КИСЕЛА КИША: КАКО НАСТАЈЕ, САСТАВ, РЕАКЦИЈЕ И ЕФЕКТИ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Киселе кише је мокро или суво таложење супстанци које генеришу пХ испод 5.6. Ове падавине могу бити влажне (разблажене у кишници) или суве (таложење честица или аеросола).

Израз "кисела киша" први је предложио енглески истраживач Роберт Ангус Смитх 1850. године, усред индустријске револуције. Највише киселих киселина које се формирају у атмосфери су азотна и сумпорна оксидацијом природних или вештачких загађивача.

Карта киселе кише. Извор: Алфредсито94

Најрелевантнији загађивачи су оксиди: НО2, НО3, СО2, чији су природни извори вулканске ерупције, шумски пожари и разградња бактерија. Вештачки извори су емисије гасова настале изгарањем фосилних горива (индустријска активност и аутомобилски саобраћај).

Кисела киша изазива негативне утицаје на животну средину, попут закисељавања тла и вода, утичући на жива бића, укључујући и људе. Такође, земља и вода су контаминирани тешким металима, а еутрофикација се јавља у водним тијелима.

На нивоу вегетације долази до директног оштећења лишћа и утицаја на раст биљака. Поред тога, закисељавање тла имобилише храњиве материје и утиче на микоризе (гљиве из земље). Слично томе, зграде, машине, споменици и уметничка дела изложени елементима су озбиљно оксидовани или еродирани дејством таложних киселина.

Да би се поправио ефекат киселе кише, могу се предузети неке суштинске мере, попут заштите споменика и исправљања закисељавања тла и вода. Међутим, основно решење за киселе кише је смањење емисије хемијских једињења у атмосферу која су прекурсори стварања киселине.

Како настаје кисела киша?

Кисела магла због емисије СО2 из рафинерије ПДВСА у Цурацаоу. Извор: ХдеК

Хемијски прекурсори

Феномен киселе кише започиње испуштањем у атмосферу хемијских једињења која су претеча стварања киселина. Ова једињења могу да се емитују из природних или вештачких извора.

Природни извори укључују вулканске ерупције, вегетацијске пожаре и океанске емисије. Како вештачки извори делују индустријске емисије, емисије из моторних возила са сагоревањем или изгарање отпада.

Ови извори емитују различита једињења која могу стварати киселине у атмосфери. Међутим, најважнији су азотни оксиди и сумпорни оксиди.

Душикови оксиди познати су под називом НОк и укључују азотни диоксид (НО2) и азотни оксид (НО). У свом делу, сумпор-оксид је СО2 или сумпор-диоксид.

Тропосферски процес и произведене киселине

Феномен киселе кише јавља се у тропосфери (атмосферска зона која иде са земљине површине до висине од 16 км).

У тропосфери, ваздушне струје могу да носе ова једињења преко било ког дела планете, што га чини глобалним проблемом. У овом процесу, азотни и сумпорни оксиди узајамно делују са другим једињењима да би формирали азотну киселину и сумпорну киселину.

Реакциона подршка

Хемијске реакције се могу извести или на чврстим честицама у суспензији или у капи воде у суспензији.

Азотна киселина настаје углавном у гасној фази због мале растворљивости у води. Са своје стране, сумпорна киселина је растворљивија у води, а главни је састојак киселе кише.

Азотна киселина

За стварање азотне киселине (ХНО3), азотни оксиди реагују са водом, са радикалима као што је ОХ (у мањој мери са ХО2 и ЦХ3О2) или са тропосферским озоном (О3).

Сумпорна киселина

У случају производње сумпорне киселине (Х2СО4), такође учествују радикали ОХ, ХО2, ЦХ3О2, вода и озон. Поред тога, може се формирати реакцијом са водоник пероксидом (Х2О2) и разним металним оксидима.

Угљена киселина

Х2ЦО3 настаје фотохемијском реакцијом угљен-диоксида са атмосферском водом.

Хлороводонична киселина

ХЦл представља само 2% киселе кише, а његов претходник је метил хлорид (ЦлЦХ3). Ово једињење долази из океана и оксидује ОХ радикалима да би формирало хлороводоничну киселину.

Падавине

Једном када се формирају кисела једињења (азотна или сумпорна киселина, а у мањој мери и хлороводонска киселина), исталожиће се.

Таложење може бити таложењем суспендованих честица у којима је дошло до реакције закисељавања у гасној фази. Други начин је да се кондензована вода таложи на киши где су формиране киселине.

Састав

Природна киселост кише је близу пХ од 5,6, мада у неким незагађеним областима вредности 5. Ове ниске пХ вредности повезане су са присуством киселина природног порекла.

Сматра се да се киша, у зависности од нивоа пХ, може класификовати у:

а) благо кисела (пХ између 4,7 и 5,6)
б) средња киселина (пХ између 4,3 и 4,7)
ц) јако кисела (пХ мања или једнака 4,3).

Ако киша има концентрацију> 1,3 мг / Л за нитрате и> 3 мг / Л за сулфате, сматра се да је контаминација велика.

