Kisli dež, kako se tvori, sestava, reakcije in učinki

The kisel dež Mokra ali suha padavina snovi ustvari pH manj kot 5,6. Ta padavina je lahko mokra (razredčena v deževnici) ali suha (nahajališča delcev ali aerosolov).

Izraz "kisli dež" je prvi predlagal angleški raziskovalec Robert Angus Smith leta 1850 v polni industrijski revoluciji. Najpogostejše kisline, ki nastanejo v atmosferi, so dušikove in žveplove z oksidacijo naravnih ali umetnih onesnaževal.

Zemljevid kislega dežja. Vir: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Najpomembnejša onesnaževala so oksidi: NO2, NO3, SO2, katerih naravni viri so vulkanski izbruhi, gozdni požari in razgradnja bakterij. Umetni viri so produkt emisij plina za kurjenje fosilnih goriv (industrijska aktivnost in avtomobilski promet).

Kisli dež povzroča negativne vplive v okolje, kot je zakisljitev tal in voda, ki prizadenejo živa bitja, vključno s človekom. Prav tako so tla in voda onesnaženi s težkimi kovinami, v vodnih telesih pa se pojavlja.

Na ravni vegetacije se v listih pojavi neposredna škoda in nanjo vpliva rast rastlin. Poleg tega zakisanje tal imobilizira hranila in vpliva na mikorize (glive tal). Podobno so zgradbe, stroji, spomeniki in umetniška dela, izpostavljena vremenskim vplivom.

Če želite odpraviti učinek kislega dežja. Vendar pa raztopina ozadja za kislinski dež zmanjšuje emisijo na atmosfero predhodnikov kemičnih spojin.

[TOC]

Kako nastane kisli dež?

Kisla megla z emisijami SO2 rafinerije PDVSA v Curacau. Vir: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Kemična sredstva predhodnika

Pojav kislega dežja se začne z emisijo v atmosfero kemijskih spojin predhodnikov nastanka kisline. Te spojine lahko izdajo viri ali naravni ali umetni.

Med naravnimi viri so vulkanski izbruhi, vegetacijski požari in oceanske emisije. Kot umetne vire delujejo industrijske emisije, motorna vozila izgorevanja ali kurjenje odpadkov.

Ti viri oddajajo različne spojine, ki lahko ustvarijo kisline v atmosferi. Vendar so najpomembnejši dušikovi oksidi in žveplovi oksidi.

Dušikovi oksidi so znani kot NOX in vključujejo dušikov dioksid (NO2) in dušikovo oksid (NO). Žveplov oksid je SO2 ali žveplov dioksid.

Proizveden trioposferski in kislinski proces

Pojav kislega dežja se pojavi v troposferi (atmosfersko območje, ki sega od zemeljske površine do višine 16 km).

V troposferi lahko zračni tokovi te spojine nosijo na katerem koli delu planeta, zaradi česar je globalni problem. V tem procesu dušikovi in ​​žveplovi oksidi delujejo z drugimi spojinami, da tvorijo dušikovo kislino oziroma žveplovo kislino.

Podpora za reakcije

Kemične reakcije se lahko izvajajo bodisi na trdnih suspendiranih delcih ali v kapljicah suspenzije.

Dušikova kislina se v glavnem nastaja v plinski fazi, zaradi nizke topnosti vode. Žveplova kislina je bolj topna v vodi, saj je glavna sestavina kislega dežja.

Dušikova kislina

Za tvorbo dušikove kisline (HNO3) dušikove okside reagirajo z vodo, z radikali, kot sta OH (v manjši meri s HO2 in CH3O2) ali s troposfernim ozonom (O3).

Žveplova kislina

V primeru proizvodnje žveplove kisline (H2SO4) sodelujejo tudi radikali OH, HO2, CH3O2, voda in ozon. Poleg tega ga lahko tvorimo z reakcijo z vodikovim peroksidom (H2O2) in različnimi kovinskimi oksidi.

Vam lahko služi: gozdar: značilnosti, vrste, primeri

Ogljikova kislina

H2CO3 se oblikuje zaradi fotokemične reakcije ogljikovega dioksida z atmosfersko vodo.

