¿Cuáles son los principales peligros de la lluvia ácida para los organismos?
La precipitación ácida con un valor de pH inferior a 5,65 que está contaminada por gases ácidos en la atmósfera se llama lluvia ácida. La lluvia ácida es causada principalmente por la liberación provocada por el hombre de grandes cantidades de sustancias ácidas a la atmósfera. La lluvia ácida en China es causada principalmente por la quema masiva de carbón con alto contenido de azufre. Además, los gases de escape emitidos por diversos vehículos de motor también son una causa importante de la lluvia ácida. En los últimos años, algunas zonas de mi país se han convertido en zonas propensas a la lluvia ácida, y el alcance y el grado de contaminación por lluvia ácida han atraído la atención de la gente. ¿Qué es el ácido? El agua purificada es neutra e insípida; la limonada, el jugo de naranja y el vinagre son ácidos. Todos ellos son ácidos débiles. El agua con bicarbonato de sodio es alcalina y ligeramente astringente, mientras que el agua con soda cáustica es astringente y altamente alcalina. La sosa cáustica es un álcali, el bicarbonato de sodio es un álcali pero es una sal. Los científicos descubrieron que la acidez está relacionada con la concentración de iones de hidrógeno en una solución acuosa; el sabor alcalino está relacionado con la concentración de iones de hidróxido en una solución acuosa, luego establecieron un indicador: el valor negativo del logaritmo de la concentración de iones de hidrógeno, llamado pH; Por lo tanto, el valor del pH del agua pura (agua destilada) es 7; cuanto mayor es la acidez, menor es el valor del pH; cuanto mayor es la alcalinidad, mayor es el valor del pH (el valor del pH generalmente está entre 0 y 14). y la nieve son neutrales, el valor del pH es cercano a 7 cuando está saturado con dióxido de carbono en la atmósfera, es ligeramente ácido (el agua y el dióxido de carbono se combinan para formar ácido carbónico), con un valor de pH de 5,65. La lluvia con un valor de pH inferior a 5,65 se denomina lluvia ácida; la nieve con un valor de pH inferior a 5,65 se denomina nieve ácida; la niebla que se extiende a grandes altitudes o montañas (como el monte Emei) con un valor de pH inferior a 5,65 se denomina ácida. niebla.
En general, se pueden utilizar varias herramientas para detectar el valor de pH del agua: reactivo de tornasol\solución de prueba de fenolftaleína\papel de prueba de pH (alta precisión, puede detectar el valor de pH)\medidor de pH (puede medir el pH con mayor precisión valor).
Tasa de lluvia ácida
¿Cuántas veces puede llover en un año? Algunas son lluvia ácida y otras no. Por lo tanto, en términos generales, la tasa de lluvia ácida en un determinado. El área es el número de lluvias ácidas dividido por el número total de lluvias ácidas en el área. Número de lluvias. Su valor más bajo es 0%; su valor más alto es 100%. Si hay nieve, se debe considerar lluvia.
En ocasiones, un proceso de lluvia puede durar varios días, por lo que la tasa de lluvia ácida debe basarse en un proceso de precipitación completo, es decir, la tasa de lluvia ácida es el número de procesos de precipitación con lluvia ácida en un. año dividido por el año completo Número total de procesos de precipitación.
Además de la precipitación anual y el valor del pH, la tasa de lluvia ácida es otro indicador importante para determinar si una zona es zona de lluvia ácida.
Zona de lluvia ácida
Una muestra de lluvia ácida recolectada en un lugar determinado no puede considerarse como un área de lluvia ácida, porque puede haber docenas de lluvias en un año, algo de lluvia puede ser Lluvia ácida, y es posible que llueva algo. No es lluvia ácida, por lo que depende del promedio anual. En la actualidad, los estándares científicos para definir las áreas de lluvia ácida en mi país aún están en discusión, pero en general se cree que el valor promedio anual del pH de la precipitación es superior a 5,65 y la tasa de lluvia ácida es del 0 al 20%, lo cual es un área de lluvia no ácida; el valor del pH está entre 5,30 y 5,60 y la tasa de lluvia ácida es del 10 al 40%, que es un área de lluvia ácida leve. Cuando el valor del pH está entre 5.00-5.30, la tasa de lluvia ácida es del 30-60%, es un área de lluvia ácida moderada; cuando el pH está entre 4.70-5.00, la tasa de lluvia ácida es del 50-80%, es un área de lluvia ácida; área de lluvia ácida severa; cuando el pH es inferior a 4,70, la tasa de lluvia ácida es 70-70 100%, lo que indica un área de lluvia ácida severa. Este es el llamado estándar de Nivel 5. De hecho, Beijing, Xining, Lanzhou, Urumqi y otros lugares han experimentado lluvia ácida varias veces, pero el valor promedio anual del pH y la tasa de lluvia ácida están dentro de los estándares de las áreas de lluvia no ácida y pertenecen a áreas de lluvia no ácida.
Las tres principales áreas de lluvia ácida de China incluyen (la lluvia ácida de China es principalmente del tipo ácido sulfúrico)
1. Zona de lluvia ácida del suroeste: es una zona con una grave contaminación por precipitaciones después de la zona de lluvia ácida en el centro de China.
2. Área de lluvia ácida del centro de China: se ha convertido en el área de contaminación por lluvia ácida más grande e intensa de China.
3. Zonas de lluvia ácida a lo largo de la costa del este de China: la intensidad de la contaminación es menor que en el centro y suroeste de China. [Editar este párrafo] El descubrimiento de la lluvia ácida en la revolución industrial moderna comenzó con las máquinas de vapor. Las calderas quemaban carbón para producir vapor, que impulsaba las máquinas. Luego, las plantas de energía térmica se extendieron por todas partes y la cantidad de carbón quemado aumentó. rápidamente. Desafortunadamente, el carbón contiene una impureza de azufre, alrededor del 1%, que libera gas ácido So2 cuando se quema. La alta temperatura generada por la combustión también puede promover algunos cambios químicos en el aire de combustión. El oxígeno se combina con el nitrógeno y libera óxidos de nitrógeno gaseosos.
Son arrastrados y disueltos por la lluvia y la nieve del cielo, y la lluvia se convierte en lluvia ácida; estos gases ácidos se convierten en impurezas como sulfato, nitrato e iones de amonio en la lluvia. Desde 65438 hasta 0872, el científico británico Smith analizó la composición del agua de lluvia en Renton y descubrió que el agua de lluvia en las zonas rurales contenía carbonato de amonio, que no era ácido. El agua de lluvia suburbana contiene sulfato de amonio, que es ligeramente ácido; el agua de lluvia urbana contiene ácido sulfúrico o sulfato ácido, que es ácido. Así que Smith propuso por primera vez el término adecuado "lluvia ácida" en su libro "Air and Rainfall: The Beginnings of Chemical Climatology". [Editar este párrafo] La causa de la lluvia ácida es un fenómeno complejo de la química y la física atmosféricas. La lluvia ácida contiene una variedad de ácidos orgánicos e inorgánicos, la mayoría de los cuales son ácido sulfúrico y ácido nítrico. El dióxido de azufre emitido por la quema de carbón en la producción industrial y la vida civil, y los óxidos de nitrógeno emitidos por la quema de petróleo y los gases de escape de los automóviles, sufren el proceso de "convertirse en lluvia en las nubes", es decir, el vapor de agua se condensa en núcleos de condensación como el sulfato y nitrato, lo que resulta en líquido. Se somete a una reacción de oxidación de fase para formar gotas de lluvia de ácido sulfúrico y gotas de lluvia de ácido nítrico. También se somete al "proceso de limpieza debajo de las nubes", es decir, las gotas que contienen lluvia ácida continúan fusionándose, adsorbiéndose y lavándose; Las gotas de lluvia grandes eventualmente caen al suelo y forman lluvia ácida. Debido a que nuestro país quema mucho carbón, la lluvia ácida es lluvia de ácido sulfúrico. y países que queman más lluvia de petróleo con ácido nítrico. Cuando el océano se empaña, transporta algo de ácido sulfúrico al aire; algunos organismos del suelo, como cadáveres de animales, hojas de plantas muertas, etc., pueden descomponer algunos sulfuros bajo la acción de bacterias y luego convertirlos en SOx; los volcanes entran en erupción. También se emiten cantidades importantes de gas SOx; los incendios forestales provocados por rayos y calor seco también son fuentes naturales de emisiones de SOx, ya que los árboles también contienen trazas de azufre.
La lluvia ácida es causada principalmente por la quema de combustibles fósiles;
(1) s → H2SO4 4s+O2 (ignición) → SO2
SO2+H2O → H2SO4 3 (ácido sulfuroso)
2H2SO4+O2 → 2H2SO4 (ácido sulfúrico)
(También se puede considerar que el SO2 se oxida primero a SO3, y el SO3 reacciona con el agua para forma H2SO4.)
Ecuación general de reacción química:
S+O2 (fuego) = SO2, 2SO2+2H2O+O2 = 2H2SO4.
(2) Los óxidos de nitrógeno se disuelven en agua para formar ácido;
A.NO→HNO3 (ácido nítrico)
2NO+O2=2NO2, 3NO2+ H2O =2HNO3+NO
Ecuación general de reacción química:
4NO+2H2O+3O2=4HNO3
b.NO2→ácido nítrico
Ecuación general de reacción química:
4NO2+2H2O+O2→4HNO3
(*Nota: Los números después de los elementos son notas a pie de página y los números antes de la fórmula química son números estequiométricos. ) [Editar este párrafo 】Factores que influyen en la formación de lluvia ácida 1. Emisión y transformación de contaminantes ácidos
En general, cuanto más grave es la contaminación por SO2 en un lugar determinado, mayor será la concentración de iones sulfato en la precipitación, lo que dará como resultado un valor de pH más bajo.
2. Amoníaco en la atmósfera
El amoníaco (NH3) en la atmósfera es muy importante para la formación de la lluvia ácida. El amoníaco es el único gas de la atmósfera que se vuelve alcalino cuando se disuelve en agua. Debido a su solubilidad en agua, reacciona con ácidos en aerosoles ácidos o agua de lluvia, neutralizando y reduciendo la acidez. Las principales fuentes de amoníaco en la atmósfera son la descomposición de la materia orgánica y la volatilización de los fertilizantes nitrogenados aplicados en las tierras de cultivo. La volatilización del amoníaco en el suelo aumenta a medida que aumenta el pH del suelo. El valor del pH del suelo en Beijing y Tianjin está por encima de 7 a 8, mientras que en Chongqing y Guiyang generalmente está entre 5 y 6. Esta es una de las razones importantes por las que los niveles de amoníaco atmosférico son altos en el norte y bajos en el sur. Cuando el suelo es ácido, la capacidad amortiguadora del polvo de las tormentas de polvo es baja. Estos dos factores tomados en conjunto, al menos por ahora, pueden explicar la distribución de la lluvia ácida en el sur de China.
3. Acidez de las partículas y su capacidad amortiguadora
Además de los gases ácidos SO2 y NO2, existe otro miembro importante de los contaminantes atmosféricos: las partículas. Las fuentes de partículas son complejas. Principalmente polvo de carbón y tormentas de arena. Este último representa aproximadamente la mitad en el norte y alrededor de un tercio en el sur. Las partículas en suspensión tienen dos efectos en la formación de lluvia ácida. Una es que el metal catalítico que contiene promueve la oxidación del SO2 en ácido; la otra es neutralizar el ácido. Pero si las partículas en sí son ácidas, no podrán neutralizarlas y se convertirán en una fuente de ácido.
En la actualidad, el nivel de concentración de partículas atmosféricas en mi país es generalmente alto, de varias a más de diez veces mayor que el de otros países, por lo que no se puede ignorar en la investigación sobre la lluvia ácida.
5. Influencia de las condiciones climáticas
Si las condiciones meteorológicas y el terreno son propicios para la difusión de contaminantes, la concentración de contaminantes en la atmósfera disminuirá y la lluvia ácida se debilitará. Mejorará (como la inversión de temperatura). Cultivos perjudicados por la lluvia ácida [Editar este párrafo] Efectos nocivos de la lluvia ácida El azufre y el nitrógeno son nutrientes. La precipitación ligeramente ácida puede disolver los minerales del suelo para que las plantas los absorban. Si la acidez es demasiado alta y el pH cae por debajo de 5,6, se producirán daños graves. Puede matar directamente grandes áreas de bosque y hacer que los cultivos se marchiten; también puede inhibir la descomposición de la materia orgánica y la fijación de nitrógeno en el suelo, lixiviando calcio, magnesio, potasio y otros nutrientes combinados con los iones del suelo, haciendo que el suelo sea infértil; también puede formar lagos. La acidificación de los ríos disuelve los metales pesados del suelo y los sedimentos del agua en el agua, envenenando a los peces; acelera el proceso de corrosión y erosión de los edificios y reliquias culturales y puede dañar la salud humana;
Los efectos de la lluvia ácida son más obvios y conocidos en Europa y el noreste de Estados Unidos, pero las áreas en riesgo también incluyen Canadá y quizás las montañas de California, las Montañas Rocosas y China. En algunos lugares, a veces se observa que el agua de lluvia que cae es tan ácida como el vinagre. El alcance del impacto de la lluvia ácida es un tema controvertido. Inicialmente el foco de atención fue el daño a la vida acuática en lagos y ríos, pero ahora se reconoce que el daño a edificios, puentes y equipos es otra consecuencia costosa de la lluvia ácida. El impacto del aire contaminado en la salud humana es el más difícil de cuantificar.
Los lagos con poca capacidad de amortiguación son los que más sufren. Cuando existe un amortiguador alcalino natural, los compuestos ácidos de la lluvia ácida (principalmente ácido sulfúrico, ácido nítrico y una pequeña cantidad de ácidos orgánicos) se neutralizarán. Los lagos sobre formaciones graníticas (ácidas) son vulnerables a daños directos, porque el ácido del agua de lluvia puede disolver iones metálicos como el aluminio y el manganeso. Esto puede reducir el crecimiento de plantas y algas y, en algunos lagos, hacer que las poblaciones de peces disminuyan o desaparezcan. Los daños a las plantas causados por esta forma de contaminación van desde efectos nocivos en las hojas hasta daños en las raíces finas.
En el noreste de Estados Unidos, el enfoque principal en la reducción de contaminantes son las centrales eléctricas alimentadas con carbón que queman un alto contenido de azufre. Un posible remedio son los depuradores químicos, que evitan las emisiones contaminantes. Un depurador químico es un dispositivo que se utiliza para tratar gases residuales, disolver, precipitar o eliminar contaminantes. Los catalizadores pueden reducir las emisiones de óxido de nitrógeno de fuentes estacionarias y móviles, otro ejemplo del papel que puede desempeñar la química en la mejora de la calidad del aire.