Zure regen hoe het wordt gevormd, samenstelling, reacties en effecten

De zure regen Het is de natte of droge neerslag van stoffen die een pH genereren op minder dan 5,6. Deze neerslag kan nat zijn (verdund in regenwater) of droog (deeltjes- of aerosolenafzettingen).

De term "zure regen" werd voor het eerst voorgesteld door de Engelse onderzoeker Robert Angus Smith in 1850, in volledige industriële revolutie. De meest voorkomende zuren die in de atmosfeer worden gevormd, zijn salpeter- en zwavel door oxidatie van natuurlijke of kunstmatige verontreinigende stoffen.

Zure regenkaart. Bron: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

De meest relevante verontreinigende stoffen zijn oxiden: NO2, NO3, SO2, waarvan de natuurlijke bronnen vulkaanuitbarstingen, bosbranden en bacteriële afbraak zijn. Kunstmatige bronnen zijn gasemissieproduct van brandende fossiele brandstoffen (industriële activiteit en autoverkeer).

Zure regen veroorzaakt negatieve effecten in het milieu, zoals de verzuring van bodems en wateren, die levende wezens beïnvloeden, inclusief de mens. Evenzo zijn bodems en water besmet met zware metalen, en in de waterlichamen komt het voor.

Op vegetatieniveau treedt directe schade op in de bladeren en wordt het beïnvloed door de groei van planten. Bovendien immobiliseert bodemverzuring voedingsstoffen en beïnvloedt mycorrhizae (bodemschimmels). Evenzo worden gebouwen, machines, monumenten en kunstwerken die worden blootgesteld aan verwering ernstig geoxideerd of geërodeerd door het effect van neergeslagen zuren.

Om het effect van zure regen te verhelpen, kunt u enkele punrale maatregelen nemen, zoals het beschermen van monumenten en het corrigeren van bodem en waterverzuring. De achtergrondoplossing voor zure regen is echter de emissie verminderd naar de atmosfeer van chemische verbindingen voorlopers van zuurvorming.

[TOC]

Hoe zure regen wordt gevormd?

Zure mist door SO2 -emissies van de PDVSA -raffinaderij in Curacao. Bron: Hdek [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

Voorloperchemische middelen

Het fenomeen van zure regen begint met de emissie naar de atmosfeer van chemische verbindingen voorlopers van zuurvorming. Deze verbindingen kunnen worden uitgegeven door bronnen of natuurlijk of kunstmatig.

Onder de natuurlijke bronnen zijn vulkaanuitbarstingen, vegetatiebranden en oceanische emissies. Als kunstmatige bronnen handelen industriële emissies, verbranding motorvoertuigen of afvalverbranding.

Deze bronnen stoten verschillende verbindingen uit die zuren in de atmosfeer kunnen genereren. De belangrijkste zijn echter stikstofoxiden en zwaveloxiden.

Stikstofoxiden zijn bekend als NOx en omvatten stikstofdioxide (NO2) en stikstofoxide (NO). Zwaveloxide van zijn kant is SO2 of zwaveldioxide.

Geproduceerd troepenosferisch en zuurproces

Het fenomeen van zure regen komt voor in de troposfeer (atmosferisch gebied dat van het aardoppervlak naar een hoogte van 16 km gaat).

In de troposfeer kunnen luchtstromen deze verbindingen op elk deel van de planeet dragen, waardoor het een wereldwijd probleem is. In dat proces interageren stikstof- en zwaveloxiden met andere verbindingen om respectievelijk salpeterzuur en zwavelzuur te vormen.

Reacties ondersteunen

Chemische reacties kunnen worden uitgevoerd op vaste gesuspendeerde deeltjes of in suspensiedruppels.

Salpeterzuur wordt voornamelijk gevormd in de gasfase, vanwege de oplosbaarheid met lage water. Van zijn kant is zwavelzuur meer oplosbaar in water, het belangrijkste bestanddeel van zure regen.

Salpeterzuur

Voor de vorming van salpeterzuur (HNO3) reageren stikstofoxiden met water, met radicalen zoals OH (in mindere mate met HO2 en CH3O2), of met troposferische ozon (O3).

Zwavelzuur

In het geval van de productie van zwavelzuur (H2SO4), nemen radicalen OH, HO2, CH3O2, water en ozon ook mee. Bovendien kan het worden gevormd door te reageren met waterstofperoxide (H2O2) en verschillende metaaloxiden.

