belastninger. Kombinationen af de to virkninger kan forårsage betydelige skader på etablerede skove, som f.eks. Schwarzwald i Tyskland og skovene i det nordøstlige USA og Canada og andre lande (Figur 4.19 “Skade af sur regn på en skov i Tjekkiet”).
Figur 4.19 Skade af sur regn på en skov i Tjekkiet
Træer og mange andre planter er følsomme over for aluminium og andre metaller i grundvandet. Surt regn øger koncentrationen af Al3+ i grundvandet og påvirker dermed plantevæksten negativt. Store dele af etablerede skove er blevet alvorligt beskadiget.
Resumé
Syrlig regn er regn, hvis pH-værdi er mindre end 5,6, som er den værdi, der typisk observeres, på grund af tilstedeværelsen af opløst kuldioxid. Sur regn skyldes nitrogenoxider og svovldioxid, der produceres både af naturlige processer og af forbrænding af fossile brændstoffer. Til sidst reagerer disse oxider med ilt og vand og giver salpetersyre og svovlsyre.
Key Takeaway
- De skadelige virkninger af syreregn har ført til et stærkt pres på industrien for at minimere udslip af skadelige reaktanter.
Konceptuelle problemer
-
Hvorfor anbefales det, at man ikke anvender marmorbordplader i køkkener? Marmor består hovedsagelig af CaCO3.
-
Forklar, hvorfor afsvovling af fossile brændstoffer er et område, der forskes intenst i.
-
Hvad er NOx’s rolle i dannelsen af sur regn?