SAVAS ESŐ: KIALAKULÁSÁNAK MÓDJA, ÖSSZETÉTELE, REAKCIÓI ÉS HATÁSAI - KÖRNYEZET - 2024

A savas eső nedves vagy száraz csapadék olyan anyagokból, amelyek pH-ja 5,6 alatt van. Ez a csapadék lehet nedves (esővízben hígítva) vagy száraz (részecskék vagy aeroszolos lerakódások).

A "savas eső" kifejezést Robert Angus Smith angol kutató javasolta először 1850-ben, az ipari forradalom közepén. A legelterjedtebb savak, amelyek a légkörben képződnek, a salétromsav és kénsav természetes vagy mesterséges szennyező anyagok oxidációjával.

Savas eső térkép. Forrás: Alfredsito94

A legrelevánsabb szennyező anyagok az oxidok: NO2, NO3, SO2, amelyek természetes forrásai a vulkánkitörések, erdőtüzek és baktériumok lebontása. Mesterséges források a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor keletkező gázkibocsátások (ipari tevékenység és gépjárműforgalom).

A savas eső negatív hatást gyakorol a környezetre, például a talaj és a víz megsavanyodására, az élőlényekre, beleértve az embereket is. A talaj és a víz nehézfémekkel is szennyezett, és a víztestben eutrofizáció fordul elő.

A vegetáció szintjén a levelek közvetlen károkat okoznak, és befolyásolják a növények növekedését. Ezenkívül a talaj savasodása immobilizálja a tápanyagokat és befolyásolja a mykorrhizákat (talajgomba). Hasonlóképpen, az elemeknek kitett épületek, gépek, műemlékek és műalkotások erősen oxidálódnak vagy erodálódnak a kicsapódott savak hatására.

A savas esők hatásának orvoslása érdekében néhány alapvető intézkedés meghozható, például a műemlékek védelme és a talaj és a vizek savasodásának javítása. A savas esővíz alapvető megoldása azonban az, hogy csökkentse a kémiai vegyületek kibocsátását a légkörbe, amelyek a savképződés előfutárai.

Hogyan alakul ki savas eső?

Savas köd a PDVSA curaçaói finomítójának SO2-kibocsátása miatt. Forrás: HdeK

Vegyi prekurzorok

A savas eső jelenléte a kémiai vegyületeknek a légkörbe történő kibocsátásával kezdődik, amelyek elősegítik a savak képződését. Ezeket a vegyületeket természetes vagy mesterséges források bocsáthatják ki.

A természetes források közé tartoznak a vulkáni kitörések, a vegetációs tüzek és az óceánok kibocsátása. Mivel a mesterséges források az ipari kibocsátásokat, a belső égésű járművek kibocsátásait vagy a hulladékok égetését okozzák.

Ezek a források különféle vegyületeket bocsátanak ki, amelyek savakat generálhatnak a légkörben. A legfontosabb azonban a nitrogén-oxidok és a kén-oxidok.

A nitrogén-oxidokat NOx néven ismerték, ide tartoznak a nitrogén-dioxid (NO2) és a dinitrogén-oxid (NO). A kén-oxid viszont SO2 vagy kén-dioxid.

Troposzféra folyamat és előállított savak

A savas eső jelensége a troposzféra (légköri zóna, amely a föld felszínétől 16 km magasságig megy végbe) előfordulása.

A troposzféra légáramai ezeket a vegyületeket a bolygó bármely részén átvihetik, globális problémává válva. Ebben a folyamatban a nitrogén- és a kén-oxidok kölcsönhatásba lépnek más vegyületekkel, salétromsavvá és kénsavvá alakulva.

Reakciótámogatás

A kémiai reakciókat végezhetjük szuszpenzióban lévő szilárd részecskéknél vagy vízcseppekben a szuszpenzióban.

A salétromsav főként a gázfázisban képződik, alacsony vízoldhatósága miatt. A kénsav viszont jobban oldódik vízben, mivel a savas eső fő alkotóeleme.

Salétromsav

Salétromsav (HNO3) képződéséhez a nitrogén-oxidok reakcióba lépnek vízzel, gyökökkel, például OH-val (kisebb mértékben HO2-val és CH3O2-del) vagy troposzférikus ózonnal (O3).