Kan u van dienst zijn: BESTEMINGEN: Kenmerken, typen, voorbeelden

Koolzuur

H2CO3 wordt gevormd dankzij de fotochemische reactie van koolstofdioxide met atmosferisch water.

Zoutzuur

HCl vertegenwoordigt slechts 2% van zure regen en de voorloper is het methylchloride (CLCH3). Deze verbinding komt uit oceanen en wordt geoxideerd door OH -radicalen om zoutzuur te vormen.

Neerslag

Zodra zure verbindingen (salpeterzuur of zwavelzuur zijn gevormd, en in mindere mate zoutzuur), zullen deze neerslaan.

Neerslag kan te wijten zijn aan suspensie -deeltjes waarin de gasfase -reactie heeft plaatsgevonden. Een andere manier is dat in de regen het gecondenseerde water neerslaat waar zuren werden gevormd.

Samenstelling

De natuurlijke zuurgraad van de regen ligt dicht bij een pH van 5,6, hoewel in sommige niet -gecontamineerde gebieden waarden van 5 zijn aangegeven. Deze lage pH -waarden zijn geassocieerd met de aanwezigheid van natuurlijke zuren.

Er wordt aangenomen dat, afhankelijk van het pH -niveau, de regen kan worden ingedeeld in:

a) enigszins zuur (pH tussen 4,7 en 5,6)
b) Matig zuur (pH tussen 4,3 en 4,7)
C) sterk zuur (pH kleiner dan of gelijk aan 4,3).

Als de regen een concentratie heeft> 1,3 mg/l nitraten en> 3 mg/l in het geval van sulfaten, wordt vervuiling als hoog beschouwd.

Zure regen is samengesteld in meer dan tweederde van de gevallen vanwege de aanwezigheid van zwavelzuur, in overvloed gevolgd door salpeterzuur. Andere componenten die kunnen bijdragen aan de zuurgraad van de regen zijn zoutzuur en koolzuur.

Chemische reacties van zure regen

Vorming van zwavelzuur (H2SO4)

De productie van zwavelzuur kan optreden in een gasfase of vloeistoffase.

Gasvormige fase

Slechts 3 tot 4% van de SO2 geoxideerd in een zwavelfase om zwavelzuur te produceren. Er zijn veel routes voor de vorming van zwavelzuur uit gasvormige voorlopers, hier toont de reactie van SO2 met de troposferische ozon.

De reactie vindt plaats in twee fasen:

1.- Zwaveldioxide reageert met troposferische ozon die zwaveltrioxide genereren en zuurstof vrijgeven.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Vervolgens oxideert zwaveltrioxide met waterdamp en produceert zwavelzuur.

SO3 + H2O = H2SO4

Vloeibare fase

In de druppels water die de regen vormen, kan zwavelzuur op verschillende manieren optreden:

1.- SO2 lost op in water dat zwavelzuur genereert, en dit wordt geoxideerd door waterstofperoxide:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisch mechanisme: in dit geval worden metaaloxidendeeltjes (ijzer, zink, titanium) geactiveerd dankzij de werking van zonlicht (fotochemische activering) en oxideer het SO2 -genererende zwavelzuur.

Salpeterzuurvorming (HNO3)

O3 Ozono O3 produceert de transformatie van NO2 naar HNO3 in een proces met drie stage:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2Hno3

Effecten op het milieu

Effect van zure regen in een bos van de Jizera -bergen in de Tsjechische Republiek. Bron: Lovecz [Public Domain]

Verzuring van bodems en hun effecten op vegetatie

Het effect van zure regen op de grond varieert afhankelijk van de samenstelling van hetzelfde. Bodems van kalkhoudende, basaltische en stollingsoorsprong hebben bijvoorbeeld een grotere capaciteit om de zuurgraad te neutraliseren.

Van hun kant zijn kwartsrijke bodems als inert materiaal niet in staat om het zuurgehalte te reguleren. Dus, in de bodem waar zure regen de zuurgraad verhoogt, worden metaalionen die giftig zijn voor planten en dieren vrijgegeven en slepen ze.

Kan u van dienst zijn: organisaties die het milieu beschermen

Een relevant geval is de ontbinding van aluminosilicaten, die zeer schadelijke aluminiumionen voor vegetatie vrijgeven.

Over het algemeen vermindert de bodemzuurgraad de beschikbaarheid van voedingsstoffen voor planten. Bovendien bevordert het de afgifte en wassen van calcium, wat tekortkomingen in planten veroorzaakt.

