Happasade, miten se muodostuu, koostumus, reaktiot ja vaikutukset

Se hapan sade Aineiden märkä tai kuiva saostuminen tuottaa pH: n alle 5,6. Tämä saostuminen voi olla märkä (laimennettu sadevedessä) tai kuivana (hiukkas- tai aerosolit).

Englantilainen tutkija Robert Angus Smith ehdotti termiä "happaita sateita" vuonna 1850, täydessä teollisessa vallankumouksessa. Ilmakehässä muodostuneet runsaimmat hapot ovat typpinen ja rikki hapettumalla luonnollisiin tai keinotekoisiin epäpuhtauksiin.

Hapan sadekartta. Lähde: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]

Merkittävimmät epäpuhtaudet ovat oksidit: NO2, NO3, SO2, joiden luonnolliset lähteet ovat vulkaanisia purkauksia, metsäpaloja ja bakteerien hajoamista. Keinotekoiset lähteet ovat fossiilisten polttoaineiden polttamisen kaasupäästötuote (teollisuustoiminta ja autojen liikenne).

Happasade aiheuttaa negatiivisia vaikutuksia ympäristössä, kuten maaperän ja vesien happamoituminen, mikä vaikuttaa eläviin olennoihin, mukaan lukien ihminen. Samoin maaperät ja vesi ovat saastuneita raskasmetalleilla, ja veden rungossa se tapahtuu rehevöitymistä.

Kasvillisuustasolla lehtiä tapahtuu suoria vaurioita ja kasvien kasvu vaikuttaa siihen. Lisäksi maaperän happamointi immobilisoi ravintoaineita ja vaikuttaa mykorrizae (maaperän sienet). Samoin säälle altistetut rakennukset, koneet, monumentit ja taideteokset hapettuu voimakkaasti saostuneiden happojen vaikutuksesta.

Happaan sateen vaikutuksen korjaamiseksi voit toteuttaa joitain Punral -toimenpiteitä, kuten monumenttien suojaamisen ja maaperän ja veden happamoitumisen korjaamisen. Happaan sateen taustaliuos on kuitenkin vähentänyt kemiallisten yhdisteiden ilmakehän emissiota.

[TOC]

Kuinka hapan sade muodostuu?

Happamumu PDVSA -jalostamon SO2 -päästöillä Curacaossa. Lähde: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Edeltäjä kemialliset aineet

Happaan sateen ilmiö alkaa kemiallisten yhdisteiden ilmakehän ilmakehään. Nämä yhdisteet voivat antaa lähteet tai luonnolliset tai keinotekoiset.

Luonnollisten lähteiden joukossa ovat tulivuorenpurkaukset, kasvillisuuden tulipalot ja valtameren päästöt. Keinotekoisina lähteinä toimivat teollisuuspäästöt, polttoajoneuvot tai jätteiden polttaminen.

Nämä lähteet lähettävät erilaisia ​​yhdisteitä, jotka voivat tuottaa happoja ilmakehässä. Tärkeimmät ovat typpioksidit ja rikkioksidit.

Typpioksidit tunnetaan nimellä NOX, ja niihin sisältyy typpidioksidi (NO2) ja typpioksidi (NO). Rikkioksidi on puolestaan ​​SO2 tai rikkidioksidi.

Tuotettu trooposfäärinen ja happoprosessi

Hapon sateen ilmiö esiintyy troposfäärissä (ilmakehän alue, joka menee maan pinnasta 16 km: n korkeuteen).

Troposfäärissä ilmavirrat voivat kuljettaa nämä yhdisteet millä tahansa planeetan osalla, mikä tekee siitä globaalin ongelman. Tässä prosessissa typpi- ja rikkioksidit ovat vuorovaikutuksessa muiden yhdisteiden kanssa muodostaen typpihappoa ja rikkihappoa.

Reaktioiden tuki

Kemialliset reaktiot voidaan suorittaa joko kiinteillä suspendoituilla hiukkasilla tai suspensiopisaroilla.

Typpihappo muodostuu pääasiassa kaasufaasissa sen alhaisen veden liukoisuuden vuoksi. Rikkihappo on puolestaan ​​liukenevampi veteen, koska se on happohapon pääasiallinen aineosa.

Typpihappo

Typpihapon (HNO3) typpioksidien muodostumiseksi reagoivat veden kanssa radikaalien, kuten OH: n kanssa (vähemmässä määrin HO2: n ja CH3O2: n kanssa) tai troposfäärin otsonin kanssa (O3).

Rikkihappo

Myös rikkihappotuotannon (H2SO4) tapauksessa osallistuvat myös radikaalit OH, HO2, CH3O2, vesi ja otsoni. Lisäksi se voidaan muodostaa reagoimalla vetyperoksidin (H2O2) ja erilaisten metallioksidien kanssa.

