13.1.2 Opady nad Ameryką Północną
Rysunek 13-1 przedstawia średnie wartości pH opadów atmosferycznych zmierzone nad Ameryką Północną. Wartości pH mniejsze niż 5 obserwowane są nad wschodnią połową. Postać tej kwasowości możemy określić badając skład jonowy opadów; dane dla dwóch typowych miejsc pokazano w Patrz Median concentrations of ions (meq l-1) in precipitation at two typical sites in the United States. Dla każdej próbki opadów atmosferycznych suma stężeń anionów mierzona w jednostkach równoważników ładunku na litr musi być równa sumie stężeń kationów, ponieważ jony pochodzą z dysocjacji cząsteczek neutralnych. Ta równowaga ładunku jest w przybliżeniu spełniona dla danych w tabeli Mediana stężeń jonów (meq l-1) w opadach atmosferycznych w dwóch typowych miejscach w Stanach Zjednoczonych; dokładna równowaga nie byłaby oczekiwana, ponieważ stężenia w tabeli są podane jako mediany dla wielu próbek.
Rozważmy dane dla stanowiska w Nowym Jorku w Zobacz Median concentrations of ions (meq l-1) in precipitation at two typical sites in the United States…. Mediana pH w tym miejscu wynosi 4,34, co jest typowe dla kwaśnych deszczy w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych. Jon H+ jest dominującym kationem i jest w znacznym stopniu równoważony przez SO42- i NO3-, które są dominującymi anionami. Stwierdzono, że H2SO4 i HNO3 są dominującymi czynnikami przyczyniającymi się do kwasowości opadów. Oba są silnymi kwasami, które dysocjują ilościowo w wodzie uwalniając H+:
(R5)
(R6)
Rysunek 13-1 Średnie pH i stężenia SO42-, NO3-, i NH4+ (meq l-1) w opadach nad Ameryką Północną w latach 70-tych.
- Mediana stężeń jonów (meq l-1) w opadach na dwóch typowych stanowiskach w Stanach Zjednoczonych.
|
jon |
wiejskie stan Nowy Jork |
południowo-zachodnie Minnesota |
|---|---|---|
|
SO42-. |
||
|
NO3-. |
||
|
Cl- |
||
|
HCO3-. |
||
|
SUMA ANIONÓW |
||
|
H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
|
NH4+ |
||
|
. Ca2+ |
||
|
Mg2+ |
||
|
K+ |
||
|
Na+ |
||
|
SUMA KATIONÓW |
Jak pokazano na rysunku 13-.1, stężenia SO42- i NO3- w całych Stanach Zjednoczonych są więcej niż wystarczające do zrównoważenia lokalnych stężeń H+. Bardziej ogólnie, analizy składu deszczu we wszystkich przemysłowych regionach świata wykazują, że H2SO4 i HNO3 są głównymi składnikami kwaśnych deszczy.
Rozważmy teraz dane dla stanowiska w południowo-zachodniej Minnesocie w Patrz Median concentrations of ions (meq l-1) in precipitation at two typical sites in the United States…. Stężenia SO42- i NO3- są porównywalne do tych z lokalizacji w Nowym Jorku, co wskazuje na podobny dopływ H2SO4 i HNO3. Jednakże stężenie H+ jest o dwa rzędy wielkości mniejsze; pH jest bliskie neutralnemu. Kwasowość musi być neutralizowana przez zasady. Aby zidentyfikować te zasady, badamy, które kationy w Mediana stężeń jonów (meq l-1) w opadach atmosferycznych w dwóch typowych miejscach w Stanach Zjednoczonych. zastępują H+ pierwotnie dostarczony przez dysocjację HNO3 i H2SO4. Głównymi kationami są NH4+, Ca2+ i Na+, co wskazuje na obecność w atmosferze amoniaku (NH3) i alkalicznego pyłu glebowego (CaCO3, Na2CO3). Amoniak rozpuszczony w wodzie deszczowej wymiata H+:
(R7)Stała równowagi dla (R7) wynosi K = / = 1,6×109 M, a więc/ = 1 dla pH = 9,2. Przy wartościach pH występujących w deszczu, NH3 zachowuje się jak silna zasada; wymiata ilościowo jony H+ i NH4+ pojawia się jako kation zastępujący H+. Neutralizacja H+ przez rozpuszczony pył glebowy przebiega podobnie:
.