Klorovodikova kislina

HCl predstavlja le 2% kislega dežja, njegov predhodnik pa je metil klorid (CLCH3). Ta spojina izvira iz oceanov in jo oksidira OH radikali, da tvori klorovodikovo kislino.

Padavine

Ko nastanejo kisle spojine (dušikova kislina ali žveplova kislina in v manjši meri klorovodikova.

Padavine so lahko posledica suspenzijskih delcev, v katerih je prišlo do reakcije plinske faze. Drug način je, da se v dežju obori kondenzirane vode, kjer so nastale kisline.

Kompozicija

Naravna kislost dežja je blizu pH 5,6, čeprav so na nekaterih nekontaminiranih območjih navedene vrednosti 5. Te nizke pH vrednosti so bile povezane s prisotnostjo naravnih kislin.

Šteje se, da lahko dež glede na raven pH razvrstimo v:

a) rahlo kisle (pH med 4,7 in 5,6)
b) zmerno kislina (pH med 4,3 in 4,7)
c) močno kislina (pH manj kot ali enak 4.3).

Če ima dež koncentracijo> 1,3 mg/l nitratov in> 3 mg/l v primeru sulfatov, se šteje, da je onesnaževanje visoko.

Kisli dež je sestavljen v več kot dveh tretjinah primerov zaradi prisotnosti žveplove kisline, ki mu sledi v številčnosti dušikove kisline. Druge sestavine, ki lahko prispevajo k kislosti dežja.

Kemične reakcije kislega dežja

Nastajanje žveplove kisline (H2SO4)

Proizvodnja žveplove kisline se lahko pojavi v plinski ali tekoči fazi.

Plinasta faza

Samo 3 do 4% SO2 oksidirano v žveplovi fazi za proizvodnjo žveplove kisline. Obstaja veliko poti za nastanek žveplove kisline iz plinastih prekurzorjev, tukaj kaže reakcijo SO2 s troposferskim ozonom.

Reakcija se pojavi v dveh stopnjah:

1.- Žveplov dioksid reagira s troposferskim ozonom, ki ustvarja žveplov trioksid in sprošča kisik.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Nato žveplov trioksid oksidira z vodno paro in proizvede žveplovo kislino.

SO3 + H2O = H2SO4

Tekoča faza

V kapljicah vode, ki tvorijo dež, se lahko žveplova kislina pojavi na različne načine:

1.- SO2 se raztopi v vodi žveplove kisline in to oksidira vodikov peroksid:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalitični mehanizem: V tem primeru se delci kovinskih oksidov (železo, cink, titan) aktivirajo zaradi delovanja sončne svetlobe (fotokemična aktivacija) in oksidira.

Nastajanje dušikove kisline (HNO3)

O3 Ozono O3 proizvede preobrazbo iz NO2 v HNO3 v tristopenjski postopek:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- No3 + no2 = n2o5
3.- N2o5 + h2o = 2Hno3

Učinki na okolje

Vpliv kislega dežja v gozdu gora Jizara na Češkem. Vir: Lovecz [javna domena]

Zakisanje tal in njihovi učinki na vegetacijo

Učinek kislega dežja na tla se razlikuje glede na sestavo istega. Na primer, tla iz apnenčastega, bazaltnega in magnetnega izvora imajo večjo sposobnost nevtralizacije kislosti.

Tla, bogata s kremenom kot inertni material, ne morejo uravnavati vsebnosti kisline. Tako se v tleh, kjer kisli dež poveča kislost, kovinski ioni, ki so strupeni za rastline in živali, sproščajo in vlečejo.

Vam lahko služi: organizacije, ki ščitijo okolje

Ustrezen primer je raztapljanje aluminosilikatov, ki sproščajo zelo škodljive aluminijeve ione za vegetacijo.

Na splošno kislost tal zmanjšuje razpoložljivost hranil za rastline. Poleg tega spodbuja sproščanje in pranje kalcija, kar povzroča pomanjkljivosti v rastlinah.

