Mục lục bài họcĐang ở d07-b3
Acid Deposition, Its Effects, and Buffering Capacity
Chemistry of acid deposition
Unpolluted rain is already slightly acidic, near pH 5,6, because atmospheric $\text{CO}_2$ dissolves to form carbonic acid: $\text{CO}_2+\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{H}_2\text{CO}_3$. Acid deposition means precipitation below about pH 5,0, and it comes from two primary pollutants:
$$2\text{SO}_2+\text{O}_2\rightarrow2\text{SO}_3\qquad \text{SO}_3+\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{H}_2\text{SO}_4$$$$3\text{NO}_2+\text{H}_2\text{O}\rightarrow2\text{HNO}_3+\text{NO}$$Effects and buffering
In lakes, falling pH mobilizes aluminum ($\text{Al}^{3+}$) from watershed soils; $\text{Al}^{3+}$ damages fish gills, and fish suffocate in water that is chemically not short of oxygen. In forests, acid leaches $\text{Ca}^{2+}$ and $\text{Mg}^{2+}$ from soil, so red spruce and other conifers lose nutrients and cold tolerance.
Buffering capacity comes from bedrock. Limestone watersheds neutralize incoming acid, $\text{CaCO}_3+2\text{H}^+\rightarrow\text{Ca}^{2+}+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2$, while granite watersheds have almost none — which is why the Adirondacks and Scandinavia lost lakes first.
Mốc pH phải nhớ: nước mưa sạch đã sẵn hơi axit, khoảng pH $5{,}6$, vì $\text{CO}_2$ trong khí quyển tan vào nước thành axit cacbonic. Gọi là mưa axit khi pH tụt xuống dưới khoảng $5{,}0$. Nhầm mốc chuẩn thành $7$ là hỏng cả phần lập luận sau đó.
Hai đường sinh axit đều đi từ chất sơ cấp: $\text{SO}_2$ bị oxi hoá thành $\text{SO}_3$ rồi gặp nước cho $\text{H}_2\text{SO}_4$; $\text{NO}_2$ gặp nước cho $\text{HNO}_3$. Cả hai axit đều là chất ô nhiễm thứ cấp.
Hậu quả không đi thẳng. Cá chết trong hồ chua phần lớn không phải vì $\text{H}^+$ mà vì pH thấp giải phóng nhôm $\text{Al}^{3+}$ từ đất lưu vực; $\text{Al}^{3+}$ kích thích mang cá tiết nhầy, cá ngạt giữa nước thừa oxi. Trong rừng, axit rửa trôi $\text{Ca}^{2+}$ và $\text{Mg}^{2+}$ khỏi đất, cây vân sam đỏ mất dinh dưỡng và mất khả năng chịu rét.
- Khả năng đệm nằm ở đá nền: đá vôi nuốt $\text{H}^+$ theo tỉ lệ $1$ mol $\text{CaCO}_3$ cho $2$ mol $\text{H}^+$.
- Lưu vực granit gần như không đệm, nên hồ chua trước dù nhận ít lắng axit hơn.
- Rải vôi xuống hồ nâng pH được, nhưng phải rải lại — nó không chạm tới nguồn $\text{SO}_2$ và $\text{NO}_x$.
(a) Một cơn mưa đo được pH $3{,}6$. Nước mưa không ô nhiễm có pH $5{,}6$. Nồng độ $\text{H}^+$ trong cơn mưa này gấp bao nhiêu lần nước mưa sạch?
(b) Một hồ chứa $2{,}0\times10^{7}$ L nước ở pH $4{,}0$. Tính khối lượng $\text{CaCO}_3$ ($M=100$ g/mol) cần rải để trung hoà toàn bộ $\text{H}^+$ đang có, theo $\text{CaCO}_3+2\text{H}^+\rightarrow\text{Ca}^{2+}+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2$.
(a) Thang pH là thang logarit cơ số $10$, nên chênh một đơn vị pH là chênh mười lần nồng độ:
$$\frac{[\text{H}^+]_{3{,}6}}{[\text{H}^+]_{5{,}6}}=10^{5{,}6-3{,}6}=10^{2}=100$$Gấp một trăm lần. Trả lời “gấp hai lần” là đã trừ pH cho nhau rồi quên mũ.
(b) pH $4{,}0$ ứng với $[\text{H}^+]=1{,}0\times10^{-4}$ M.
$$n_{\text{H}^+}=1{,}0\times10^{-4}\times2{,}0\times10^{7}=2{,}0\times10^{3}\ \text{mol}$$Phương trình cho tỉ lệ $1$ mol $\text{CaCO}_3$ ứng với $2$ mol $\text{H}^+$:
$$n_{\text{CaCO}_3}=\frac{2{,}0\times10^{3}}{2}=1{,}0\times10^{3}\ \text{mol}$$$$m=1{,}0\times10^{3}\times100=1{,}0\times10^{5}\ \text{g}=100\ \text{kg}$$Một trăm kilogam vôi cho cả một hồ hai chục triệu lít nghe rất ít — và đúng là ít. Nhưng axit vẫn rơi xuống mỗi trận mưa, nên phép tính này là chi phí mỗi lần, lặp lại vô hạn chừng nào nguồn phát thải còn đó.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 7 — Atmospheric Pollution gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.