Tiểu luận mưa axit

Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ
BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
"Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông
nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit"
PHẦN I. MỞ ĐẦU
Mưa rất quan trọng cho cuộc sống, tất cả mọi sinh vật đều cần có nước để
sống, kể cả con người. Mưa đem đến cho chúng ta nước mà
chúng ta cần. Thế nhưng, ở nhiều nơi trên thế giới, thậm chí
ngay nơi chúng ta sống, mưa đang trở thành một mối nguy hại.
Bởi vì khí quyển bị ô nhiễm, các khí thải từ các nhà máy, xe ôtô
và các hoạt động của con người đã làm cho mưa đang trở nên
nguy hiểm cho sự sống của mọi sinh vật sống. Loại mưa đó
được gọi là “Mưa axit”. (Nguồn: />Nhưng, chúng ta hiểu như thế nào là mưa axit?, nguyên nhân và tác hại
của chúng được thể hiện qua đâu?.... Từ những câu hỏi trên và thực tiễn cuộc
sống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: "Những nguyên nhân và tác hại của mưa
axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn
mưa axit"
1
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trước hết mưa axit là gì?
2.1. Mưa axit
Thuật ngữ “mưa axit” được sử dụng chủ yếu để chỉ các dạng lắng ướt có
độ axit nhỏ hơn 5,6 như: tuyết, khói, sương hay các hạt bụi lơ lửng. Thuật ngữ
chính xác hơn là “giáng thủy axit”. Nước cất không chứa CO
2
có độ pH trung
tính (pH=7). Chất lỏng với độ pH nhỏ hơn 7 được xem là có tính axit và lớn hơn
7 được xem là có tính bazơ. Bình tường nước mưa có pH khoảng 5,6 do trong
khí quyển có CO

2
, và CO
2
đó cùng với nước trong không khí phản ứng tạo
môi trương axit nhẹ:
H
2
O (lỏng) + CO
2
(khí) → H
2
CO
3
(dung dịch)
Axit cacbonic sau đó phân ly thành ion trong nước tạo ra một nồng độ thấp ion
H
+
:
2H
2
O (lỏng) + H
2
CO
3
(dung dịch) ⇌ CO
3
2-
(dung dịch) + 2H
3
O

+
(dung dịch)
Trong phân định thực tế, các cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (ERA)
đã coi nước mưa có độ pH nằm trong khoảng từ 5 - 6,5 là mưa trung tính. Nếu
mưa có pH ≤ 5 là mưa axit. Các nước thuộc Ủy ban kinh tế châu Âu (ECE) lại
coi nước mưa có pH ≤ 5,5 là mưa axit. Đối với các như Ấn Độ, Indonesia, Hàn
Quốc, Thái Lan lại lấy pH là 5,6 để làm căn cứ xác định; nước mưa có pH < 5,6
là mưa axit. Người ta gọi tính chất mưa như sau:
Tiêu chuẩn phân loại mưa theo pH nước mưa
pH nước mưa Tính chất mưa
< 4 Mưa axit nặng
4 - 4,9 Mưa axit
5,0 - 5,5 Mưa axit nhẹ
5,6 Trung tính
5,7 - 6,0 Mưa kiềm nhẹ
6,1 - 7,0 Mưa kiềm
> 7,0 Mưa kiềm cao
2
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Tính axit bổ sung trong nước mưa đến từ phản ứng giữa các chất ô nhiễm
sơ cấp, chủ yếu là SO
2
và NO
x
và nước trong khí quyển để tạo thành các axit
mạnh (như axit sulphuric và axit nitric). Các nguồn chủ yếu của các loại chất ô
nhiễm này là các loại xe cộ và hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy
điện.
Trong hoặc gần các vùng sử dụng các nguyên liệu hóa thạch làm nhiên
liệu, pH nước mưa có thể xuống dưới 4. Nếu lại gặp sương mù dày đặc pH nước

mưa còn xuống thấp nữa. Phân tích nước mưa ở một trận mưa axit có pH nước
mưa là 4,2 người ta thu được kết quả:
Nồng độ cation và anion trong nước mưa có pH 4,2
Cation Nồng độ
(ppm Mol)
Anion Nồng độ
(ppm Mol)
H
+
56 SO
4
=
51
NH
4
+
10 NO
3
-
20
Ca
++
7 Cl
-
12
K
+
5
Mg
++

