Chuva ácida como é formado, composição, reações e efeitos

O Chuva ácida É a precipitação úmida ou seca de substâncias que geram um pH menor que 5,6. Esta precipitação pode ser molhada (diluída em água da chuva) ou seca (depósitos de partículas ou aerossóis).

O termo "chuva ácido" foi proposto pela primeira vez pelo pesquisador inglês Robert Angus Smith em 1850, em plena revolução industrial. Os ácidos mais abundantes formados na atmosfera são nítricos e sulfúrico pela oxidação de poluentes naturais ou artificiais.

Mapa de chuva ácida. Fonte: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Os poluentes mais relevantes são óxidos: No2, NO3, SO2, cujas fontes naturais são erupções vulcânicas, incêndios florestais e degradação bacteriana. Fontes artificiais são produtos de emissões de gás de queima de combustíveis fósseis (atividade industrial e tráfego automotivo).

A chuva ácida causa impactos negativos no meio ambiente, como a acidificação de solos e águas, afetando os seres vivos, incluindo o ser humano. Da mesma forma, solos e água estão contaminados com metais pesados ​​e, nos corpos de água, ocorre eutrofização.

No nível da vegetação, o dano direto ocorre nas folhas e é afetado pelo crescimento das plantas. Além disso, a acidificação do solo imobiliza os nutrientes e afeta as micorrizas (fungos do solo). Da mesma forma, edifícios, máquinas, monumentos e obras de arte expostos ao intemperismo são severamente oxidados ou corroídos pelo efeito de ácidos precipitados.

Para remediar o efeito da chuva ácida, você pode tomar algumas medidas punrais, como proteger monumentos e corrigir a acidificação do solo e da água. No entanto, a solução de fundo para a chuva ácida é reduzir a emissão à atmosfera de compostos químicos precursores da formação de ácidos.

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Como a chuva ácida é formada?

Nevoeiro ácido por SO2 emissões da refinaria de PDVSA em Curaçao. Fonte: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Agentes químicos precursores

O fenômeno da chuva ácido começa com a emissão da atmosfera de compostos químicos precursores da formação de ácidos. Esses compostos podem ser emitidos por fontes ou naturais ou artificiais.

Entre as fontes naturais estão erupções vulcânicas, incêndios em vegetação e emissões oceânicas. Como fontes artificiais agem emissões industriais, veículos a motor de combustão ou queima de resíduos.

Essas fontes emitem vários compostos que podem gerar ácidos na atmosfera. No entanto, os mais importantes são óxidos de nitrogênio e óxidos de enxofre.

Os óxidos de nitrogênio são conhecidos como NOx e incluem dióxido de nitrogênio (NO2) e óxido nitroso (NO). Por sua parte, o óxido de enxofre é SO2 ou dióxido de enxofre.

Processo de Tropoférico e Ácida produzido

O fenômeno da chuva ácido ocorre na troposfera (área atmosférica que vai da superfície da Terra a uma altura de 16 km).

Na troposfera, as correntes de ar podem transportar esses compostos em qualquer parte do planeta, tornando -o um problema global. Nesse processo, os óxidos de nitrogênio e enxofre interagem com outros compostos para formar ácido nítrico e ácido sulfúrico, respectivamente.

Suporte de reações

Reações químicas podem ser realizadas em partículas suspensas sólidas ou em quedas de suspensão.

O ácido nítrico é formado principalmente na fase gasosa, devido à sua baixa solubilidade em água. Por sua vez, o ácido sulfúrico é mais solúvel em água, sendo o principal constituinte da chuva ácida.

Ácido nítrico

Para a formação de óxidos de nitrogênio com ácido nítrico (HNO3), reaja com água, com radicais como OH (em menor grau com HO2 e CH3O2) ou com ozônio troposférico (O3).

Ácido sulfúrico

No caso da produção de ácido sulfúrico (H2SO4), os radicais Oh, Ho2, CH3O2, Water e Ozônio também participam. Além disso, pode ser formado reagindo com peróxido de hidrogênio (H2O2) e vários óxidos metálicos.

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Ácido carbónico

H2CO3 é formado graças à reação fotoquímica do dióxido de carbono com água atmosférica.

Ácido clorídrico

HCl representa apenas 2% da chuva ácida e seu precursor é o cloreto de metila (clch3). Este composto vem dos oceanos e é oxidado pelos radicais OH para formar ácido clorídrico.

Precipitação

Uma vez que os compostos ácidos (ácido nítrico ou ácido sulfúrico foram formados e, em menor grau, ácido clorídrico), estes precipitarão.

A precipitação pode ser devido a partículas de suspensão nas quais a reação da fase gasosa ocorreu. Outra maneira é que, na chuva, a água condensada precipita onde os ácidos foram formados.

