GRUP COLAR MOZCENI

PROIECT pentru promovarea competenelor profesionale TEM: PLOAIA ACID

Elev: Trandafir Oana

ndrumtor: prof. Cinca Alina

Iunie 2010

INTRODUCEREPloaia acid a fost nc de acum cteva decenii o problem ecologic major. Pn de curnd, se cunoteau puine lucruri despre aceasta. S-au fcut multe studii pentru a determina cauzele chimice ale producerii polurii acide, oamenii de tiin emind cateva teorii pentru a explica acest fenomen. Ameninarea reprezentat de ploaia acid nu e limitat de graniele geografice, cci vnturile transport substanele poluante pe tot globul. Efectele distructive ale ploii acide nu se limiteaz doar la mediul natural. Structuri de piatr, metal sau ciment au fost i ele afectate sau chiar distruse. Ploaia acid este o form de poluare att a aerului ct i a apei, fiind orice tip de precipitaie ce are un nivel al aciditii mai ridicat dect cel al unei precipitii nepoluate. n general, pH-ul de 5,6 a fost folosit drept baz de referin n identificarea ploii acide, dei aceast valoare nu a fost acceptat de muli cu uurin. Interesant este faptul c 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon n raport cu apa distilat. Deci, orice precipitaie care are o valoare a pH-ului mai mic dect 5,6 este considerat precipitaie acid. Sub termenul de "ploi acide" sau "precipitaii acide" se includ toate tipurile de precipitaii ploaie, zpad, lapovi, cea, al cror pH e mai mic dect pH-ul apei naturale, care este egal cu 5,6. Ploaia acid se formeaz ca un rezultat al reaciilor din atmosfer cu substane ce conin sulf i azot, sau altfel spus, eliminndu-se n urma activitii umane SO2 i NOx se transform n atmosfer n particule acide. Aceste particule intr n reacie cu vaporii de ap, transformndu-le n amestecuri acide, ce scad pH-ul apei de ploaie. Formarea n cantiti mari a oxizilor se datoreaz arderii petrolului i crbunelui. Cea mai mare cantitate de oxizi se ntlnete n orae. Ploile acide duc la distrugerea suprafeelor date cu lac i vopsea, pierderea lumii vii a bazinelor acvatice, la coroziunea podurilor i monumentelor arhitecturale, determin toxicitatea apei potabile n urma dizolvrii n ap a plumbului din conducte i scade transparena apei, duce la scderea fertilitii solului. Curioziti: n timpul unor furtuni din New England s-a citit un pH de 2,4 la fel de acid ca i oetul. n timpul unei furtuni acide de var, ploaia cazut pe un automobil de culoare verde deschis a ndeprtat galbenul din culoarea verde, lsnd urme de picturi de culoare albastr pe main.

2

CAPITOLUL I CAUZELE PLOII ACIDEProblema polurii acide i are nceputurile n timpul Revoluiei Industriale i efectele acesteia continu s creasc din ce n ce mai mult. Severitatea efectelor polurii acide a fost de mult recunoscut pe plan local, exemplificat fiind de smogurile acide din zonele puternic industrializate, dar problema s-a ridicat i n plan global. Oricum, efectele distructive pe areale n continu cretere a ploii acide s-au amplificat mai mult n ultimele decenii. Ploaia acid este o form de poluare att a aerului ct i a apei n care acizii din aer, produi de uzine de producere a energiei electrice i alte surse, cad pe Pmnt n diferite regiuni. Aciunea coroziv a ploii acide provoac pagube incomensurabile mediului inconjurtor. n secolul XX, aciditatea aerului i ploaia acid au ajuns s fie recunoscute ca o ameninare capital la adresa calitii mediului. Cea mai mare parte a acestei aciditi este produs n rile industrializate din emisfera nordic: SUA, Canada, Japonia i majoritatea rilor din Europa de Est i de Vest. Zona care a primit o atentie deosebit din punctul de vedere al studierii sale, o reprezint Europa de Nord-Vest. n 1984, de exemplu, raporturi privind mediul ambiant indicau faptul c aproape o jumtate din masa forestier a Pdurii Negre din Germania, a fost afectat de ploi acide. Nord-Estul Statelor Unite i estul Canadei au fost de asemenea afectate n special de aceast form de poluare.

