Что такое кислотный дождь?

Дождевую воду почему-то часто называют идеалом чистоты. На самом деле, если смотреть на нее с химической точки зрения, довольно сложно согласиться с подобным. Сегодня мы  расскажем о том, что такое кислотный дождь, и откуда он берется.

Ok google. Почему идет дождь?

Чтобы понимать, как кислота попадает в ливневую воду, необходимо для начала разобраться, каким образом формируется дождь. Существует круговорот воды в природе. Когда солнце светит на поверхность воды, находящейся в океанах и поверхностных водоемах, она начинает испаряться. Мы можем наблюдать подобный процесс при кипении воды, когда над ней выделяется пар. На водной поверхности в естественных процессах пар увидеть сложно, тем не менее молекулы воды отрываются от водной глади и взлетают в воздух. Об уникальном свойстве воды находиться в трех агрегатных состояниях и процессах испарения мы писали ранее.

Эти молекулы поднимаются с воздушными массами все выше и выше, проходя через слои более холодного воздуха они охлаждаются и конденсируются (объединяются) в капли и мелкие ледяные кристаллики в зависимости от высоты. Скопление переохлаждённых капель воды и ледяных кристаллов называется тучей.

Когда масса кристаллов становится критической, она выпадает на землю дождем.

Почему возникает кислотный дождь?

Изначально дождевая вода в тучах является практически дистиллятом, поскольку получается в результате испарения. Ее химические изменения начинают происходить уже в момент падения капель на землю и прохождения атмосферы, то есть окружающего нас воздуха. Соответственно, водородный показатель, который описывает кислотность, равняется примерно 7. Кислотный дождь - это дождевая вода, в которой растворены кислотные оксиды из атмосферы. Рассмотрим, как это  работает.

Начнем с того, что изначально воздух, которым мы дышим, содержит от 0,9% углекислого газа. Растворимость углекислого газа в 28 раз превышает кислород. То есть в процессе движения капля воды насыщается углекислотой, в следствии чего образуется слабая углекислота:

CO₂ + H₂O ⇄ CO₂ + H₂O.

Водородный показатель, то есть pH чистого дождя в момент удара о землю может составлять 5,6. Так как угольная кислота является довольно слабой, она быстро разлагается и выделяется из воды.

Но в современном мире все сложнее, помимо углекислого газа воздух богат огромным количеством других соединений. В больших городах и индустриальных центрах загрязнение воздуха получило название “смог”.

В вопросе кислотного дождя стоит затронуть оксиды серы и азота. Эти вещества попадают в воздух как продукты сжигания органического топлива на теплоэлектростанциях и в автомобилях, производственных процессов металлоперерабатывающих заводов и других предприятий. Они способны вызывать сухость слизистых глаз и носа, кашель и удушье, обострения легочных заболеваний.

Диоксид азота (NO₂) — это, пожалуй, самый распространенный компонент смога. При несовершенной очистке он выделяется при сгорании топлива на теплоэлектростанциях и даже из выхлопных труб автомобилей и имеет характерный рыжий цвет, за что получил название “лисий хвост”.

Монооксид азота (NO) - при сгорании выделяется вместе с диоксидом и образует димеры (N₂O₂).

Диоксид серы (SO₂) — это прозрачный газ, который в больших концентрациях является токсичным, в слабых — поражает слизистые оболочки глаз и носоглотки.

Серный ангидрид или триоксид серы (SO₃) выделяется преимущественно на химических предприятиях.

Механизм реакций этих газов с водой очень прост:

1. При взаимодействии с водой и кислородом воздуха диоксид азота образует азотную кислоту:

4NO₂ + 2H₂O + O₂ ➝ 4HNO₃

2. Параллельно происходит окисление диоксида серы диоксидом азота с получением сульфатной кислоты:

NO₂ + SO₂ + H₂O ➝ H₂SO₄ + NO

3. И еще один процесс представляет собой образование серной кислоты из ангидрида:

SO₃ + H₂O ➝ H₂SO₄

Вот так, собственно, и выглядит ответ на вопрос о том, что такое кислотные дожди.

Кислотность, если использовать для ее отображения уровня pH среды, может достигать 3 единиц. Для сравнения pH слабого раствора лимонной кислоты будет примерно таким же. Осадки с pH<5,6 называют кислыми, они могут вызывать сдвиг кислотно-основного равновесия в грунтах и водоемах и приводить к видовому изменению или отмиранию флоры и фауны.

Важно еще отметить, что иногда дождевая даже в промышленных регионах или больших городах имеет нейтральный или даже легкощелочной pH. Это не говорит о качестве или чистоте, а лишь о том, что из-за реакций внутри капель кислота нейтрализовалась щелочными реагентами. Самым ярким примером будет наличие аммиака в воздухе:

NH₃ + HNO₃ ⟶ NH₄NO₃

Химические процессы непрерывно происходят даже в капле воды, пока она летит с неба на землю. Как видите, загрязнение окружающей среды делает опасным даже самую чистую дождевую воду.