Effect op aquifers en menselijke gezondheid

In de meeste gevallen heeft zure regen geen uiterlijk of andere smaak dan normale regen, noch genereert ze huidsensaties. De effecten ervan op de gezondheid van de mens zijn indirect en veroorzaakt zelden huidschade als gevolg van extreme zuurgraad.

Een van de problemen van zure regen is dat door het verlagen van de pH -waarden onder de 5, zware metalen worden vrijgegeven en slepen. Deze verontreinigende stoffen zoals aluminium en cadmium kunnen naar ondergrondse aquifers gaan.

Als het water van deze vervuilde aquifers overgaat naar putten die worden gebruikt voor menselijke consumptie, kan dit ernstige gezondheidsschade veroorzaken.

Achteruitgang van constructies, monumenten en materialen

Gargola beschadigd door zure regen. Bron: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/]]

Kalkachtige stenen van het type

De constructies, monumenten en sculpturen gemaakt met kalksteen of marmer worden erg beïnvloed door zure regen. Dit is vrij serieus, omdat veel historische gebouwen en kunstwerken met deze materialen zijn gebouwd.

In het geval van kalksteen veroorzaakt zure regen de oplossing van kalksteen en genereert de herkristallisatie van calciet. Deze herkristallisatie produceert witachtige tonen op het oppervlak.

In het specifieke geval van de regen met zwavelzuur treedt het sulfatie -fenomeen voor. Door dit proces wordt het oppervlak van de rots omgezet in gips en wordt CO2 vrijgegeven.

Marmeren, hoewel het resistenter is, wordt ook beïnvloed door zure regen. In dit geval treedt de scrubs van de steen op, dus oppervlaktelagen van hetzelfde zijn losgemaakt.

Andere niet -corrosieve materialen

In sommige gebouwen is de structurele verslechtering lager, maar ook met negatieve effecten. Bijvoorbeeld, droge zuurafzettingen vuile de wanden, dus de onderhoudskosten stijgen.

Metalen

Zure regen veroorzaakt corrosie van metalen als gevolg van het oxidatiefenomeen. Dit veroorzaakt enorme economische verliezen, omdat structuren, apparatuur, machines en voertuigen met metalen onderdelen ernstig worden aangetast.

flora en fauna

Vis dood voor zure regen. Bron: United States Fish and Wildlife Service. [Publiek domein]

Zure regen wijzigt de natuurlijke balans van aquatische en terrestrische ecosystemen.

Planten en dieren in lentische waterlichamen

Luntische waterlichamen zijn gevoeliger voor verzuring, omdat ze gesloten ecosystemen zijn. Bovendien heeft de accumulatie van zuren in water negatieve gevolgen voor het leven dat herbergt.

Een ander gevolg van verzuring is de neerslag van nitraten door regen, die eutrofiëring in de waterlichamen veroorzaakt. Overmatige voedingsstoffen vermindert de beschikbare zuurstof en beïnvloedt een negatieve invloed op het overleven van waterdieren.

Een ander indirect negatief effect is de weerstand naar de waterlichamen van zware metaalionen uit de terrestrische omgeving. Deze ionen worden ter plaatse vrijgegeven door de werking van de hydroniumionen wanneer de zuurgraad wordt verhoogd.

Vegetatie en beschikbaarheid van voedingsstoffen

De meest ernstige problemen veroorzaakt door bodemverzuring zijn de immobiliteit van essentiële voedingsstoffen en de toename van giftige metalen.

Aluminium en magnesium komen bijvoorbeeld vrij uit gronddeeltjes wanneer het wordt vervangen door waterstof. Aluminium beïnvloedt de structuur en functie van de wortels en vermindert de absorptie van essentieel calcium voor planten.

Kan u van dienst zijn: vee: kenmerken, voedsel, ziekten

Aan de andere kant veroorzaakt bodemverzuring schade aan mycorrhizae (schimmels geassocieerd met wortels), die essentieel zijn in de dynamiek van het bos.

Directe schade in planten en dieren

Zwavelzuur veroorzaakt directe schade aan de bladeren door het afbreken van chlorofyl en het produceren van chlorose (bladgeel). Bij sommige soorten neemt de groei en productie van levensvatbare zaden af.

