学習目標
- 酸性雨の化学を理解するために。
酸–塩基反応は、強い環境への影響を持つことができます。 例えば、過去150年間の雨や雪の酸性度の劇的な増加は、大理石や石灰岩の表面を溶解し、金属物体の腐食を加速し、天然水のpHを低下させることです。 この環境問題は酸性雨と呼ばれ、すべての生物に重大な影響を与えます。 酸性雨を理解するためには、水溶液中の酸–塩基反応の理解が必要です。
文明から離れた地域で収集された純粋な雨水でさえ、水と反応して弱酸である炭酸を与えるために溶解した二酸化炭素のためにわずかに酸性（pH≥5.6）であるため、酸性雨という用語は実際にはやや誤解を招く。:
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イギリスの化学者ロバート-アンガス-スミスは、1872年にイギリスの工業センター（マンチェスターなど）における雨の酸性度の増加を記述するために酸性雨というフレーズを造語したと一般に信じられている。 当時、水素イオン濃度を測定する良い方法がなかったため、スミスが観測した雨の実際のpHを知ることは困難でした。 米国大陸での雨の典型的なpH値は、現在4〜4の範囲です。5、ロサンゼルスなどの地域では2.0と低い値が報告されています。 PH2の雨はレモン汁と酸味で対等であり、”正常な”雨は今トマトジュースかブラックコーヒー酸性である。
雨や雪の酸性度の上昇の原因は何ですか？ 化学分析では、硫酸塩（SO42-）と硝酸塩（NO3-）イオンが大量に存在することが示されており、これらの種のかなりの部分が化石燃料の燃焼中に生成された窒素と硫黄酸化物から来ていることがさまざまな証拠で示されています。 内燃機関と雷放電の両方で見られる高温では、分子窒素と分子酸素が反応して一酸化窒素が得られます。
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一酸化窒素は過剰な酸素と急速に反応して二酸化窒素、スモッグの茶色の原因となる化合物が得られます。
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二酸化窒素が水に溶解すると、亜硝酸と硝酸の1：1の混合物を形成します:分子状の酸素は最終的に亜硝酸を硝酸に酸化するため、全体的な反応は火山、森林火災、有機物の微生物腐敗などの自然源によって常に大気中に大量の二酸化硫黄が放出されてきたが、地球の記録された歴史のほとんどにとって、大気から海洋や岩石への硫黄の自然循環は雨や雪の酸性度をチェックしていた。 残念なことに、化石燃料の燃焼はバランスを崩しているようです。 多くの石炭は5%-6%の黄鉄鉱(Fes2)多くを質量で含み、燃料油は普通少なくとも0.5%の硫黄を質量で含んでいます。 19世紀半ば以来、これらの燃料は、現代の産業社会のエネルギー需要を供給するために巨大な規模で燃焼され、毎年数千万トンのSO2を大気中に放出し また、亜鉛や銅などの金属を得るために硫化鉱石を焙煎すると、
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のような反応を介して大量のSO2が生成され、SO2は雨水に溶解して亜硫酸が得られる（式\(\ref{5.7.酸性雨の有害な影響についての懸念は、SO2およびNOの放出を最小限に抑えるために、業界に強い圧力をもたらしました。\(\ref{5.7.8}\))：
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酸性雨の有害な影響についての懸念は、SO2およびNOの放出を最小限に抑えるために、業界に強い圧力をもたらしました。 例えば、石炭火力発電所では、so2を石灰（CaO）と反応させて亜硫酸カルシウム二水和物（Caso3·2H2O;図\(\PageIndex{1}\)）を生成するSO2の「スクラバー」を使用しています。p>
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Caso4は水に難溶性であるため、この反応の最終結果は大理石 1922年に建設されたワシントンDCのリンカーン記念館は、すでに酸性雨による大きな被害を示しており、多くの古い物体はさらに大きな被害を示している（図\(\PageIndex{2}\)）。 金属物体はまた、酸化還元反応による酸性雨による損傷を受ける可能性がある。p>
酸性雨の生物学的影響はより複雑です。 図4.15に示されているように、血液などの生物学的流体は、7-8のpHを有する。 魚のような有機体は6.5–8.5の範囲でpHがある水の内部pHを維持できます。 しかし、外部のpHが低すぎると、多くの水生生物はもはや内部のpHを維持できなくなるため、死んでしまいます。 4以下のpHは、事実上すべての魚、ほとんどの無脊椎動物、および多くの微生物にとって致命的です。 酸性雨の結果として、ヨーロッパと米国のいくつかの湖のpHは4を下回っています。 最近の調査では、ニューヨーク州北部のアディロンダック山脈の湖の最大6％、スウェーデンとノルウェーの湖の4％が本質的に死んでおり、魚を含んでいないことが示唆されている。 どちらの場所にも産業の集中が含まれていませんが、ニューヨークは工業中西部の風下にあり、スカンジナビアは西ヨーロッパの最も工業化された地域の風下にあります。 両方の地域は、風上の隣人によって生成された汚染の矛先を負担しているように見えます。 孤立した湖の酸性雨の影響に対抗する1つの可能な方法は、式\(\ref{5.7.9}\)に示す反応を介して酸を中和する、細かく粉砕された石灰岩を大量に添加すP>
酸性雨が生物学的損傷を引き起こす可能性のある第二の主要な方法は、直接的ではありません。 樹木や他の多くの植物は、地下水中のアルミニウムや他の金属の存在に敏感です。 通常の状況下では、いくつかの土壌に存在する水酸化アルミニウムは不溶性である。 しかし、より低いpH値では、Al（OH）3は次の反応を介して溶解する：
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その結果、地下水中のAl3+イオンのレベルが増加する。
Al3+イオンは植物に有毒であるため、高濃度は植物の成長に影響を与える可能性があります。 酸性雨はまた、植物が他のストレスに耐えることができないことをそんなに植物の葉や根を弱めることができます。 この2つの効果の組み合わせは、ドイツの黒い森や、米国北東部およびカナダおよびその他の国の森林など、確立された森林に重大な被害を与える可
概要
酸性雨の有害な影響は、有害な反応物の放出を最小限に抑えるために、業界に強い圧力につながっています。 酸性雨は、溶解した二酸化炭素の存在のために、pHが5.6未満の降雨であり、典型的に観察される値である。 酸性雨は、自然のプロセスと化石燃料の燃焼の両方によって生成される窒素酸化物と二酸化硫黄によって引き起こされます。 最終的に、これらの酸化物は酸素および水と反応して硝酸および硫酸を与える。
概念上の問題
- なぜ大理石のカウンタートップをキッチンで使用しないことをお勧めしますか？ 大理石はCaco3で大抵構成されます。
- 化石燃料の脱硫が激しい研究の分野である理由を説明します。
- 酸性雨の形成におけるNOxの役割は何ですか？