Kénsav

A kénsav (H2SO4) előállítása esetén az OH, HO2, CH3O2, a víz és az ózon is részt vesz. Ezenkívül hidrogén-peroxiddal (H2O2) és különféle fém-oxidokkal való reagáltatásával állíthatjuk elő.

Szénsav

A H2CO3 a szén-dioxid és a légköri víz fotokémiai reakciójával képződik.

Sósav

A sósav csak 2% -a savas eső, és prekurzora metil-klorid (ClCH3). Ez a vegyület az óceánokból származik, és OH csoportokkal oxidálva sósavvá alakul.

Csapadék

Amint savas vegyületek (salétromsav vagy kénsav, és kisebb mértékben sósav) képződnek, ezek kicsapódnak.

A kicsapódás történhet a szuszpendált részecskék lerakódásával, amelyekben a savasodási reakció a gázfázisban zajlott. Egy másik módszer a kondenzvíz csapadékának esőben történő csapadékához, ahol a savak képződtek.

Fogalmazás

Az eső természetes savassága megközelíti a 5,6-os pH-t, bár néhány szennyezetlen területen 5-ös értékek vannak. Ezek az alacsony pH-értékek a természetes eredetű savak jelenlétével állnak összefüggésben.

Úgy ítélik meg, hogy a pH-tól függően az esőt az alábbiak szerint lehet besorolni:

a) Enyhén savas (pH 4,7 és 5,6 között)

b) Közepes savas (pH 4,3 és 4,7 között)

c) Erősen savas (pH kevesebb vagy egyenlő 4,3).

Ha az eső nitrátkoncentrációja> 1,3 mg / L, a szulfátok esetében pedig> 3 mg / L, az szennyeződés magasnak tekinthető.

A savas esőt az esetek több mint kétharmadában kénsav jelenléte, majd bőségesen salétromsav okozza. Egyéb olyan összetevők, amelyek hozzájárulhatnak az eső savasságához, a sósav és a szénsav.

A savas eső kémiai reakciói

Kénsav képződése (H2SO4)

A kénsav előállítása történhet a gázfázisban vagy a folyékony fázisban.

Gáz fázis

A gázfázisban csak 3-4% SO2 oxidálódik kénsav előállításához. A kénsav gáznemű prekurzorokból történő képződésének számos módja van, itt bemutatjuk az SO2 reakcióját a troposzféra ózonnal.

A reakció két szakaszban zajlik:

1.- A kén-dioxid reagál a troposzférikus ózonnal, kén-trioxidot fejlesztve és oxigént szabadítva fel.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2. Ezután a kén-trioxid vízgőzzel oxidál és kénsavat állít elő.

SO3 + H2O = H2SO4

Folyékony fázis

Az esőben lévő vízcseppekben a kénsav többféle módon előállítható:

1.- Az SO2 vízben oldódik, kénsavat fejlesztve, és ezt hidrogén-peroxiddal oxidálja:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2. Fotokatalitikus mechanizmus: Ebben az esetben a fém-oxid részecskék (vas, cink, titán) a napfény hatására aktiválódnak (fotokémiai aktiválás), és oxidálják a kénsavat előállító SO2-t.

Salétromsav (HNO3) képződés

A troposzférikus O3-ózon az NO2 HNO3-átalakulását eredményezi három szakaszban:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2

2.- NO3 + NO2 = N2O5

3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Környezeti hatások

A savas esők hatása a Jizera-hegység erdőjében, a Cseh Köztársaságban. Forrás: Lovecz

A talaj savasodása és annak hatása a növényzetre

A savas eső hatása a talajra összetételétől függ. Például a mész-, bazalt- és magmás talajok nagyobb képességgel bírnak a savasság semlegesítésére.

A kvarcban gazdag talajok, mint közömbös anyagok, nem képesek a savtartalom szabályozására. Így a talajban, ahol a savas eső növeli a savasságot, a növényekre és az állatokra mérgező fémionok felszabadulnak és elszállnak.

Releváns eset az alumínium-szilikátok feloldása, amelyek felszabadítják a növényzetre nagyon káros alumínium-ionokat.

Általában a talaj savassága csökkenti a tápanyagok rendelkezésre állását a növények számára. Ezenkívül elősegíti a kalcium felszabadulását és mosását, ami hiányokat okoz a növényekben.

