Powstawanie kwaśnych deszczy
Kwaśne deszcze to opady atmosferyczne o odczynie kwaśnym (o pH niższym od 5,6). Przyczyną kwaśnych dreszczów jest tworzenie się w atmosferze kwasów siarkowego i azotowego. Powstają one na skutek reakcji tlenków siarki i azotu z parą wodną. Głównym źródłem tlenków siarki i azotu są procesy spalania w silnikach samochodowych, elektrowniach, hutach i innych instalacjach przemysłowych, ale mogą one pochodzić też (w dużo mniejszej ilości) ze źródeł naturalnych – gazów wulkanicznych, czy też procesów rozkładu materii organicznej. W procesie spalania, tlenki siarki powstają na skutek utleniania siarki i jej związków, stanowiących zanieczyszczenia paliw kopalnych (szczególnie węgla). Tlenki azotu natomiast powstają wskutek reakcji azotu z tlenem w wysokiej temperaturze. Reakcja ta może towarzyszyć każdemu procesowi spalania prowadzonemu na powietrzu (niezależnie od czystości paliwa). W atmosferze, tlenki azotu i siarki mogą ulegać dalszemu utlenianiu pod działaniem tlenu, które prowadzi do powstawania tlenku siarki(VI), \(SO_3\), i tlenku azotu(V), \(N_2O_5\), które są bezwodnikami mocnych kwasów: siarkowego(VI), \(H_2SO_4\) i azotowego(V), \(HNO_3\). Bezwodnik kwasu to substancja, która w reakcji z wodą pozwala otrzymać dany kwas. I tak w atmosferze tlenek azotu(V) i tlenek siarki(VI) reagują z wodą zgromadzoną w chmurach, dając kwas azotowy(V) i siarkowy(VI). Kwasy te rozpuszczają się w wodzie i spadają na ziemię w postaci kwaśnego deszczu. Przebiegające po kolei reakcje opisane są w tabeli 1.
Tabela 1: Reakcje chemiczne składające się na proces powstawania kwaśnego deszczu
|
Reakcja |
Opis |
|
\(N_2 + O_2 \rightarrow 2NO\) |
Reakcje tworzenia tlenków azotu i siarki podczas spalania |
|
\(S + O_2 \rightarrow SO_2\) |
|
|
\(2NO + 2O_2 \rightarrow N_2O_5\) |
Utlenianie tlenków azotu i siarki tlenem atmosferycznym, do tlenków azotu(V) i siarki(VI) |
|
\(2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3\) |
|
|
\(N_2O_5 + H_2O \rightarrow 2 HNO_3\) |
Reakcje tlenków azotu(V) i siarki(VI) z wodą w atmosferze, prowadzące do powstania kwasów siarkowego(VI), \(H_2SO_4\) i azotowego(V), \(HNO_3\) |
|
\(SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4\) |
Skutki kwaśnych deszczy
Kwaśne deszcze uszkadzają budynki i roślinność, ale też powodują zakwaszanie gleb i wód. Kwaśny odczyn wody i gleby prowadzi między innymi do rozpuszczania minerałów zawierających aluminium (uwalnianie aluminium do gleby i wody), toksyczne dla organizmów żywych. Kwaśny odczyn gleb i wód utrudnia również roślinom pobieranie substancji odżywczych.
Zapobieganie powstawaniu kwaśnych deszczy
Jedyną metodą walki z kwaśnymi deszczami jest ograniczenie emisji do atmosfery tlenków siarki i azotu. Może być to realizowane przez:
a) Ograniczenie spalania paliw kopalnych – zastosowanie alternatywnych źródeł energii
b) Oczyszczanie paliw z siarki i jej związków
c) Oczyszczanie spalin z tlenków siarki (odsiarczanie spalin)
d) Katalityczną redukcję tlenków azotu w gazach spalinowych (katalizator samochodowy)