vineri, 23 noiembrie 2012

ACIDITATEA


Aciditatea

 

Aciditatea este măsurată folosind scara pH-ului, cu numărul 7 fiind neutru. În consecinţă, o substanţă cu valoarea pH-ului mai mică decât 7 este acidă, în timp ce una cu o valoare mai mare decât 7 este o bază. Trebuie menţionat că scara pH-ului este logaritmică, adică o substanţă cu pH-ul 6 este de zece ori mai acidă decât alta cu pH-ul 7.

În general, pH-ul de 5,6 a fost folosit ca punct de plecare în identificarea ploii acide, deşi au fost multe dezbateri asupra acestei valori. Destul de interesant este că pH-ul de 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon în echilibru cu apa distilată. Din acest motiv, ploaia acidă este definită ca orice ploaie care are nivelul acidităţii peste cel al ploii nepoluate.

În esenţă, orice precipitaţie care are valoarea pH-ului mai mică decât 5,6 este considerată ca fiind precipitaţie acidă.


Aceasta este o ilustraţie a scării pH-ului:

Ştiaţi că:

 

• În timpul unor furtuni din New England s-a citit un pH de 2,4  -la fel de acid ca şi oţetul-.

•În timpul unei furtuni acide de vară, ploaia căzută pe un automobil de culoare verde deschis a îndepărtat galbenul din culoarea verde, lăsând urme de picături de culoare albastră pe maşină.

 

 

II. CAUZELE PLOII ACIDE

 

Una dintre principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf. Sursele naturale care emit acest gaz sunt vulcanii, picăturile fine din apa mărilor şi a oceanelor, descompunerea resturilor vegetale. În orice caz, arderea combustibililor fosili, precum cărbunele şi petrolul este cauza a aproximativ jumătate dintre emisiile acestui gaz în lume.

Când dioxidul de sulf ajunge în atmosferă, oxidează la prima formă a ionului sulfură. Apoi devine acid sulfuric, în timp ce reacţionează cu atomii de hidrogen din aer şi cade înapoi pe pământ.

Oxidarea se produce în mare parte în nori şi în special în aerul foarte poluat , unde alţi componenţi, precum amoniacul şi ozonul ajută la catalizarea reacţiei, transformând mai mult dioxid de sulf în acid sulfuric. Oricum, nu tot dioxidul de sulf este transformat în acid sulfuric. De fapt, o cantitate substanţială poate pluti în atmosferă, mutându-se pe altă suprafaţă şi întorcându-se pe pământ netransformat.

Acestea sunt ecuaţiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric:

S(în cărbuni)+ O2 = SO2

2SO2 +O2 =2SO3

SO3 + H2O =H2SO4

Monoxidul de azot şi dioxidul de azot sunt deasemenea componenţi ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice şi fumul scos de ţevile de eşapament. La fel ca dioxidul de sulf, aceşti oxizi ai azotului se ridică în atmosferă şi sunt oxidaţi în nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reacţii sunt deasemenea catalizate în norii foarte poluaţi, unde fierul, manganul, amoniacul şi peroxidul de oxigen sunt prezenţi.

Graficul următor indică nivelul pH-ului precipitaţiilor depuse în timp în nişte provincii din Canada. Împreună cu acesta, sunt grafice ale emisiilor, în timp, în Canada, în comparaţie cu Statele Unite ale Americii.

Ca observaţie, chiar dacă nivelul emisiilor din Canada şi Statele Unite ale Americii au fost reduse de-a lungul anilor, nivelul pH-ului măsurat ( pentru Canada – în Nova Scoţia şi în Newfoundland ) nu reflectă rezultate similare.



 

III. TRANSFORMAREA NOx  ŞI SO2 ÎN ACIZI

 

Aciditatea precipitaţiilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor, ci şi de amestecurile de chimicale cu care interacţionează SO2 şi NOx în atmosferă. Formarea acidului sulfuric şi azotic este un proces complex, constând în câteva reacţii chimice. Este important să considerăm ambele faze: soluţie şi gaz în procesul de conversiune.

SO2 :

 

Faza de gaz

Sunt câteva posibile reacţii care pot contribui la oxidarea dioxidului de sulf din atmosferă, fiecare cu un succes variat. O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu lumină ultravioletă. Lumina din această regiune a spectrului electromagnetic are potenţialul de a excita moleculele şi de a conduce la oxidarea ulterioară cu O2. Această reacţie are o contribuţie nesemnificativă la formarea acidului sulfuric. O a doua posibilitate este reacţia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosferă, prin reacţiile următoare:

1)   2SO2+ O2=2SO3

2)   SO3+H2O=H2SO4

A doua reacţie se produce rapid, de aceea formarea trioxidului de sulf în atmosfera umedă conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum, prima reacţie este foarte înceată în absenţa unui catalizator, deşi acesta nu are o contribuţie semnificativă. Mai sunt şi alte câteva potenţiale reacţii, dar care se dovedesc nesemnificative din diferite motive.