Hatás a víztartó rétegekre és az emberi egészségre

A legtöbb esetben a savas eső megjelenése és ízlése nem különbözik a normál esőtől, és nem okoz szenzációt a bőrön. Az emberi egészségre gyakorolt ​​hatása közvetett, és a szélsőséges savasság miatt ritkán okoz bőrkárosodást.

A savas esők egyik problémája az, hogy a pH-érték 5 alá csökkentésével a nehézfémek felszabadulnak és elszállnak. Ezek a szennyező anyagok, például az alumínium és a kadmium bejuthatnak a föld alatti víztartó rétegekbe.

Ha a szennyezett víztartó rétegekből származó víz az emberi fogyasztásra szánt kutakba kerül, az súlyos egészségkárosodást okozhat.

Épületek, műemlékek és anyagok romlása

Savas eső által károsított vízköpő. Forrás: Nino Barbieri

Meszes típusú kövek

A mészkőből vagy márványból készült építményeket, műemlékeket és szobrokat súlyosan sújtja a savas eső. Ez nagyon komoly, mivel sok történelmi épület és műalkotás épül ezekből az anyagokból.

A mészkő esetében a savas eső a mészkő oldódását okozza, és a kalcit átkristályosodását okozza. Ez az átkristályosítás fehéres árnyalatokat eredményez a felületen.

Ha kénsavval esik, akkor a szulfatáció jelenik meg. Ezen a folyamaton keresztül a kőzet felülete gipszré alakul és CO2 szabadul fel.

A márvány, bár ellenállóbb, a savas esőket is befolyásolja. Ebben az esetben a kő hámlani kezd, ezért a felszíni rétegek leválódnak.

Egyéb nem maró anyagok

Egyes épületekben a szerkezeti romlás csekély, de negatív hatásokkal is jár. Például a száraz savlerakódások szennyezik a falakat, ezáltal növelik a karbantartási költségeket.

Metals

A savas eső a fémek korrózióját okozza az oxidáció jelensége miatt. Ez hatalmas gazdasági veszteségeket okoz, mivel a szerkezeteket, berendezéseket, gépeket és fém alkatrészekkel felszerelt járműveket súlyosan érinti.

Flóra és fauna

Savas eső által elpusztított halak. Forrás: az Egyesült Államok Hal- és Vadvédelmi Szolgálata.

A savas eső módosítja a vízi és a szárazföldi ökoszisztémák természetes egyensúlyát.

Növények és állatok lenikus víztestekben

A lencsés víztestek hajlamosabbak a savasodásra, mivel zárt ökoszisztémák. Ezenkívül a savak vízben történő felhalmozódása negatív következményekkel jár az általa tárolt életre.

A savasodás másik következménye a nitrátok eső általi kicsapódása, amely eutrofizációt okoz a víztestekben. A túlzott tápanyagok csökkentik a rendelkezésre álló oxigént és hátrányosan befolyásolják a víziállatok túlélését.

Egy másik közvetett negatív hatás a nehézfémionoknak a földi környezetből a víztestekbe juttatása. Ezeket az ionokat a talajban hidronium-ionok szabadítják fel, amikor a savasság növekszik.

Növényi és tápanyag-rendelkezésre állás

A talaj savasodása által okozott legsúlyosabb problémák az alapvető tápanyagok mozghatatlansága és a mérgező fémek növekedése.

Például az alumínium és a magnézium felszabadul a talaj részecskéiből hidrogén helyettesítésével. Az alumínium befolyásolja a gyökerek szerkezetét és működését, és csökkenti a növények számára nélkülözhetetlen kalcium felszívódását.

Másrészt a talaj savasodása károsítja a mikorhizákat (gyökérhez kapcsolódó gombák), amelyek nélkülözhetetlenek az erdő dinamikájában.

Közvetlen károk növényekre és állatokra

A kénsav közvetlen károsodást okoz a levelekben a klorofill lebontásával és klorózissal (a levél sárgázódásával). Egyes fajoknál az életképes magok növekedése és termelése csökken.

