4.7 酸性雨の化学
Learning Objective
- 酸性雨の化学を理解する。
酸塩基反応は環境に強いインパクトを与えることがあります。 たとえば、過去 150 年間に雨や雪の酸性度が劇的に上昇し、大理石や石灰岩の表面を溶かし、金属の物体の腐食を促進し、自然水の pH を低下させています。 このような環境問題は「酸性雨」と呼ばれ、人間の活動によって酸性度が急激に上昇した降水は、すべての生物に重大な影響を与える。 酸性雨を理解するには、水溶液中の酸塩基反応を理解する必要があります。
文明から離れた地域で集められた純粋な雨水でさえ、溶存する二酸化炭素によって弱酸性の炭酸（pH ≒ 5.6）になるからです：
式4.44
CO2(g) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq) ⇌ H+(aq) + HCO3-(aq)
英国の化学者 Robert Angus Smith は、1872 年に英国の工業都市 (Manchester 等) で酸性雨が増加し、明らかに初期産業革命の行き過ぎが原因になっているが、まだ関連性は理解されていなかった、という表現で酸性雨という造語を作ったとして一般には考えられている。 当時は水素イオン濃度を測定する良い方法がなかったため、スミスが観測した雨の実際のpHを知ることは困難である。 現在、アメリカ大陸の雨のpHは4から4.5が一般的で、ロサンゼルスなどでは2.0という低い値も報告されている。 図4.15「pHと, 土壌の一部に存在する, 溶解しない, のプロット」から思い出してほしい。
式
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l)
その結果、地下水中のAl3+イオン濃度は高くなります。 Al3+イオンは植物に対して毒性があるため、高濃度になると植物の生育に影響を与える。 また、酸性雨は植物の葉や根を弱らせ、植物が他のストレスに耐えられなくなることもあります。 この2つの影響が重なると、ドイツのブラックフォレストやアメリカ北東部、カナダなどの森林など、定着した森林に大きな被害を与えることがあります（図4.19「チェコ共和国の森林における酸性雨被害」）
図 4.19 チェコの森林における酸性雨被害
木や他の多くの植物は、地下水中のアルミニウムや他の金属に対して敏感である。 酸性雨は地下水中のAl3+濃度を上昇させ、植物の生育に悪影響を与える。
概要
酸性雨は、溶存二酸化炭素の存在により、pH が通常観測される値である 5.6 未満の雨のことを指します。 酸性雨は、自然プロセスおよび化石燃料の燃焼の両方によって生成される窒素酸化物および二酸化硫黄によって引き起こされます。 最終的に、これらの酸化物は酸素や水と反応して硝酸や硫酸を生成します。
Key Takeaway
- 酸性雨の有害な影響により、有害な反応物質の放出を最小限に抑えるように、産業に対して強い圧力がかかっています。
コンセプトの問題
-
なぜ大理石のカウンタートップはキッチンで使用しないことが推奨されているのでしょうか？ 大理石は主にCaCO3で構成されている。
-
化石燃料の脱硫が盛んに研究されている理由を説明せよ。
-
酸性雨の生成におけるNOxの役割とは何だろう。