Ploile acide I. INTRODUCERE Aciditatea este masurata folosind scara pH-ului, cu numarul 7 fiind neutru. In consecinta, o substanta cu valoarea pH-ului mai mica decat 7 este acida, in timp ce una cu o valoare mai mare decat 7 este o baza. Trebuie mentionat ca scara pH-ului este logaritmica, adica o substanta cu pH-ul 6 este de zece ori mai acida decat alta cu pH-ul 7. 54167pxl57zji1i In general, pH-ul de 5,6 a fost folosit ca punct de plecare in identificarea ploii acide, desi au fost multe dezbateri asupra acestei valori. Destul de interesant este ca pH-ul de 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon in echilibru cu apa distilata. Din acest motiv, ploaia acida este definita ca orice ploaie care are nivelul aciditatii peste cel al ploii nepoluate. In esenta, orice precipitatie care are valoarea pH-ului mai mica decat 5,6 este considerata ca fiind precipitatie acida. Aceasta este o ilustratie a scarii pH-ului: Stiati ca: xj167p4557zjji • In timpul unor furtuni din New England s-a citit un pH de 2,4 -la fel de acid ca si otetul-. •In timpul unei furtuni acide de vara, ploaia cazuta pe un automobil de culoare verde deschis a indepartat galbenul din culoarea verde, lasand urme de picaturi de culoare albastra pe masina. II. CAUZELE PLOII ACIDE Una dintre principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf. Sursele naturale care emit acest gaz sunt vulcanii, picaturile fine din apa marilor si a oceanelor, descompunerea resturilor vegetale. In orice caz, arderea combustibililor fosili, precum carbunele si petrolul este cauza a aproximativ jumatate dintre emisiile acestui gaz in lume. Cand dioxidul de sulf ajunge in atmosfera, oxideaza la prima forma a ionului sulfura. Apoi devine acid sulfuric, in timp ce reactioneaza cu atomii de hidrogen din aer si cade inapoi pe pamant. Oxidarea se produce in mare parte in nori si in special in aerul foarte poluat , unde alti componenti, precum amoniacul si ozonul ajuta la catalizarea reactiei, transformand mai mult dioxid de sulf in acid sulfuric. Oricum, nu tot dioxidul de sulf este transformat in acid sulfuric. De fapt, o cantitate substantiala poate pluti in atmosfera, mutandu-se pe alta suprafata si intorcandu-se pe pamant netransformat. Acestea sunt ecuatiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric: S(in carbuni)+ O2 = SO2 2SO2 +O2 =2SO3 SO3 + H2O =H2SO4 Monoxidul de azot si dioxidul de azot sunt deasemenea componenti ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice si fumul scos de tevile de esapament. La fel ca dioxidul de sulf, acesti oxizi ai azotului se ridica in atmosfera si sunt oxidati in nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reactii sunt deasemenea catalizate in norii foarte poluati, unde fierul, manganul, amoniacul si peroxidul de oxigen sunt prezenti. Graficul urmator indica nivelul pH-ului precipitatiilor depuse in timp in niste provincii din Canada. Impreuna cu acesta, sunt grafice ale emisiilor, in timp, in Canada, in comparatie cu Statele Unite ale Americii. Ca observatie, chiar daca nivelul emisiilor din Canada si Statele Unite ale Americii au fost reduse de-a lungul anilor, nivelul pH-ului masurat ( pentru Canada – in Nova Scotia si in Newfoundland ) nu reflecta rezultate similare. III. TRANSFORMAREA NOx SI SO2 IN ACIZI Aciditatea precipitatiilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor, ci si de amestecurile de chimicale cu care interactioneaza SO2 si NOx in atmosfera. Formarea acidului sulfuric si azotic este un proces complex, constand in cateva reactii chimice. Este important sa consideram ambele faze: solutie si gaz in procesul de conversiune. SO2 : Faza de gaz Sunt cateva posibile reactii care pot contribui la oxidarea dioxidului de sulf din atmosfera, fiecare cu un succes variat. O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu lumina ultravioleta. Lumina din aceasta regiune a spectrului electromagnetic are potentialul