Όξινη Βροχή
Οξείδια του θείου και του αζώτου, πώς γίνεται η βροχή όξινη, επιπτώσεις σε μνημεία, μέταλλα, λίμνες και δάση
Γιατί οι Καρυάτιδες μπήκαν σε μουσείο;
Οι μαρμάρινες Καρυάτιδες του Ερεχθείου στέκονταν στην Ακρόπολη για 2.400 χρόνια. Μέσα σε λίγες δεκαετίες του 20ού αιώνα όμως η ρύπανση και η όξινη βροχή άρχισαν να τις «λιώνουν». Γι' αυτό τα πρωτότυπα μεταφέρθηκαν σε μουσείο και στη θέση τους μπήκαν αντίγραφα. Πώς μπορεί η βροχή να διαλύει μάρμαρο;
Κανονική και όξινη βροχή
Η κανονική βροχή είναι ήδη ελαφρά όξινη, με pH 5–6, κυρίως λόγω του διοξειδίου του άνθρακα που διαλύει.
Η όξινη βροχή έχει pH συχνά κάτω από 4 — είναι πάνω από 10 φορές πιο όξινη από την κανονική. Ήρθε στο προσκήνιο τη δεκαετία του 1980 ως υπεύθυνη για καταστροφή λιμνών, ποταμών, δασών και μνημείων.
Από πού έρχεται η οξύτητα
Η ανάλυση του αέρα σε βιομηχανικές περιοχές έδειξε οξείδια του θείου (, , συμβολικά ) και οξείδια του αζώτου (, , συμβολικά ).
- Τα παράγονται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, χαλυβουργεία και βιομηχανίες που καίνε γαιάνθρακες (κάρβουνο), που περιέχουν πάντα θείο. Όταν καίγεται το κάρβουνο, καίγεται και το θείο:
- Τα παράγονται κυρίως στις πόλεις, μέσα στους κινητήρες των αυτοκινήτων, όπου οι υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες κάνουν το άζωτο και το οξυγόνο του αέρα να αντιδρούν.
Πώς γίνονται οξέα, αφού δεν έχουν υδρογόνο; Αντιδρούν με τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας και σχηματίζουν οξέα — γι' αυτό λέγονται ανυδρίτες οξέων: τα δίνουν θειικό οξύ (), τα νιτρικό οξύ (). Π.χ.:
Οι ρύποι ταξιδεύουν με τα ρεύματα του αέρα σε μεγάλες αποστάσεις, οπότε η όξινη βροχή μπορεί να πέσει μακριά από εκεί που γεννήθηκαν — οι ψηλότερες καμινάδες απλώς «στέλνουν» το πρόβλημα αλλού.
Ποιες ουσίες ευθύνονται κυρίως για την όξινη βροχή;
Οι επιπτώσεις
- Μάρμαρα και μνημεία: το μάρμαρο είναι κυρίως ανθρακικό ασβέστιο , που αντιδρά με τα οξέα και διαλύεται. Έχουν φθαρεί ο Παρθενώνας, το Taj Mahal στην Ινδία, το Chichen Itza στο Μεξικό.
- Μέταλλα και δομικά υλικά: ο σίδηρος και τα περισσότερα μέταλλα αντιδρούν με τα οξέα και διαβρώνονται.
- Υγεία: το όξινο νερό διαλύει τοξικά βαριά μέταλλα (υδράργυρο, μόλυβδο, κάδμιο) από το έδαφος και ρυπαίνει τα αποθέματα νερού· τα και προκαλούν αναπνευστικά και άλλα προβλήματα.
- Λίμνες: έχουν κανονικά pH περίπου 6,5. Κάτω από 5 επιβιώνουν ελάχιστα είδη, κάτω από 4 οι λίμνες είναι νεκρές.
- Δάση και έδαφος: τα δέντρα ρίχνουν τα φύλλα τους και εξασθενούν· η οξίνιση του εδάφους τα εμποδίζει να τρέφονται από τις ρίζες.
- Ορατότητα: οι ρύποι τη μειώνουν, ιδίως το καλοκαίρι.
Μέθοδος: εξηγώ ένα φαινόμενο όξινης βροχής
- Πηγή: καύση κάρβουνου (θείο → ) ή κινητήρες (άζωτο + οξυγόνο → );
- Μετατροπή: τα οξείδια + υδρατμοί → θειικό / νιτρικό οξύ.
- Μεταφορά: με τον άνεμο, ακόμη και σε άλλες χώρες.
- Επίπτωση: οξύ + μάρμαρο → διάβρωση, οξύ + μέταλλο → διάβρωση, pH λιμνών και εδαφών ↓.
- Μέτρα: καύσιμα με λιγότερο θείο, φίλτρα στις καμινάδες, καταλύτες στα αυτοκίνητα, λιγότερα ορυκτά καύσιμα.
Παράδειγμα — πόλη ή βιομηχανία;
- Σε μια περιοχή με λιγνιτικό σταθμό παραγωγής ρεύματος χωρίς φίλτρα → κυρίως (το κάρβουνο περιέχει θείο).
- Στο κέντρο μιας μεγάλης πόλης με μποτιλιάρισμα → κυρίως (κινητήρες αυτοκινήτων).
Λυμένη άσκηση (τύπου διαγωνίσματος):
Δεδομένα: Ένα μαρμάρινο άγαλμα σε βιομηχανική περιοχή φθείρεται γρήγορα. Το pH της βροχής εκεί είναι 3,8.
Ζητούμενα: (α) Είναι η βροχή κανονική ή όξινη; (β) Ποια οξείδια ευθύνονται και από πού προέρχονται; (γ) Γιατί φθείρεται το μάρμαρο; (δ) Δύο μέτρα προστασίας.
Λύση:
(α) pH 3,8 < 4, πολύ κάτω από το 5–6 της κανονικής → όξινη βροχή.
(β) από την καύση κάρβουνου με θείο στις βιομηχανίες (και από τα οχήματα). Με τους υδρατμούς δίνουν θειικό και νιτρικό οξύ.
(γ) Το μάρμαρο είναι ανθρακικό ασβέστιο, που αντιδρά με τα οξέα και διαλύεται (εκλύεται ).
(δ) Φίλτρα και καύσιμα χαμηλού θείου στις βιομηχανίες· μεταφορά του πρωτότυπου σε μουσείο και τοποθέτηση αντιγράφου.
Απάντηση: όπως παραπάνω.
Γιατί η κανονική βροχή είναι ελαφρά όξινη (pH 5–6), ακόμη και χωρίς ρύπανση;
Ένας βιομήχανος προτείνει να χτίσει πολύ ψηλή καμινάδα «για να λυθεί το πρόβλημα της όξινης βροχής». Τι ισχύει;
Θείο → Θειικό οξύ (από το κάρβουνο)· Ν (άζωτο) → Νιτρικό οξύ (από τα αυτοκίνητα). Και ο «μηχανισμός» σε τρεις λέξεις: καύση → οξείδια → οξέα.
Οι Καρυάτιδες του Ερεχθείου αντικαταστάθηκαν από αντίγραφα το 1979 λόγω της φθοράς από την ατμοσφαιρική ρύπανση, και σήμερα φιλοξενούνται στο Μουσείο της Ακρόπολης, όπου καθαρίστηκαν με ειδική τεχνική λέιζερ.
Δίνεται ότι κάθε μία μονάδα λιγότερο στο pH σημαίνει 10 φορές περισσότερα . (α) Πόσες φορές πιο όξινη είναι μια βροχή με pH 4 από μια με pH 6; (β) Μια λίμνη είχε pH 6,5 και μετά από χρόνια όξινης βροχής έπεσε σε 4,5. Πόσες φορές αυξήθηκαν τα ; (γ) Τι σημαίνει αυτό για τη ζωή της;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) Διαφορά 2 μονάδες: φορές.
(β) Διαφορά μονάδες: 100 φορές περισσότερα .
(γ) Κάτω από pH 5 επιβιώνουν ελάχιστα είδη — η λίμνη βρίσκεται κοντά στο όριο (pH 4) όπου θεωρείται νεκρή.
Απάντηση: 100 φορές · 100 φορές · η ζωή της λίμνης κινδυνεύει σοβαρά.
- «Κάθε βροχή με pH < 7 είναι όξινη βροχή». Η κανονική βροχή έχει ήδη pH 5–6· όξινη βροχή λέμε όταν πέφτει πολύ χαμηλότερα (συχνά < 4).
- «Τα οξείδια είναι ήδη οξέα». Γίνονται οξέα όταν αντιδράσουν με το νερό (ανυδρίτες).
- Μπερδεύεις τις πηγές: κυρίως από κάρβουνο, κυρίως από κινητήρες.
- «Η όξινη βροχή μένει στον τόπο της». Οι ρύποι ταξιδεύουν μακριά.
- Κανονική βροχή pH 5–6 (λόγω )· όξινη βροχή συχνά pH < 4.
- Αίτια: από καύση κάρβουνου με θείο () και από κινητήρες.
- Ανυδρίτες οξέων: με τους υδρατμούς δίνουν και · οι ρύποι ταξιδεύουν μακριά.
- Επιπτώσεις: διάβρωση μαρμάρων () και μετάλλων, βαριά μέταλλα στο νερό, νεκρές λίμνες, δάση, ορατότητα.
- Μέτρα: λιγότερο θείο στα καύσιμα, φίλτρα, καταλύτες, λιγότερα ορυκτά καύσιμα.