KISELA KIŠA: KAKO NASTAJE, SASTAV, REAKCIJE I UČINCI - OKOLIŠ - 2025

Kisele kiše mokra ili suha taloženje tvari kojima se daje pH vrijednost ispod 5,6. Ova oborina može biti vlažna (razrijeđena u kišnici) ili suha (taloženje čestica ili aerosola).

Izraz "kisela kiša" prvi je put predložio engleski istraživač Robert Angus Smith 1850. godine, usred industrijske revolucije. Najviše kiselih kiselina koje nastaju u atmosferi su dušična i sumporna oksidacijom prirodnih ili umjetnih zagađivača.

Karta kisele kiše. Izvor: Alfredsito94

Najrelevantniji zagađivači su oksidi: NO2, NO3, SO2, čiji su prirodni izvori vulkanske erupcije, šumski požari i razgradnja bakterija. Umjetni izvori su emisije plinova nastale izgaranjem fosilnih goriva (industrijska djelatnost i automobilski promet).

Kisela kiša uzrokuje negativne utjecaje na okoliš, poput zakiseljavanja tla i voda, utječući na živa bića, uključujući i ljude. Također, tla i voda su kontaminirani teškim metalima, a eutrofikacija se javlja u vodnim tijelima.

Na razini vegetacije dolazi do izravnog oštećenja lišća i utjecaja na rast biljaka. Pored toga, zakiseljavanje tla imobilizira hranjive tvari i utječe na mikorize (gljive iz tla). Slično tome, zgrade, strojevi, spomenici i umjetnička djela izloženi elementima teško se oksidiraju ili erodiraju djelovanjem precipitiranih kiselina.

Da bi se popravio učinak kisele kiše, mogu se poduzeti neke bitne mjere, poput zaštite spomenika i ispravljanja zakiseljavanja tla i voda. Međutim, osnovno rješenje za kisele kiše je smanjenje emisije kemijskih spojeva u atmosferu koji su prekursori stvaranja kiselina.

Kako nastaje kisela kiša?

Kisla magla zbog emisije SO2 iz rafinerije PDVSA u Curaçaou. Izvor: HdeK

Kemijski prekursori

Fenomen kisele kiše započinje ispuštanjem u atmosferu kemijskih spojeva koji su prekursori stvaranja kiselina. Ovi spojevi mogu se emitirati prirodnim ili umjetnim izvorima.

Prirodni izvori uključuju erupcije vulkana, vegetacijske požare i emisije u ocean. Kao umjetni izvori djeluju industrijske emisije, emisije iz motornih vozila sa izgaranjem ili izgaranja otpada.

Ti izvori emitiraju različite spojeve koji mogu stvarati kiseline u atmosferi. Najznačajniji su, međutim, dušični oksidi i sumporni oksidi.

Dušikovi oksidi poznati su pod nazivom NOx, a uključuju dušični dioksid (NO2) i dušikov oksid (NO). U svom dijelu sumporni oksid je SO2 ili sumporni dioksid.

Troposferični postupak i proizvedene kiseline

Fenomen kisele kiše javlja se u troposferi (atmosferska zona koja ide sa zemljine površine do visine od 16 km).

U troposferi, zračne struje mogu prenijeti te spojeve preko bilo kojeg dijela planeta, što ga čini globalnim problemom. U ovom procesu, dušični i sumporni oksidi međusobno djeluju s drugim spojevima kako bi tvorili dušičnu kiselinu i sumpornu kiselinu.

Podrška reakcijama

Kemijske reakcije mogu se provesti bilo na čvrstim česticama u suspenziji ili u kapljicama vode u suspenziji.

Dušična kiselina nastaje uglavnom u plinskoj fazi zbog male topljivosti u vodi. Sa svoje strane, sumporna kiselina je topljivija u vodi, a glavni je sastojak kisele kiše.

Dušična kiselina

Za nastajanje dušične kiseline (HNO3) dušični oksidi reagiraju s vodom, s radikalima poput OH (u manjoj mjeri s HO2 i CH3O2) ili s troposferskim ozonom (O3).