de a excita moleculele si de a conduce la oxidarea ulterioara cu O2. Aceasta reactie are o contributie nesemnificativa la formarea acidului sulfuric. O a doua posibilitate este reactia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosfera, prin reactiile urmatoare: 2SO2+ O2=2SO3 SO3+H2O=H2SO4 A doua reactie se produce rapid, de aceea formarea trioxidului de sulf in atmosfera umeda conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum, prima reactie este foarte inceata in absenta unui catalizator, desi acesta nu are o contributie semnificativa. Mai sunt si alte cateva potentiale reactii, dar care se dovedesc nesemnificative din diferite motive. Desi fiecare dintre aceste reactii pot aduce o contributie minora la oxidarea dioxidului de sulf, exista o singura reactie considerata semnificativa. Reactia se produce astfel: HO+SO2(+M)=HOSO2(+M) Aceasta reactie se produce la o rata apreciabila si se crede ca este singura care contribuie la oxidarea O2 din atmosfera. Radicalul hidroxil este produs de fotodescompunerea ozonului si este considerat ca fiind foarte reactiv cu multe specii. Faza de solutie In faza de solutie, dioxidul de sulf exista ca trei specii: [S(IV)]=[SO2(sol)]+[HSO3 ]+[SO3 ] Aceasta disociere apare prin doua procese: SO2(sol)=H +HSO3 HSO3 (sol)=H +SO3 Stabilirea echilibrului depinde de factori precum pH-ul, marimea picaturii, etc. Oxidarea solutiei de dioxid de sulf cu oxigen molecular se bazeaza pe un metal catalizator precum Fe sau Mn sau o combinatie a acestora. Oxidarea prin ozon este un proces mai apreciabil, deoarece nu necesita un catalizator si este cu 10 – 10 mai abundent in atmosfera decat oxigenul molecular. Procesul de oxidare dominant este cel cu peroxid de hidrogen (format in faza de gaz din radicali liberi). Reactia implica formarea unui intermediar (A ), posibil un ion acid peroximonosulfuros si se petrece astfel: HSO3 +H2O2=A +H2O A +H =H2SO4 NOx: Faza de gaz Ca si la dioxidul de sulf, cel mai mult contribuie la formarea acidului azotic reactia cu radicalii hidroxil. Acesti radicali sunt foarte reactivi si abundenti in atmosfera. Reactia se produce in felul urmator: HO+NO2(+M)=HONO2(+M) Mai exista alte cateva posibilitati, precum oxidarea cu oxigen atmosferic, oricum nici una nu se produce intr-o rata substantiala in atmosfera, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic.
Faza de solutie Exista trei ecuatii considerate in oxidarea solutiei de NOx: 1)2NO2(g)+H2O(l)=2H +NO3 +NO2 2)NO(g)+NO(g)+H2O(l)=2H +2NO2 3)3NO2(g)+H2O(l)=2H +2NO3 +NO(g) Aceste reactii sunt limitate de dependenta lor de presiunea partiala a NOx, prezent in atmosfera si de legea solubilitatii NOx. IV) EFECTELE PLOII ACIDE Ploaia acida a devenit o ingrijorare ecologica majora de cateva decenii incoace. Pana de curand se cunostea putin despre ploaia acida. Au fost facute multe studii pentru a se determina partea chimica a acestei probleme ecologice. Oamenii de stiinta au sugerat niste teorii pentru a explica acest fenomen. Efectele sale devastatoare au fost realizate abia recent. 1) EFECTUL ASUPRA ATMOSFEREI Unii dintre constituentii poluarii acide sunt sulfatii, nitratii, hidrocarbonii si ozonul. Acestia exista ca particule in aer si contribuie la formarea cetii, afectand vizibilitatea. Aceasta face deplasarea dificila, in special pentru piloti. Ceata acida impiedica deasemenea cursul luminii solare de la soare la pamant si inapoi. In zona arctica, aceasta afecteaza cresterea lichenilor, care la randul ei, afecteaza renii si alte animale care se hranesc cu licheni. 