KISLI DEŽ: KAKO NASTAJA, SESTAVA, REAKCIJE IN UČINKI - OKOLJE - 2026

Kisli dež je mokro ali suho obarjanje snovi, ki ustvarijo pH pod 5,6. Ta padavina je lahko mokra (razredčena v deževnici) ali suha (usedline delcev ali aerosolov).

Izraz "kisli dež" je prvič predlagal angleški raziskovalec Robert Angus Smith leta 1850, sredi industrijske revolucije. Najpogostejše kisline, ki nastanejo v atmosferi, so dušična in žveplova z oksidacijo naravnih ali umetnih onesnaževal.

Zemljevid kislega dežja. Vir: Alfredsito94

Najpomembnejša onesnaževala so oksidi: NO2, NO3, SO2, katerih naravni viri so vulkanski izbruhi, gozdni požari in razkroj bakterij. Umetni viri so emisije plinov, ki nastanejo zaradi izgorevanja fosilnih goriv (industrijska dejavnost in avtomobilski promet).

Kisli dež negativno vpliva na okolje, kot je zakisanje tal in voda, pri čemer vpliva na živa bitja, vključno s človekom. Prav tako so tla in voda onesnaženi s težkimi kovinami, v vodnih telesih pa pride do evtrofikacije.

Na vegetacijski ravni pride do neposredne škode na listih in vpliva na rast rastlin. Poleg tega zakisanje zemlje imobilizira hranila in vpliva na mikorize (talne glive). Podobno stavbe, stroji, spomeniki in umetniška dela, ki so izpostavljeni elementom, močno oksidirajo ali erodirajo zaradi učinka oborjenih kislin.

Za odpravo učinka kislega dežja je mogoče sprejeti nekatere bistvene ukrepe, na primer zaščito spomenikov in popravljanje zakisanosti tal in voda. Vendar pa je osnovna rešitev za kisli dež zmanjšanje izpustov kemičnih spojin v atmosfero, ki so predhodniki tvorbe kislin.

Kako nastane kisli dež?

Kisla megla zaradi emisij SO2 iz rafinerije PDVSA v mestu Curaçao. Vir: HdeK

Kemični predhodniki

Pojav kislega dežja se začne s sproščanjem v ozračje kemičnih spojin, ki so predhodniki tvorbe kislin. Te spojine lahko oddajajo naravni ali umetni viri.

Naravni viri vključujejo vulkanske izbruhe, vegetacijske požare in emisije v ocean. Ker umetni viri delujejo industrijske emisije, emisije iz motornih vozil z zgorevanjem ali izgorevanje odpadkov.

Ti viri oddajajo različne spojine, ki lahko v atmosferi tvorijo kisline. Najpomembnejši pa so dušikovi oksidi in žveplovi oksidi.

Dušikovi oksidi so znani kot NOx in vključujejo dušikov dioksid (NO2) in dušikov oksid (NO). Žveplov oksid je S02 ali žveplov dioksid.

Troposferični postopek in proizvedene kisline

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

V troposferi lahko zračni tokovi prenašajo te spojine po katerem koli delu planeta, zaradi česar je to svetovni problem. V tem postopku dušikovi in ​​žveplovi oksidi delujejo z drugimi spojinami, da tvorijo dušikovo kislino in žveplovo kislino.

Reakcijska podpora

Kemične reakcije lahko izvedemo bodisi na trdnih delcih v suspenziji bodisi v kapljicah vode v suspenziji.

Dušikova kislina nastaja predvsem v plinski fazi zaradi majhne topnosti v vodi. Žveplova kislina je bolj topna v vodi, saj je glavna sestavina kislega dežja.

Dušikova kislina

Za nastajanje dušikove kisline (HNO3) dušikovi oksidi reagirajo z vodo, z radikali, kot je OH (v manjši meri s HO2 in CH3O2) ali s troposferskim ozonom (O3).

Žveplova kislina

Pri proizvodnji žveplove kisline (H2SO4) sodelujejo tudi ostanki OH, HO2, CH3O2, voda in ozon. Poleg tega lahko nastane z reakcijo z vodikovim peroksidom (H2O2) in različnimi kovinskimi oksidi.

Ogljikova kislina

H2CO3 nastane s fotokemično reakcijo ogljikovega dioksida z atmosfersko vodo.

Klorovodikova kislina

HCl predstavlja le 2% kislega dežja, njegov predhodnik pa je metil klorid (ClCH3). Ta spojina prihaja iz oceanov in oksidira radikale OH, da tvorijo klorovodikovo kislino.

Padavine

Ko se tvorijo kisle spojine (dušikova ali žveplova kislina in v manjši meri klorovodikova kislina), se oborijo.

Padavine so lahko z nanašanjem suspendiranih delcev, v katerih je potekala reakcija zakisljevanja v plinski fazi. Drug način je, da se kondenzirana voda obori v dežju, kjer so nastale kisline.

Sestava

Naravna kislost dežja je blizu pH 5,6, čeprav je na nekaterih nekontaminiranih območjih vrednost 5. Te nizke pH vrednosti so povezane s prisotnostjo kislin naravnega izvora.

