PLOAIA ACIDĂ: CUM SE FORMEAZĂ, COMPOZIȚIA, REACȚIILE ȘI EFECTELE - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Ploaia acidă este precipitare umedă sau uscată de substanțe care generează un pH sub 5,6. Această precipitație poate fi umedă (diluată în apa de ploaie) sau uscată (depuneri de particule sau aerosoli).

Termenul „ploaie acidă” a fost propus pentru prima dată de cercetătorul englez Robert Angus Smith în 1850, în mijlocul Revoluției industriale. Cei mai abundenți acizi care se formează în atmosferă sunt azotici și sulfuroși prin oxidarea poluanților naturali sau artificiali.

Harta ploilor acide Sursa: Alfredsito94

Cei mai relevanți poluanți sunt oxizii: NO2, NO3, SO2, ale căror surse naturale sunt erupțiile vulcanice, incendiile forestiere și degradarea bacteriilor. Surse artificiale sunt emisiile de gaze rezultate din arderea combustibililor fosili (activitatea industrială și traficul auto).

Ploile acide provoacă impacturi negative asupra mediului, cum ar fi acidificarea solurilor și a apelor, care afectează ființele vii, inclusiv oamenii. De asemenea, solurile și apa sunt contaminate cu metale grele, iar eutrofizarea apare în corpurile de apă.

La nivel de vegetație se produce deteriorarea directă a frunzelor și este afectată creșterea plantelor. În plus, acidifierea solului imobilizează nutrienții și afectează micorizele (ciupercile solului). În mod similar, clădirile, utilajele, monumentele și operele de artă expuse elementelor sunt puternic oxidate sau erodate prin efectul acizilor precipitați.

Pentru a remedia efectul ploii acide, se pot lua unele măsuri esențiale, cum ar fi protejarea monumentelor și corectarea acidificării solurilor și a apelor. Cu toate acestea, soluția de bază pentru ploaia acidă este reducerea emisiilor în atmosferă a compușilor chimici care sunt precursorii formării acidului.

Cum se formează ploaia acidă?

Ceață acidă din cauza emisiilor de SO2 de la rafinăria PDVSA din Curaçao. Sursa: HdeK

Precursori chimici

Fenomenul ploii acide începe cu emisia în atmosferă a compușilor chimici care sunt precursori ai formării acizilor. Acești compuși pot fi emiși de surse naturale sau artificiale.

Sursele naturale includ erupțiile vulcanice, incendiile de vegetație și emisiile oceanice. Deoarece sursele artificiale acționează emisiile industriale, emisiile provenite de la vehiculele cu combustie sau arderea deșeurilor.

Aceste surse emit diverși compuși care pot genera acizi în atmosferă. Cu toate acestea, cele mai importante sunt oxizii de azot și oxizii de sulf.

Oxizii de azot sunt cunoscuți sub denumirea de NOx și includ dioxid de azot (NO2) și oxid de azot (NO). La rândul său, oxidul de sulf este SO2 sau dioxid de sulf.

Proces troposferic și acizi produși

Fenomenul ploii acide are loc în troposferă (zona atmosferică care merge de la suprafața pământului la o înălțime de 16 km).

În troposferă, curenții de aer pot transporta acești compuși peste orice parte a planetei, ceea ce îl face o problemă globală. În acest proces, azotul și oxizii de sulf interacționează cu alți compuși pentru a forma acidul azotic și respectiv acidul sulfuric.

Suport de reacție

Reacțiile chimice pot fi efectuate fie pe particule solide în suspensie, fie în picături de apă în suspensie.

Acidul azotic se formează în principal în faza gazoasă, datorită solubilității sale scăzute în apă. La rândul său, acidul sulfuric este mai solubil în apă, fiind principalul component al ploilor acide.

Acid azotic

Pentru formarea acidului azotic (HNO3), oxizii de azot reacționează cu apa, cu radicali precum OH (într-o măsură mai mică cu HO2 și CH3O2) sau cu ozon troposferic (O3).