Voi palvella sinua: Metsä: Ominaisuudet, tyypit, esimerkit

Hiilihappo

H2CO3 muodostuu hiilidioksidin fotokemiallisen reaktion ansiosta ilmakehän vedessä.

Suolahappo

HCl edustaa vain 2% happoa sadetta, ja sen edeltäjä on metyylikloridi (CLCH3). Tämä yhdiste tulee valtamereistä ja hapettaa OH -radikaalit suolahapon muodostamiseksi.

Sademäärä

Kun happoyhdisteet (typpihappo tai rikkihappo on muodostettu ja vähemmässä määrin suolahappo), nämä saostuvat.

Saostuminen voi johtua suspensiohiukkasista, joissa kaasufaasireaktio on tapahtunut. Toinen tapa on, että sateessa tiivistetty vesi saostuu, missä hapot muodostettiin.

Sävellys

Sateen luonnollinen happamuus on lähellä pH: ta 5,6, vaikka joillakin ei -saastuttamilla alueilla arvot on osoitettu. Nämä matalat pH -arvot on liitetty luonnollisten happojen läsnäoloon.

Katsottaan, että pH: n tasosta riippuen sade voidaan luokitella:

a) Hieman hapan (pH välillä 4,7 - 5,6)
b) kohtalaisen happo (pH välillä 4,3 - 4,7)
c) voimakkaasti happo (pH vähemmän tai yhtä suuri kuin 4,3).

Jos sateessa on pitoisuus> 1,3 mg/l nitraatteja ja> 3 mg/l sulfaattien tapauksessa, pilaantumisen katsotaan olevan korkea.

Hapan sade koostuu useammasta kolmasosasta tapausta rikkihapon läsnäolon vuoksi, jota seuraa runsaasti typpihappoa. Muita komponentteja, jotka voivat vaikuttaa sateen happamuuteen, ovat suolahappo ja hiilihappo.

Happaan sateen kemialliset reaktiot

Rikkihapon muodostuminen (H2SO4)

Rikkihappotuotanto voi esiintyä kaasufaasissa tai nestefaasissa.

Kaasumainen vaihe

Vain 3 - 4% SO2: sta hapettunut rikkihappoa tuottamaan rikkihappoa. Kaasumaisten esiasteiden rikkihapon muodostumiseen on monia reittejä, tässä osoittaa SO2: n reaktion troposfäärin otsonin kanssa.

Reaktio tapahtuu kahdessa vaiheessa:

1.- Rikkidioksidi reagoi troposfäärin otsonin kanssa, joka tuottaa rikkitrioksidia ja vapauttaa happea.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Sitten rikkitrioksidi hapettuu vesihöyryllä ja tuottaa rikkihappoa.

SO3 + H2O = H2SO4

Nestefaasi

Vesipisarassa, joka muodostaa sateen, rikkihappo voi tapahtua eri tavoin:

1.- SO2 liukenee rikkihappoa tuottavaan veteen, ja tämä hapettaa vetyperoksidilla:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalyyttinen mekanismi: Tässä tapauksessa metallioksidihiukkaset (rauta, sinkki, titaani) aktivoidaan auringonvalon (fotokemiallisen aktivaation) vaikutuksen ansiosta ja hapettelevat SO2: n tuottavan rikkihappoa.

Typpihapon muodostuminen (HNO3)

O3 Ozono O3 tuottaa muutoksen NO2: sta HNO3: ksi kolmen aseman prosessiin:

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

Vaikutukset ympäristöön

Happaan sateen vaikutus Jizeran vuorten metsässä Tšekin tasavallassa. Lähde: Lovecz [julkinen verkkotunnus]

Maaperän happamoituminen ja niiden vaikutukset kasvillisuuteen

Happaan sateen vaikutus maaperään vaihtelee saman koostumuksen mukaan. Esimerkiksi kalkkipitoisen, basalttisen ja tuntemattoman alkuperän maaperällä on suurempi kyky neutraloida happamuus.

Kvartsirikkaat maaperät puolestaan ​​inertinä materiaaleina eivät pysty säätelemään happopitoisuutta. Siten maaperässä, jossa hapan sade lisää happamuutta, kasveille ja eläimille myrkylliset metalli -ionit vapautuvat ja vetävät.

Voi palvella sinua: organisaatiot, jotka suojelevat ympäristöä

Asiaankuuluva tapaus on aluminosilikaattien liukeneminen, jotka vapauttavat erittäin haitallisia alumiini -ioneja kasvillisuudelle.

Yleensä maaperän happamuus vähentää kasvien ravintoaineiden saatavuutta. Lisäksi se edistää kalsiumin vapautumista ja pesua, mikä aiheuttaa puutteita kasveissa.

