reacțiile acido–bazice pot avea un impact puternic asupra mediului. De exemplu, o creștere dramatică a acidității ploii și zăpezii în ultimii 150 de ani este dizolvarea suprafețelor de marmură și calcar, accelerarea coroziunii obiectelor metalice și scăderea pH-ului apelor naturale. Această problemă de mediu se numește ploaie acidă și are consecințe semnificative pentru toate organismele vii. Pentru a înțelege ploaia acidă necesită o înțelegere a reacțiilor acido-bazice în soluție apoasă.

termenul de ploaie acidă este de fapt oarecum înșelător, deoarece chiar și apa de ploaie pură colectată în zone îndepărtate de civilizație este ușor acidă (pH 5,6) datorită dioxidului de carbon dizolvat, care reacționează cu apa pentru a da acid carbonic, un acid slab:chimistul englez Robert Angus Smith este, în general, creditat cu inventarea expresiei ploaie acidă în 1872 pentru a descrie aciditatea crescută a ploii în centrele industriale Britanice (cum ar fi Manchester), care a fost aparent cauzată de excesele neînfrânate ale Revoluției Industriale timpurii, deși legătura nu a fost încă înțeleasă. În acel moment, nu exista o modalitate bună de a măsura concentrațiile de ioni de hidrogen, deci este dificil să cunoaștem pH-ul real al ploii observate de Smith. Valorile tipice ale pH-ului pentru ploaie în Statele Unite continentale variază acum de la 4 la 4.5, cu valori de până la 2,0 raportate pentru domenii precum Los Angeles. Ploaia cu un pH de 2 este comparabilă în aciditate cu sucul de lămâie și chiar ploaia „normală” este acum la fel de acidă ca sucul de roșii sau cafeaua neagră.

care este sursa acidității crescute în ploaie și zăpadă? Analiza chimică arată prezența unor cantități mari de ioni de sulfat (SO42−) și nitrat (NO3−) și o mare varietate de dovezi indică faptul că o fracțiune semnificativă din aceste specii provine din oxizi de azot și sulf produși în timpul arderii combustibililor fosili. La temperaturile ridicate găsite atât în motoarele cu ardere internă, cât și în descărcările de trăsnet, azotul molecular și oxigenul molecular reacționează pentru a da oxid nitric:

\

oxidul Nitric reacționează apoi rapid cu excesul de oxigen pentru a da dioxid de azot, compusul responsabil pentru culoarea maro a smogului:

\

când dioxidul de azot se dizolvă în apă, formează un amestec 1:1 de acid azotic:

\

deoarece oxigenul molecular oxidează în cele din urmă acidul azotic în acid azotic, reacția generală este

\

cantități mari de dioxid de sulf au fost întotdeauna eliberate în atmosferă de surse naturale, cum ar fi vulcani, incendii forestiere și degradarea microbiană a materialelor organice, dar pentru cea mai mare parte a istoriei înregistrate a Pământului, ciclismul natural al sulfului din atmosferă în oceane și roci a ținut sub control aciditatea ploii și a zăpezii. Din păcate, arderea combustibililor fosili pare să fi înclinat echilibrul. Mulți cărbuni conțin până la 5% -6% pirită (FeS2) în masă, iar păcurile conțin de obicei cel puțin 0,5% sulf în masă. De la mijlocul secolului al 19-lea, acești combustibili au fost arși pe o scară uriașă pentru a furniza nevoile energetice ale societății noastre industriale moderne, eliberând anual zeci de milioane de tone de SO2 suplimentar în atmosferă. În plus, prăjirea minereurilor sulfurate pentru a obține metale precum zincul și cuprul produce cantități mari de SO2 prin reacții precum

\

indiferent de sursă, SO2 se dizolvă în apa de ploaie pentru a da acid sulfuros (ecuația \(\ref{5.7.7}\)), care este în cele din urmă oxidat de oxigen la acid sulfuric (ecuația \(\ref{5.7.8}\)):

\

preocupările legate de efectele nocive ale ploii acide au condus la o presiune puternică asupra industriei pentru a minimiza eliberarea de SO2 și NO. De exemplu, centralele electrice de ardere a cărbunelui folosesc acum SO2 „scrubere”, care captează SO2 prin reacția sa cu var (cao) pentru a produce sulfit de calciu dihidrat (CaSO3·2H2O; figura \(\PageIndex{1}\)).

daunele pe care ploaia acidă le face clădirilor și sculpturilor din calcar și marmură se datorează unei reacții clasice acido–bazice. Marmură și calcar ambele constau din carbonat de calciu (CaCO3), o sare derivată din acidul slab H2CO3. Reacția unui acid puternic cu o sare a unui acid slab se încheie. Astfel putem scrie reacția calcarului sau a marmurei cu acid sulfuric diluat după cum urmează:

\

deoarece CaSO4 este puțin solubil în apă, rezultatul net al acestei reacții este dizolvarea marmurei sau a calcarului. Memorialul Lincoln din Washington, DC, care a fost construit în 1922, prezintă deja daune semnificative cauzate de ploaia acidă, iar multe obiecte mai vechi prezintă daune și mai mari (figura \(\PageIndex{2}\)). Obiectele metalice pot suferi, de asemenea, daune cauzate de ploaia acidă prin reacții de reducere a oxidării.

efectele biologice ale ploii acide sunt mai complexe. După cum se indică în figura 4.15, fluidele biologice, cum ar fi sângele, au un pH de 7-8. Organisme precum peștii își pot menține pH–ul intern în apă care are un pH cuprins între 6,5-8,5. Cu toate acestea, dacă pH-ul extern este prea scăzut, multe organisme acvatice nu își mai pot menține pH-ul intern, deci mor. Un pH de 4 sau mai mic este fatal pentru aproape toți peștii, majoritatea animalelor nevertebrate și multe microorganisme. Ca urmare a ploilor acide, pH-ul unor lacuri din Europa și Statele Unite a scăzut sub 4. Sondajele recente sugerează că până la 6% din lacurile din Munții Adirondack din nordul statului New York și 4% din lacurile din Suedia și Norvegia sunt în esență moarte și nu conțin pești. Nici o locație nu conține concentrații mari de industrie, dar New York se află în direcția vântului din Midwest industrial, iar Scandinavia este în direcția vântului celor mai industrializate regiuni din Europa de vest. Ambele regiuni par să fi suportat greul poluării produse de vecinii lor în direcția vântului. O modalitate posibilă de a contracara efectele ploii acide în lacurile izolate este prin adăugarea unor cantități mari de calcar fin măcinat, care neutralizează acidul prin reacția prezentată în ecuația \(\ref{5.7.9}\).

un al doilea mod major în care ploaia acidă poate provoca daune biologice este mai puțin directă. Copacii și multe alte plante sunt sensibile la prezența aluminiului și a altor metale în apele subterane. În condiții normale, hidroxidul de aluminiu , care este prezent în unele soluri, este insolubil. Cu toate acestea, la valori mai mici ale pH-ului, Al(OH)3 se dizolvă prin următoarea reacție:

\

rezultatul este creșterea nivelurilor de ioni Al3+ în apele subterane. Deoarece ionul Al3 + este toxic pentru plante, concentrațiile mari pot afecta creșterea plantelor. Ploaia acidă poate slăbi, de asemenea, frunzele și rădăcinile plantelor atât de mult încât plantele nu sunt în măsură să reziste la alte stresuri. Combinația celor două efecte poate provoca daune semnificative pădurilor stabilite, cum ar fi Pădurea Neagră din Germania și pădurile din nord-estul Statelor Unite și Canada și alte țări (figura \(\PageIndex{3}\)).