Deşi fiecare dintre aceste reacţii pot aduce o contribuţie minoră la oxidarea dioxidului de sulf, există o singură reacţie considerată semnificativă. Reacţia se produce astfel:

HO+SO2(+M)=HOSO2(+M)

Această reacţie se produce la o rată apreciabilă şi se crede că este singura care contribuie la oxidarea O2 din atmosferă. Radicalul hidroxil este produs de fotodescompunerea ozonului şi este considerat ca fiind foarte reactiv cu multe specii.

 

Faza de soluţie

În faza de soluţie, dioxidul de sulf există ca trei specii:

[S(IV)]=[SO2(sol)]+[HSO3  ]+[SO3   ]

Această disociere apare prin două procese:

1)SO2(sol)=H  +HSO3

2)HSO3  (sol)=H  +SO3

Stabilirea echilibrului depinde de factori precum pH-ul, mărimea picăturii, etc.

Oxidarea soluţiei de dioxid de sulf cu oxigen molecular se bazează pe un metal catalizator precum Fe   sau Mn   sau o combinaţie a acestora. Oxidarea prin ozon este un proces mai apreciabil, deoarece nu necesită un catalizator şi este cu 10 – 10              mai abundent în atmosferă decât oxigenul molecular. Procesul de oxidare dominant este cel cu peroxid de hidrogen (format în faza de gaz din radicali liberi). Reacţia implică formarea unui intermediar (A ), posibil un ion acid peroximonosulfuros şi se petrece astfel:

1)HSO3  +H2O2=A  +H2O

2)A  +H  =H2SO4

NOx:

Faza de gaz

Ca şi la dioxidul de sulf, cel mai mult contribuie la formarea acidului azotic reacţia cu radicalii hidroxil. Aceşti radicali sunt foarte reactivi şi abundenţi în atmosferă. Reacţia se produce în felul următor:

HO+NO2(+M)=HONO2(+M)

Mai există alte câteva posibilităţi, precum oxidarea cu oxigen atmosferic, oricum nici una nu se produce într-o rată substanţială în atmosferă, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic.

 

 

Faza de soluţie

Există trei ecuaţii considerate în oxidarea soluţiei 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 reacţii sunt limitate de dependenţa lor de presiunea parţială a NOx, prezent în atmosferă şi de legea solubilităţii NOx.

 

IV) EFECTELE PLOII ACIDE

 

Ploaia acidă a devenit o îngrijorare ecologică majoră de câteva decenii încoace. Până de curând se cunoştea puţin despre ploaia acidă. Au fost făcute multe studii pentru a se determina partea chimică a acestei probleme ecologice. Oamenii de ştiinţă au sugerat nişte teorii pentru a explica acest fenomen.

Efectele sale devastatoare au fost realizate abia recent.



 

1) EFECTUL ASUPRA ATMOSFEREI

 

Unii dintre constituenţii poluării acide sunt sulfaţii, nitraţii, hidrocarbonii şi ozonul. Aceştia există ca particule în aer şi contribuie la formarea ceţii, afectând vizibilitatea. Aceasta face deplasarea dificilă, în special pentru piloţi. Ceaţa acidă împiedică deasemenea cursul luminii solare de la soare la pământ şi înapoi. În zona arctică, aceasta afectează creşterea lichenilor, care la rândul ei, afectează renii şi alte animale care se hrănesc cu licheni.

 

2) EFECTUL ASUPRA ARHITECTURII

 

Particulele acide sunt deasemenea depuse  pe clădiri şi statui, cauzând coroziunea. De exemplu, clădirea Capitoliului din Ottawa a fost dezintegrată din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosferă. Piatra de var şi marmura se transformă într-o substanţă fărâmicioasă, numită gips, după contactul cu acidul, lucru care explică coroziunea clădirilor şi a statuilor. Podurile se corozează mai repede, şi industria rutieră, ca şi cea aeriană, trebuie să investească mulţi bani în repararea pagubelor produse de ploaia acidă. Nu numai că este o problemă economică, cauzată de ploaia acidă, dar este şi un risc pentru siguranţa publică. De exemplu, în 1967, podul de peste Râul Ohio s-a prăbuşit, omorând 46 de persoane- motivul? Coroziunea produsă de ploile acide.

