Ploaia acid²

 

 

Definiïie

Aciditatea se m²soar² folosind o scar² a pH-ului, unde num²rul 7 reprezint² neutralitatea. n consecinï², o substanï² ce are o valoare a pH-ului mai mic² dec­t 7 este acid², Ðn timp ce una cu o valoare mai mare dec­t 7 este bazic². Este, de asemenea, important de reïinut faptul c² o scar² a pH-ului este logaritmic²; adic², o substanï² cu pH-ul 6 este de 10 ori mai acid² dec­t o substanïa cu pH-ul 7. n general, pH-ul de 5,6 a fost folosit drept baz² de referinï² Ðn identificarea ploii acide, deêi aceast² valoare nu a fost acceptat² de mulïi cu uêurinï². Destul de interesant este êi faptul c² 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon Ðn raport cu apa distilat².

Astfel, ploaia acid² se defineête ca fiind orice tip de precipitaïie ce are un nivel al acidit²ïii mai ridicat dec­t cel al unei precipitaïii nepoluate. Deci, orice precipitaïie care are o valoare a pH-ului mai mic² dec­t 5,6 este considerat² precipitaïie acid².

n timpul unei furtuni Ðn New England (S.U.A.), au c²zut precipitaïii av­nd un pH de 2,4 – la fel de acide ca êi oïetul. n timpul unei furtuni acide de var², ploaia a c²zut peste un automobil de culoare verde-l²m­ie, “sp²l­nd” vopseaua de culoare galben² din conïinutul celei verzi, l²s­nd puncte de culoare albastr² pe locul unde au c²zut pic²turile.

Din ce cauz² apare ploaia acid²?

 

Una din principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf (SO2). Sursele naturale ce emit acest gaz sunt vulcanii êi planctonul. Oricum, arderea combustibililor fosili, cum sunt c²rbunele êi petrolul este considerat² a fi responsabil² pentru aproximativ jum²tate din emisiile dioxidului de sulf de pe suprafaïa globului. Acesta reacïioneaz² cu apa êi formeaz² acidul sulfuric (H2SO4). Nu toat² cantitatea de dioxid de sulf se transform² Ðn acid sulfuric. De fapt, o mare parte poate pluti Ðn atmosfer² pentru ca apoi s² se Ðntoarc² Ðn aceeaêi stare pe p²m­nt.

Alte gaze ce contribuie la formarea ploii acide sunt : oxizi de azot (NOx), dioxidul de carbon (CO2) êi clorul (Cl2).

Sursele de oxizi de azot sunt mai ales centralele energetice êi gazele de eêapament. Ca êi dioxidul de sulf, aceêti oxizi de azot se Ðmpr²êtie Ðn atmosfer² êi se transform² Ðn acid azotic. Reacïiile care au loc sunt catalizate Ðn norii foarte poluaïi Ðn prezenïa fierului, magneziului, amoniacului êi a perhidrolului.

Transformarea oxizilor de azot êi a dioxidului de sulf Ðn acizi

Aciditatea precipitaïiilor acide depinde nu numai de gradul de poluare al atmosferei, dar êi de substanïele chimice care reacïioneaz² cu SO2 êi NOx Ðn atmosfer². Formarea acidului sulfuric êi a acidului azotic este un proces complex care implic² mai multe reacïii chimice.

Este important s² studiem acest proces av­nd Ðn vedere cele dou² st²ri de agregare Ðn care dioxidul de sulf êi oxizii de azot pot reacïiona: stare gazoas² êi stare lichid².

SO2 :

 

• Stare gazoas²

Sunt posibile c­teva reacïii care s² conduc² la oxidarea dioxidului de sulf Ðn atmosfer². O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu ajutorul luminii ultraviolete. n aceast² regiune a spectrului electromagnetic, lumina are posibilitatea de a stimula moleculele êi de a conduce la o ulterioar² oxidare cu O2. Dar aceast² reacïie nu contribuie cu mult la formarea acidului sulfuric.

