a sav–bázis reakcióknak erős környezeti hatása lehet. Például az eső és a hó savasságának drámai növekedése az elmúlt 150 évben feloldja a márvány és mészkő felületeket, felgyorsítja a fémtárgyak korrózióját és csökkenti a természetes vizek pH-ját. Ezt a környezeti problémát savas esőnek nevezik, és jelentős következményekkel jár minden élő szervezetre. A savas eső megértéséhez meg kell érteni a sav–bázis reakciókat vizes oldatban.

a savas eső kifejezés valójában kissé félrevezető, mert még a civilizációtól távol eső területeken összegyűjtött tiszta esővíz is enyhén savas (pH) 5,6) az oldott szén-dioxid miatt, amely vízzel reagálva szénsavat, gyenge savat ad:

\

Az angol kémikus Robert Angus Smith általában jóvá megalkotta a kifejezést savas eső 1872-ben az eső megnövekedett savasságának leírására a brit ipari központokban (például Manchesterben), amelyet nyilvánvalóan a korai ipari forradalom féktelen túlzásai okoztak, bár a kapcsolatot még nem értették. Abban az időben nem volt jó módszer a hidrogénion-koncentrációk mérésére, ezért nehéz megismerni a Smith által megfigyelt eső tényleges pH-ját. Az eső tipikus pH-értéke az Egyesült Államok kontinentális részén 4-4.5, olyan alacsony értékekkel, mint az 2.0, olyan területeken, mint Los Angeles. A 2-es pH-értékű eső savasságában összehasonlítható a citromlével, sőt a “normál” eső is olyan savas, mint a paradicsomlé vagy a fekete kávé.

mi okozza a megnövekedett savasságot esőben és hóban? A kémiai elemzés nagy mennyiségű szulfát (SO42−) és nitrát (NO3−) Ion jelenlétét mutatja, és számos bizonyíték arra utal, hogy ezeknek a fajoknak jelentős része a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során keletkező nitrogén-és kén-oxidokból származik. Mind a belső égésű motorokban, mind a villámkibocsátásokban található magas hőmérsékleten a molekuláris nitrogén és a molekuláris oxigén nitrogén-oxidot eredményez:

\

a nitrogén-oxid gyorsan reagál a felesleges oxigénnel, hogy nitrogén-dioxidot kapjon, amely a szmog barna színéért felelős vegyület:

\

amikor a nitrogén-dioxid vízben oldódik, salétromsav és salétromsav 1:1 arányú keverékét képezi:

\

mivel a molekuláris oxigén végül salétromsavvá oxidálja a salétromsavat, az általános reakció

\

nagy mennyiségű kén-dioxidot bocsátottak ki a légkörbe természetes források, például vulkánok, erdőtüzek és a szerves anyagok mikrobiális bomlása, de a Föld történelmének nagy részében a kén légkörből az óceánokba és a sziklákba történő természetes ciklusa kordában tartotta az eső és a hó savasságát. Sajnos úgy tűnik, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetése felborította az egyensúlyt. Sok szén 5-6 tömegszázalék piritot (FeS2) tartalmaz, a fűtőolajok pedig általában legalább 0,5 tömegszázalék ként tartalmaznak. A 19.század közepe óta ezeket az üzemanyagokat hatalmas mértékben égették el, hogy kielégítsék modern ipari társadalmunk energiaigényét, évente több tízmillió tonna további SO2-t engedve a légkörbe. Ezenkívül a szulfidércek pörkölésével fémek, például cink és réz előállításához nagy mennyiségű SO2 keletkezik olyan reakciók révén, mint a

\

forrásától függetlenül az SO2 feloldódik az esővízben, hogy kénsavat kapjon (\(\ref{5.7 egyenlet.7}\)), amely végül oxigénnel kénsavvá oxidálódik (\(\ref{5.7.8}\) egyenlet):

\

\

\

a savas eső káros hatásaival kapcsolatos aggodalmak erős nyomást gyakoroltak az iparra az SO2 és NO kibocsátásának minimalizálása érdekében. Például a Szénégető erőművek most SO2 “súrolókat” használnak, amelyek csapdába ejtik az SO2-t mész (CaO) reakciójával kalcium-szulfit-dihidrát előállítására (CaSO3·2H2O; \(\PageIndex{1}\) ábra).

a savas eső által a mészkő és márvány épületekben és szobrokban okozott kár a klasszikus sav–bázis reakciónak köszönhető. A márvány és a mészkő egyaránt kalcium-karbonátból (CaCO3), a gyenge H2CO3 savból származó sóból áll. Az erős sav reakciója egy gyenge sav sóval befejeződik. Így a mészkő vagy márvány reakcióját híg kénsavval a következőképpen írhatjuk le:

\

mivel a CaSO4 vízben kevéssé oldódik, ennek a reakciónak a nettó eredménye a márvány vagy mészkő feloldása. Az 1922-ben épült washingtoni Lincoln-emlékmű már jelentős károkat mutat a savas eső miatt, és sok régebbi tárgy még nagyobb károkat mutat (\(\PageIndex{2}\) ábra). A fémtárgyak oxidációs-redukciós reakciók révén savas esőben is károsodhatnak.

a savas eső biológiai hatásai összetettebbek. Amint azt a 4.15. ábra mutatja,a biológiai folyadékok, például a vér pH-ja 7-8. Az olyan szervezetek, mint a halak, fenntarthatják belső pH–jukat olyan vízben, amelynek pH-ja 6,5-8,5 között van. Ha azonban a külső pH túl alacsony, sok vízi szervezet már nem tudja fenntartani belső pH-ját, ezért elpusztulnak. A 4-es vagy annál alacsonyabb pH-érték gyakorlatilag minden hal, a legtöbb gerinctelen állat és számos mikroorganizmus számára végzetes. A savas eső következtében egyes tavak pH-ja Európában és az Egyesült Államokban 4 alá esett. A legújabb felmérések azt mutatják, hogy a New York-i Adirondack-hegység tavainak legfeljebb 6% – a, a svédországi és norvégiai tavak 4% – A lényegében elpusztult, és nem tartalmaz halat. Egyik helyszín sem tartalmaz nagy ipari koncentrációt, de New York az ipari Középnyugat szélszélén fekszik, Skandinávia pedig Nyugat-Európa legiparosodottabb régióinak szélszélén fekszik. Úgy tűnik, hogy mindkét régió viseli a széllel szembeni szomszédaik által okozott szennyezés legnagyobb részét. Az izolált tavakban a savas eső hatásainak ellensúlyozásának egyik lehetséges módja nagy mennyiségű finoman őrölt mészkő hozzáadása, amely a savat a \(\ref{5.7.9}\) egyenletben bemutatott reakcióval semlegesíti.

a savas eső biológiai károsodásának második fő módja kevésbé közvetlen. A fák és sok más növény érzékeny az alumínium és más fémek jelenlétére a talajvízben. Normál körülmények között az egyes talajokban jelen lévő alumínium-hidroxid oldhatatlan. Alacsonyabb pH-értékeknél azonban az Al(OH)3 a következő reakcióval oldódik fel:

\

az eredmény az Al3+ ionok megnövekedett szintje a talajvízben. Mivel az Al3 + ion mérgező a növényekre, a magas koncentrációk befolyásolhatják a növény növekedését. A savas eső annyira gyengítheti a növények leveleit és gyökereit, hogy a növények nem képesek ellenállni más stresszeknek. A két hatás kombinációja jelentős károkat okozhat a letelepedett erdőkben, például a németországi Fekete-erdőben, az Egyesült Államok északkeleti részén, Kanadában és más országokban (\(\PageIndex{3}\) ábra).