Кисела киша састављена је у више од две трећине случајева присуством сумпорне киселине, а потом у изобиљу, азотна киселина. Остале компоненте које могу допринети киселости кише су хлороводонична и угљенична киселина.

Хемијске реакције киселе кише

Формирање сумпорне киселине (Х2СО4)

Производња сумпорне киселине може се одвијати у гасној или течној фази.

Фаза гаса

Само 3 до 4% СО2 се оксидује у гасној фази и ствара сумпорну киселину. Много је путева за стварање сумпорне киселине из прекурсора гасова, овде је приказана реакција СО2 са тропосферским озоном.

Реакција се одвија у две фазе:

1. - Сумпор диоксид реагује са тропосферским озоном, стварајући сумпор триоксид и ослобађајући кисеоник.

СО2 + О3 = СО3 + О2

2.- Затим сумпор триоксид оксидира воденом паром и ствара сумпорну киселину.

СО3 + Х2О = Х2СО4

Течна фаза

У капљицама воде која ће формирати кишу сумпорна киселина може се произвести на више начина:

1.- СО2 се раствара у води која ствара сумпорну киселину, а оксидује водоник пероксидом:

СО2 + Х2О = Х2СО2

Х2СО2 + Х2О2 = Х2СО4 + Х2О

2. - Фотокаталитички механизам: У овом случају се честице металних оксида (гвожђе, цинк, титан) активирају захваљујући деловању сунчеве светлости (фотохемијска активација) и оксидирају СО2 стварајући сумпорну киселину.

Формирање азотне киселине (ХНО3)

Тропосферски озон О3 производи трансформацију НО2 у ХНО3 у тростепеном процесу:

1.- НО2 + О3 = НО3 + О2
2.- НО3 + НО2 = Н2О5
3.- Н2О5 + Х2О = 2ХНО3

Утицај на животну средину

Утицај киселе кише у шуми у планинама Јизера у Чешкој Републици. Извор: Ловецз

Закисељавање тла и његови утицаји на вегетацију

Утицај киселе кише на тло варира у зависности од његовог састава. На пример, тла карбонатног, базалтног и магнетског порекла имају већу способност неутрализације киселости.

Са своје стране, тла богата кварцем као инертним материјалом нису способна да регулишу садржај киселине. Тако се у тлима где кисела киша повећава киселост, јони метала токсични за биљке и животиње ослобађају и носе.

Релевантан случај је растварање алуминосиликата, који ослобађају јоне алуминијума који су веома штетни за вегетацију.

Опћенито, киселост тла смањује доступност хранљивих састојака за биљке. Поред тога, подстиче ослобађање и прање калцијума, што изазива недостатак у биљкама.

Утицај на водоноснике и здравље људи

У већини случајева, кисела киша не изгледа или се не разликује од уобичајене кише, нити ствара сензације на кожи. Њени утицаји на здравље људи су индиректни и ретко изазива оштећење коже услед екстремне киселости.

Један од проблема са киселом кишом је тај што се снижавањем пХ вредности испод 5 тешки метали ослобађају и носе са собом. Ови загађивачи, као што су алуминијум и кадмијум, могу ући у подземне водоноснике.

Ако вода из ових загађених водоносника пређе у бунаре који се користе за људску исхрану, то може нанијети озбиљну штету здрављу.

Погоршање зграда, споменика и материјала

Гаргоиле оштећен киселом кишом. Извор: Нино Барбиери

Камење вапненог типа

На грађевине, споменике и скулптуре направљене од кречњака или мермера тешко је погођена кисела киша. Ово је прилично озбиљно, јер су многе историјске зграде и уметничка дела изграђени од ових материјала.

У случају кречњака, кисела киша изазива растварање креча и узрокује прекристализацију калцита. Ова рекристализација ствара бјелкасте тонове на површини.

У специфичном случају кише са сумпорном киселином долази до појаве сулфације. Кроз овај поступак стијена се претвара у гипс и ослобађа се ЦО2.

На мрамор, иако отпорнији, утиче и кисела киша. У овом случају долази до пилинга камена, због чега се површински слојеви одвајају.

Остали нерозивни материјали

У неким зградама је структурно пропадање мање, али такође има и негативне ефекте. На примјер, наслаге сухе киселине чине зидове прљавим, повећавајући тако трошкове одржавања.

Металс

Кисела киша изазива корозију метала услед појаве оксидације. То узрокује велике економске губитке, јер су конструкције, опрема, машине и возила са металним дијеловима озбиљно погођени.

Флора и фауна

Рибе убијене киселом кишом. Извор: Служба за рибе и дивље животиње САД.

Киселе кише модификују природни баланс водених и копнених екосистема.

Биљке и животиње у ленту водених тијела

Водена тијела са леће су подложнија закисељавању, јер су то затворени екосистеми. Поред тога, накупљање киселина у води има негативне последице по живот у којем живи.

Друга последица закисељавања је таложење нитрата путем кише, што изазива еутрофикацију у воденим телесима. Вишак хранљивих састојака смањује расположиви кисеоник и неповољно утиче на опстанак водених животиња.