Cea de a doua posibilitate este reacïia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosfer² ce are loc astfel:

1) 2SO₂ + O₂® 2SO₃

2) SO₃ + H₂O® H₂SO₄

Cea de a doua reacïie are loc rapid, deci formarea trioxidului de sulf Ðn atmosfera umed² este cea care conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum, prima reacïie este foarte lent² Ðn absenïa catalizatorilor êi nu are o contribuïie important².

n afar² de acestea mai exist² o singur² reacïie important²:

OH + SO₂(+M)® OHSO₂(+M)

Aceast² reacïie are loc cu o vitez² apreciabil² êi este singura ce are o contribuïie important² la oxidarea SO2 Ðn atmosfer². OH este produs de c²tre fotodescompunerea ozonului êi este un reactant important in multe cazuri.

• Stare lichid²

n stare lichid², dioxidul de sulf are trei forme:

[S(IV)] ® [SO₂(lic)] + [HSO₃^-] + [SO₃^2-]

Aceast² descompunere are loc prin intermediul unei reacïii multiple:

1) SO₂ (lic)® H⁺ + HSO₃^-

2) HSO₃^- (lic)® H⁺ + SO₃^2-

Oxidarea dioxidului de sulf cu oxigen molecular depinde de un catalizator precum Fe³⁺ sau Mn²⁺ sau o combinaïie a lor. Oxidarea cu ozon este, de asemenea, un proces important pentru c² nu necesit² un catalizator iar ozonul este de 10^-8 - 10^-9 ori mai abundent Ðn atmosfer² dec­t oxigenul molecular.

Reacïia dominant² are loc Ðn prezenïa apei oxigenate. Reacïia implic² formarea unei substanïe intermediare (A^-) êi se petrece astfel:

1) HSO₃^- + H₂O₂® A^- + H₂0

2) A^- + H⁺® H₂SO₄

NO_x:

• Stare gazoas²

Ca êi Ðn cazul SO2 , o reacïie important² este cea cu OH:

OH + NO₂ (+M)® OHNO₂(+M)

Exist² êi alte posibilit²ïi, precum oxidarea cu oxigen atmosferic, dar nici una nu are o contribuïie semnificativ² la formarea acidului azotic.

• Stare lichid²

Exist² trei reacïii care pot conduce la oxidarea NOx :

1. 2NO₂(g) + H₂O(l)® 2H⁺ + NO₃^- + NO₂^-

2. NO(g) + NO₂(g) + H₂O(l)® 2H⁺ + 2NO₂^-

3. 3NO₂(g) + H₂O(l)® 2H⁺ + 2NO₃^- + NO(g)

Reacïiile sunt limitate din cauza dependenïei lor faï² de presiunea NOx prezent Ðn atmosfer² êi de solubilitatea sc²zut² a NOx .

Viteza reacïiei poate creête prin implicarea catalizatorilor metalici precum cei folosiïi Ðn oxidarea SO2 lichid.

 

Consecinïele ploii acide

Ploaia acid² a fost Ðnc² de acum c­teva decenii o problem² ecologic² major². P­n² de cur­nd, se cunoêteau puïine lucruri despre aceasta. S-au f²cut multe studii pentru a determina cauzele chimice ale producerii polu²rii acide, oamenii de êtiinï² emiï­nd c­teva teorii pentru a explica acest fenomen.

Doar recent s-au descoperit toate efectele pe care ploaia acid² le poate avea:

• Efect asupra lacurilor êi ecosistemelor acvatice

• Efect asupra p²durilor êi solurilor

• Efect asupra materialelor

• Efect asupra atmosferei

• Efect asupra arhitecturii

• Efect asupra oamenilor

Cele mai afectate ï²ri puternic industrializate sunt: Europa, Japonia, Canada êi S.U.A.

