13.1.2 Sateet Pohjois-Amerikan yllä
Kuvassa 13-1 on esitetty Pohjois-Amerikan yllä mitattujen sateiden keskimääräiset pH-arvot. pH-arvoja, jotka ovat alle 5, havaitaan itäisellä puoliskolla. Voimme määrittää tämän happamuuden muodon tarkastelemalla sademäärän ionikoostumusta; kahden tyypillisen paikan tiedot on esitetty kohdassa Katso Ionien mediaanipitoisuudet (meq l-1) sademäärässä kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa…. Minkä tahansa saostusnäytteen osalta anionien pitoisuuksien summan mitattuna varausekvivalentteina litrassa on oltava yhtä suuri kuin kationien pitoisuuksien summa, koska ionit ovat peräisin neutraalien molekyylien dissosioitumisesta. Tämä varaustasapaino täyttyy karkeasti ottaen seuraavassa taulukossa esitetyissä tiedoissa: Ionien mediaanipitoisuudet (meq l-1) sademäärässä kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa; tarkkaa tasapainoa ei voida odottaa, koska taulukossa esitetyt pitoisuudet on ilmoitettu monien näytteiden mediaaneina.
Tarkastellaan New Yorkin paikan tietoja kohdassa Katso Ionien mediaanipitoisuudet (meq l-1) sademäärässä kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa… Kyseisen paikan pH:n mediaani on 4,34, mikä on tyypillistä happamille sateille Yhdysvaltojen koillisosissa. H+-ioni on hallitseva kationi, ja sitä tasapainottavat suurelta osin SO42- ja NO3-, jotka ovat hallitsevia anioneja. Päättelemme, että H2SO4 ja HNO3 ovat hallitsevia tekijöitä sateen happamuudessa. Molemmat ovat vahvoja happoja, jotka dissosioituvat kvantitatiivisesti vedessä vapauttaen H+:
(R5)
(R6)
Kuva 13-1 Keskimääräinen pH-arvo ja SO42-, NO3- ja NH4+-pitoisuudet (meq l-1) Pohjois-Amerikan sademäärissä 1970-luvulla.
- Ionien mediaanipitoisuudet (meq l-1) sademäärässä kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa.
|
Ioni |
maaseutu New Yorkin osavaltio |
lounais Minnesota |
||
|---|---|---|---|---|
|
SO42- |
||||
|
NO3- |
||||
|
Cl- |
||||
|
HCO3- |
||||
|
SUMMA ANIONIT |
||||
|
H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
||
|
NH4+ |
||||
|
Ca2+ |
||||
|
Mg2+ |
||||
|
K+ |
||||
|
Na+ |
||||
|
SUMMA KATIONEISTA |
> |
Kuten kuviosta näkyy.1, SO42- ja NO3- pitoisuudet eri puolilla Yhdysvaltoja ovat enemmän kuin riittävät tasapainottamaan paikalliset H+-pitoisuudet. Yleisemmin sateen koostumusta koskevat analyysit kaikilla maailman teollisuusalueilla osoittavat, että H2SO4 ja HNO3 ovat happamien sateiden pääkomponentteja.
Tarkastellaan nyt tietoja Lounais-Minnesotan paikasta osoitteessa Katso Ionipitoisuuksien mediaanipitoisuudet (meq l-1) sateessa kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa…. SO42- ja NO3- pitoisuudet ovat vertailukelpoisia New Yorkin paikan pitoisuuksien kanssa, mikä viittaa samankaltaisiin H2SO4- ja HNO3-päästöihin. H+-pitoisuus on kuitenkin kaksi kertaluokkaa pienempi; pH on lähellä neutraalia. Happamuutta neutraloivia emäksiä on oltava. Näiden emästen tunnistamiseksi tutkimme, mitkä kationit sademäärissä kahdessa tyypillisessä paikassa Yhdysvalloissa. korvaavat alun perin HNO3:n ja H2SO4:n dissosioitumisesta peräisin olevan H+ -pitoisuuden. Tärkeimmät kationit ovat NH4+, Ca2+ ja Na+, mikä viittaa ammoniakin (NH3) ja emäksisen maaperäpölyn ( CaCO3, Na2CO3) esiintymiseen ilmakehässä. Sadeveteen liuennut ammoniakki sitoo H+:
(R7)Tasapainovakio (R7) on K = / = 1,6×109 M, joten/ = 1, kun pH = 9,2. Sateessa esiintyvillä pH-arvoilla NH3 käyttäytyy vahvana emäksenä; se haalistaa H+ -ioneja kvantitatiivisesti ja NH4+ esiintyy H+:n korvaavana kationina. H+:n neutralointi liuenneella maaperäpölyllä etenee samalla tavalla: