Aciditatea

Categoria: Referat Chimie

Descriere:

Pentru a măsura aciditatea se foloseste scara pH-ului, cu numărul 7 fiind neutru. În consecinţă, o substanţă cu valoarea pH-ului mai mică decât 7 este acidă...

Pentru a măsura aciditatea se foloseste scara pH-ului, cu numărul 7 fiind neutru. În consecinţă, o substanţă cu valoarea pH-ului mai mică decât 7 este acidă, în timp ce una cu o valoare mai mare decât 7 este o bază. Trebuie menÅ£ionat că scara pH-ului este logaritmică, adică o substanţă cu pH-ul 6 este de zece ori mai acidă decât alta cu pH-ul 7.

În general, pH-ul de 5,6 a fost folosit ca punct de plecare în identificarea ploii acide, deÅŸi au fost multe dezbateri asupra acestei valori. Destul de interesant este că pH-ul de 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon în echilibru cu apa distilată. Din acest motiv, ploaia acidă este definită ca orice ploaie care are nivelul acidităţii peste cel al ploii nepoluate.

În esenţă, orice precipitaÅ£ie care are valoarea pH-ului mai mică decât 5,6 este considerată ca fiind precipitaÅ£ie acidă.

Aceasta este o ilustraţie a scării pH-ului:

Ştiaţi că:

• În timpul unor furtuni din New England s-a citit un pH de 2,4  -la fel de acid ca ÅŸi oÅ£etul-.

•În timpul unei furtuni acide de vară, ploaia căzută pe un automobil de culoare verde deschis a îndepărtat galbenul din culoarea verde, lăsând urme de picături de culoare albastră pe maÅŸină.

II. CAUZELE PLOII ACIDE

Una dintre principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf. Sursele naturale care emit acest gaz sunt vulcanii, picăturile fine din apa mărilor ÅŸi a oceanelor, descompunerea resturilor vegetale. În orice caz, arderea combustibililor fosili, precum cărbunele ÅŸi petrolul este cauza a aproximativ jumătate dintre emisiile acestui gaz în lume.

Când dioxidul de sulf ajunge în atmosferă, oxidează la prima formă a ionului sulfură. Apoi devine acid sulfuric, în timp ce reacÅ£ionează cu atomii de hidrogen din aer ÅŸi cade înapoi pe pământ.

Oxidarea se produce în mare parte în nori ÅŸi în special în aerul foarte poluat , unde alÅ£i componenÅ£i, precum amoniacul ÅŸi ozonul ajută la catalizarea reacÅ£iei, transformând mai mult dioxid de sulf în acid sulfuric. Oricum, nu tot dioxidul de sulf este transformat în acid sulfuric. De fapt, o cantitate substanÅ£ială poate pluti în atmosferă, mutându-se pe altă suprafaţă ÅŸi întorcându-se pe pământ netransformat.

Acestea sunt ecuaţiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric:

S(în cărbuni)+ O2 = SO2

2SO2 +O2 =2SO3

SO3 + H2O =H2SO4

Monoxidul de azot ÅŸi dioxidul de azot sunt deasemenea componenÅ£i ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice ÅŸi fumul scos de Å£evile de eÅŸapament. La fel ca dioxidul de sulf, aceÅŸti oxizi ai azotului se ridică în atmosferă ÅŸi sunt oxidaÅ£i în nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reacÅ£ii sunt deasemenea catalizate în norii foarte poluaÅ£i, unde fierul, manganul, amoniacul ÅŸi peroxidul de oxigen sunt prezenÅ£i.

Graficul următor indică nivelul pH-ului precipitaÅ£iilor depuse în timp în niÅŸte provincii din Canada. Împreună cu acesta, sunt grafice ale emisiilor, în timp, în Canada, în comparaÅ£ie cu Statele Unite ale Americii.

Ca observaÅ£ie, chiar dacă nivelul emisiilor din Canada ÅŸi Statele Unite ale Americii au fost reduse de-a lungul anilor, nivelul pH-ului măsurat ( pentru Canada – în Nova ScoÅ£ia ÅŸi în Newfoundland ) nu reflectă rezultate similare.