 

Efectul asupra lacurilor êi ecosistemelor acvatice

 

Unul dintre efectele directe pe care le produce ploaia acid² este acela asupra lacurilor êi ecosistemelor acvatice. Exist² mai multe c²i prin care substaïele acide pot ajunge Ðn lacuri. Unele dintre acestea se g²sesc sub form² de particule uscate Ðn aer, Ðn timp ce altele ajung Ðn lacuri sub form² de particule umede cum sunt ploaia, z²pada, z²pada topit², p­r­urile, roua, ceaïa. Ploaia acid² care ajunge pe p²m­nt spal² Ðngr²ê²mintele chimice êi alte substanïe toxice conduc­ndu-le Ðn lacuri. Un alt mod Ðn care acizii pot ajunge Ðn lacuri este “êocul acid de prim²var²”. Prim²vara, atunci c­nd z²pada se topeête rapid datorit² schimb²rii bruête a temperaturii, acizii êi celelalte substanïe chimice din z²pad² sunt eliberate Ðn sol. Atunci, z²pada topit² se Ðndreapt² spre p­raie êi r­uri de unde ajunge cu uêurinï² Ðn lacuri. Aceast² introducere a acizilor êi a altor substanïe Ðn lacuri poate conduce la o schimbare drastic² a valorii pH-ului apei, de unde êi termenul “êocul acid de prim²var²”. Ecosistemul acvatic nu are timp s² se adapteze acestei schimb²ri bruête. n plus, prim²vara este anotimpul Ðn care multe specii sunt foarte vulnerabile, fiind perioada reproducerii la amfibieni, peêti êi insecte. Multe din aceste specii Ðêi las² ou²le Ðn ap² pentru ecloziune.Schimbarea brusc² a pH-ului este periculoas² pentru c² acizii pot produce serioase deformaïii puilor, ajung­ndu-se p­n² la dispariïia unor specii, datorit² faptului c² puii multor specii Ðêi petrec o mare parte din viaï² Ðn ap².

Acidul sulfuric din ap² poate afecta, de asemenea, êi peêtii din lacuri, la acest lucru put­ndu-se ajunge Ðn dou² moduri: direct sau indirect. n mod direct, acidul sulfuric Ðmpiedic² peêtele s² ia din ap² cantit²ïi de oxigen, sare êi substanïe hr²nitoare suficiente pentru a supravieïui. Pentru peêtii de ap² dulce este de asemenea foarte important² menïinerea unui echilibru Ðntre cantit²ïile de s²ruri êi minerale din organismul lor. Moleculele acizilor Ðn contact cu apa favorizeaz² producerea mucusului Ðntre branhiile peêtilor, ceea ce Ðmpiedic² absorbïia unei cantit²ïi optime de oxigen. Dac² mucusul va fi produs Ðn cantit²ïi mari, peêtele se va sufoca. n plus, un pH sc²zut va distruge echilibrul s²rurilor din corpul peêtelui. Nivelul s²rurilor, ca êi cel al calciului la unii peêti nu poate fi menïinut Ðn cazul Ðn care pH-ul se schimb². Aceasta afecteaz² reproducerea - ou²le lor vor fi afectate, vor fi prea sensibile sau prea fragile. Tot nivelului sc²zut al calciului i se datoreaz² êi deformaïiile êi scheletul prea slab. O alt² substanï², azotul, influenïeaz² s²n²tatea peêtilor. Azotul stimuleaz² creêterea algelor, ceea ce va conduce la o creêtere a cantit²ïii de oxigen din ap², lucru benefic pentru peêti. Totuêi, din cauza creêterii mortalit²ïii Ðn r­ndul peêtilor, datorate ploii acide, Ðn procesul de descompunere se va folosi o cantitate mai mare de oxigen, nemair²m­n­nd destul pentru peêtii r²maêi Ðn viaï².

n mod indirect, acidul sulfuric face ca metalele grele prezente Ðn sol s² fie descompuse êi transmise mai departe. De exemplu, aluminiul este inofensiv sub form² de compuêi, dar din cauza acidului sulfuric care ajunge Ðn soluri êi apoi Ðn lacuri prin intermediul ploii acide, el devine letal pentru vieïuitoarele de aici. Aluminiul arde branhiile peêtilor êi este êi mai d²un²tor atunci c­nd se acumuleaz² Ðn organismul lor. Deci, dac² mulïi peêti pot tolera un pH de aproximativ 5,9, acest nivel de aciditate este destul de ridicat Ðnc­t s² se elibereze o cantitate de aluminiu suficient² ca s² distrug² peêtii. Acest efect este Ðnteïit êI de c²tre êocul acid de prim²var².

