4.7 Chimia ploilor acide
Obiectivul învățării
- Înțelegerea chimiei ploilor acide.
Reacțiile acido-bazice pot avea un puternic impact asupra mediului. De exemplu, o creștere dramatică a acidității ploii și a zăpezii din ultimii 150 de ani dizolvă suprafețele de marmură și calcar, accelerează coroziunea obiectelor metalice și scade pH-ul apelor naturale. Această problemă de mediu se numește ploaie acidăPrecipitații care sunt dramatic mai acide din cauza activităților umane. și are consecințe semnificative pentru toate organismele vii. Pentru a înțelege ploaia acidă este necesară o înțelegere a reacțiilor acido-bazice în soluție apoasă.
Termenul de ploaie acidă este, de fapt, oarecum înșelător, deoarece chiar și apa de ploaie pură colectată în zone îndepărtate de civilizație este ușor acidă (pH ≈ 5,6) datorită dioxidului de carbon dizolvat, care reacționează cu apa pentru a da acid carbonic, un acid slab:
Equația 4.44
CO2(g) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq) ⇌ H+(aq) + HCO3-(aq)
Chimistului englez Robert Angus Smith i se atribuie, în general, inventarea sintagmei „ploaie acidă” în 1872 pentru a descrie aciditatea crescută a ploii din centrele industriale britanice (cum ar fi Manchester), aparent cauzată de excesele necontrolate de la începutul revoluției industriale, deși legătura nu era încă înțeleasă. La acea vreme, nu exista o modalitate bună de a măsura concentrațiile de ioni de hidrogen, astfel încât este dificil de cunoscut pH-ul real al ploii observate de Smith. În prezent, valorile tipice ale pH-ului pentru ploaia din Statele Unite continentale variază între 4 și 4,5, cu valori de până la 2,0 raportate pentru zone precum Los Angeles. Reamintim din figura 4.15 „O diagramă a pH-ului în funcție de , care este prezent în unele soluri, este insolubil. Cu toate acestea, la valori mai scăzute ale pH-ului, Al(OH)3 se dizolvă prin următoarea reacție:
Ecuația 4.53
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l)
Rezultatul este creșterea nivelului de ioni Al3+ în apele subterane. Deoarece ionul Al3+ este toxic pentru plante, concentrațiile ridicate pot afecta creșterea plantelor. Ploaia acidă poate, de asemenea, să slăbească frunzele și rădăcinile plantelor atât de mult încât plantele să nu mai poată rezista la alte stresuri. Combinația celor două efecte poate provoca daune semnificative pădurilor stabilite, cum ar fi Pădurea Neagră din Germania și pădurile din nord-estul Statelor Unite și din Canada și din alte țări (Figura 4.19 „Pagubele provocate de ploaia acidă unei păduri din Republica Cehă”).
Figura 4.19 Pagubele provocate de ploaia acidă unei păduri din Republica Cehă
Arborii și multe alte plante sunt sensibile la aluminiu și la alte metale din apele subterane. Ploile acide cresc concentrația de Al3+ în apele subterane, afectând astfel negativ creșterea plantelor. Secțiuni mari de păduri stabilite au fost grav afectate.
Rezumat
Ploile acide sunt precipitații al căror pH este mai mic de 5,6, valoarea observată în mod obișnuit, din cauza prezenței dioxidului de carbon dizolvat. Ploile acide sunt cauzate de oxizii de azot și de dioxidul de sulf produse atât de procesele naturale, cât și de arderea combustibililor fosili. În cele din urmă, acești oxizi reacționează cu oxigenul și apa pentru a da acid azotic și acid sulfuric.
Key Takeaway
- Efectele dăunătoare ale ploilor acide au dus la o presiune puternică asupra industriei pentru a minimiza eliberarea de reactanți dăunători.
Probleme conceptuale
-
De ce se recomandă ca blaturile de marmură să nu fie folosite în bucătării? Marmura este compusă în cea mai mare parte din CaCO3.
-
Explicați de ce desulfurarea combustibililor fosili este un domeniu de cercetare intensă.
-
Care este rolul NOx-ului în formarea ploilor acide?
.