1.1 Principalele gaze care conduc la apariia ploilor acideUna din principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf (SO2). Sursele naturale ce emit acest gaz sunt vulcanii i planctonul dar principala surs rmne arderea combustibililor fosili, cum sunt crbunele i petrolul, responsabili pentru aproximativ jumtate din emisiile dioxidului de sulf de pe suprafaa globului. Cnd sulful este prezent n combustibil din reacia lui cu oxigenul rezult dioxid de sulf. Acesta reacioneaz cu apa i formeaz acidul sulfuric (H2SO4). Nu toat cantitatea de dioxid de sulf se transform n acid sulfuric. De fapt, o mare parte poate pluti n atmosfer pentru ca apoi sa se ntoarc n aceeai stare pe Pmnt. Acestea sunt ecuaiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric:

3

S(n crbuni) + O2 = SO2 2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4 Emisiile de sulf i azot n atmosfer au nceput s creasc simitor n perioada Revoluiei Industriale. n 1852, Robert Angus Smith a fost primul care a sesizat legtura dintre ploile acide i poluarea atmosferic. Totui, abia la sfritul anilor '60 s-a nceput studierea atent a acestui fenomen, iar n 1972 i s-a dat denumirea de "ploaie acid". Monoxidul de azot i dioxidul de azot sunt de asemenea componeni ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice i fumul scos de evile de eapament. La fel ca i dioxidul de sulf, aceti oxizi ai azotului se ridic n atmosfer i sunt oxidai n nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reacii sunt de asemenea catalizate n norii foarte poluai, unde fierul, manganul, amoniacul i peroxidul de oxigen sunt prezeni. Emisiile industriale au fost nvinuite ca fiind cauza major a formrii ploii acide. Datorit faptului c reaciile chimice ce decurg n cadrul formrii ploii acide sunt complexe i nc puin nelese, industriile au tendina s ia masuri mpotriva ridicrii gradului de poluare a acestora, i de asemenea, s-a ncercat strngerea fondurilor necesare studiilor fenomenului, fonduri pe care guvernele statelor n cauz i-au asumat rspunderea s le suporte. Astfel de studii eliberate de guvernul Statelor Unite n anii '80, implic industria ca fiind principala surs poluant ce ajut la formarea ploii acide n estul Statelor Unite i Canada. n 1988 o parte a Naiunilor Unite, Statele Unite ale Americii i alte 24 de naiuni au ratificat un protocol ce obliga stoparea ratei de emisie n atmosfer a oxizilor de azot, la nivelul celei din 1987. Amendamentele din 1990 la Actul privind reducerea polurii atmosferice, act ce a fost semnat nc din 1967, pun n vigoare reguli stricte n vederea reducerii emisiilor de dioxid de sulf din cadrul uzinelor energetice, n jurul a 10 milioane de tone pe an pn pe data de 1 ianuarie 2000. Aceast cifr reprezinta aproape jumtate din totalul emisiilor din anul 1990.

1.2. Transformarea NOx i SO2 n aciziAciditatea precipitaiilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor ci i de amestecurile de chimicale cu care interacioneaz SO2 i NOx n atmosfer. Formarea acidului sulfuric i azotic este un process complex, constnd n cteva reacii chimice. Este important s considerm ambele faze: - soluie - gaz, n procesul de conversiune.