 

3) EFECTUL ASUPRA MATERIALELOR

 

Ploaia acidă defectează materialele precum ţesăturile. De exemplu, steagurile arborate sunt “mâncate” de chimicalele acide din precipitaţii. Cărţile şi obiectele de artă, vechi de sute de ani, sunt deasemenea afectate. Sistemele de ventilaţie ale librăriilor şi muzeelor, în care sunt ţinute acestea, nu previn intrarea particulelor acide în clădiri şi astfel ele intră, circulă şi deteriorează materialele.

 

4) EFECTUL ASUPRA OAMENILOR

 

Unele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf şi dioxid de azot dau naştere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritaţii ale ochilor, nasului şi gâtului. Un efect indirect al ploii acide este că metalele toxice dizolvate în apă sunt absorbite de fructe, legume şi în ţesuturile animalelor. Deşi aceste metale toxice nu afectează direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor, atunci când sunt consumate. De exemplu, mercurul, care se acumulează în organele şi ţesuturile animalelor, este legat de disfuncţiile creierului la copii, precum bolile pe sistem nervos, leziuni ale creierului, şi poate produce chiar moartea. La fel, un alt metal, aluminiul, prezent în organele animalelor, a fost asociat cu problemele la rinichi şi recent a fost suspectat ca fiind legat de boala Alzheimer.

Ştiaţi că:

•În august 1987, peste 100 de persoane au fost tratate pentru iritaţii ale ochilor, gâtului şi gurii, când 2 tone de dioxid de sulf gaz, foarte toxic, s-a scurs de la o fabrică de lângă Sudbury, Ontario. Chiar fără accidente, dioxidul de sulf, emis regulat de această fabrică, a fost legat de bronşitele cronice ale angajaţilor fabricii.

 

5) EFECTUL ASUPRA COPACILOR ŞI SOLURILOR

 

Unul dintre cele mai serioase impacte ale precipitaţiilor acide este cel asupra pădurilor şi solurilor. Pagube majore se produc atunci când acidul sulfuric cade pe pământ sub formă de ploaie. Substanţele nutritive aflate în soluri sunt îndepărtate. Aluminiul, deasemenea prezent în sol este eliberat şi acest element toxic poate fi absorbit de rădăcinile copacilor. Astfel, copacii sunt sortiţi morţii, fiind privaţi de nutritivii vitali, precum calciul şi magneziul. Aceştia sunt înlocuiţi de atomi de hidrogen inutili, care încetinesc fotosinteza.

În plus, îngheţurile severe pot agrava această situaţie. Cu dioxidul de sulf, amoniacul şi ozonul prezenţi în aer, rezistenţa copacilor la îngheţ este redusă. Amoniacul oxidează cu dioxidul de sulf, pentru a forma sulfura de amoniu. Aceasta se formează la suprafaţa copacilor. Când sulfura de amomiu ajunge în sol, ea reacţionează pentru a forma acid sulfuric şi acid azotic. Asemenea condiţii stimulează deasemenea creşterea ciupercilor şi apariţia dăunătorilor.

Monoxidul de azot şi dioxidul de azot, componenţi deasemenea ai ploii acide, pot forţa copacii să crească, chiar dacă nu au substanţele nutritive necesare. Copacii sunt adesea forţaţi să crească mult toamna târziu, când ar trebui să se pregătească pentru îngheţurile severe din iarnă.

 

6) EFECTUL ASUPRA LACURILOR ŞI ECOSISTEMELOR ACVATICE

 

Unul dintre efectele directe ale ploii acide este cel asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice.

Există câteva căi prin care chimicalele acide pot pătrunde în lacuri. Unele substanţe chimice există ca particule uscate în aer, în timp ce altele pătrund în lacuri ca particule ude, precum ploaia, zăpada, lapoviţa, ceaţa. În plus, lacurile pot fi considerate ca nişte “chiuvete” ale pământului, unde este condusă apa ploilor ce cad pe pământ. Ploaia acidă, care cade pe pământ, spală substanţele nutritive din sol şi poartă metalele toxice eliberate din sol spre lacuri.

O altă cale prin care acizii ajung în lacuri se petrece primăvara, prin topirea zăpezilor, când acizii şi chimicalele pătrund în sol, fiind purtate spre râuri şi lacuri. Aceasta cauzează o schimbare drastică a pH-ului lacurilor. Ecosistemul acvatic nu are timp să ajusteze brusca schimbare. În plus, primăvara este un anotimp vulnerabil pentru multe specii, fiind perioada de reproducere pentru amfibieni, peşti şi insecte. Multe dintre aceste specii îşi depun ouăle în apă, iar schimbarea bruscă a pH-ului este periculoasă, deoarece aceşti acizi pot provoca puilor malformaţii sau pot chiar anihila întreaga specie, din moment ce aceştia petrec o mare parte din viaţă circulând prin apă.