Acid sulfuric

În cazul producerii de acid sulfuric (H2SO4), participă și radicalii OH, HO2, CH3O2, apă și ozon. În plus, se poate forma reacționând cu peroxidul de hidrogen (H2O2) și diverși oxizi metalici.

Acid carbonic

H2CO3 este format prin reacția fotochimică a dioxidului de carbon cu apa atmosferică.

Acid clorhidric

HCl reprezintă doar 2% din ploaia acidă, iar precursorul acesteia este clorura de metil (ClCH3). Acest compus provine din oceane și este oxidat de radicalii OH pentru a forma acid clorhidric.

Precipitare

După formarea compușilor acide (acidul azotic sau acidul sulfuric și, într-o măsură mai mică, acidul clorhidric), acestea vor precipita.

Precipitarea poate fi prin depunerea particulelor suspendate în care a avut loc reacția de acidifiere în faza gazoasă. O altă modalitate este ca apa condensată să precipite în ploaia în care s-au format acizii.

Compoziţie

Aciditatea naturală a ploii este apropiată de un pH de 5,6, deși în unele zone necontaminate valori de 5. Aceste valori scăzute ale pH-ului au fost asociate cu prezența acizilor de origine naturală.

Se consideră că, în funcție de nivelul de pH, ploaia poate fi clasificată în:

a) Ușor acid (pH între 4,7 și 5,6)
b) Acid mediu (pH între 4,3 și 4,7)
c) Acid puternic (pH mai mic sau egal cu 4,3).

Dacă ploaia are o concentrație> 1,3 mg / L pentru nitrați și> 3 mg / L pentru sulfați, contaminarea este considerată a fi mare.

Ploaia acidă este compusă în mai mult de două treimi din cazuri prin prezența acidului sulfuric, urmată în abundență de acidul azotic. Alte componente care pot contribui la aciditatea ploii sunt acidul clorhidric și acidul carbonic.

Reacții chimice ale ploilor acide

Formarea acidului sulfuric (H2SO4)

Producția de acid sulfuric poate avea loc în faza gazoasă sau în faza lichidă.

Faza gazoasă

Doar 3 până la 4% din SO2 este oxidat în faza gazoasă pentru a produce acid sulfuric. Există numeroase rute pentru formarea acidului sulfuric din precursorii gazoși, aici este arătată reacția SO2 cu ozonul troposferic.

Reacția are loc în două etape:

1.- Dioxidul de sul reacționează cu ozonul troposferic, generând trioxid de sulf și eliberând oxigen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Apoi, trioxidul de sulf se oxidează cu vaporii de apă și produce acid sulfuric.

SO3 + H2O = H2SO4

Faza lichidă

În picăturile de apă care vor forma ploaia, acidul sulfuric poate fi produs în mai multe moduri:

1.- SO2 se dizolvă în apă generând acid sulfuric, iar acesta este oxidat de peroxidul de hidrogen:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mecanismul fotocatalitic: În acest caz, particulele de oxid de metal (fier, zinc, titan) sunt activate datorită acțiunii razelor solare (activare fotochimică) și oxidează SO2 generator de acid sulfuric.

Formarea acidului azotic (HNO3)

Ozonul troposferic O3 produce transformarea NO2 în HNO3 într-un proces în trei etape:

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

Efecte asupra mediului

Efectul ploii acide într-o pădure din munții Jizera din Cehia. Sursa: Lovecz

Acidificarea solului și efectele sale asupra vegetației

Efectul ploii acide asupra solului variază în funcție de compoziția acestuia. De exemplu, solurile de origine calcaroasă, bazaltică și igneă au o capacitate mai mare de neutralizare a acidității.

La rândul lor, solurile bogate în cuarț ca material inert nu sunt capabile să regleze conținutul de acid. Astfel, în solurile în care ploaia acidă crește aciditatea, ionii metalici toxici pentru plante și animale sunt eliberați și transportați.

Un caz relevant este dizolvarea aluminosilicaților, care eliberează ioni de aluminiu care sunt foarte nocivi pentru vegetație.

În general, aciditatea solului scade disponibilitatea de nutrienți pentru plante. În plus, promovează eliberarea și spălarea calciului, ceea ce provoacă deficiențe în plante.