Vaikutus pohjavesikerroksiin ja ihmisten terveyteen

Useimmissa tapauksissa hapolla sateella ei ole ulkonäköä tai erilaista makua normaaliin sateeseen, eikä se tuota ihon tuntemuksia. Sen vaikutukset ihmisen terveyteen ovat epäsuoria ja aiheuttavat harvoin ihonvaurioita äärimmäisen happamuuden vuoksi.

Yksi happojen sateen ongelmista on, että vähentämällä pH -arvoja alle 5, raskasmetallit vapautuvat ja vetävät. Nämä epäpuhtaudet, kuten alumiini ja kadmium, voivat mennä maanalaisiin pohjakerroksiin.

Jos näiden saastuneiden pohjavesikerrosten vesi kulkee ihmisravinnoissa käytettyihin kaivoihin, se voi aiheuttaa vakavia terveysvaurioita.

Rakenteiden, monumenttien ja materiaalien heikkeneminen

Gargola vaurioituneet happosateen. Lähde: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0/]]

Kalkkityyppiset kivet

Hapon sade vaikuttaa hyvin kalkkikivellä tai marmorilla valmistettuihin rakenteisiin, muistomerkkeihin ja veistoksiin. Tämä on melko vakavaa, koska monet historialliset rakennukset ja taideteokset on rakennettu näiden materiaalien kanssa.

Kalkkikiven tapauksessa happosade aiheuttaa kalkkikiven liukenemisen ja tuottaa kalsiitin uudelleenkiteyttämisen. Tämä uudelleenkiteytys tuottaa valkeahkoja sävyjä pinnalla.

Rikkihapolla varustetun sateen erityistapauksessa sulfaatioilmiö tapahtuu. Tämän prosessin kautta kallion pinta muuttuu kipsiksi ja hiilidioksidi vapautetaan.

Marmoria, vaikka se on kestävämpi, vaikuttaa myös happea sade. Tässä tapauksessa kiven kuorinta tapahtuu, joten samojen pintakerrokset ovat irrotettuja.

Muut ei -korroosiomateriaalit

Joissakin rakennuksissa rakenteellinen heikkeneminen on alhaisempaa, mutta myös negatiivisilla vaikutuksilla. Esimerkiksi kuivahappokerrokset likaiset seinät, joten ylläpitokustannukset kasvavat.

Metallit

Hapan sade aiheuttaa metallien korroosion hapetusilmiön vuoksi. Tämä aiheuttaa valtavia taloudellisia menetyksiä, koska rakenteet, laitteet, koneet ja metalliosien ajoneuvot vaikuttavat vakavasti.

kasvisto ja eläimistö

Kala kuollut happaan sateeseen. Lähde: Yhdysvaltain kala- ja villieläinpalvelu. [Julkinen verkkotunnus]

Happasade muuttaa vesi- ja maanpäällisten ekosysteemien luonnollista tasapainoa.

Kasvit ja eläimet lentisissä vesistöissä

Luntiset vesistöt ovat alttiimpia happamoitumiselle, koska ne ovat suljettuja ekosysteemejä. Lisäksi happojen kertyminen veteen tuo kielteisiä vaikutuksia taloihin.

Toinen happamoitumisen seuraus on nitraattien saostuminen sateen kautta, mikä aiheuttaa rehevöitymistä vesistöissä. Ylimääräiset ravinteet vähentävät happea saatavilla ja vaikuttaa negatiivisesti vesieläinten selviytymiseen.

Toinen epäsuora negatiivinen vaikutus on heavymetalli -ionien vesistöjen vetäminen maanpäällisestä ympäristöstä. Nämä ionit vapautuvat maassa hydroniumionien vaikutuksella, kun happamuus lisääntyy.

Kasvillisuus ja ravintoaineiden saatavuus

Maaperän happamoitumisen aiheuttamat vakavimmat ongelmat ovat välttämättömien ravintoaineiden liikkumattomuus ja myrkyllisten metallien lisääntyminen.

Esimerkiksi alumiini ja magnesium vapautuvat maaperän hiukkasista, kun ne korvataan vetyllä. Alumiini vaikuttaa juurten rakenteeseen ja toimintaan ja vähentää kasvien olennaisen kalsiumin imeytymistä.

Voi palvella sinua: nautakarja: Ominaisuudet, ruoka, sairaudet

Toisaalta maaperän happamoituminen aiheuttaa vaurioita mykorrizaelle (juuriin liittyvät sienet), jotka ovat välttämättömiä metsän dynamiikassa.

Suorat vahingot kasveissa ja eläimissä

Rikkihappo aiheuttaa lehtien suoraa vaurioita hajottamalla klorofylli ja tuottamalla kloroosia (lehti keltainen). Joissakin lajeissa elinkelpoisten siementen kasvu ja tuotanto vähenevät.