Acesta este un tabel în care sunt înscrise pe scurt efectele nivelului pH-ului asupra formelor de viaţă din ecosistemele acvatice.

 

 

 

 

 

 

 

NIVELUL pH-ULUI
 
 
 
 
<6
 
 
 
 
 
 
 
 
<5,5
 
 
 
 
<5
 
 
 
<4
EFECTE
 
 
*Formele de mâncare primare mor; ex. muştele de mai sunt surse importante de viaţă pentru peşti. Ele nu pot supravieţui la acest nivel al pH-ului.
 
 
*Puii nu pot trăi.
*Din cauza lipsei de hrană apar mulţi adulţi cu malformaţii.
*Peştii mor prin sufocare.
 
 
*Toţi peştii dispar.
 
 
*Dispar şi celelalte forme de viaţă, dacă mai există.

 

Peştii, fiind membrii primari ai lanţului trofic, reprezintă hrană pentru multe specii de animale, printre care se numără şi omul. Din cauza materialelor toxice, precum mercurul, depozitate în peşti ca rezultat al ploilor acide, este periculos pentru oameni să consume peşte.

Amfibienii sunt deasemenea afectaţi, la fel ca peştii, ei neputându-se reproduce într-un mediu acid.

Ştiaţi că:

•În doar 10 ani, din 1961 până în 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 mărire a acidităţii de aproape 200 de ori.

 

V. GLOSAR

 

Catalizator, catalizatori=s.m., substanţă care grăbeşte sau încetineşte o reacţie chimică, fără ca ea însăşi să fie modificată.

Coroziune, coroziuni=s.f., proces chimic sau electrochimic de degradare, exercitat la suprafaţa corpurilor metalice de oxigenul din aerul umed sau de diverse substanţe chimice* proces de eroziune a unor roci sub acţiunea apelor, vântului, etc.

Logaritm, logaritmi=s.m., putere la care trebuie ridicat un anumit număr pozitiv, numit bază, spre a obţine un număr dat.

(Lumină) ultravioletă, ultraviolete=adj., care este situată dincolo de marginea violetă a spectrului luminii.

Peroxid, peroxizi=s.m., derivat al apei oxigenate rezultat prin înlocuirea hidrogenului acesteia cu metale sau cu radicali organici.

Reactiv(ă), reactivi(e)=s.m., substanţă chimică ce dă o reacţie specifică în prezenţa unui anumit ion sau a unei grupe de ioni

Stoechiometrie=s.f., ramură a chimiei care studiază raporturile cantitative dintre elemente, în combinaţii sau în reacţii.

 

VI. BIBLIOGRAFIE

 

1)    D.C. Adriano şi A.H. Johnson: “Acidic Precipitation”, vol. 2 New York: Springer-Verlag, 1989

2)    J. Alcano, R. Shaw        şi L. Hordijk: “The Rains Model of Acidification: Science and Strategies in Europe” Boston: Kluwer Academic Publishers, 1990

3)    W. Bown: “Europe’s  Forests Fall to Acid Rain”, vol. 127, New Scientist, 1990

4)    “Corrosive Mist Sets Puzzle for Scientists”, vol. 124, New Scientists, 1989

5)    “Acid Rain and Eggshels”, vol. 339, Nature, 1989

6)    J. G. Calvert: “SO2 , NO and NO2 Oxidation Mechanisms: Atmospheric Considerations”, vol. 3, Toronto: Butterworth Publishers, 1984

7)    J.L. Durham: “Chemistry of Particles, Fogs and Rains”, vol. 2, Toronto: Butterworth Publishers, 1984

8)    T.C. Elliot şi R.G. Schwieger: “The Acid Rain Sourcebook”, New York: McGraw-Hill Inc., 1984

9)   B.A. Forster: “The Acid Rain Debate”, Ames: Iowa State University Press, 1993

10) G.J. Heij şi J.W. Erisman: “Acid Rain Research: Do We Have Enough Answers?”, New York: Elsevier, 1995

11) A.H. Legge şi S.V. Krupa: “Acidic Depositions: Sulphur and Nitrogen Oxides”, Alberta: Lewis Publishers, 1990

12) E. Lucas “Acid Rain”, Chicago: Childrens Press, 1991

13) P. Mandelbaum: “Acid Rain: Economic Assessment”, New York: Plenum Press, 1985

14) F. Pearce: “Acid Rain”, vol. 11, New Scientist, 1987

15) G. Stewart: “Acid Rain”, San Diego: Lucent Books Inc., 1990

16) “Claudy Verdict Discover”, vol. 11, 1990

17) J.C. White: “Acid Rain: The Relationship between Sources and Receptors”, New York: Elsevier, 1988

18) S.S. Zumdahl: “Chemical Principles”, Toronto: D.C. Heath and Company, 1995