13.1.2 Precipitazioni sul Nord America
La figura 13-1 mostra i valori medi di pH delle precipitazioni misurate sul Nord America. Valori di pH inferiori a 5 sono osservati sulla metà orientale. Possiamo determinare la forma di questa acidità esaminando la composizione ionica della precipitazione; i dati per due siti tipici sono mostrati in Vedi Concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nella precipitazione in due siti tipici negli Stati Uniti. Per qualsiasi campione di precipitazione, la somma delle concentrazioni di anioni misurata in unità di equivalenti di carica per litro deve essere uguale alla somma delle concentrazioni di cationi, poiché gli ioni hanno origine dalla dissociazione di molecole neutre. Questo equilibrio di carica è approssimativamente soddisfatto per i dati in Vedi concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nella precipitazione in due siti tipici negli Stati Uniti; un equilibrio esatto non sarebbe atteso perché le concentrazioni nella tabella sono date come mediane su molti campioni.
Consideriamo i dati per il sito di New York in Vedi Concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nelle precipitazioni in due siti tipici degli Stati Uniti. Il pH mediano in quel sito è 4,34, tipico delle piogge acide nel nord-est degli Stati Uniti. Lo ione H+ è il catione dominante ed è ampiamente bilanciato da SO42- e NO3-, che sono gli anioni dominanti. Concludiamo che H2SO4 e HNO3 sono i contributori dominanti all’acidità della precipitazione. Entrambi sono acidi forti che si dissociano quantitativamente in acqua per rilasciare H+:
(R5)
(R6)
Figura 13-1 pH medio e concentrazioni di SO42-, NO3-, e NH4+ (meq l-1) nelle precipitazioni sul Nord America durante gli anni 70.
- Concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nelle precipitazioni in due siti tipici degli Stati Uniti.
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Ione |
rurale Stato di New York |
sud-ovest Minnesota |
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|---|---|---|---|
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SO42- |
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NO3- |
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Cl- |
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HCO3- |
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SOMMA ANIONI |
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H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
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NH4+ |
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Ca2+ |
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Mg2+ |
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K+ |
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Na+ |
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SOMMA CATIONI |
Come mostrato nella Figura 13-1, Le concentrazioni di SO42- e NO3- in tutti gli Stati Uniti sono più che sufficienti per bilanciare le concentrazioni locali di H+. Più in generale, le analisi della composizione della pioggia in tutte le regioni industriali del mondo dimostrano che H2SO4 e HNO3 sono i componenti principali delle piogge acide.
Consideriamo ora i dati per il sito del Minnesota sud-occidentale in Vedi Concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nelle precipitazioni in due siti tipici negli Stati Uniti. Le concentrazioni di SO42- e NO3- sono paragonabili a quelle del sito di New York, indicando ingressi simili di H2SO4 e HNO3. Tuttavia, la concentrazione di H+ è di due ordini di grandezza inferiore; il pH è vicino alla neutralità. Ci devono essere delle basi che neutralizzano l’acidità. Per identificare queste basi, esaminiamo quali cationi in Vedi concentrazioni mediane di ioni (meq l-1) nella precipitazione in due siti tipici negli Stati Uniti. sostituire l’H+ originariamente fornito dalla dissociazione di HNO3 e H2SO4. I cationi principali sono NH4+, Ca2+, e Na+, indicando la presenza nell’atmosfera di ammoniaca (NH3) e polvere di suolo alcalino ( CaCO3, Na2CO3). L’ammoniaca dissolta nell’acqua piovana scavenges H+:
(R7)La costante di equilibrio per (R7) è K = / = 1,6×109 M, in modo che/ = 1 per pH = 9,2. Ai valori di pH che si trovano nella pioggia, NH3 si comporta come una base forte; scaccia gli ioni H+ in modo quantitativo e NH4+ appare come catione che sostituisce H+. La neutralizzazione di H+ da parte della polvere del suolo disciolta procede in modo simile:
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