Efectul ploii acide poate fi ilustrat Ðntr-un studiu f²cut pentru Lacul 223 êi care a Ðnceput Ðn 1976. Oamenii de êtiinï² au monitorizat pH-ul êi ecosistemul acvatic al Lacului 223. Ei au observat c², pe m²sur² ce pH-ul apei lacului a sc²zut de-a lungul anilor, un mare num²r de crustacee au murit din cauza problemelor de reproducere ap²rute datorit² acidit²ïii apei cauzate de precipitaïiile acide. La un pH de 5,6, num²rul algelor care creêteau Ðn lac s-au Ðmpuïinat êi unele specii de alge mici chiar au disp²rut. A urmat moartea peêtilor de dimensiuni mari din cauza problemelor de reproducere; num²rul peêtilor adulïi era mai mare dec­t cel al peêtilor tineri. n sf­rêit, Ðn 1983, apa a atins un pH de 5 iar peêtii care o mai populau erau mici, deformaïi êi incapabili s² se reproduc². Acest studiu ilustreaz² Ðn mod evident gravele efecte pe care le are ploaia acid² asupra lacurilor êi ecosistemelor acvatice. 

Acesta este un grafic care arat² care sunt efectele ploii acide asupra nivelului pH-ului êi formelor de viaï².

 

Nivelul pH-ului	Efecte
<6	* Dispar sursele elementare de hran². Peêtii nu pot supravieïui la acest nivel al pH-ului.
<5.5	* Peêtii nu se mai pot reproduce * Mulïi pui nu supravieïuiesc * Tot mai mulïi peêti adulïi suport² deformaïii datorit² substanïelor din Ðngr²ê²minte * Peêtii mor sufocaïi
<5.0	* Mor toate speciile de peêti
<4.0	* Dispare orice urm² de viaï²

 

 

Nivelul “acceptabil” de mercur din hran² a fost stabilit la a 0,05-a parte dintr-un milion. Indienii êi eschimoêii din Canada êi Statele Unite m²n­nc² peêti êi alte vieïuitoare marine ce conïin mercur la un nivel de 15,7 p­n² la 32,7 .

Peêtele, fiind una din primele specii din lanïul trofic, este hran² pentru multe alte specii, inclusiv pentru oameni. Atunci c­nd Ðn peête se depoziteaz² substanïe toxice cum e mercurul, aceast² hran² devine periculoas² pentru om. Ca Ðn efectul domino, anumite specii de pesti nu mai pot fi v­ndute ca hran², pescrii Ðêi pierd ocupaïia êi consumatorii de peête se Ðmpuïineaz². Sunt afectaïi , de asemenea êi amfibienii; ca êi peêtii, aceêtia nu se pot reproduce Ðntr-un mediu acid. Membranele ou²lor se Ðnt²resc prea mult din cauza acizilor, astfel Ðnc­t eclozarea nu mai are loc la timp, iar puii sufer² deformaïii. Mulïi dintre ei mor din cauza ciupercilor ce cresc Ðn membranele ou²lor.

Deci, Ðn Ðncheiere efectele ploii acide asupra lacurilor êi ecosistemelor acvatice sunt multiple êi gravitatea lor creête pe m²sur² ce cobor­m Ðn lanïul trofic.

n timp de doar zece ani, Ðntre 1961 êi 1971, Lacul Lumsden (Ontario, Canada) a suferit o sc²dere a pH-ului de la 6,8 la 4,4. Aceasta Ðnseamn² c² aciditatea a crescut de peste 200 de ori.