III. TRANSFORMAREA NOx  ÅžI SO2 ÎN ACIZI

Aciditatea precipitaÅ£iilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor, ci ÅŸi de amestecurile de chimicale cu care interacÅ£ionează SO2 ÅŸi NOx în atmosferă. Formarea acidului sulfuric ÅŸi azotic este un proces complex, constând în câteva reacÅ£ii chimice. Este important să considerăm ambele faze: soluÅ£ie ÅŸi gaz în procesul de conversiune.

SO2 :

Faza de gaz

Sunt câteva posibile reacÅ£ii care pot contribui la oxidarea dioxidului de sulf din atmosferă, fiecare cu un succes variat. O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu lumină ultravioletă. Lumina din această regiune a spectrului electromagnetic are potenÅ£ialul de a excita moleculele ÅŸi de a conduce la oxidarea ulterioară cu O2. Această reacÅ£ie are o contribuÅ£ie nesemnificativă la formarea acidului sulfuric. O a doua posibilitate este reacÅ£ia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosferă, prin reacÅ£iile următoare:

1)   2SO2+ O2=2SO3

2)   SO3+H2O=H2SO4

A doua reacÅ£ie se produce rapid, de aceea formarea trioxidului de sulf în atmosfera umedă conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum, prima reacÅ£ie este foarte înceată în absenÅ£a unui catalizator, deÅŸi acesta nu are o contribuÅ£ie semnificativă. Mai sunt ÅŸi alte câteva potenÅ£iale reacÅ£ii, dar care se dovedesc nesemnificative din diferite motive.

Deşi fiecare dintre aceste reacţii pot aduce o contribuţie minoră la oxidarea dioxidului de sulf, există o singură reacţie considerată semnificativă. Reacţia se produce astfel:

HO+SO2(+M)=HOSO2(+M)

Această reacţie se produce la o rată apreciabilă şi se crede că este singura care contribuie la oxidarea O2 din atmosferă. Radicalul hidroxil este produs de fotodescompunerea ozonului şi este considerat ca fiind foarte reactiv cu multe specii.

Faza de soluţie

În faza de soluÅ£ie, dioxidul de sulf există ca trei specii:

[S(IV)]=[SO2(sol)]+[HSO3  ]+[SO3   ]

Această disociere apare prin două procese:

1)SO2(sol)=H  +HSO3

2)HSO3  (sol)=H  +SO3

Stabilirea echilibrului depinde de factori precum pH-ul, mărimea picăturii, etc.

Oxidarea soluÅ£iei de dioxid de sulf cu oxigen molecular se bazează pe un metal catalizator precum Fe   sau Mn   sau o combinaÅ£ie a acestora. Oxidarea prin ozon este un proces mai apreciabil, deoarece nu necesită un catalizator ÅŸi este cu 10 – 10              mai abundent în atmosferă decât oxigenul molecular. Procesul de oxidare dominant este cel cu peroxid de hidrogen (format în faza de gaz din radicali liberi). ReacÅ£ia implică formarea unui intermediar (A ), posibil un ion acid peroximonosulfuros ÅŸi se petrece astfel:

1)HSO3  +H2O2=A  +H2O

2)A  +H  =H2SO4

NOx:

Faza de gaz

Ca ÅŸi la dioxidul de sulf, cel mai mult contribuie la formarea acidului azotic reacÅ£ia cu radicalii hidroxil. AceÅŸti radicali sunt foarte reactivi ÅŸi abundenÅ£i în atmosferă. ReacÅ£ia se produce în felul următor:

HO+NO2(+M)=HONO2(+M)

Mai există alte câteva posibilităţi, precum oxidarea cu oxigen atmosferic, oricum nici una nu se produce într-o rată substanÅ£ială în atmosferă, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic.

Faza de soluţie

Există trei ecuaÅ£ii considerate în oxidarea soluÅ£iei de NOx:

1)2NO2(g)+H2O(l)=2H  +NO3  +NO2

2)NO(g)+NO(g)+H2O(l)=2H  +2NO2

3)3NO2(g)+H2O(l)=2H  +2NO3  +NO(g)

Aceste reacÅ£ii sunt limitate de dependenÅ£a lor de presiunea parÅ£ială a NOx, prezent în atmosferă ÅŸi de legea solubilităţii NOx.

IV) EFECTELE PLOII ACIDE

Ploaia acidă a devenit o îngrijorare ecologică majoră de câteva decenii încoace. Până de curând se cunoÅŸtea puÅ£in despre ploaia acidă. Au fost făcute multe studii pentru a se determina partea chimică a acestei probleme ecologice. Oamenii de ÅŸtiinţă au sugerat niÅŸte teorii pentru a explica acest fenomen.

Efectele sale devastatoare au fost realizate abia recent.

1) EFECTUL ASUPRA ATMOSFEREI

Unii dintre constituenÅ£ii poluării acide sunt sulfaÅ£ii, nitraÅ£ii, hidrocarbonii ÅŸi ozonul. AceÅŸtia există ca particule în aer ÅŸi contribuie la formarea ceÅ£ii, afectând vizibilitatea. Aceasta face deplasarea dificilă, în special pentru piloÅ£i. CeaÅ£a acidă împiedică deasemenea cursul luminii solare de la soare la pământ ÅŸi înapoi. În zona arctică, aceasta afectează creÅŸterea lichenilor, care la rândul ei, afectează renii ÅŸi alte animale care se hrănesc cu licheni.

2) EFECTUL ASUPRA ARHITECTURII

Particulele acide sunt deasemenea depuse  pe clădiri ÅŸi statui, cauzând coroziunea. De exemplu, clădirea Capitoliului din Ottawa a fost dezintegrată din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosferă. Piatra de var ÅŸi marmura se transformă într-o substanţă fărâmicioasă, numită gips, după contactul cu acidul, lucru care explică coroziunea clădirilor ÅŸi a statuilor. Podurile se corozează mai repede, ÅŸi industria rutieră, ca ÅŸi cea aeriană, trebuie să investească mulÅ£i bani în repararea pagubelor produse de ploaia acidă. Nu numai că este o problemă economică, cauzată de ploaia acidă, dar este ÅŸi un risc pentru siguranÅ£a publică. De exemplu, în 1967, podul de peste Râul Ohio s-a prăbuÅŸit, omorând 46 de persoane- motivul? Coroziunea produsă de ploile acide.

3) EFECTUL ASUPRA MATERIALELOR

Ploaia acidă defectează materialele precum Å£esăturile. De exemplu, steagurile arborate sunt “mâncate” de chimicalele acide din precipitaÅ£ii. CărÅ£ile ÅŸi obiectele de artă, vechi de sute de ani, sunt deasemenea afectate. Sistemele de ventilaÅ£ie ale librăriilor ÅŸi muzeelor, în care sunt Å£inute acestea, nu previn intrarea particulelor acide în clădiri ÅŸi astfel ele intră, circulă ÅŸi deteriorează materialele.

4) EFECTUL ASUPRA OAMENILOR

Unele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf ÅŸi dioxid de azot dau naÅŸtere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritaÅ£ii ale ochilor, nasului ÅŸi gâtului. Un efect indirect al ploii acide este că metalele toxice dizolvate în apă sunt absorbite de fructe, legume ÅŸi în Å£esuturile animalelor. DeÅŸi aceste metale toxice nu afectează direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor, atunci când sunt consumate. De exemplu, mercurul, care se acumulează în organele ÅŸi Å£esuturile animalelor, este legat de disfuncÅ£iile creierului la copii, precum bolile pe sistem nervos, leziuni ale creierului, ÅŸi poate produce chiar moartea. La fel, un alt metal, aluminiul, prezent în organele animalelor, a fost asociat cu problemele la rinichi ÅŸi recent a fost suspectat ca fiind legat de boala Alzheimer.

Ştiaţi că:

•În august 1987, peste 100 de persoane au fost tratate pentru iritaÅ£ii ale ochilor, gâtului ÅŸi gurii, când 2 tone de dioxid de sulf gaz, foarte toxic, s-a scurs de la o fabrică de lângă Sudbury, Ontario. Chiar fără accidente, dioxidul de sulf, emis regulat de această fabrică, a fost legat de bronÅŸitele cronice ale angajaÅ£ilor fabricii.