Sumporne kiseline

U proizvodnji sumporne kiseline (H2SO4) sudjeluju i ostaci OH, HO2, CH3O2, voda i ozon. Pored toga, može se stvoriti reakcijom s vodikovim peroksidom (H2O2) i raznim metalnim oksidima.

Karbonska kiselina

H2CO3 nastaje fotokemijskom reakcijom ugljičnog dioksida s atmosferskom vodom.

Klorovodična kiselina

HCl predstavlja samo 2% kisele kiše, a njegov prethodnik je metil klorid (ClCH3). Ovaj spoj dolazi iz oceana i oksidira OH radikalima u obliku klorovodične kiseline.

Taloženje

Jednom kada se formiraju kiseli spojevi (dušična ili sumporna kiselina, te u manjoj mjeri klorovodična kiselina), istaložiće se.

Precipitacija može biti taloženjem suspendiranih čestica u kojima je došlo do reakcije zakiseljavanja u plinskoj fazi. Drugi način je da se kondenzirana voda taloži na kiši na kojoj su nastale kiseline.

Sastav

Prirodna kiselost kiše blizu je pH od 5,6, mada u nekim nezagađenim područjima vrijednosti 5. Ove niske pH vrijednosti povezane su s prisustvom kiselina prirodnog podrijetla.

Smatra se da se ovisno o pH razini kiša može razvrstati u:

a) Blago kisela (pH između 4,7 i 5,6)

b) Srednja kiselina (pH između 4,3 i 4,7)

c) Jako kisela (pH manja ili jednaka 4,3).

Ako kiša ima koncentraciju> 1,3 mg / L za nitrate i> 3 mg / L za sulfate, smatra se da je zagađenje veliko.

Kisela kiša sastavljena je u više od dvije trećine slučajeva prisustvom sumporne kiseline, a potom u obilju dušičnom kiselinom. Ostale komponente koje mogu pridonijeti kiselosti kiše su klorovodična i ugljična kiselina.

Kemijske reakcije kisele kiše

Stvaranje sumporne kiseline (H2SO4)

Proizvodnja sumporne kiseline može se dogoditi u plinskoj ili tekućoj fazi.

Faza plina

Samo 3 do 4% SO2 oksidira u plinskoj fazi radi dobivanja sumporne kiseline. Mnogo je puteva za stvaranje sumporne kiseline iz plinovitih prekursora, ovdje je prikazana reakcija SO2 s troposferskim ozonom.

Reakcija se odvija u dva stupnja:

1. - Sumpor-dioksid reagira s troposferskim ozonom, stvarajući sumpor-trioksid i oslobađajući kisik.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Zatim sumporni trioksid oksidira vodenom parom i stvara sumpornu kiselinu.

SO3 + H2O = H2SO4

Tečna faza

U kapljicama vode koja će formirati kišu sumporna kiselina može se proizvesti na nekoliko načina:

1.- SO2 se rastvara u vodi koja stvara sumpornu kiselinu i oksidira vodikov peroksid:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2. - Fotokatalitički mehanizam: U ovom se slučaju čestice metalnih oksida (željezo, cink, titan) aktiviraju zahvaljujući djelovanju sunčeve svjetlosti (fotokemijska aktivacija) i oksidiraju SO2 stvarajući sumpornu kiselinu.

Tvorba dušične kiseline (HNO3)

Troposferski ozon O3 proizvodi transformaciju NO2 u HNO3 u trostupanjskom procesu:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2

2.- NO3 + NO2 = N2O5

3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Učinci na okoliš

Učinak kisele kiše u šumi u planinama Jizera u Češkoj Republici. Izvor: Lovecz

Zakiseljavanje tla i njegovi utjecaji na vegetaciju

Učinak kisele kiše na tlo varira ovisno o njegovom sastavu. Na primjer, tla karbonatnog, bazaltnog i magnetskog podrijetla imaju veću sposobnost neutralizacije kiseline.

Sa svoje strane, tla bogata kvarcem kao inertnim materijalom nisu sposobna regulirati sadržaj kiseline. Dakle, u tlima gdje kisela kiša povećava kiselost, metalni ioni koji su toksični za biljke i životinje oslobađaju se i odvode.

Važan slučaj je otapanje aluminosilikata, koji oslobađaju ione aluminija koji su vrlo štetni za vegetaciju.