Efect asupra acviferelor și a sănătății umane

În cele mai multe cazuri, ploaia acidă nu arată sau are gust diferit de ploaia normală și nici nu creează senzații pe piele. Efectele sale asupra sănătății umane sunt indirecte și rareori provoacă leziuni ale pielii din cauza acidității extreme.

Una dintre problemele cu ploaia acidă este că, prin scăderea valorilor pH sub 5, metalele grele sunt eliberate și transportate. Acești poluanți precum aluminiu și cadmiu pot intra în acvifere subterane.

Dacă apa din aceste acvifere poluate trece în puțuri utilizate pentru consumul uman, poate provoca daune grave sănătății.

Deteriorarea clădirilor, monumentelor și materialelor

Gargoyle deteriorat de ploi acide. Sursa: Nino Barbieri

Pietre calcaroase

Construcțiile, monumentele și sculpturile realizate cu calcar sau marmură sunt puternic afectate de ploile acide. Acest lucru este destul de grav, deoarece multe clădiri istorice și opere de artă sunt construite cu aceste materiale.

În cazul calcarului, ploaia acidă determină dizolvarea calcarului și determină recristalizarea calcitei. Această recristalizare produce tonuri albicioase la suprafață.

În cazul specific al ploii cu acid sulfuric, apare fenomenul de sulfare. Prin acest proces, suprafața rocii este transformată în gips și se eliberează CO2.

Marmura, deși este mai rezistentă, este afectată și de ploile acide. În acest caz, are loc exfolierea pietrei, motiv pentru care se detașează straturi superficiale ale acesteia.

Alte materiale necorozive

În unele clădiri deteriorarea structurală este mică, dar și cu efecte negative. De exemplu, depozitele de acid uscat fac pereții murdari, crescând astfel costurile de întreținere.

metale

Ploaia acidă provoacă coroziunea metalelor din cauza fenomenului de oxidare. Acest lucru cauzează pierderi economice uriașe, deoarece structurile, echipamentele, utilajele și vehiculele cu piese metalice sunt grav afectate.

floră și faună

Pești uciși de ploi acide. Sursa: Serviciul pentru animale și animale sălbatice din Statele Unite.

Ploile acide modifică echilibrul natural al ecosistemelor acvatice și terestre.

Plante și animale din corpurile de apă lentice

Corpurile lentice ale apei sunt mai susceptibile la acidificare, deoarece sunt ecosisteme închise. În plus, acumularea de acizi în apă are consecințe negative asupra vieții pe care o păstrează.

O altă consecință a acidificării este precipitarea nitraților prin ploaie, care determină eutrofizarea în corpurile de apă. Excesul de nutrienți reduce oxigenul disponibil și afectează negativ supraviețuirea animalelor acvatice.

Un alt efect negativ indirect este antrenarea ionilor de metale grele din mediul terestru în corpurile de apă. Acești ioni sunt eliberați în sol prin acțiunea ionilor de hidroniu când aciditatea crește.

Disponibilitate pentru vegetație și nutrienți

Cele mai grave probleme cauzate de acidifierea solului sunt imobilitatea substanțelor nutritive esențiale și creșterea metalelor toxice.

De exemplu, aluminiu și magneziu sunt eliberate din particulele de sol fiind înlocuite cu hidrogen. Aluminiul afectează structura și funcția rădăcinilor și reduce absorbția calciului esențial pentru plante.

Pe de altă parte, acidificarea solului cauzează deteriorarea micorizelor (ciuperci asociate rădăcinilor), care sunt esențiale în dinamica pădurii.

Daune directe plantelor și animalelor

Acidul sulfuric provoacă daune directe frunzelor prin degradarea clorofilei și producerea clorozei (îngălbenirea frunzei). În unele specii, creșterea și creșterea producției de semințe viabile.

Amfibienii (broaște și broaște) sunt în special sensibili la efectele acidității din apă. Unele pagube sunt leziuni directe și scăderea apărării împotriva agenților patogeni (în special a ciupercilor pielii).

soluţii

Reduceți emisiile

Linia de jos a ploilor acide este reducerea emisiilor de substanțe chimice precursoare acide în mediu. Cele mai importante dintre acestea sunt oxizii de sulf și azot.