4

SO2:

faza de gaz:Sunt cteva posibile reacii care pot contribui la oxidarea dioxidului de sulf din atmosfer, fiecare cu un succes variat. O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu lumin ultraviolet. Lumina din aceast regiune a spectrului electromagnetic are potenialul de a excita moleculele i de a conduce la oxidarea ulterioar cu O 2. Aceast reacie are o contribuie nesemnificativ la formarea acidului sulfuric. O a doua posibilitate este reacia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosfer, prin reaciile urmtoare: 1) 2SO2 + O2 = 2SO3 2) SO3 + H2O = H2SO4 A doua reacie se produce rapid, de aceea formarea trioxidului de sulf n atmosfer umed conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum prima reacie este foarte nceat dei acesta nu are o contribuie semnificativ. Mai sunt i alte cteva poteniale reacii, dar care se dovedesc nesemnificative din diferite motive. Dei fiecare dintre aceste reacii pot aduce o contribuie minor la oxidarea dioxidului de sulf, exist o singur reacie considerat semnificativ. Reacia se produce astfel: HO + SO2 (+M) = HOSO2 (+M) Aceast reacie se produce la o rat apreciabil i se crede c este singura care contribuie la oxidarea O2 din atmosfer. Radicalul hidroxil este produs de fotodescompunere a ozonului i este considerat ca fiind foarte reactiv cu multe specii.

faza de soluie:n faza de soluie dioxidul de sulf exist ca trei specii: [S(IV)] = [SO2(sol)] + [HSO3] + [SO3] Aceast disociere apare prin dou procese:

5

1) SO2(sol) = H + HSO3 2) HSO3(sol) = H + SO3 Stabilirea echilibrului depinde de factori precum pH-ul, mrimea picturii etc. Oxidarea soluiei de dioxid de sulf cu oxigen molecular se bazeaz pe un metal catalizator precum Fe sau Mn sau o combinaie a acestora. Oxidarea prin ozon este un proces mai apreciabil, deoarece nu necesit un catalizator i este cu 10 10 mai abundent n atmosfer dect oxigenul molecular. Procesul de oxidare dominant este cel cu peroxid de hidrogen (format n faza de gaz din radicalii liberi). Reacia implic formarea unui intermediar (A), posibil un ion acid peroximonosulfuros i se petrece astfel: 1) HSO3 + H2O2 = A + H2O 2) A + H = H2SO4

NOx:

faza de gaz:Ca i la dioxidul de sulf, cel mai mult contribuie la formarea acidului azotic reacia cu radicalii hidroxil. Aceti radicali sunt foarte reactivi i abundeni n atmosfer. Reacia se produce n felul urmtor: HO + NO2 = HONO2 (+M) Mai exist alte cteva posibiliti precum oxidarea cu oxigen atmosferic. Oricum niciuna nu se produce ntr-o rat substanial n atmosfer, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic.

faza de soluie:Exist trei ecuaii considerate importante n oxidarea soluiei de NOx: 1) 2NO2(g) + H2O(l) = 2H + NO3 + NO2 2) NO(g) + NO(g) + H2O(l) = 2H + 2NO2 3) 3NO2(g) + H2O(l) = 2H + 2NO3 + NO(g) Aceste reacii sunt limitate de dependena lor de presiunea parial a NOx prezent n atmosfer i de legea solubilitii NOx.

6

CAPITOLUL II EFECTELE PLOII ACIDEAmeninarea reprezentat de ploaia acid nu e limitat de graniele geografice, cci vnturile transport substanele poluante pe tot globul. Efectele ploii acide sunt dramatice. Cu toii contientizm c ploaia acid este o problem ecologic grav, ns nu cunoatem n totalitate consecinele acestui fenomen. Ploaia acid poate s distrug forme de via, iar depunerile chimice pot afecta vegetaia natural. Sunt afectate pdurile, lacurile i iazurile, plantele i solul. Pdurile din regiunile muntoase sunt expuse cantitilor mari de acid i astfel exist posibilitatea ca multe specii de plante i copaci s dispar ntr-un timp relativ scurt. De asemenea, modificrile pH-ului lacurilor conduc la o scdere a varietii petilor, plantelor i animalelor. Ploile acide determin, de asemenea, i eliberarea substanelor toxice pentru copaci i plante n sol.