Composição

A acidez natural da chuva é próxima de um pH de 5,6, embora em algumas áreas não contaminadas valores de 5 tenham sido indicados. Esses baixos valores de pH foram associados à presença de ácidos naturais.

Considera -se que, dependendo do nível de pH, a chuva pode ser classificada em:

a) ligeiramente ácido (pH entre 4,7 e 5,6)
b) Moderadamente ácido (pH entre 4,3 e 4,7)
c) Fortemente ácido (pH menor ou igual a 4,3).

Se a chuva tiver uma concentração> 1,3 mg/l de nitratos e> 3 mg/L no caso de sulfatos, a poluição é considerada alta.

A chuva ácida é composta em mais de dois terços dos casos devido à presença de ácido sulfúrico, seguido em abundância pelo ácido nítrico. Outros componentes que podem contribuir para a acidez da chuva são ácido clorídrico e ácido carbônico.

Reações químicas de chuva ácida

Formação de ácido sulfúrico (H2SO4)

A produção de ácido sulfúrico pode ocorrer em uma fase gasosa ou fase líquida.

Fase gasosa

Apenas 3 a 4% do SO2 oxidado em uma fase sulfúrica para produzir ácido sulfúrico. Existem muitas rotas para a formação de ácido sulfúrico a partir de precursores gasosos, aqui mostra a reação de SO2 com o ozônio troposférico.

A reação ocorre em dois estágios:

1.- O dióxido de enxofre reage com ozônio troposférico que gera trióxido de enxofre e liberação de oxigênio.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Em seguida, o trióxido de enxofre oxida com vapor de água e produz ácido sulfúrico.

SO3 + H2O = H2SO4

Fase líquida

Nas gotas de água que formarão a chuva, o ácido sulfúrico pode ocorrer de várias maneiras:

1.- SO2 se dissolve no ácido de enxofre que gera água, e isso é oxidado pelo peróxido de hidrogênio:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mecanismo fotocatalítico: nesse caso, partículas de óxidos metálicos (ferro, zinco, titânio) são ativados graças à ação da luz solar (ativação fotoquímica) e oxidam o SO2 gerador de ácido sulfúrico.

Formação de ácido nítrico (HNO3)

O3 Ozono O3 produz a transformação do NO2 para o HNO3 em um processo de três estágios:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Efeitos no meio ambiente

Efeito da chuva ácida em uma floresta das montanhas Jizera na República Tcheca. Fonte: Lovecz [domínio público]

Acidificação dos solos e seus efeitos na vegetação

O efeito da chuva ácido no solo varia dependendo da composição da mesma. Por exemplo, solos de origem calcária, basáltica e ígnea têm maior capacidade de neutralizar a acidez.

Por sua parte, os solos ricos em quartzo como material inerte não são capazes de regular o teor de ácido. Assim, nos solos onde a chuva ácida aumenta a acidez, os íons metálicos que são tóxicos para plantas e animais são liberados e arrastar.

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Um caso relevante é a dissolução de aluminossilicatos, que liberam íons de alumínio muito prejudiciais para a vegetação.

Em geral, a acidez do solo diminui a disponibilidade de nutrientes para plantas. Além disso, promove a liberação e lavagem de cálcio, o que causa deficiências nas plantas.

Efeito sobre aqüíferos e saúde humana

Na maioria dos casos, a chuva ácida não tem aparência ou sabor diferente da chuva normal, nem gera sensações de pele. Seus efeitos na saúde do ser humano são indiretos e raramente causam danos na pele devido à extrema acidez.

Um dos problemas da chuva ácida é que, diminuindo os valores de pH abaixo de 5, metais pesados ​​são liberados e arrastar. Esses poluentes como alumínio e cádmio podem ir a aqüíferos subterrâneos.

Se a água desses aqüíferos contaminados passes para poços usados ​​para consumo humano, pode causar danos graves à saúde.

Deterioração de construções, monumentos e materiais

Gargola danificada por chuva ácida. Fonte: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/]]

Pedras do tipo calcário

As construções, monumentos e esculturas feitos com calcário ou mármore são muito afetados pela chuva ácida. Isso é bastante sério, já que muitos edifícios históricos e obras de arte são construídos com esses materiais.

No caso de calcário, a chuva ácida causa a dissolução do calcário e gera a recristalização da calcita. Esta recristalização produz tons esbranquiçados na superfície.

No caso específico da chuva com ácido sulfúrico, o fenômeno de sulfatação ocorre. Através desse processo, a superfície da rocha é transformada em gesso e o CO2 é liberado.

O mármore, embora seja mais resistente, também é afetado pela chuva ácida. Nesse caso, a esfoliação da pedra ocorre, de modo que as camadas superficiais do mesmo são destacadas.