2) EFECTUL ASUPRA ARHITECTURII Particulele acide sunt deasemenea depuse pe cladiri si statui, cauzand coroziunea. De exemplu, cladirea Capitoliului din Ottawa a fost dezintegrata din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosfera. Piatra de var si marmura se transforma intr-o substanta faramicioasa, numita gips, dupa contactul cu acidul, lucru care explica coroziunea cladirilor si a statuilor. Podurile se corozeaza mai repede, si industria rutiera, ca si cea aeriana, trebuie sa investeasca multi bani in repararea pagubelor produse de ploaia acida. Nu numai ca este o problema economica, cauzata de ploaia acida, dar este si un risc pentru siguranta publica. De exemplu, in 1967, podul de peste Raul Ohio s-a prabusit, omorand 46 de persoane- motivul? Coroziunea produsa de ploile acide. 3) EFECTUL ASUPRA MATERIALELOR Ploaia acida defecteaza materialele precum tesaturile. De exemplu, steagurile arborate sunt “mancate” de chimicalele acide din precipitatii. Cartile si obiectele de arta, vechi de sute de ani, sunt deasemenea afectate. Sistemele de ventilatie ale librariilor si muzeelor, in care sunt tinute acestea, nu previn intrarea particulelor acide in cladiri si astfel ele intra, circula si deterioreaza materialele. 4) EFECTUL ASUPRA OAMENILOR Unele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf si dioxid de azot dau nastere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritatii ale ochilor, nasului si gatului. Un efect indirect al ploii acide este ca metalele toxice dizolvate in apa sunt absorbite de fructe, legume si in tesuturile animalelor. Desi aceste metale toxice nu afecteaza direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor, atunci cand sunt consumate. De exemplu, mercurul, care se acumuleaza in organele si tesuturile animalelor, este legat de disfunctiile creierului la copii, precum bolile pe sistem nervos, leziuni ale creierului, si poate produce chiar moartea. La fel, un alt metal, aluminiul, prezent in organele animalelor, a fost asociat cu problemele la rinichi si recent a fost suspectat ca fiind legat de boala Alzheimer. Stiati ca: •In august 1987, peste 100 de persoane au fost tratate pentru iritatii ale ochilor, gatului si gurii, cand 2 tone de dioxid de sulf gaz, foarte toxic, s-a scurs de la o fabrica de langa Sudbury, Ontario. Chiar fara accidente, dioxidul de sulf, emis regulat de aceasta fabrica, a fost legat de bronsitele cronice ale angajatilor fabricii. 5) EFECTUL ASUPRA COPACILOR SI SOLURILOR Unul dintre cele mai serioase impacte ale precipitatiilor acide este cel asupra padurilor si solurilor. Pagube majore se produc atunci cand acidul sulfuric cade pe pamant sub forma de ploaie. Substantele nutritive aflate in soluri sunt indepartate. Aluminiul, deasemenea prezent in sol este eliberat si acest element toxic poate fi absorbit de radacinile copacilor. Astfel, copacii sunt sortiti mortii, fiind privati de nutritivii vitali, precum calciul si magneziul. Acestia sunt inlocuiti de atomi de hidrogen inutili, care incetinesc fotosinteza. In plus, ingheturile severe pot agrava aceasta situatie. Cu dioxidul de sulf, amoniacul si ozonul prezenti in aer, rezistenta copacilor la inghet este redusa. Amoniacul oxideaza cu dioxidul de sulf, pentru a forma sulfura de amoniu. Aceasta se formeaza la suprafata copacilor. Cand sulfura de amomiu ajunge in sol, ea reactioneaza pentru a forma acid sulfuric si acid azotic. Asemenea conditii stimuleaza deasemenea cresterea ciupercilor si aparitia daunatorilor. Monoxidul de azot si dioxidul de azot, componenti deasemenea ai ploii acide, pot forta copacii sa creasca, chiar daca nu au substantele nutritive necesare. Copacii sunt adesea fortati sa creasca mult toamna tarziu, cand ar trebui sa se pregateasca pentru ingheturile severe din iarna. 