2.1. Efectul ploilor acide asupra atmosfereiUnii dintre constituenii polurii acide sunt sulfaii, nitraii, hidrocarbonii i ozonul. Acetia exist ca particule n aer i contribuie la formarea ceii. Ceaa acid afecteaz n mod special vizibilitatea, opunndu-se cursului luminii de la Soare ctre Pmnt i napoi, fcnd deplasarea dificil, att n plan terestru, dar mai ales n planul aerian (un grad de vizibilitate sczut n rndul piloilor). n zona arctic, aceasta afecteaz creterea lichenilor, care la rndul ei, afecteaz renii i alte animale care se hrnesc cu licheni.

2.2. Efectul ploilor acide asupra arhitecturiiParticulele acide sunt, de asemenea, depuse pe cldiri i statui, cauznd coroziunea. De exemplu, cldirea Capitoliului din Ottawa a fost dezintegrat din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosfer. Piatra de var i marmura se transform ntr-o substan frmicioas, numit gips, dup contactul cu acidul, lucru care explic coroziunea cldirilor i a statuilor. Podurile se corodeaz mai repede, i industria rutier, ca i cea aerian, trebuie s investeasc muli bani n repararea pagubelor produse de ploaia acid. Nu numai c este o problem economic cauzat de ploaia acid, dar este i un risc pentru sigurana public. De exemplu, n anul 1967, podul de peste rul Ohio s-a prbuit, omornd 46 de persoane. Motivul? Coroziunea produs de ploile acide.7

2.3. Efectul ploilor acide asupra materialelorPloaia acid defecteaz materialele precum esturile. De exemplu, steagurile arborate sunt mncate de chimicalele acide din precipitaii. Crile i obiectele de art, vechi de sute de ani, sunt de asemenea afectate. Sistemele de ventilaie ale librriilor i muzeelor, n care sunt inute acestea, nu previn intrarea particulelor acide n cldiri i astfel ele intr, circul i deterioreaz materialele.

2.4. Efectul ploilor acide asupra oamenilorUnele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf i dioxid de azot dau natere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritaii ale ochilor, nasului i gtului. Un efect indirect al ploii acide este c metalele toxice dizolvate n ap sunt absorbite de fructe, legume i n esuturile animalelor. Dei aceste metale toxice nu afecteaz direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor atunci cnd sunt consumate. De exemplu, mercurul, care se acumuleaz n organele i esuturile animalelor, este legat de disfunciile creierului la copii, precum bolile pe sistem nervos, leziuni ale creierului, i poate produce chiar moartea. La fel, un alt metal, aluminiul, prezent n organele animalelor, a fost asociat cu problemele la rinichi i recent a fost suspectat ca fiind legat de boala Alzheimer. n august 1987, peste 100 de persoane au fost tratate pentru iritaii ale ochilor, gtului i gurii, cnd dou tone de dioxid de sulf, gaz foarte toxic, s-au scurs de la o fabric de lng Sudbury, Ontario. Chiar fr accidente, dioxidul de sulf, emis regulat de aceasta fabric, a fost legat de bronitele cronice ale angajailor fabricii.

2.5. Efectul ploii acide asupra copacilor i soluluiUnul dintre cele mai serioase impacte ale precipitaiilor acide este cel asupra pdurilor i solurilor. Studii publicate n 1996 sugereaz faptul c pdurile i solul forestier sunt cu mult mai afectate de ploaia acid dect se credea prin anii '80, i redresarea efectelor este foarte lent. Efectul ploii acide asupra copacilor constituie o problem major. Se pare c cele mai afectate sunt pdurile de conifere. Acidul reacioneaz cu substanele nutritive necesare copacilor, cum sunt calciul, magneziul, potasiul, ceea ce ngreuneaz hrnirea lor. Aceasta face ca arborii s fie mai susceptibili la alte