3
Na
+
2
Tổng cộng 83 83
Nguồn: Anil Kumar De. Environmental chemirstry - Trang 116 Wiley eastern
limited publication 1986
Do vậy UBKT Châu Âu định nghĩa mưa axit là mưa có chứa các axit
H
2
SO
4
và HNO
3
có pH ≤ 5,5.
3
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
2.2. Nguyên nhân, nguồn gốc và cơ chế gây ra mưa axit
Hai nguyên tố, lưu huỳnh và nitơ phải chịu trách nhiệm chính cho những
tác động có hại của mưa axit.
Lưu huỳnh là một nguyên tố vết có trong than và dầu. Khi những loại
nhiên liệu này được đốt cháy trong các nhà máy điện và trong các nồi hơi công
nghiệp, lưu huỳnh kết hợp với oxy phân tử tạo thành khí SO
2
. Có nhiều quá trình
công nghiệp như: sản xuất sắt - thép, sản xuất điện và sản xuất dầu thô tạo ra
loại khí này. Trong sản xuất sắt, thép, quá trình nấu chảy quặng sulphát kim loại
tạo kim loại nguyên chất sinh ra khí SO
2
. Các kim loại khác như kẽm, niken và

đồng cũng được tạo ra bởi quá trình này. Ngoài ra, SO
2
cũng được tạo ra từ các
quá trình tự nhiên: khoảng 10% từ núi lửa, bụi nước biển, sinh vật phù du và
thối rữa thực vật. Có khoảng 69,4% lượng SO
2
được sinh ra từ các quá trình đốt
công nghiệp. Chỉ khoảng 3,7% được tạo ra từ quá trình giao thông vận tải. Vì
SO
2
không phản ứng với hầu hết các hóa chất có trong khí quyển, nên nó có thể
đi một khoảng rất xa trong khí quyển. Tuy nhiên, khi SO
2
kết hợp với ôzôn hay
hydro peroxide, tạo thành SO
3
. SO
3
có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dung
dịch axit sunfuric loãng.
Nitơ có mặt trong khí quyển với một tỉ lệ lớn nhất (78%). Khi được đốt
nóng tới nhiệt độ của nồi hơi và động cơ đốt trong, nitơ có thể kết hợp với oxy
phân tử có trong khí quyển để tạo ra NO và NO
2
(gọi chung là NO
x
). NO
x
có thể
hòa tan trong nước, tạo ra một dịch loãng axit nitric và axit nitrơ. Có khoảng 5%

NO
x
được tạo ra từ các quá trình tự nhiên như: phân hủy của vi khuẩn đất, cháy
rừng, núi lửa và sét. Giao thông vận tải tạo ra 43% NO
x
và 32% do quá trình
đốt cháy công nghiệp.["Acid Rain." The New World Book Encyclopedia, 1993.]
Cục Bảo vệ môi trường Mỹ đã chia các nguồn phát thải nhân tạo thành 3
nhóm: nguồn điểm, nguồn vùng và nguồn đường. Nguồn điểm gồm có: các nhà
máy, các nhà máy điện, và bất kỳ những khu sản xuất nào có ống khói. Nguồn
vùng tương ứng với một khu công nghiệp (tập hợp nhiều cơ sở sản xuất khác
nhau). Nguồn đường gồm bất kỳ những gì có thể chuyển động và được chia ra
4
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
thành: nguồn trên đường (ôtô, xe tải, xe buýt, xe hai bánh...) và nguồn không
trên đường (máy kéo, thuyền, máy bay, máy xén cỏ...).
Nguồn điểm phát thải SO
2
với lượng lớn nhất. Trong đó, các nhà máy
điện chạy than tạo ra nhiều ô nhiễm nhất.
Trong các khí oxit tạo nên mưa axit gây ô nhiễm thì các hợp chất lưu
huỳnh chiếm tới trên 80%, còn lại là các oxit nitơ 12% và axit HCl 5%.
Độ axit của nước mưa không chỉ phụ thuộc vào mức độ phát thải, mà còn
phụ thuộc vào hỗn hợp chất hóa học mà SO
2
và NO
x
phản ứng trong khí quyển.
SO
2

và NO
x
trải qua nhiều bước phản ứng phức tạp trước khi chúng trở thành
axit trong nước mưa. Những bước phản ứng được chia thành hai pha: pha khí và
pha lỏng.Muốn tìm hiểu cơ chế của mưa axit thì ta phải hiểu được những cơ chế
cụ thể của các khí tạo thành mưa axit trong khí quyển .
2.2.1. Về H
2
SO
4
Các sol khí có chứa SO
4
=
đi từ các quá trình oxy hóa các hợp chất SO
2
đến
từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, H
2
S bốc lên từ núi lửa hoặc từ các quá trình
phân hủy yếm khí sinh học, cacbon disulfua từ quá trình phân hủy sinh học,
dimethyl sulfua (CH
3
SCH
3
) và dimethyl disulfua (CH
3
SSCH
3
) sinh ra từ hoạt
động vi khuẩn và tảo lam, tảo lục nước ngọt