Sammakkoeläimet (sammakot ja rupikonnat) ovat erityisen alttiita vesihappoisuuden vaikutuksille. Jotkut vahingot ovat suoria vaurioita ja puolustuksen väheneminen taudinaiheuttajia vastaan ​​(erityisesti iho -sienet).

Ratkaisut

Vähentää päästöjä

Happojen sateen taustaratkaisu on vähentää happamien kemikaalien päästöjä. Tärkeimmät näistä ovat rikki- ja typpioksidit.

Tällä on kuitenkin joitain vaikeuksia, koska se merkitsee vaikuttamista yritysten ja maiden taloudellisiin ja kehitykseen liittyviin etuihin. Esimerkiksi yksi rikkidioksidin tärkeimmistä lähteistä on hiilen polttaminen, joka edustaa yli 70% energiasta Kiinassa.

On joitain teknisiä vaihtoehtoja, jotka voivat auttaa vähentämään päästöjä. Esimerkiksi teollisuudessa niin kutsuttu "fluidisoivat sängyt" sisältävät absorboivan (kalkkikivi tai dolomiitti), jotka säilyttävät SO2: n. Moottoriajoneuvojen ja yleensä palamismoottorit katalyyttiset muuntimet auttavat myös vähentämään SO2 -päästöjä.

Toisaalta jotkut maat ovat toteuttaneet erityisiä ohjelmia happojen sateen vähentämiseksi. Esimerkiksi Yhdysvallat kehitti National Acid -sademäärän arviointiohjelman (NAPAP). Kaikkien NAPAP: n suunnittelemien toimenpiteiden joukossa on pienten rikkipolttoaineiden käytön toteuttaminen.

Toinen mahdollinen toimenpide on autopuiston korvaaminen sähköautoilla sekä hapan sateen että globaalin lämmityksen vähentämiseksi. Vaikka tämän saavuttamiseksi on tekniikkaa, auto- ja öljyteollisuuden paine on viivästynyt siitä. Muut vaikuttavat tekijät ovat kulttuurielementtejä, jotka liittyvät nopeuteen, joka pyrkii saavuttamaan ajoneuvon.

Soveltaa happamuuden korjaustoimenpiteitä

Joissakin tapauksissa maaperän ja vesien pH: ta voidaan nostaa lisäämällä alkalia, esimerkiksi sisältäen suuria määriä kalkkia. Tämä käytäntö ei kuitenkaan ole mahdollista erittäin suurissa maanpidennyksissä.

Pintasuojaus

Kivi

Kiven heikkenemisen suojaamiseksi tai ainakin vähentämiseksi on olemassa erilaisia ​​menetelmiä happosateen vaikutuksesta. Yksi näistä menetelmistä on pestä se höyryllä tai kuumalla vedellä.

Kemiallisia aineita, kuten fluoriahappoa tai ammoniumbifluoridia, voidaan käyttää myös. Pestyään kivi voidaan sinetöidä levittämällä erityisiä tuotteita, jotka pistoke huokoset, kuten bariumhydroksidi.

Metalli

Ortorodingille alttivat metallipinnat voivat suojata itseään peittämällä ne ei -korroosiolla olevalla metallilla, kuten sinkillä.

Tätä varten elektrodepositio voidaan käyttää tai upottaa metallimetallissa suojattava metallirakenne nestemäisessä tilassa.

Viitteet

1. Miekka L ja a. Sánchez (1995). Happaan sateen vaikutus metallikorroosioon. pp. 145-171. Julkaisussa: Vicente M räätälöity. (Koordin.) Sähkökemia ja ympäristö 2000 -luvun kynnyksellä. La Coruñan yliopisto. Julkaisu servo. La Coruña, Espanja.
2. García-Ruiz G (2018). Rakennusrakenteiden suojaaminen syövyttävissä ilmakehissä. Tutkintotodistuksen päättyminen teollisuusteknologioissa. Cartagenan ammattikorkeakoulu. Tekninen teollisuustekniikan tekninen koulu. Cartagena, Espanja. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos ja Ma Hernández-García (2010). Happasade- ja metsäekosysteemit ... Chapiningo Magazine Forest Sciences and Environment Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll ja DC Buso (1996). Happaan sateen pitkäaikaiset vaikutukset: metsäekosysteemin vaste ja palautuminen. Science, 272; 244-246.
   Likens Ge ja FH Bumann (1974). Happasade: alueellinen alueellinen kadehdittava ongelma. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Happaan sateen vaikutukset makean veden ekosysteemeihin. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Ilma- ja happojen sateen pilaantuminen. Manizalesin kaupungissa ilmiön diagnoosi. Tekniikan ja arkkitehtuurin tiedekunta. Kolumbian kansallinen yliopisto. Manizales -päämaja. Toimitus Blancolor LTDA. Ensimmäinen painos. Kolumbia. 150 p.