Outros materiais não corrosivos

Em alguns edifícios, a deterioração estrutural é menor, mas também com efeitos negativos. Por exemplo, o ácido seco deposita suja as paredes, de modo que os custos de manutenção aumentam.

Metais

A chuva ácida causa corrosão de metais devido ao fenômeno da oxidação. Isso causa enormes perdas econômicas, uma vez que estruturas, equipamentos, máquinas e veículos com peças de metal são seriamente afetadas.

Flora e fauna

Peixe morto para chuva ácida. Fonte: Serviço de Peixes e Vida Selvagem dos Estados Unidos. [Domínio público]

A chuva ácida modifica o equilíbrio natural dos ecossistemas aquáticos e terrestres.

Plantas e animais em corpos d'água lênticos

Os corpos d'água Luntic são mais suscetíveis à acidificação, porque são ecossistemas fechados. Além disso, o acúmulo de ácidos na água traz conseqüências negativas na vida que abriga.

Outra conseqüência da acidificação é a precipitação de nitratos através da chuva, o que causa a eutrofização nos corpos da água. O excesso de nutrientes reduz o oxigênio disponível e afeta negativamente a sobrevivência de animais aquáticos.

Outro efeito negativo indireto é o arrasto para os corpos d'água de íons de metais pesados ​​do ambiente terrestre. Esses íons são liberados no chão pela ação dos íons de hidrônio quando a acidez é aumentada.

Disponibilidade de vegetação e nutrientes

Os problemas mais graves causados ​​pela acidificação do solo são a imobilidade dos nutrientes essenciais e o aumento de metais tóxicos.

Por exemplo, alumínio e magnésio são liberados das partículas do solo quando substituídos por hidrogênio. O alumínio afeta a estrutura e a função das raízes e diminui a absorção de cálcio essencial para plantas.

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Por outro lado, a acidificação do solo causa danos às micorrizas (fungos associados às raízes), que são essenciais na dinâmica da floresta.

Danos diretos em plantas e animais

O ácido sulfúrico causa danos diretos às folhas, degradando a clorofila e produzindo clorose (amarelo -folha). Em algumas espécies, o crescimento e a produção de sementes viáveis ​​diminuem.

Os anfíbios (sapos e sapos) são particularmente suscetíveis aos efeitos da acidez da água. Alguns danos são lesões diretas e diminuição da defesa contra patógenos (especialmente fungos da pele).

Soluções

Reduzir as emissões

A solução de fundo para a chuva ácida é reduzir as emissões ao ambiente de produtos químicos do ácido. O mais importante deles são óxidos de enxofre e nitrogênio.

No entanto, isso tem algumas dificuldades, pois implica afetar os interesses econômicos e de desenvolvimento de empresas e países. Por exemplo, uma das principais fontes de dióxido de enxofre é a queima de carvão que representa mais de 70% da energia na China.

Existem algumas alternativas tecnológicas que podem ajudar a reduzir as emissões. Por exemplo, na indústria, os "canteiros fluidizados", tão chamados, incorporam absorventes (calcário ou dolomita) que retêm o SO2. No caso de veículos a motor e, em geral, motores de combustão, os conversores catalíticos em conformidade também ajudam a reduzir as emissões de SO2.

Por outro lado, alguns países têm implementado programas específicos para reduzir a chuva ácida. Por exemplo, os Estados Unidos desenvolveram o Programa Nacional de Avaliação de Precipitação do Ácido (NAPAP). Entre qualquer uma das medidas contempladas pela NAPAP, está implementando o uso de combustíveis de baixo enxofre.

Outra medida possível é a substituição do parque automotivo por carros elétricos para reduzir a chuva ácida e o aquecimento global. No entanto, embora exista tecnologia para conseguir isso, a pressão da indústria automotiva e de petróleo atrasou as decisões sobre isso. Outros fatores que afetam são elementos culturais relacionados à velocidade que está aspirada para alcançar um veículo.

Aplicar medidas de correção de acidez

Em alguns casos, o pH de solos e águas pode ser aumentado adicionando álcalis, por exemplo. No entanto, essa prática não é viável em extensões terrestres muito grandes.

Proteção da superfície

Pedra

Existem vários métodos para proteger ou pelo menos reduzir a deterioração da pedra sob o efeito da chuva ácida. Um desses métodos é lavá -lo com vapor ou água quente.

Agentes químicos como ácido fluorérico ou bifluoreto de amônio também podem ser usados. Uma vez lavado, a pedra pode ser selada aplicando produtos especiais que prendem os poros, como hidróxido de bário.

Metal

Superfícies de metal suscetíveis à corroDing podem se proteger cobrindo -as com um metal não corrosivo como o zinco.

Para isso, a eletrodeposição pode ser aplicada ou submersa a estrutura metálica a ser protegida no metal protetor em um estado líquido.

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