Други индиректни негативни ефекат је увлачење јона тешких метала из земаљске средине у водена тела. Ови јони се ослобађају у тло дејством хидронијум јона када повећава киселост.

Вегетација и доступност хранљивих састојака

Најозбиљнији проблеми изазвани закисељавањем тла су непокретност основних хранљивих материја и повећање токсичних метала.

На пример, алуминијум и магнезијум се ослобађају из честица тла заменом водоника. Алуминијум утиче на структуру и функцију корена и смањује апсорпцију калцијума неопходног за биљке.

Са друге стране закисељавање тла узрокује оштећење микоризе (гљиве повезане са кореном), које су од суштинског значаја за динамику шуме.

Директно оштећење биљака и животиња

Сумпорна киселина изазива директно оштећење лишћа разградњом хлорофила и стварањем хлорозе (пожутењем листа). Код неких врста расте и производња одрживих семенки опада.

Водоземци (жабе и жабе) су посебно подложни ефектима киселости у води. Нека оштећења представљају директне повреде и смањену одбрану од патогена (посебно кожних гљивица).

Решења

Смањите емисију

Дно црта киселе кише је смањење емисије хемијских супстанци које претерају у околину. Најважнији од њих су сумпор и азотни оксиди.

Међутим, ово има одређених потешкоћа, јер подразумева утицај на економске и развојне интересе компанија и земаља. На пример, један од главних извора сумпор-диоксида је сагоревање угља, који у Кини чини више од 70% енергије.

Постоје неке технолошке алтернативе које могу помоћи смањењу емисија. На пример, у индустрији такозвани "флуидизовани слојеви" садрже апсорбере (кречњак или доломит) који задржавају СО2. У случају моторних возила и мотора сагоревања уопште, каталитички претварачи такође одговарају смањењу емисије СО2.

С друге стране, неке земље спроводе специфичне програме за смањење киселе кише. На пример, Сједињене Државе развиле су Национални програм процене падавина за киселине (НАПАП). Међу неким мерама које НАПАП предвиђа је примена горива са малим сумпором.

Друга могућа мера је замена возног парка електричним аутомобилима да би се смањила и кисела киша и глобално загревање. Међутим, иако постоји технологија да се то постигне, притисак аутомобилске и нафтне индустрије одгодио је одлуке у вези с тим. Други фактори који утичу су културолошки елементи који се односе на брзину којом се очекује да возило достигне.

Примените мере корекције киселости

У неким случајевима пХ тла и воде може се повећати додавањем алкалија, на пример уградњом велике количине креча. Међутим, ова пракса није изведива на веома великим површинама земљишта.

Површинска заштита

Стоне

Постоје разне методе за заштиту или барем смањење пропадања камена под дејством киселе кише. Једна од тих метода је да се опере паром или топлом водом.

Такође се могу користити хемијска средства као што су флуороводична киселина или амонијум бифлуорид. Једном опран, камен се може запечати наношењем посебних производа који зачепљују поре, попут баријевог хидроксида.

Метал

Металне површине подложне корозији могу се заштитити премазивањем некорозивним металом, попут цинка.

За то се може применити електродепозиција или метална конструкција која се штити може бити уроњена у заштитни метал у течном стању.

Референце

1. Еспада Л и А. Санцхез (1995). Утицај киселе кише на корозију метала. пп. 145-171. У: Састре де Виценте М. (Коорд.) Електрохемија и животна средина на прагу КСКСИ века. Универзитет Ла Цоруна. Служба за публикације Ла Цоруна, Шпанија.
2. Гарциа-Руиз Г (2018). Заштита грађевинских конструкција у корозивним атмосферама. Завршни пројекат инжењерства у индустријским технологијама. Политехнички универзитет у Картагини. Виша техничка школа индустријског инжењерства. Цартагена, Шпанија. 75 п.
3. Гранадос-Санцхез Д, ГФ Лопез-Риос и МА Хернандез-Гарциа (2010). Кисела киша и шумски екосистеми .. Ревиста Цхапинго Шумарство и науке о животној средини серија 16: 187-206.
4. Ликенс ГЕ, ЦТ Дрисцолл и ДЦ Бусо (1996). Дугорочни ефекти киселе кише: одзив и опоравак шумског екосистема. Наука, 272; 244–246.
   Ликенс ГЕ и ФХ Борманн (1974). Кисела киша: озбиљан регионални проблем заштите животне средине. Наука, 184: 1176-1179.
5. Сцхиндлер ДВ (1988). Утицај киселе кише на слатководне екосистеме. Наука, 239: 149-157.
6. Велез-Упегуи ЈЈ, МЦ Валенциа-Гиралдо, А Лондоно-Царвајал, ЦМ Гонзалез-Дукуе, ЈП Марисцал-Морено (2010). Загађење ваздуха и кисела киша. Дијагноза феномена у граду Манизалес. Инжењерски и архитектонски факултет. Национални универзитет Колумбије. Манизалес седиште. Редакција Бланецолор Лтда, прво издање. Манизалес, Колумбија. 150 п.