5) EFECTUL ASUPRA COPACILOR ÅžI SOLURILOR

Unul dintre cele mai serioase impacte ale precipitaÅ£iilor acide este cel asupra pădurilor ÅŸi solurilor. Pagube majore se produc atunci când acidul sulfuric cade pe pământ sub formă de ploaie. SubstanÅ£ele nutritive aflate în soluri sunt îndepărtate. Aluminiul, deasemenea prezent în sol este eliberat ÅŸi acest element toxic poate fi absorbit de rădăcinile copacilor. Astfel, copacii sunt sortiÅ£i morÅ£ii, fiind privaÅ£i de nutritivii vitali, precum calciul ÅŸi magneziul. AceÅŸtia sunt înlocuiÅ£i de atomi de hidrogen inutili, care încetinesc fotosinteza.

În plus, îngheÅ£urile severe pot agrava această situaÅ£ie. Cu dioxidul de sulf, amoniacul ÅŸi ozonul prezenÅ£i în aer, rezistenÅ£a copacilor la îngheÅ£ este redusă. Amoniacul oxidează cu dioxidul de sulf, pentru a forma sulfura de amoniu. Aceasta se formează la suprafaÅ£a copacilor. Când sulfura de amomiu ajunge în sol, ea reacÅ£ionează pentru a forma acid sulfuric ÅŸi acid azotic. Asemenea condiÅ£ii stimulează deasemenea creÅŸterea ciupercilor ÅŸi apariÅ£ia dăunătorilor.

Monoxidul de azot ÅŸi dioxidul de azot, componenÅ£i deasemenea ai ploii acide, pot forÅ£a copacii să crească, chiar dacă nu au substanÅ£ele nutritive necesare. Copacii sunt adesea forÅ£aÅ£i să crească mult toamna târziu, când ar trebui să se pregătească pentru îngheÅ£urile severe din iarnă.

6) EFECTUL ASUPRA LACURILOR ÅžI ECOSISTEMELOR ACVATICE

Unul dintre efectele directe ale ploii acide este cel asupra lacurilor ÅŸi ecosistemelor acvatice.

Există câteva căi prin care chimicalele acide pot pătrunde în lacuri. Unele substanÅ£e chimice există ca particule uscate în aer, în timp ce altele pătrund în lacuri ca particule ude, precum ploaia, zăpada, lapoviÅ£a, ceaÅ£a. În plus, lacurile pot fi considerate ca niÅŸte “chiuvete” ale pământului, unde este condusă apa ploilor ce cad pe pământ. Ploaia acidă, care cade pe pământ, spală substanÅ£ele nutritive din sol ÅŸi poartă metalele toxice eliberate din sol spre lacuri.

O altă cale prin care acizii ajung în lacuri se petrece primăvara, prin topirea zăpezilor, când acizii ÅŸi chimicalele pătrund în sol, fiind purtate spre râuri ÅŸi lacuri. Aceasta cauzează o schimbare drastică a pH-ului lacurilor. Ecosistemul acvatic nu are timp să ajusteze brusca schimbare. În plus, primăvara este un anotimp vulnerabil pentru multe specii, fiind perioada de reproducere pentru amfibieni, peÅŸti ÅŸi insecte. Multe dintre aceste specii îÅŸi depun ouăle în apă, iar schimbarea bruscă a pH-ului este periculoasă, deoarece aceÅŸti acizi pot provoca puilor malformaÅ£ii sau pot chiar anihila întreaga specie, din moment ce aceÅŸtia petrec o mare parte din viaţă circulând prin apă.

Acesta este un tabel în care sunt înscrise pe scurt efectele nivelului pH-ului asupra formelor de viaţă din ecosistemele acvatice.

NIVELUL pH-ULUI

<6

<5,5

<5

<4

EFECTE

*Formele de mâncare primare mor; ex. muÅŸtele de mai sunt surse importante de viaţă pentru peÅŸti. Ele nu pot supravieÅ£ui la acest nivel al pH-ului.

*Puii nu pot trăi.

*Din cauza lipsei de hrană apar mulţi adulţi cu malformaţii.

*PeÅŸtii mor prin sufocare.

*Toţi peştii dispar.

*Dispar şi celelalte forme de viaţă, dacă mai există.