Các quá trình tự nhiên cung cấp đến 67% SO
2
trên thế giới, còn hoạt động
của con người chỉ đóng góp 33% SO
2
vào việc làm ô nhiễm trái đất.
H
2
S do phân hủy chất hữu cơ và do chất thải công nghiệp đưa vào khí quyển rất
dễ bị oxy hóa trong khí quyển giầu oxy thành SO
2
, SO
2
trong khí quyển đến
80% là do oxy hóa SH
2
. Quá trình oxy hóa được thực hiện nhờ oxy hay ozôn.
Song quan trọng nhất là ozôn theo phản ứng sau:
H
2
S + O
3
--------------> SO
2
+ H
2
O
5
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Lượng lưu huỳnh đưa vào khí quyển từ các nguồn khác nhau

Dạng Nguồn Lượng
(10
6
tấn)
Tính ra lưu huỳnh
(10
6
tấn)
SO
2
và SO
3
SO
4
H
2
S
Nhiệt điện 60 30
Công nghiệp khác 24,5 12,2
Núi lửa 1,35 0,68
Biển 118 39
Phân hủy sinh học
(biển)
185 175
Phân hủy sinh học (cạn) 102 95
Các ngành công nghiệp 2,7 2,5
Trong khí quyển, SO
2
được oxy hóa từng phần thành SO
3

nhờ các phản
ứng quang hóa có liên quan đến ozon, cacbua hydro và NO
x
trong mù quang
hóa:
SO
2
+ O
3
---------> SO
3
+ O
2
+ H
2
O ---------> H
2
SO
4
-----------> (H
2
SO
4
Sol khí)
Quá trình oxit hóa tiếp súc có thể sảy ra, trên bụi bồ hóng, nhờ sự có mặt
của các oxit kim loại:
bụi bồ hóng
SO
2
+ 1/2O

2
------------------> SO
3
--------------> H
2
SO
4
---------> (H
2
SO
4
sol khí)
chứa các oxit + H
2
O
kim loại
*) Cơ chế hoạt động của khí SO
2
trong khí quyển:
Trong khí quyển SO
2
có thể tham gia một số phản ứng sau:
SO
2
tham gia phản ứng quang hóa khi hấp thụ tia bức xạ mặt trời trong khoảng
bước sóng ở = 300 - 400nm, ở áp suất thấp và sinh ra SO
2
kích hoạt:
SO
2

→
ν
h
SO
2
o
Trong điều kiện bình thường, với nồng độ 5-30ppm khi độ ẩm không khí
là 32-90% và có mặt các NO
x
, C
m
H
n
cùng các thành phần quang hóa khác thì
SO
2
tham gia phản ứng tạo thành H
2
SO
4
:
SO
2
+ 0.5O
2
+ H
2
O
→
H

2
SO
4
SO
2
tham gia phản ứng hoá học với một số gốc sinh ra từ quá trình quang hoá.
6
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
SO
2
+ HO
2
o

→
OH + SO
3
SO
2
+ RO
2

→
RO + SO
3
(R: gốc Alkyl)
SO
2
+
o

OH + M
→
HOSO
2
o
+ M.. ..
HOSO
2
o
+ O
2

→
HOSO
2
O
2
o
HOSO
2
O
2
o
+ NO
→
HOSO
2
O
o
+ NO

2
SO
2
tham gia phản ứng hoá học trong những giọt nước chứa muối kim
loại hoặc với NH
3
tạo nên Sunfat:
2NH
3
+ SO
2
+ H
2
O
→
2NH
4
+
+ SO
3
2-
SO
3
2-
+ H
2
O
→
H
2

SO
4
2NH
3
+ H
2
SO
4

→
(NH
4
)
2
SO
4
SO
3
+ MeO
→
MeSO
4
Trong đó Me là các ion kim loại như: Mn
2+
, Fe
2+
, Ni
2+
.. ..
SO

2
tham gia vào các phân tử rắn, trong khí quyển SO
2
có thể bị hấp phụ
vào những hạt rắn như mồ hóng, bụi than và một số chất rắn khác, những chất
rắn đóng vai trò xúc tác cho phản ứng SO
2
với nước trong đó:
SO
2
+ 0.5O
2

→
SO
3
SO
3
+ H
2
O → H
2
SO
4
H
2
SO
4
+ Me
+2

→
MeSO
4
+ H
2
SO
2
là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính trong khí quyển và gây
ảnh hưởng tới sức khoẻ con người (đường hô hấp), độ bền vật liệu, gây mưa
axít.
Dầu và than đá nói chung chứa một lượng lưu huỳnh(0.5-0.6%) dưới dạng
các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khi những vật liệu này đốt cháy sẽ chuyển thành
SO
2
và một lượng nhỏ SO
3
. ví dụ:
2MeS
2
+5.5O
2
→ 4SO
2
+ Me
2
O
3
+Q
SO

