acidobazické reakce mohou mít silný dopad na životní prostředí. Například, dramatický nárůst kyselosti deště a sněhu za posledních 150 let se rozpouští mramorové a vápencové povrchy, urychluje korozi kovových předmětů, a snižující se pH přírodních vod. Tento environmentální problém se nazývá kyselý déšť a má významné důsledky pro všechny živé organismy. Pochopení kyselého deště vyžaduje pochopení acidobazických reakcí ve vodném roztoku.

termín kyselý déšť je vlastně poněkud zavádějící, protože i čisté dešťové vody shromážděné v oblastech vzdálených od civilizace je mírně kyselé (pH ≈ 5.6) vzhledem k rozpuštěného oxidu uhličitého, který reaguje s vodou dát uhličité kyseliny, slabé kyseliny:

\

anglický chemik Robert Angus Smith je obecně připočítán s vydělávat fráze kyselý déšť v roce 1872 popsat zvýšená kyselost deště v Britských průmyslových center (jako je Manchester), který byl zřejmě způsoben nespoutané excesy na počátku Průmyslové Revoluce, i když připojení není zatím zřejmé. V té době neexistoval dobrý způsob měření koncentrací vodíkových iontů, takže je obtížné znát skutečné pH deště pozorované Smithem. Typické hodnoty pH pro déšť v kontinentálních Spojených státech se nyní pohybují od 4 na 4.5, s hodnotami tak nízké, jak 2.0 hlášeny pro oblasti, jako je Los Angeles. Déšť s pH 2 je v kyselosti srovnatelný s citronovou šťávou a dokonce i „normální“ déšť je nyní stejně kyselý jako rajčatová šťáva nebo černá káva.

jaký je zdroj zvýšené kyselosti v dešti a sněhu? Chemická analýza ukazuje na přítomnost velkého množství sulfát (SO42−) a dusičnany (NO3−) iontů, a širokou škálu důkazy naznačují, že významný podíl těchto druhů pochází z dusíku a oxidy síry produkovaný během spalování fosilních paliv. Při vysokých teplotách se nacházejí v obou spalovacích motorů a bleskových výbojů, molekulární dusík a molekulární kyslík reagovat dát dusnatého:

\

oxid dusnatý reaguje rychle s přebytkem kyslíku dát oxidu dusíku, sloučeniny odpovědné za hnědé barvy smogu:

\

Když se oxid uhličitý se rozpouští ve vodě, tvoří 1:1 směsi kyselina dusitá a kyselina dusičná:

\

Protože molekulární kyslík nakonec oxiduje oxid kyseliny dusičné, celková reakce je,

\

Velké množství oxidu siřičitého byly vždy propuštěn do atmosféry přírodních zdrojů, jako jsou sopky, lesní požáry, mikrobiální rozklad organických materiálů, ale pro většinu Země, je zaznamenána historie přírodní koloběh síry z atmosféry do oceánů a skály stále kyselost deště a sněhu v šachu. Bohužel se zdá, že spalování fosilních paliv vyrovnalo rovnováhu. Mnoho uhlí obsahuje až 5% -6% pyritu (FeS2) hmotnostně a topné oleje obvykle obsahují alespoň 0,5% síry hmotnostně. Od poloviny 19. století, tyto paliva byly spáleny na obrovský rozsah dodávky energetických potřeb naší moderní průmyslové společnosti, uvolňovat desítky milionů tun dodatečných emisí SO2 do ovzduší ročně. Kromě toho, pražení sulfidických rud na získání kovů jako zinek a měď produkuje velké množství SO2 prostřednictvím reakce jako

\

bez Ohledu na zdroj, SO2 se rozpouští ve dešťové vody dát sirné kyseliny (Rovnice \(\ref{5.7.7}\)), což je nakonec oxiduje kyslíkem na kyselinu sírovou (Rovnice \(\ref{5.7.8}\)):

\

\

Obavy o škodlivé účinky kyselého deště vedly k silný tlak na průmysl, aby se minimalizovalo uvolňování SO2 a NO. Například uhelné elektrárny nyní použít SO2 „pračky“, které past SO2 jeho reakce s vápnem (CaO) produkovat uhličitan siřičitan vápenatý (CaSO3·2H2O; Číslo \(\PageIndex{1}\)).

škoda, že kyselý déšť má na vápenec a mramor budov a soch je vzhledem ke klasické acidobazické reakce. Mramor a vápenec se skládají z uhličitanu vápenatého (CaCO3), soli odvozené od slabé kyseliny H2CO3. Reakce silné kyseliny se solí slabé kyseliny končí. Můžeme tedy napsat reakci vápence nebo mramoru se zředěnou kyselinou sírovou takto:

\

protože CaSO4 je ve vodě mírně rozpustný, čistým výsledkem této reakce je rozpuštění mramoru nebo vápence. Lincoln Památník ve Washingtonu, DC, který byl postaven v roce 1922, již vykazuje značné poškození od kyselých dešťů a mnohé starší objekty se projevují ještě větší škody (viz Obrázek \(\PageIndex{2}\)). Kovové předměty mohou také utrpět poškození kyselým deštěm prostřednictvím oxidačních redukčních reakcí.

biologické účinky kyselého deště jsou složitější. Jak je uvedeno na obrázku 4.15, biologické tekutiny, jako je krev, mají pH 7-8. Organismy, jako jsou ryby, si mohou udržovat své vnitřní pH ve vodě, která má pH v rozmezí 6,5-8,5. Pokud je však vnější pH příliš nízké, mnoho vodních organismů si již nemůže udržet své vnitřní pH, takže zemřou. PH 4 nebo nižší je fatální pro prakticky všechny ryby, většinu bezobratlých zvířat a mnoho mikroorganismů. V důsledku kyselého deště, pH některých jezer v Evropě a ve Spojených státech kleslo pod 4. Nedávné průzkumy naznačují, že až 6% z jezer v Adirondack Horách severní části státu New York a 4% jezer ve Švédsku a Norsku jsou v podstatě mrtvé a neobsahují žádné ryby. Ani jedno místo neobsahuje velké koncentrace průmyslu, ale New York leží po větru průmyslového Středozápadu, a Skandinávie je po větru nejprůmyslovějších regionů západní Evropy. Zdá se, že oba regiony nesou hlavní nápor znečištění způsobeného jejich protivětrnými sousedy. Jedním z možných způsobů, jak čelit účinkům kyselého deště v izolovaných jezerech, je přidání velkého množství jemně mletého vápence, který neutralizuje kyselinu reakcí uvedenou v rovnici \(\ref{5.7.9}\).

druhý hlavní způsob, jakým může kyselý déšť způsobit biologické poškození, je méně přímý. Stromy a mnoho dalších rostlin jsou citlivé na přítomnost hliníku a jiných kovů v podzemních vodách. Za normálních okolností je hydroxid hlinitý, který je přítomen v některých půdách, nerozpustný. Při nižších hodnotách pH se však Al (OH) 3 rozpouští následující reakcí:

\

výsledkem jsou zvýšené hladiny iontů Al3+ v podzemních vodách. Vzhledem k tomu, že iont Al3+ je toxický pro rostliny, mohou vysoké koncentrace ovlivnit růst rostlin. Kyselý déšť může také oslabit listy a kořeny rostlin natolik, že rostliny nejsou schopny odolat jiným stresům. Kombinace těchto dvou efektů může způsobit značné škody na zavedené lesy, jako je Černý Les v Německu a v lesích na severovýchodě Spojených Států a Kanady a dalších zemí (viz Obrázek \(\PageIndex{3}\)).