Općenito, kiselost tla smanjuje dostupnost hranjivih tvari za biljke. Osim toga, promiče oslobađanje i ispiranje kalcija, što uzrokuje nedostatak biljaka.

Utjecaj na vodonosnike i zdravlje ljudi

U većini slučajeva kisela kiša ne izgleda ili se ne razlikuje od uobičajene kiše, niti stvara senzacije na koži. Učinci na zdravlje ljudi su neizravni, a rijetko uzrokuje oštećenja kože zbog ekstremne kiselosti.

Jedan od problema s kiselom kišom je taj što se snižavanjem vrijednosti pH ispod 5 teški metali oslobađaju i odvode. Ti zagađivači poput aluminija i kadmija mogu ući u podzemne vodonosnike.

Ako voda iz tih zagađenih vodonosnika pređe u bunare koji se koriste za prehranu ljudi, to može nanijeti ozbiljnu štetu zdravlju.

Pogoršanje zgrada, spomenika i materijala

Gargoyle oštećen kiselim kišama. Izvor: Nino Barbieri

Kamenje vapnenog tipa

Na građevine, spomenike i skulpture izrađene vapnencem ili mramorom teško je pogođena kisela kiša. To je prilično ozbiljno, jer su mnoge povijesne građevine i umjetnička djela izgrađena ovim materijalima.

U slučaju vapnenca, kisela kiša uzrokuje otapanje vapnenca i uzrokuje prekristalizaciju kalcita. Ova rekristalizacija stvara bjelkaste tonove na površini.

U specifičnom slučaju kiše sa sumpornom kiselinom dolazi do pojave sulfacije. Kroz ovaj postupak stijena se pretvara u gips i oslobađa se CO2.

Na mramor, iako otporniji, utječe i kisela kiša. U tom slučaju dolazi do pilinga kamena, zbog čega se odvajaju površni slojevi.

Ostali nerozivni materijali

U nekim je zgradama strukturno propadanje manje, ali također ima i negativne učinke. Na primjer, naslage suhe kiseline čine zidove prljavim, povećavajući tako troškove održavanja.

metali

Kisela kiša uzrokuje koroziju metala zbog fenomena oksidacije. To uzrokuje velike ekonomske gubitke, jer ozbiljno utječu konstrukcije, oprema, strojevi i vozila s metalnim dijelovima.

biljke i životinje

Ribe ubijene kiselim kišama. Izvor: Služba za ribe i divlje životinje SAD-a.

Kisela kiša mijenja prirodni balans vodenih i kopnenih ekosustava.

Biljke i životinje u lentiranim vodenim tijelima

Vodena tijela leće su podložnija zakisanju, jer su to zatvoreni ekosustavi. Pored toga, nakupljanje kiselina u vodi ima negativne posljedice na život koji živi.

Druga posljedica zakiseljavanja je taloženje nitrata putem kiše, što uzrokuje eutrofikaciju u vodenim tijelima. Višak hranjivih sastojaka smanjuje raspoloživi kisik i nepovoljno utječe na opstanak vodenih životinja.

Drugi neizravni negativni učinak je uvlačenje jona teških metala iz zemaljskog okoliša u vodena tijela. Ti se ioni oslobađaju u tlu djelovanjem hidronijevih iona kada se povećava kiselost.

Vegetacija i dostupnost hranjivih sastojaka

Najozbiljniji problemi uzrokovani zakiseljavanjem tla su nepokretnost esencijalnih hranjivih sastojaka i povećanje toksičnih metala.

Na primjer, aluminij i magnezij oslobađaju se od čestica tla zamjenom vodika. Aluminij utječe na strukturu i funkciju korijena i smanjuje apsorpciju kalcija neophodnog za biljke.

S druge strane, zakiseljavanje tla uzrokuje oštećenja mikorize (gljive povezane s korijenom), koja su bitna u dinamici šume.

Izravna šteta biljkama i životinjama

Sumporna kiselina uzrokuje izravnu štetu na lišću razgradnjom klorofila i stvaranjem kloroze (žutila lišća). Kod nekih vrsta raste i proizvodnja održivih sjemenki.