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

a) Rahlo kisla (pH med 4,7 in 5,6)
b) Srednja kislina (pH med 4,3 in 4,7)
c) Močno kisla (pH manjša ali enaka 4,3).

Če ima koncentracija dežja> 1,3 mg / L za nitrate in> 3 mg / L za sulfate, se šteje, da je onesnaženost velika.

Kisli dež je v več kot dveh tretjinah primerov prisoten z žveplovo kislino, ki ji v izobilju sledi dušikova kislina. Druge komponente, ki lahko prispevajo k kislosti dežja, so klorovodikova kislina in ogljikova kislina.

Kemične reakcije kislega dežja

Nastajanje žveplove kisline (H2SO4)

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

Plinska faza

Samo 3 do 4% SO2 se oksidira v plinski fazi, da nastane žveplova kislina. Obstaja veliko poti za tvorbo žveplove kisline iz plinastih prekurzorjev, tukaj je prikazana reakcija SO2 s troposferskim ozonom.

Reakcija poteka v dveh stopnjah:

1. - Žveplov dioksid reagira s troposferskim ozonom, pri čemer nastane žveplov trioksid in sprosti kisik.

SO2 + O3 = SO3 + O2

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

SO3 + H2O = H2SO4

Tekoča faza

V kapljicah vode, ki bo dež, se žveplova kislina lahko proizvaja na več načinov:

1.- SO2 se raztopi v vodi, ki ustvarja žveplovo kislino in to oksidira z vodikovim peroksidom:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2. - Fotokatalizni mehanizem: V tem primeru se delci kovinskih oksidov (železo, cink, titan) aktivirajo zahvaljujoč delovanju sončne svetlobe (fotokemična aktivacija) in oksidirajo žveplovo kislino, ki ustvarja SO2.

Tvorba dušikove kisline (HNO3)

Troposferski ozon O3 povzroči pretvorbo NO2 v HNO3 v tristopenjskem postopku:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Vplivi na okolje

Vpliv kislega dežja v gozdu v gorah Jizera na Češkem. Vir: Lovecz

Zakisanost tal in njeni vplivi na vegetacijo

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

S svoje strani tla, bogata s kremenom, kot inerten material, ne morejo uravnavati vsebnosti kislin. Tako se v tleh, kjer kisli dež poveča kislost, sprostijo in odnesejo kovinski ioni, ki so strupeni za rastline in živali.

Pomemben primer je raztapljanje aluminosilikatov, ki sproščajo ione aluminija, ki so zelo škodljivi za vegetacijo.

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

Vpliv na vodonosnike in zdravje ljudi

V večini primerov kisli dež ni videti ali se ne razlikuje po okusu od običajnega dežja, prav tako ne ustvarja občutkov na koži. Njeni učinki na zdravje ljudi so posredni in redko povzroča poškodbe kože zaradi izjemne kislosti.

Ena od težav s kislim dežjem je, da se z znižanjem pH vrednosti pod 5 težke kovine sprostijo in odnesejo. Ta onesnaževala, kot sta aluminij in kadmij, lahko vstopijo v podzemne vodonosnike.

Če voda iz teh onesnaženih vodonosnikov prehaja v vodnjake, ki se uporabljajo za prehrano ljudi, lahko to povzroči resno škodo zdravju.

Poslabšanje stavb, spomenikov in materialov

Gargoyle poškodovan s kislim dežjem. Vir: Nino Barbieri

Kamni iz apnenčastega tipa

Konstrukcije, spomeniki in skulpture iz apnenca ali marmorja močno prizadene kisli dež. To je precej resno, saj je veliko zgodovinskih zgradb in umetniških del zgrajenih s temi materiali.

V primeru apnenca kisli dež povzroči raztapljanje apnenca in povzroči prekristalizacijo kalcita. Ta prekristalizacija proizvaja belkaste tone na površini.

V specifičnem primeru dežja z žveplovo kislino pride do pojava sulfacije. S tem postopkom se skalna površina pretvori v mavec in sprosti se CO2.

Marmor, čeprav bolj odporen, vpliva tudi na kisli dež. V tem primeru pride do pilinga kamna, zato se površinske plasti le-te odtrgajo.

Drugi nekorozivni materiali

V nekaterih stavbah je strukturno poslabšanje majhno, vendar tudi negativno. Na primer, suhe kisle usedline naredijo umazane stene in s tem povečajo stroške vzdrževanja.

Kovine

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

Flora in favna

Ribe, ki jih ubije kisli dež. Vir: Ameriška služba za ribe in prostoživeče živali

Kisli dež spreminja naravno ravnovesje vodnih in kopenskih ekosistemov.

Rastline in živali v vodnih telesih

Lentična vodna telesa so bolj podvržena zakisljevanju, saj gre za zaprte ekosisteme. Poleg tega ima kopičenje kislin v vodi negativne posledice na življenje, ki ga ima.

Druga posledica zakisljevanja je obarjanje nitratov skozi dež, kar povzroča evtrofikacijo v vodnih telesih. Odvečna hranila zmanjšujejo razpoložljiv kisik in negativno vplivajo na preživetje vodnih živali.

