ฝนกรด

ฝนกรด

ฝนกรด (Acid Rain) วัดได้จากการใช้เสกลที่เรียกว่า pH ซึ่งค่ายิ่งน้อยแสดงความเป็นกรดที่แรงขึ้น น้ำบริสุทธิ์มี pH เท่ากับ 7 น้ำฝนปกติมีความเป็นกรดเล็กน้อยเพราะว่ามีคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่  ส่วนฝนกรดจะมี pH ต่ำกว่า 5.6 ฝนกรดส่วนมากพบในบริเวณศูนย์กลางอุตสาหกรรมได้แก่ ทวีปยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน   ตะกอนกรดสามารถอยู่ในรูปของฝน หมอก  หิมะ และมีผลกระทบต่อพืช  สัตว์น้ำ และสิ่งก่อสร้างต่างๆ   ลมที่พัดแรงสามารถพัดพาอนุภาคกรดไปพื้นที่อื่นได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร

การกำเนิดของฝนกรด  นักวิทยาศาสตร์พบว่า สาเหตุของฝนกรดคือ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และ ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์และโรงงานต่างๆ แล้วถูกปล่อยสู่บรรยากาศ และเกิดการทำปฏิกิริยากับน้ำ ออกซิเจน และสารเคมีอื่นๆ ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นกรดซัลฟุริกและกรดไนตริกซึ่งมีแสงอาทิตย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ให้มากขึ้น เรียกว่า ขบวนการออกซิเดชัน

ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของน้ำฝน เกิดจากมลพิษ 2 ตัวหลัก คือ

1. ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ทำให้เกิดกรด ซัลฟุริก (H2SO4)

2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ทำให้เกิดกรด ไนตริก (HNO3)

ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น จากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตกระแสไฟฟ้า,โรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ การเผาไหม้ในเครื่องยนต์ดีเซล เบนซิน ส่วนที่เกิดจากธรรมชาติ เช่นการระเบิดของภูเขาไฟ การระเหยจากน้ำทะเล  การเน่าเปื่อยของพืชและแพลงตอน มีน้อยมาก

กลไกการเปลี่ยนจากก๊าซ SO2 และ NOx เป็นตะกอนกรด

เกิดได้ทั้งในสถานะก๊าซและของเหลว

1.ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)

สถานะก๊าซ

เกิดทั้งหมด 2 ปฎิกิริยาด้วยกัน

1.1 โฟโต้ออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ โดย UV ซึ่งมีศักยภาพสูงในการกระตุ้นโมเลกุลและนำไปสู่ออกซิเดชัน

1.2 ปฎิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับออกซิเจนในบรรยากาศ ดังนี้

SO2 + O2 —> 2SO3

SO3+H2O —> H2SO4

แต่พบว่าปฎิกิริยาทั้ง 2 ปฎิกิริยา ไม่มีความสำคัญมากนัก เนื่องจากเกิดได้ช้ามาก ปฎิกิริยาที่มีความสำคัญ คือ

HO + SO2 (+M) —> H2SO4

สถานะของเหลว

ในสถานะนี้ SO2 จะมี 3 รูป

[S (IV)] —> [SO2 (aq)] + [HSO3] + [SO3 2-]

ซึ่งเกิดการแตกตัว โดย 2 กระบวนการนี้

SO2 (aq) –> H+ + HSO3 2-

HSO3 (aq)—> H+ + SO3 2-

การเกิดออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดโดยโมเลกุลของออกซิเจนกับตัวกระตุ้นจำพวกโลหะเช่น Fe3+ หรือ Mn2+ หรือทั้ง 2 อย่างรวมกัน  อย่างไรก็ตามการเกิดออกซิเดชั่นโดยโอโซนเป็นกระบวนการที่น่าสนใจเนื่องจากไม่ต้องมีตัวกระตุ้นและมีปริมาณในบรรยากาศมาก เช่น ปฎิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับตัวกลาง(Intermediate) และไอออนของกรด peroxymonosulfurous ดังสมการ

HSO3+ H2O2—>A  +  H2O

A  + H+ —> H2SO4

2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx)

สถานะก๊าซ

ตัวการหลักในการเกิดกรดไนตริก คือ อนุมูลของไฮโดรเจน

HO  + NO2 [+M] —-> HONO2 (+M)

จากนั้นจะเกิดออกซิเดชันโดยออกซิเจนในบรรยากาศอีกมาก แต่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเป็นตัวการหลักของการเกิดกรดไนตริก

สถานะของเหลว  มี 3 รูป

2N2O(g) + H2O (l) —->2H+ + NO3 + NO2-

NO (g) + H2O (l) —–> 2H+ + 2NO3 + NO (g)

3N2O(g) + H2O (l) —-> 2H+  + 2NO3 + NO (g)

ปฎิกิริยาออกไซด์ของไนโตรเจน เหล่านี้เกิดที่ความกดบางระดับและมีเสถียรภาพต่ำ การเพิ่มขึ้นของปฎิกิริยาเกิดเมื่อมีตัวกระตุ้นจำพวกโลหะ

Advertisements