Vodozemci (žabe i krastače) posebno su osjetljivi na učinke kiselosti u vodi. Neka oštećenja predstavljaju izravne ozljede i smanjenu obranu od patogena (posebno kožnih gljivica).

rješenja

Smanjite emisije

Dno crta kisele kiše je smanjiti emisiju kemikalija koje prethode kiselinama u okoliš. Najvažniji od njih su sumporni i dušikovi oksidi.

Međutim, to ima nekih poteškoća, jer podrazumijeva utjecaj na ekonomske i razvojne interese kompanija i zemalja. Na primjer, jedan od glavnih izvora sumpornog dioksida je izgaranje ugljena, koji u Kini čini više od 70% energije.

Postoje neke tehnološke alternative koje mogu pomoći u smanjenju emisija. Na primjer, u industriji takozvani "fluidizirani slojevi" sadrže apsorbere (vapnenac ili dolomit) koji zadržavaju SO2. U slučaju motornih vozila i motora s izgaranjem općenito, katalitički pretvarači također pomažu u smanjenju emisije SO2.

S druge strane, neke zemlje provode posebne programe za smanjenje kiselih kiša. Primjerice, Sjedinjene Države razvile su Nacionalni program procjene padavina u kiselinama (NAPAP). Među nekim mjerama koje NAPAP predviđa je primjena goriva s malim sumporom.

Druga moguća mjera je zamjena voznog parka električnim automobilima kako bi se smanjila i kisela kiša i globalno zagrijavanje. Međutim, iako za postizanje toga postoji tehnologija, pritisak automobilske i naftne industrije odgodio je odluke u tom pogledu. Ostali čimbenici koji utječu su kulturološki elementi koji se odnose na brzinu kojom se očekuje da vozilo dostigne.

Primijenite mjere korekcije kiselosti

U nekim se slučajevima pH tla i vode može povećati dodavanjem alkalija, na primjer ugradnjom velike količine vapna. Međutim, ova praksa nije izvediva na vrlo velikim površinama zemljišta.

Površinska zaštita

Kamen

Postoje različite metode zaštite ili barem smanjenja propadanja kamena pod djelovanjem kisele kiše. Jedna od tih metoda je da ga operete parom ili toplom vodom.

Mogu se koristiti i kemijska sredstva poput fluorovodične kiseline ili amonijevog bifluorida. Jednom opran, kamen se može zapečati nanošenjem posebnih proizvoda koji začepljuju pore, poput barijevog hidroksida.

Metal

Metalne površine podložne koroziji mogu se zaštititi premazivanjem nekorozivnim metalom, poput cinka.

Za to se može primijeniti elektrodepozicija ili metalna konstrukcija koja se štiti može biti uronjena u zaštitni metal u tekućem stanju.

Reference

1. Espada L i A. Sánchez (1995). Utjecaj kisele kiše na koroziju metala. str. 145-171. U: Sastre de Vicente M. (koord.) Elektrokemija i okoliš na pragu XXI stoljeća. Sveučilište La Coruña. Služba za publikacije La Coruña, Španjolska.
2. García-Ruiz G (2018). Zaštita građevinskih konstrukcija u korozivnim atmosferama. Kraj studija studija inženjera u industrijskim tehnologijama. Veleučilište u Cartageni. Viša tehnička škola industrijskog inženjerstva. Cartagena, Španjolska. 75 str.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos i MA Hernández-García (2010). Kisele kiše i šumski ekosustavi.. Revista Chapingo Šumarstvo i nauke o okolišu serija 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll i DC Buso (1996). Dugoročni učinci kisele kiše: odziv i oporavak šumskog ekosustava. Znanost, 272; 244-246.

   Likens GE i FH Bormann (1974). Kisela kiša: ozbiljan regionalni problem zaštite okoliša. Znanost, 184: 1176-1179.

5. Schindler DW (1988). Učinci kisele kiše na slatkovodne ekosustave. Znanost, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Zagađenje zraka i kisela kiša. Dijagnoza fenomena u gradu Manizales. Tehnički i Arhitektonski fakultet. Nacionalno sveučilište Kolumbije. Manizales sjedište. Uredništvo Blanecolor Ltda. Prvo izdanje. Manizales, Kolumbija. 150 str.