Vpliv na vodonosnike in zdravje ljudi

V večini primerov kisli dež nima videza ali drugačnega okusa do običajnega dežja, niti ne ustvarja kožnih občutkov. Njeni učinki na zdravje človeka so posredni in redko povzročijo poškodbe kože zaradi izjemne kislosti.

Eden od težav kislega dežja je, da se z zmanjšanjem pH vrednosti pod 5 sprostijo težke kovine. Ta onesnaževala, kot sta aluminij in kadmij, lahko gredo v podzemne vodonosnike.

Če voda teh onesnaženih vodonosnikov prehaja v vrtine, ki se uporabljajo za prehrano ljudi, lahko povzroči resno zdravstveno škodo.

Poslabšanje konstrukcij, spomenikov in materialov

Gargola, poškodovana zaradi kislega dežja. Vir: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/]]

Aplnarni kamni

Konstrukcije, spomenike in skulpture, narejene z apnencem ali marmorjem. To je precej resno, saj se s temi materiali gradijo številne zgodovinske zgradbe in umetniška dela.

V primeru apnenca kisli dež povzroči raztapljanje apnenca in ustvari rekristalizacijo kalcita. Ta rekristalizacija proizvaja belkaste tone na površini.

V specifičnem primeru dežja z žveplovo kislino pride do sulfacijskega pojava. Skozi ta postopek se površina skale spremeni v omet in sprosti se CO2.

Marmor, čeprav je bolj odporen, vpliva tudi kisli dež. V tem primeru se pojavi piling kamna, tako da se površinske plasti iste ločijo.

Drugi ne -korozivni materiali

V nekaterih stavbah je strukturno poslabšanje nižje, pa tudi z negativnimi učinki. Na primer, nahajališča suhe kisline stene umazajo, zato se stroški vzdrževanja povečajo.

Kovine

Kisli dež povzroči korozijo kovin zaradi pojava oksidacije. To povzroča ogromne gospodarske izgube, saj so strukture, oprema, stroji in vozila s kovinskimi deli resno prizadeti.

Flora in favna

Riba mrtva za kisli dež. Vir: Služba za ribe in prostoživeče živali Združenih držav Amerike. [Javna domena]

Kisli dež spreminja naravno ravnovesje vodnih in kopenskih ekosistemov.

Rastline in živali v lentičnih vodnih telesih

Luntična vodna telesa so bolj dovzetna za zakisanje, saj so zaprti ekosistemi. Poleg tega kopičenje kislin v vodi prinaša negativne posledice na življenje, v katerem je.

Druga posledica zakisanja je padavina nitratov skozi dež, kar povzroča evtrofikacijo v vodnih telesih. Prekomerna hranila zmanjšujejo na voljo kisik in negativno vplivajo na preživetje vodnih živali.

Drug posredni negativni učinek je vlečenje vodnih teles težkih kovinskih ionov iz kopenskega okolja. Ti ioni se sprostijo na tleh z delovanjem hidronijevih ionov, ko se kislost poveča.

Vegetacija in razpoložljivost hranil

Najbolj hude težave, ki jih povzroča zakistev tal, so nepremičnost esencialnih hranilnih snovi in ​​povečanje strupenih kovin.

Na primer, aluminij in magnezij se sprostita iz delcev tal, kadar jih nadomesti vodik. Aluminij vpliva na strukturo in delovanje korenin in zmanjšuje absorpcijo bistvenega kalcija za rastline.

Vam lahko služi: govedo: značilnosti, hrana, bolezni

Po drugi strani zakisanje tal povzroči škodo na mikorizah (glive, povezane s koreninami), ki so bistvene pri dinamiki gozda.

Neposredne škode pri rastlinah in živalih

Žveplova kislina povzroči neposredne poškodbe listov z razpadanjem klorofila in proizvodnji kloroze (listna rumena). Pri nekaterih vrstah se rast in proizvodnja sposobnih semen zmanjšuje.

Dvoživke (žabe in krastače) so še posebej dovzetne za učinke kislosti vode. Nekatere škode so neposredne lezije in zmanjšanje obrambe pred patogeni (zlasti kožne glive).