De amfibieën (kikkers en padden) zijn bijzonder vatbaar voor de effecten van waterzuurgraad. Sommige schade zijn directe laesies en afname van de verdediging tegen ziekteverwekkers (vooral huidschimmels).

Oplossingen

De uitstoot verminderen

De achtergrondoplossing voor zure regen is het verminderen van de uitstoot tot de omgeving van chemicaliën van zuur. De belangrijkste hiervan zijn zwavel- en stikstofoxiden.

Dit heeft echter enkele problemen, omdat het impliceert dat de economische en ontwikkelingsbelangen van bedrijven en landen worden beïnvloed. Een van de belangrijkste bronnen van zwaveldioxide is bijvoorbeeld het verbranden van kolen die meer dan 70% van de energie in China vertegenwoordigt.

Er zijn enkele technologische alternatieven die kunnen helpen de uitstoot te verminderen. In de industrie bijvoorbeeld bevatten de zo gemalen "gefluste bedden" absorberende (kalksteen of dolomiet) die de SO2 behouden. In het geval van motorvoertuigen en in het algemeen, verbrandingsmotoren, helpen katalytische converters ook om de SO2 -emissies te verminderen.

Aan de andere kant hebben sommige landen specifieke programma's geïmplementeerd om zure regen te verminderen. De Verenigde Staten ontwikkelden bijvoorbeeld het National Acid Precipitation Evaluation Program (NAPAP). Onder een van de maatregelen die NAPAP hebben overwogen, is het gebruik van het gebruik van lage zwavelbrandstoffen.

Een andere mogelijke maatregel is de vervanging van het autopark door elektrische auto's om zowel zure regen als wereldwijde verwarming te verminderen. Hoewel er echter technologie is om dit te bereiken, heeft de druk van de auto- en olie -industrie er beslissingen over vertraagd. Andere factoren die van invloed zijn, zijn culturele elementen gerelateerd aan de snelheid waarvan wordt gestreefd om een ​​voertuig te bereiken.

Pas de maatregelen van zuurgraad correcties toe

In sommige gevallen kan de pH van bodems en wateren worden verhoogd door alkalis toe te voegen, bijvoorbeeld met grote hoeveelheden kalk. Deze praktijk is echter niet haalbaar in zeer grote landverlengingen.

Oppervlaktebescherming

Steen

Er zijn verschillende methoden om de verslechtering van de steen te beschermen of op zijn minst te verminderen onder het effect van zure regen. Een van deze methoden is om het te wassen met stoom of heet water.

Chemische middelen zoals fluorhorinezuur of ammonium bifluoride kunnen ook worden gebruikt. Eenmaal gewassen, kan de steen worden verzegeld door speciale producten aan te brengen die de poriën aansluiten, zoals bariumhydroxide.

Metaal

Metaaloppervlakken die vatbaar zijn voor corroderen kunnen zichzelf beschermen door ze te bedekken met een niet -corrosief metaal zoals zink.

Hiervoor kan elektrodepositie worden toegepast of ondergedompeld de metaalstructuur die moet worden beschermd in het beschermende metaal in een vloeibare toestand.

Referenties

1. Zwaard l en a. Sánchez (1995). Invloed van zure regen op metaalcorrosie. PP. 145-171. In: Vicente M Tailor. (Coörding.) Elektrochemie en omgeving op de drempel van de 21ste eeuw. Universiteit van La Coruña. Publicatiedienst. La Coruña, Spanje.
2. García-Ruiz G (2018). Bescherming van bouwstructuren in corrosieve atmosferen. Einde graadwerk in engineering in industriële technologieën. Polytechnic University of Cartagena. Hogere technische school voor industriële engineering. Cartagena, Spanje. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos en Ma Hernández-García (2010). Zure regen- en bosecosystemen ... Chapingo Magazine Forest Sciences and Environment Series 16: 187-206.
4. Lichts GE, CT Driscoll en DC Buso (1996). Langetermijneffecten van zure regen: respons en herstel van een bosecosysteem. Wetenschap, 272; 244-246.
   Lichten GE en FH Bumann (1974). Zure regen: een regionaal regionaal benijdsprobleem. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Effecten van zure regen op zoetwaterecosystemen. Wetenschap, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Lucht- en zure regenvervuiling. Diagnose van het fenomeen in de stad Manizales. Faculteit van engineering en architectuur. Nationale Universiteit van Colombia. Manizales hoofdkantoor. Redactionele blanecolor ltda. Eerste editie. Manizales, Colombia. 150 p.