Efectul asupra atmosferei

 

Unii dintre constituenïii polu²rii acide sunt sulfaïi, nitraïi, hidrocarburi êi ozon. Aceêtia exist² Ðn aer sub forma de particule uscate êi contribuie la formarea ceïii, micêor­nd vizibilitatea. Acest lucru este foarte grav, mai ales Ðn cazul pilot²rii avioanelor. Ceaïa acid² intervine êi Ðn cazul circulaïiei luminii solare spre p²m­nt êi Ðnapoi. n Arctica, aceasta afecteaz² creêterea lichenilor, hran² a multor animale precum renii.

Efectul asupra p²durilor

 

Efectul ploii acide asupra copacilor constituie o problem² major². Se pare c² cele mai afectate sunt p²durile de conifere. Acidul reacïioneaz² cu substanïele nutritive necesare copacilor, cum sunt calciul, magneziul, potasiul, ceea ce Ðngreuneaz² hr²nirea lor. Aceasta face ca arborii s² fie mai susceptibili la alte fenomene: nu mai pot rezista v­ntului sau greut²ïii z²pezii. Ploaia acid² face s² le cad² frunzele, iar copacii afectaïi au o culoare palid², anormal².

 

Efectul asupra materialelor

 

Ploaia acida afecteaz² êi diferite tipuri de materiale. De exemplu, steagurile arborate Ðn aer sunt pur êi simplu “devorate” de c²tre substanïele acide din precipitaïii. Sunt afectate êi c²rïile êi obiectele de anticariat; sistemele de ventilaïie din libr²riile êi muzeele care le g²zduiesc nu pot Ðmpiedica intrarea particulelor acide Ðn cl²dire, care, odat² ajunse aici deterioreaz² êi alte materiale.

Efectul asupra arhitecturii

 

Particulele acide se depun pe cl²diri êi statui, provoc­nd coroziunea lor. De exemplu, Capitoliul din Ottawa se dezintegreaz² din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosfer². La contactul cu acidul, calcarul êi marmura se transform² Ðntr-o substanï² moale numit² gips, ceea ce explic² coroziunea cl²dirilor êi statuilor. n plus, podurile, c²ile ferate, avioanele au de suferit, astfel Ðnc­t se cheltuiesc tot mai mulïi bani pentru repararea stric²ciunilor produse de ploaia acid².

Dar aceasta nu este numai o problem² economic², ci êi una de siguranï² public². De exemplu, Ðn 1967, podul de peste r­ul Ohio s-a pr²buêit omor­nd 46 de persoane; motivul? –coroziunea provocat² de ploaia acid².

 

 

Efectul asupra oamenilor

 

Printre cele mai serioase probleme provocate de poluarea acid², se num²r² problemele respiratorii. Dioxidul de sulf êi oxizii de azot provoac² probleme respiratorii precum astm, tuse, dureri de cap, irit²ri ale ochilor, nasului êi g­tului. O problem² indirect² o reprezint² metalele toxice care, dizolvate Ðn ap², ajung apoi Ðn fructe, plante, ïesuturile animalelor, care sunt consumate de om. Chiar dac² aceste substanïe nu afecteaz² animalele, ele pot fi d²un²toare pentru om. De exemplu, mercurul care se acumuleaz² Ðn organele êi tesuturile animalelor provoac² afecïiuni ale creierului la copii precum êi dezechilibre nervoase put­nd provoca chiar êi moartea. Un alt metal, aluminiul, prezent Ðn organismul animalelor, a fost asociat

problemelor nervoase, êi se presupune c² ar avea o leg²tur² êi cu apariïia bolii Alzheimer.

 

 

Reducerea emisiilor de SO2 êi NOx

Cele trei surse majore ale depunerilor acide sunt:

1. Centralele electrice pe baz² de c²rbuni

2. Arderea combustibililor Ðn autovehicule 52125ueu29vou8m

3. Arderea Ðn cuptoarele siderurgice

Reducerea emisiilor de SO2

naintea combustiei: eo125u2529voou

Cur²ïarea c²rbunelui - Aceast² metod² a fost iniïial folosit² pentru reducerea costurilor transportului materiei inerte êi pentru Ðmbun²t²ïirea calit²ïii êi uniformit²ïii c²rbunelui. S-a descoperit c² este util² Ðn reducerea conïinutului de sulf. Procesul de cur²ïare este dependent faï² de densitatea sulfului. El este folosit pentru Ðndep²rtarea FeS2. Aceast² metod² este Ðns² limitat² de conïinutul Ðn sulfur² de fier al c²rbunelui. Procentajul difer² Ðn funcïie de regiune, astfel Ðnc­t c²rbunii cu un coïinut c­t mai mare de pirit² vor fi cei mai c²utaïI, poluarea fiind greu de controlat.