PeÅŸtii, fiind membrii primari ai lanÅ£ului trofic, reprezintă hrană pentru multe specii de animale, printre care se numără ÅŸi omul. Din cauza materialelor toxice, precum mercurul, depozitate în peÅŸti ca rezultat al ploilor acide, este periculos pentru oameni să consume peÅŸte.

Amfibienii sunt deasemenea afectaÅ£i, la fel ca peÅŸtii, ei neputându-se reproduce într-un mediu acid.

Ştiaţi că:

•În doar 10 ani, din 1961 până în 1971, Lacul Lumsden din frumoasa regiune Killamey din Ontario, Canada, a trecut de la un pH de 6,8 la unul de 4,4. Aceasta este o mărire a acidităţii de aproape 200 de ori.

V. GLOSAR

Catalizator, catalizatori=s.m., substanţă care grăbeÅŸte sau încetineÅŸte o reacÅ£ie chimică, fără ca ea însăşi să fie modificată.

Coroziune, coroziuni=s.f., proces chimic sau electrochimic de degradare, exercitat la suprafaÅ£a corpurilor metalice de oxigenul din aerul umed sau de diverse substanÅ£e chimice* proces de eroziune a unor roci sub acÅ£iunea apelor, vântului, etc.

Logaritm, logaritmi=s.m., putere la care trebuie ridicat un anumit număr pozitiv, numit bază, spre a obţine un număr dat.

(Lumină) ultravioletă, ultraviolete=adj., care este situată dincolo de marginea violetă a spectrului luminii.

Peroxid, peroxizi=s.m., derivat al apei oxigenate rezultat prin înlocuirea hidrogenului acesteia cu metale sau cu radicali organici.

Reactiv(ă), reactivi(e)=s.m., substanţă chimică ce dă o reacÅ£ie specifică în prezenÅ£a unui anumit ion sau a unei grupe de ioni

Stoechiometrie=s.f., ramură a chimiei care studiază raporturile cantitative dintre elemente, în combinaÅ£ii sau în reacÅ£ii.

VI. BIBLIOGRAFIE

1)    D.C. Adriano ÅŸi A.H. Johnson: “Acidic Precipitation”, vol. 2 New York: Springer-Verlag, 1989

2)    J. Alcano, R. Shaw ÅŸi L. Hordijk: “The Rains Model of Acidification: Science and Strategies in Europe” Boston: Kluwer Academic Publishers, 1990

3)    W. Bown: “Europe’s  Forests Fall to Acid Rain”, vol. 127, New Scientist, 1990

4)    “Corrosive Mist Sets Puzzle for Scientists”, vol. 124, New Scientists, 1989

5)    “Acid Rain and Eggshels”, vol. 339, Nature, 1989

6)    J. G. Calvert: “SO2 , NO and NO2 Oxidation Mechanisms: Atmospheric Considerations”, vol. 3, Toronto: Butterworth Publishers, 1984

7)    J.L. Durham: “Chemistry of Particles, Fogs and Rains”, vol. 2, Toronto: Butterworth Publishers, 1984

8)    T.C. Elliot ÅŸi R.G. Schwieger: “The Acid Rain Sourcebook”, New York: McGraw-Hill Inc., 1984

9)   B.A. Forster: “The Acid Rain Debate”, Ames: Iowa State University Press, 1993

10) G.J. Heij ÅŸi J.W. Erisman: “Acid Rain Research: Do We Have Enough Answers?”, New York: Elsevier, 1995

11) A.H. Legge ÅŸi S.V. Krupa: “Acidic Depositions: Sulphur and Nitrogen Oxides”, Alberta: Lewis Publishers, 1990

12) E. Lucas “Acid Rain”, Chicago: Childrens Press, 1991

13) P. Mandelbaum: “Acid Rain: Economic Assessment”, New York: Plenum Press, 1985

14) F. Pearce: “Acid Rain”, vol. 11, New Scientist, 1987

15) G. Stewart: “Acid Rain”, San Diego: Lucent Books Inc., 1990

16) “Claudy Verdict Discover”, vol. 11, 1990

17) J.C. White: “Acid Rain: The Relationship between Sources and Receptors”, New York: Elsevier, 1988

18) S.S. Zumdahl: “Chemical Principles”, Toronto: D.C. Heath and Company, 1995