酸雨是pH值小于5.6的降水(包括雨、雪、霜、霧、露、雹、霰)的總稱。5.6這個數(shù)據(jù)來源于蒸餾水跟大氣里的二氧化碳達(dá)到溶解平衡時的酸度。酸雨里含有多種無機酸和有機酸,絕大部分是硫酸和硝酸,通常以硫酸為主。我國從酸雨取樣分析來看,硝酸的含量只有硫酸的1/10,這跟我國的燃料里含硫量較高有關(guān)。酸雨中的硫酸和硝酸主要來自人為排放的二氧化硫和氮的氧化物。這些排放物有的是當(dāng)?shù)氐,有的是從遠(yuǎn)處隨風(fēng)而飄來的。
煤炭等燃料在燃燒時以氣體形式排出硫和氮的氧化物,這些氧休物與空氣中的水蒸氣結(jié)合后形成高腐蝕性的硫酸和硝酸,又與雨、雪、霧一起回落到地面。這就是被稱為“空中死神”的酸雨。全球已有三大酸雨區(qū):美國和加拿大地區(qū)、北歐地區(qū)、中國南方地區(qū)。酸雨不僅能強烈地文化館建筑物,還使土壤酸化,導(dǎo)致樹木枯死、農(nóng)作物減產(chǎn)、湖泊水質(zhì)變酸、魚蝦死亡。我國因大量使用煤炭燃料,每年由于酸雨污染造成的經(jīng)濟損失達(dá)200億元左右。我國酸雨區(qū)的降水酸度仍在升高、面積仍在擴大。
大氣中的化學(xué)物質(zhì)隨降雨到達(dá)地面后會對地表的物質(zhì)平衡產(chǎn)生各種影響。降雨的酸化程度通常用pH值表示,pH值就是氫離子濃度的負(fù)對數(shù),即pH=-lg[H ]。
正常雨水偏酸性,pH值約為6~7,這是由于大氣中的CO2溶于雨水中,形成部分電離的碳酸:
雨水的微弱酸性可使土壤的養(yǎng)分溶解,供生物吸收,這是有利于人類環(huán)境的。酸雨通常是指pH小于5.6的降水,是大氣污染現(xiàn)象之一。首先用酸雨這個名詞的人是英國化學(xué)家史密斯。1852年,他發(fā)現(xiàn)在工業(yè)化城市曼徹斯特上空的煙塵污染與雨水的酸性有一定關(guān)系,報導(dǎo)過該地區(qū)的雨水呈酸性,并于1872年編著的科學(xué)著作中首先采用了“酸雨”這一術(shù)語。
酸雨的形成是一個復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過程,主要是由廢氣中的SOx和NOx造成的。汽油和柴油都有含硫化合物,燃燒時排放出SO2,金屬硫化物礦在冶煉過程也要釋放出大量SO2。這些SO2通過氣相或液相的氧化反應(yīng)產(chǎn)生硫酸,其化學(xué)反應(yīng)過程可表示為
SO3 H2O→H2SO4
液相反應(yīng):SO2 H2O→H2SO3
大氣中的煙塵、O3等都是反應(yīng)的催化劑,O3還是氧化劑。
燃燒過程產(chǎn)生的NO和空氣中的O2化合為NO2,NO2遇水則生成硝酸和亞硝酸,其反應(yīng)過程可表示為
2NO O2→2NO2
2NO2 H2O→HNO3 HNO2
酸雨對環(huán)境有多方面的危害:使水域和土壤酸化,損害農(nóng)作物和林木生長,危害漁業(yè)生產(chǎn)(pH值小于4.8,魚類就會消失);腐蝕建筑物、工廠設(shè)備和文化古跡,也危害人類鍵康。因此酸雨會破壞生態(tài)平衡,造成很大經(jīng)濟損失。此外,酸雨可隨風(fēng)飄移而降落到幾千公里以外,導(dǎo)致大范圍的公害。因此,酸雨已被公認(rèn)為全球性的重大環(huán)境問題之一。