A kétéltűek (békák és varangyok) különösen érzékenyek a víz savasságára. Néhány károk közvetlen sérülések és csökkent kórokozók (különösen a bőrgombák) elleni védelem.

megoldások

Csökkentse a kibocsátást

A savas eső lényege, hogy csökkentse a savas prekurzor vegyi anyagok kibocsátását a környezetbe. Ezek közül a legfontosabbak a kén- és a nitrogén-oxidok.

Ennek azonban van némi nehézsége, mivel magában foglalja a vállalatok és országok gazdasági és fejlesztési érdekeinek befolyásolását. Például az egyik fő kén-dioxid-forrás a szénégetés, amely Kínában az energia több mint 70% -át teszi ki.

Van néhány technológiai alternatíva, amely hozzájárulhat a kibocsátás csökkentéséhez. Például az iparban az ún. Fluidizált ágyak abszorbenseket (mészkő vagy dolomit) tartalmaznak, amelyek visszatartják az SO2-t. A gépjárművek és általában a belső égésű motorok esetében a katalizátorok megfelelnek a SO2-kibocsátás csökkentésének is.

Másrészről, néhány ország konkrét programokat hajt végre a savas esők csökkentésére. Például az Egyesült Államok kidolgozta a Nemzeti Savas Kicsapódás Értékelő Programot (NAPAP). A NAPAP által megfontolt intézkedések egyike az alacsony kéntartalmú üzemanyagok használata.

Egy másik lehetséges intézkedés a járműpark elektromos autókkal történő felváltása a savas eső és a globális felmelegedés csökkentése érdekében. Noha a technológia létezik ennek elérésére, az autó- és olajipar nyomása késleltette e tekintetben a döntéseket. Egyéb tényezők, amelyek befolyásolják a jármű várható elérési sebességéhez kapcsolódó kulturális elemeket.

Végezzen savszabályozási intézkedéseket

Bizonyos esetekben a talaj és a víz pH-ját lúgok hozzáadásával lehet növelni, például nagy mennyiségű mész hozzáadásával. Ez a gyakorlat azonban nem valósítható meg a nagyon nagy földterületeken.

Felületvédelem

Kő

Különböző módszerek vannak a kő megsemmisülésének savas eső hatására történő védelmére vagy legalább csökkentésére. Az egyik ilyen módszer a mosás gőzzel vagy forró vízzel.

Kémiai ágensek, például hidrogén-fluorid-sav vagy ammónium-bifluorid is alkalmazhatók. Mosás után a kő lezárható speciális termékek alkalmazásával, amelyek eltömítik a pórusokat, például bárium-hidroxiddal.

Fém

A korrodálódó fémfelületeket nem korrozív fémekkel, például cinkkel bevonva lehet védeni.

Ehhez alkalmazható az elektromos lerakódás, vagy a védendő fémszerkezetet folyékony állapotban a védőfémbe meríthetjük.

Irodalom

1. Espada L és Sánchez A. (1995). A savas esők hatása a fémek korróziójára. pp. 145-171. In: Sastre de Vicente M. (koordinátor) Elektrokémia és környezet a XXI. Század küszöbén. La Coruña Egyetem. Kiadványok szolgálata. La Coruña, Spanyolország.
2. García-Ruiz G (2018). Épületszerkezetek védelme korrozív környezetben. Az ipari technológiák mérnöki diplomatervének vége. Cartagenai Politechnikai Egyetem. Ipari Mûszaki Fõiskola. Cartagena, Spanyolország. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos és MA Hernández-García (2010). Savas eső és erdei ökoszisztémák. Revista Chapingo Erdészeti és Környezettudományi Sorozat 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll és DC Buso (1996). A savas eső hosszú távú hatásai: Erdei ökoszisztéma reagálása és helyreállítása. Science, 272; 244-246.

   Likens GE és FH Bormann (1974). Savas eső: Komoly regionális környezeti probléma. Science, 184, 1176-1179.

5. Schindler DW (1988). A savas eső hatásai az édesvízi ökoszisztémákra. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Levegőszennyezés és savas eső. A jelenség diagnosztizálása Manizales városában. Mérnöki és Építészmérnöki Kar. Kolumbiai Nemzeti Egyetem. Manizales központja. Szerkesztői Blanecolor Ltda, első kiadás. Manizales, Kolumbia. 150 p.