Cu toate acestea, acest lucru are unele dificultăți, deoarece implică afectarea intereselor economice și de dezvoltare ale companiilor și țărilor. De exemplu, una dintre principalele surse de dioxid de sulf este arderea cărbunelui, care reprezintă mai mult de 70% din energie în China.

Există câteva alternative tehnologice care pot ajuta la reducerea emisiilor. De exemplu, în industrie, așa-numitele „paturi fluidizate” încorporează absorbanți (calcar sau dolomit) care rețin SO2. În cazul autovehiculelor și al motoarelor cu combustie în general, convertoarele catalitice se conformează, de asemenea, la reducerea emisiilor de SO2.

Pe de altă parte, unele țări au implementat programe specifice de reducere a ploilor acide. De exemplu, Statele Unite au dezvoltat Programul Național de Evaluare a Precipitațiilor Acidelor (PANAP). Printre unele dintre măsurile avute în vedere de PANAP este punerea în aplicare a utilizării combustibililor cu conținut scăzut de sulf.

O altă măsură posibilă este înlocuirea parcului auto cu mașini electrice pentru a reduce atât ploaia acidă cât și încălzirea globală. Cu toate acestea, deși tehnologia există pentru a realiza acest lucru, presiunile din industria auto și petrol au întârziat deciziile în această privință. Alți factori care influențează sunt elementele culturale legate de viteza pe care un vehicul trebuie să o atingă.

Aplicați măsuri de corectare a acidității

În unele cazuri, pH-ul solurilor și apelor poate fi crescut prin adăugarea de alcaline, de exemplu prin încorporarea unor cantități mari de var. Cu toate acestea, această practică nu este posibilă în zone foarte mari de teren.

Protecția suprafețelor

Piatră

Există diverse metode pentru a proteja sau a reduce cel puțin deteriorarea pietrei sub efectul ploii acide. Una dintre aceste metode este spălarea cu abur sau apă caldă.

De asemenea, pot fi folosiți agenți chimici, cum ar fi acidul fluorhidric sau bifluorura de amoniu. Odată spălată, piatra poate fi sigilată prin aplicarea unor produse speciale care înfundă porii, cum ar fi hidroxidul de bariu.

Metal

Suprafețele metalice susceptibile de a fi corodate pot fi protejate prin acoperirea lor cu un metal non-coroziv, cum ar fi zincul.

Pentru aceasta se poate aplica electrodepunerea sau structura metalică care trebuie protejată poate fi cufundată în metalul de protecție în stare lichidă.

Referințe

1. Espada L și A. Sánchez (1995). Influența ploii acide asupra coroziunii metalelor. pp. 145-171. În: Sastre de Vicente M. (Coord.) Electrochimia și mediul în pragul secolului XXI. Universitatea din La Coruña. Serviciul de publicatii. La Coruña, Spania.
2. García-Ruiz G (2018). Protecția structurilor de construcții în atmosfere corozive. Proiect de sfârșit de licență în inginerie în tehnologii industriale. Universitatea Politehnică din Cartagena. Școala Tehnică Superioară de Inginerie Industrială. Cartagena, Spania. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos și MA Hernández-García (2010). Ploile acide și ecosistemele forestiere .. Revista Chapingo Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
4. Îmi place GE, CT Driscoll și DC Buso (1996). Efectele pe termen lung ale ploii acide: răspunsul și recuperarea unui ecosistem forestier. Știință, 272; 244-246.
   Îmi place GE și FH Bormann (1974). Ploaia acidă: o problemă regională gravă de mediu. Știință, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Efectele ploii acide asupra ecosistemelor de apă dulce Știință, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Poluarea aerului și a ploilor acide. Diagnosticul fenomenului în orașul Manizales. Facultatea de Inginerie și Arhitectură. Universitatea Națională din Columbia. Sediul Manizales. Editorial Blanecolor Ltda. Prima ediție. Manizales, Columbia. 150 p.