4.7 De chemie van zure regen
Leerdoel
- De chemie van zure regen begrijpen.
Zure-base reacties kunnen een sterke invloed hebben op het milieu. Een dramatische toename van de zuurgraad van regen en sneeuw in de afgelopen 150 jaar lost bijvoorbeeld marmer en kalksteen op, versnelt de corrosie van metalen voorwerpen en verlaagt de pH-waarde van natuurlijke wateren. Dit milieuprobleem wordt zure regen genoemd – neerslag die dramatisch zuurder is geworden door menselijke activiteiten – en heeft belangrijke gevolgen voor alle levende organismen. Om zure regen te begrijpen is inzicht nodig in zuur-base reacties in waterige oplossing.
De term zure regen is eigenlijk enigszins misleidend omdat zelfs zuiver regenwater dat wordt opgevangen in gebieden ver van de bewoonde wereld licht zuur is (pH ≈ 5,6) ten gevolge van opgelost kooldioxide, dat met water reageert om koolzuur te geven, een zwak zuur:
Vergelijking 4.44
CO2(g) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq) ⇌ H+(aq) + HCO3-(aq)
De Engelse scheikundige Robert Angus Smith wordt algemeen gecrediteerd voor het bedenken van de term zure regen in 1872 om de toegenomen zuurgraad van de regen in Britse industriële centra (zoals Manchester) te beschrijven, die blijkbaar werd veroorzaakt door de ongebreidelde excessen van de vroege Industriële Revolutie, hoewel het verband nog niet werd begrepen. In die tijd was er geen goede manier om de waterstofionenconcentraties te meten, zodat het moeilijk is de werkelijke pH van de door Smith waargenomen regen te kennen. Typische pH-waarden voor regen op het vasteland van de Verenigde Staten variëren nu van 4 tot 4,5, met waarden zo laag als 2,0 gerapporteerd voor gebieden zoals Los Angeles. Herinner u uit figuur 4.15 “A Plot of pH versus , dat in sommige bodems aanwezig is, is onoplosbaar. Bij lagere pH-waarden lost Al(OH)3 echter op via de volgende reactie:
Vergelijking 4.53
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l)
Het resultaat is een verhoogd gehalte aan Al3+ ionen in het grondwater. Omdat het Al3+ ion giftig is voor planten, kunnen hoge concentraties de plantengroei aantasten. Zure regen kan ook de bladeren en wortels van planten zodanig verzwakken dat de planten niet meer bestand zijn tegen andere belastingen. De combinatie van beide effecten kan aanzienlijke schade veroorzaken aan gevestigde bossen, zoals het Zwarte Woud in Duitsland en de bossen in het noordoosten van de Verenigde Staten en Canada en andere landen (figuur 4.19 “Schade door zure regen aan een bos in Tsjechië”).
Figuur 4.19 Schade door zure regen aan een bos in Tsjechië
Bomen en veel andere planten zijn gevoelig voor aluminium en andere metalen in het grondwater. Zure regen verhoogt de concentratie Al3+ in het grondwater en heeft daardoor een nadelige invloed op de plantengroei. Grote delen van gevestigde bossen zijn ernstig beschadigd.
Samenvatting
Zure regen is neerslag waarvan de pH lager is dan 5,6, de waarde die gewoonlijk wordt waargenomen, als gevolg van de aanwezigheid van opgelost kooldioxide. Zure regen wordt veroorzaakt door stikstofoxiden en zwaveldioxide die zowel door natuurlijke processen als door de verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan. Uiteindelijk reageren deze oxiden met zuurstof en water om salpeterzuur en zwavelzuur te geven.
Key Takeaway
- De schadelijke effecten van zure regen hebben geleid tot sterke druk op de industrie om het vrijkomen van schadelijke reactanten te minimaliseren.
Conceptuele problemen
-
Waarom wordt geadviseerd geen marmeren aanrechtbladen in keukens te gebruiken? Marmer bestaat voor het grootste deel uit CaCO3.
-
Leg uit waarom ontzwaveling van fossiele brandstoffen een gebied is waar veel onderzoek naar wordt gedaan.
-
Wat is de rol van NOx bij de vorming van zure regen?