Rešitve

Zmanjšati emisije

Raztopina ozadja za kislinski dež je zmanjšati emisije na okolje kemikalij kisline. Najpomembnejši od teh so žveplovi in ​​dušikovi oksidi.

Vendar ima to nekaj težav, saj to pomeni, da vpliva na gospodarske in razvojne interese podjetij in držav. Na primer, eden glavnih virov žveplovega dioksida je kurjenje premoga, ki na Kitajskem predstavlja več kot 70% energije.

Obstaja nekaj tehnoloških alternativ, ki lahko pomagajo zmanjšati emisije. Na primer, v industriji tako imenovane "fluidizirane postelje" vključujejo absorbent (apnenec ali dolomit), ki ohranijo SO2. V primeru motornih vozil in na splošno motori za zgorevanje katalitični pretvorniki prav tako pomagajo zmanjšati emisije SO2.

Po drugi strani pa nekatere države izvajajo posebne programe za zmanjšanje kislega dežja. Združene države so na primer razvile nacionalni program ocenjevanja padavin za kislino (NAPAP). Med katerim koli od ukrepov, ki jih predvideva NAPAP, je uporaba uporabe nizkih žveplovih goriv.

Drug možen ukrep je zamenjava avtomobilskega parka z električnimi avtomobili za zmanjšanje kislega dežja in globalnega ogrevanja. Kljub temu, da obstaja tehnologija za dosego tega, je pritisk avtomobilske in naftne industrije odložil odločitve o tem. Drugi dejavniki, ki vplivajo, so kulturni elementi, povezani s hitrostjo, ki si prizadeva za dosego vozila.

Uporabite ukrepe za korekcijo kislosti

V nekaterih primerih lahko pH tal in voda povečamo z dodajanjem alkalij, na primer, ki vključuje velike količine apna. Vendar ta praksa ni izvedljiva v zelo velikih podaljških zemljišč.

Zaščita površine

Kamen

Obstajajo različne metode za zaščito ali vsaj zmanjšanje poslabšanja kamna pod učinkom kislega dežja. Ena od teh metod je, da ga pranje s paro ali vročo vodo.

Uporabljajo se lahko tudi kemična sredstva, kot so fluorhorična kislina ali amonijev bifluorid. Ko ga operete, lahko kamen zaprete z nanosom posebnih izdelkov, ki priključite pore, na primer barijev hidroksid.

Kovina

Kovinske površine, dovzetne za korodiranje, se lahko zaščitijo tako.

Za to je mogoče uporabiti elektrodepozicijo ali potopiti kovinsko konstrukcijo, ki jo je treba zaščititi v zaščitni kovini v tekočem stanju.

Reference

1. Meč L in a. Sánchez (1995). Vpliv kislega dežja na korozijo kovine. pp. 145-171. V: Vicente M krojač. (Koord.) Elektrokemija in okolje na pragu 21. stoletja. Univerza v La Coruña. Publikacija Servo. La Coruña, Španija.
2. García-Ruiz G (2018). Zaščita gradbenih konstrukcij v korozivnih atmosfer. Konec diplome iz inženirstva v industrijskih tehnologijah. Politehnična univerza v Cartageni. Višja tehnična šola industrijskega inženirstva. Cartagena, Španija. 75 str.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos in Ma Hernández-García (2010). Kisli dež in gozdni ekosistemi ... revija Chapingo Forest Sciences and Environment Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll in DC Buso (1996). Dolgoročni učinki kislega dežja: odziv in okrevanje gozdnega ekosistema. Znanost, 272; 244-246.
   Likens GE in FH Bumann (1974). Kisli dež: regionalni regionalni zavidli problem. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Učinki kislega dežja na sladkovodne ekosisteme. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-upgui JJ, Mc Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Onesnaževanje z zračnim in kislim dežjem. Diagnoza pojava v mestu Manizales. Fakulteta za inženirstvo in arhitekturo. Nacionalna univerza v Kolumbiji. Sedež Manizalesa. Uredništvo Blanecolor LTDA. Prva izdaja. Manizales, Kolumbija. 150 str.