Drugi posredni negativni učinek je zadrževanje ionov težkih kovin iz kopenskega okolja v vodna telesa. Ti ioni se sproščajo v tla z delovanjem hidronijevih ionov, ko se poveča kislost.

Rastlinstvo in razpoložljivost hranil

Najresnejše težave, ki jih povzroča zakisanje tal, so nepremičnost osnovnih hranil in povečanje strupenih kovin.

Na primer, aluminij in magnezij se sproščata iz delcev zemlje, če ju nadomestimo z vodikom. Aluminij vpliva na strukturo in delovanje korenin in zmanjšuje absorpcijo kalcija, ki je bistvenega pomena za rastline.

Po drugi strani zakisanje tal povzroči škodo mikorize (glive, povezane s koreninami), ki so bistvenega pomena pri dinamiki gozda.

Neposredna škoda rastlinam in živalim

Žveplova kislina listju povzroči neposredno škodo, saj razgradi klorofil in povzroči klorozo (porumenelost lista). Pri nekaterih vrstah se rast in proizvodnja uspešnih semen zmanjšuje.

Dvoživke (žabe in krastače) so še posebej dovzetne za učinke kislosti v vodi. Nekatere škode so neposredne poškodbe in manjša obramba pred patogeni (zlasti kožnimi glivami).

Rešitve

Zmanjšajte emisije

Bistvo za kisli dež je zmanjšanje emisij kemikalij predhodnikov kislin v okolje. Najpomembnejši od njih so žveplovi in ​​dušikovi oksidi.

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

Obstaja nekaj tehnoloških alternativ, ki lahko pomagajo zmanjšati emisije. Na primer, v tako imenovani "fluidizirani gredi" so vgrajeni absorbenti (apnenec ali dolomit), ki zadržujejo SO2. V primeru motornih vozil in motorjev z izgorevanjem na splošno katalitični pretvorniki prav tako pomagajo zmanjšati emisije SO2.

Po drugi strani nekatere države izvajajo posebne programe za zmanjšanje kislega dežja. ZDA so na primer razvile Nacionalni program za ocenjevanje padavinskih kislin (NAPAP). Med nekaterimi ukrepi, ki jih načrtuje NAPAP, je tudi uporaba goriv z malo žvepla.

Drugi možni ukrep je nadomestitev voznega parka z električnimi avtomobili za zmanjšanje kislega dežja in globalnega segrevanja. Kljub temu, da za dosego tega obstaja tehnologija, pa pritisk avtomobilske in naftne industrije v zvezi s tem zavlačuje odločitve. Drugi dejavniki, ki vplivajo, so kulturni elementi, povezani s hitrostjo, ki naj bi jo doseglo vozilo.

Uporabite ukrepe za popravljanje kislosti

V nekaterih primerih se pH tal in vode lahko poveča z dodajanjem alkalij, na primer z vključitvijo velikih količin apna. Vendar pa ta praksa ni izvedljiva na zelo velikih zemljiščih.

Površinska zaščita

Kamen

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

Uporabljajo se lahko tudi kemična sredstva, kot so fluorovodikova kislina ali amonijev bifluorid. Ko je kamen opran, lahko zapremo z uporabo posebnih izdelkov, ki zamašijo pore, na primer barijev hidroksid.

Kovinski

Kovinske površine, ki lahko korodirajo, lahko zaščitimo tako, da jih premažemo z nekorozivno kovino, kot je cink.

Za to lahko uporabimo elektrodepozicijo ali kovinsko konstrukcijo, ki jo je treba zaščititi, potopimo v zaščitno kovino v tekočem stanju.

Reference

1. Espada L in A. Sánchez (1995). Vpliv kislega dežja na korozijo kovin. pp 145-171. V: Sastre de Vicente M. (koord.) Elektrokemija in okolje na pragu XXI stoletja. Univerza v La Coruña. Služba za objave La Coruña, Španija.
2. García-Ruiz G (2018). Zaščita gradbenih konstrukcij v korozivnih atmosferah. Konec študijskega projekta inženiring v industrijskih tehnologijah. Politehniška univerza v Cartageni. Višja tehnična šola za industrijski inženiring. Cartagena, Španija. 75 str.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos in MA Hernández-García (2010). Kislinski dež in gozdni ekosistemi .. Revista Chapingo Gozdarstvo in znanosti o okolju Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll in DC Buso (1996). Dolgoročni učinki kislega dežja: odziv in obnova gozdnega ekosistema. Znanost, 272; 244–246.
   Likens GE in FH Bormann (1974). Kisli dež: resen regionalni okoljski problem. Znanost, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Vplivi kislega dežja na sladkovodne ekosisteme. Znanost, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Onesnaženje zraka in kisli dež. Diagnoza pojava v mestu Manizales. Fakulteta za inženirstvo in arhitekturo. Nacionalna univerza Kolumbija. Manizales sedež. Uredništvo Blanecolor Ltda, prva izdaja. Manizales, Kolumbija. 150 str.