8

fenomene: nu mai pot rezista vntului sau greutii zpezii. Ploaia acid face s le cad frunzele, iar copacii afectai au o culoare palid, anormal. Pagube majore se produc atunci cnd acidul sulfuric cade pe Pmnt sub form de ploaie. Substanele nutritive aflate n soluri sunt ndepartate. Aluminiul, de asemenea prezent n sol, este eliberat i acest element toxic poate fi absorbit de rdcinile copacilor. Astfel, copacii sunt sortii morii, fiind privai de nutritivii vitali, precum calciul i magneziul. Acetia sunt inlocuii de atomi de hidrogen inutili, care ncetinesc fotosinteza. n plus, ngheurile severe pot agrava aceast situatie. Cu dioxidul de sulf, amoniacul i ozonul prezeni n aer, rezistena copacilor la nghe este redus. Amoniacul oxideaz cu dioxidul de sulf, pentru a forma sulfura de amoniu. Aceasta se formeaz la suprafaa copacilor. Cnd sulfura de amomiu ajunge n sol, ea reacioneaz pentru a forma acid sulfuric i acid azotic. Asemenea condiii stimuleaz de asemenea creterea ciupercilor i apariia duntorilor. Monoxidul de azot i dioxidul de azot, componeni de asemenea ai ploii acide, pot fora copacii s creasc, chiar dac nu au substanele nutritive necesare. Copacii sunt adesea forai s creasc mult toamna trziu, cnd ar trebui s se pregteasc pentru ngheurile severe din iarn.

2.6. Efectul ploilor acide asupra lacurilor i ecosistemelor acvaticeUnul dintre efectele directe ale ploii acide este cel asupra lacurilor i ecosistemelor acvatice. Exist cteva ci prin care chimicalele acide pot ptrunde n lacuri. Unele substane chimice exist ca particule uscate n aer, n timp ce altele ptrund n lacuri ca particule ude, precum ploaia, zpada, lapovia, ceaa. n plus, lacurile pot fi considerate ca nite chiuvete ale pmntului, unde este condus apa ploilor care cad pe pmnt. Ploaia acid, care cade pe pmnt, spal substanele nutritive din sol i poart metalele toxice eliberate din sol spre lacuri. O alt cale prin care acizii ajung n lacuri se petrece primvara, prin topirea zpezilor, cnd acizii i chimicalele ptrund n sol, fiind purtate spre ruri i lacuri. Aceasta cauzeaz o schimbare drastic a pH-ului lacurilor. Ecosistemul acvatic nu are timp s ajusteze brusca schimbare. n plus, primvara este un anotimp vulnerabil pentru multe specii, fiind perioad de reproducere pentru amfibieni, peti i insecte. Multe dintre aceste specii i depun oule n ap, iar schimbarea brusc a pHului este periculoas, deoarece aceti acizi pot provoca puilor malformaii sau pot chiar anihila ntreaga specie, din moment ce acetia petrec o mare parte din via circulnd prin ap. Petii, fiind membrii primari ai lanului trofic, reprezint hrana pentru multe specii de animale, printre care se numar i omul. Din cauza materialelor toxice,

9

precum mercurul depozitat n peti ca rezultat al ploilor acide, este periculos pentru oameni s consume pete. Amfibienii sunt deasemenea afectai, la fel ca petii, ei neputndu-se reproduce ntr-un mediu acid. n doar 10 ani, din anul 1961 pn n anul 1971, Lacul Lumsden din frumoasa regiune Killamey din Ontario, Canada, a trecut de la un pH de 6,8 la unul de 4,4. Aceasta este o mrire a aciditii de aproape 200 de ori. Mai jos, n tabel, sunt nscrise pe scurt efectele nivelului pH-ului asupra formelor de via din ecosistemele acvatice. Nivelul pH-ului