6) EFECTUL ASUPRA LACURILOR SI ECOSISTEMELOR ACVATICE Unul dintre efectele directe ale ploii acide este cel asupra lacurilor si ecosistemelor acvatice. Exista cateva cai prin care chimicalele acide pot patrunde in lacuri. Unele substante chimice exista ca particule uscate in aer, in timp ce altele patrund in lacuri ca particule ude, precum ploaia, zapada, lapovita, ceata. In plus, lacurile pot fi considerate ca niste “chiuvete” ale pamantului, unde este condusa apa ploilor ce cad pe pamant. Ploaia acida, care cade pe pamant, spala substantele nutritive din sol si poarta metalele toxice eliberate din sol spre lacuri. O alta cale prin care acizii ajung in lacuri se petrece primavara, prin topirea zapezilor, cand acizii si chimicalele patrund in sol, fiind purtate spre rauri si lacuri. Aceasta cauzeaza o schimbare drastica a pH-ului lacurilor. Ecosistemul acvatic nu are timp sa ajusteze brusca schimbare. In plus, primavara este un anotimp vulnerabil pentru multe specii, fiind perioada de reproducere pentru amfibieni, pesti si insecte. Multe dintre aceste specii isi depun ouale in apa, iar schimbarea brusca a pH-ului este periculoasa, deoarece acesti acizi pot provoca puilor malformatii sau pot chiar anihila intreaga specie, din moment ce acestia petrec o mare parte din viata circuland prin apa. Pestii, fiind membrii primari ai lantului trofic, reprezinta hrana pentru multe specii de animale, printre care se numara si omul. Din cauza materialelor toxice, precum mercurul, depozitate in pesti ca rezultat al ploilor acide, este periculos pentru oameni sa consume peste. Amfibienii sunt deasemenea afectati, la fel ca pestii, ei neputandu-se reproduce intr-un mediu acid. Stiati ca: •In doar 10 ani, din 1961 pana in 1971, Lacul Lumsden din frumoasa regiune Killamey din Ontario, Canada, a trecut de la un pH de 6,8 la unul de 4,4. Aceasta este o marire a aciditatii de aproape 200 de ori. V. GLOSAR Catalizator, catalizatori=s.m., substanta care grabeste sau incetineste o reactie chimica, fara ca ea insasi sa fie modificata. Coroziune, coroziuni=s.f., proces chimic sau electrochimic de degradare, exercitat la suprafata corpurilor metalice de oxigenul din aerul umed sau de diverse substante chimice* proces de eroziune a unor roci sub actiunea apelor, vantului, etc. Logaritm, logaritmi=s.m., putere la care trebuie ridicat un anumit numar pozitiv, numit baza, spre a obtine un numar dat. (Lumina) ultravioleta, ultraviolete=adj., care este situata dincolo de marginea violeta a spectrului luminii. Peroxid, peroxizi=s.m., derivat al apei oxigenate rezultat prin inlocuirea hidrogenului acesteia cu metale sau cu radicali organici. Reactiv(a), reactivi(e)=s.m., substanta chimica ce da o reactie specifica in prezenta unui anumit ion sau a unei grupe de ioni Stoechiometrie=s.f., ramura a chimiei care studiaza raporturile cantitative dintre elemente, in combinatii sau in reactii. VI. BIBLIOGRAFIE D.C. Adriano si A.H. Johnson: “Acidic Precipitation”, vol. 2 New York: Springer-Verlag, 1989 J. Alcano, R. Shaw si L. Hordijk: “The Rains Model of Acidification: Science and Strategies in Europe” Boston: Kluwer Academic Publishers, 1990 W. Bown: “Europe’s Forests Fall to Acid Rain”, vol. 127, New Scientist, 1990 “Corrosive Mist Sets Puzzle for Scientists”, vol. 124, New Scientists, 1989 “Acid Rain and Eggshels”, vol. 339, Nature, 1989 J. G. Calvert: “SO2 , NO and NO2 Oxidation Mechanisms: Atmospheric Considerations”, vol. 3, Toronto: Butterworth Publishers, 1984 J.L. Durham: “Chemistry of Particles, Fogs and Rains”, vol. 2, Toronto: Butterworth Publishers, 1984 T.C. Elliot si R.G. Schwieger: “The Acid Rain Sourcebook”, New York: McGraw-Hill Inc., 1984 B.A. Forster: “The Acid Rain Debate”, Ames: Iowa State University Press, 1993 G.J. Heij si J.W. Erisman: “Acid Rain Research: Do We Have Enough Answers?”, New York: Elsevier, 1995 A.H. Legge si S.V. Krupa: “Acidic Depositions: Sulphur and Nitrogen Oxides”, Alberta: Lewis Publishers, 1990 E. Lucas “Acid Rain”, Chicago: Childrens Press, 1991 P. Mandelbaum: “Acid Rain: Economic Assessment”, New York: Plenum Press, 1985 F. Pearce: “Acid Rain”, vol. 11, New Scientist, 1987 G. Stewart: “Acid Rain”, San Diego: Lucent Books Inc., 1990 “Claudy Verdict Discover”, vol. 11, 1990 J.C. White: “Acid Rain: The Relationship between Sources and Receptors”, New York: Elsevier, 1988 S.S. Zumdahl: “Chemical Principles”, Toronto: D.C. Heath and Company, 1995