Arderea c²rbunilor cu un conïinut sc²zut de sulf – multe centrale energetice au hot²r­t s² reduc² emisiile de dioxid de sulf folosind aceast² metod². Procesul este Ðns² foarte costisitor pentru c² bitumul (c²rbune cu un conïinut sc²zut de sulf) este foarte rar iar cererea este mare.

n timpul combustiei:

Amestecarea Ðn benzin² a unei soluïii de calcar pisat poate reduce emisiile de SO2 . Aceasta reacïioneaz² cu dioxidul de sulf êi reduce emisiile cu peste 90 %.

 

 

Dup² combustie

 

Desulfurarea umed² a gazelor – Aceasta este o metod² foarte eficient² êi ieftin² de desulfurare. Epuratorul umed este aêezat Ðnaintea arz²torului êi conïine calcar, var sau hidroxid de sodiu. Cel mai des este folosit calcarul. n acest caz se produce urm²toarea reacïie:

CaCO₃ + SO₂ + H₂O + O₂® CaSO₃ + CaSO₄ + CO₂ + H₂O

 

Cur²ïarea uscat² - prin aceast² metod² gazele arse sunt aduse Ðn contact cu un lichid atomizat (suspensie foarte fin²) av­nd caracter bazic. n acest fel rezult² niête produse uscate care pot fi separate. Acest proces necesit² utilizarea unei cantit²ïi mai mici de energie dec­t procesul de cur²ïare umed².

Produsele care rezult² Ðn urma cur²ï²rii pot fi folosite ca materiale de construcïii, êi pot intra de exemplu Ðn compoziïia asfaltului pentru êosele.

Reducerea emisiilor de NOx

n timpul arderii

Reducerea emisiilor oxizilor de azot Ðn timpul arderii se poate obïine Ðn primul r­nd printr-un proces de supra­nc²lzire a aerului. Prin aceast² metod² o parte din aerul necesar pentru arderea benzinei este trecut prin motor pentru a fi supra­nc²lzit. Din aceast² cauz² prin ardere se consum² mai puïin oxigen aceasta duc­nd la Ðncetinirea procesului de formare a oxizilor de azot.

 

Dup² ardere

Sistemul catalitic de reducere - implic² injectarea gazului amoniacal Ðn camera de reacn camera de reaïie catalitic². Astfel se produce urm²toarea reacïie:

4NO + 4NH₃ + O₂® 4N₂ + 6H₂O

Reacïia cu NO2 se produce astfel:

2NO₂ + 4NH₃ + O₂® 3N₂ + 6H₂0

Azotul, care nu este un gaz d²un²tor este eliberat, astfel, Ðn atmosfer².

n automobile

Emisiile de NOx din gazele de eêapament ale automobilelor sunt prelucrate Ðntr-un convertor catalitic. Acest² este montat pe ïeava de eêapament, oblig­nd gazele de eêapament s²-l str²bat². Structura sa poroas², realizat² din platin², paladiu sau rodiu este locul unde se produc reacïiile de oxidare êi reducere care transform² oxizii de azot êi dioxidul de carbon Ðn gaze inofensive.

 

 

 

 

 

Bibliografie:

 www.britannica.com

www.utexas.edu

www.nature.nps.gov/natnet/ard/

www.soton.ac.uk

www.epa.gov

www.usgs.gov

 

Autorul lucrarii:

Cristina Lauby

Liceul Teoretic “Iancu de Hunedoara” – cls. a IX-a

Scriitori romani