2
+ 0.5O
2

→
SO
3
SO
2
trong khí quyển ở những điều kiện thích hợp có thể biến đổi một
phần thành SO
3
nhờ các phản ứng sau:
SO
2
+ OH
-
→ HOSO
2
-
HOSO
2
-
+ O
2

→
SO
3
+ HO

-
2
7
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Và SO
2
có thể phản ứng với H
2
O trong khí quyển để thành hơi axít H
2
SO
4
:
SO
2
+ H
2
O
⇔
H
2
SO
3
H
2
SO
3

⇔
H

+
+ HSO
3
-

⇔
2H
+
+ SO
3
2-
SO
3
2-
+ H
2
O
⇔
H
2
SO
4
Hơi axít gặp lạnh sẽ ngưng tạo thành mù axít, chúng tồn tại lơ lửng trong
không khí hoặc hấp thụ thêm hơi nước tạo thành những giọt axít loãng H
2
O-
H
2
SO
4

và đó là nguyên nhân gây nên những cơn mưa axít ở một số vùng công
nghiệp
2.2.2. Về HNO
3
Trong bầu khí quyển có đến 78% là nitơ và 21% là oxy. Do hiện tượng
phóng điện trong khí quyển, môi trương không khí nóng lên khoảng 1210
0
-
1765
0
C khiến tạo thành NO:
1210
0
- 1765
0
C
N
2
+ O
2
----------------------------------------------------> 2 NO
Ở tâng bình lưu ozon, nitơ và NO bị phản ứng quang hóa kích thích phân
hủy thành oxy nguyên tử, O
2
và N theo các phản ứng:
380nm
O
3
+ h√ ------------------> O
h√

+ O
2
N
2
+ h√ -------------------> N + N
Từ đó mà hình thành HNO
3
qua các phản ứng quang hóa sau đây:
NO + O
3
+ h√ ----------------> NO
2
+ O
2
NO
2
+ O
3
----------------> NO
3
+ O
2
NO
2
+ NO
3
----------------> N
2
O
5

N
2
O
5
+ H
2
O ----------------> 2HNO
3
Trong môi trường có mù quang hóa có thể có phản ứng trực tiếp:
3NO
2
+ H
2
O ----------------> 2HNO
3
+ NO
Trong tầng bình lưu NO, NO
2
cũng có phản ứng với gốc OH
-
để tạo thành
NO + OH
-
----------------> HNO
2
NO
2
+ OH
-
----------------> HNO

3
*) Cơ chế hoạt động của NO
x
trong khí quyển là:
8
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Giống như SO
2,
NO
x
bay vào khí quyển và được oxy hóa trong những
đám mây để hình thành axit nitrit và axit nitrơ. Những phản ứng này được xúc
tác trong những đám mây bị ô nhiễm nặng nơi mà những nguyên tố ở dạng vết
như sắt, mangan, NH
3
và H
2
O
2
có mặt. NO
x
đi vào khí quyển chủ yếu là do khí
thải các loại xe gắn máy.
Mặc dù phân tử nitơ là thành phần chính trong khí quyển nhưng nó không
hoạt động mạnh như ôxy bởi lẽ năng lượng tạo nên liên kết phân tử nitơ tương
đối lớn(E=942KJ/mol). Các quá trình phân ly quang học của nitơ đòi hỏi các
phôtôn có bước sóng ở < 169nm và do đó tất cả đều chỉ có thể xảy ra ở tầng
bình lưu.
Dưới tác dụng của các tia sóng ngắn (ở <100nm ) có thể xay ra các phản
ứng quang hoá phức tạp với sự tạo thành nguyên tử nitơ hoạt hoá như sau:

N
2
→
hv
→ N
2
+
+ e
-
N
2
+
+ O
2

→
NO
+
+ NO
NO
+
+ e
-
→ N + O
Trong khí quyển NO xuất hiện do quá trình ôxy hoá N
2
và O
2
dưới tác
dụng của việc phóng điện trong khí quyển ( tác động của nguyên tử ôxy lên

phân tử nitơ) hoặc nhờ năng lượng nhiệt (quá trình đốt):
N
2
+ O
2
→
phóng
Q , t cao
điện
→ 2NO
ở tầng bình lưu:
NO được sinh ra do N
2
O hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc bị phân
ly bởi nguyên tử ôxy hoạt hoá:
N
2
O →
hv
→ NO + N
N
2
O + O
→
2NO
( Hoặc có thể là: N
2
O + O → N
2
+ O

2
)
NO sinh ra sẽ tham gia vào vòng phân huỷ ôzôn. Việc ôxy hoá NO thành NO
2
nhờ ôxy phân tử xảy ra tương đối chậm :
2NO + O
2

→
2NO
2
nhưng với các chất có tính ôxy hoá mạnh như O
3
, HO
2
-
, hoặc gốc RO
2
-
.. .. thì
NO dễ dàng chuyển thành NO
2
:
9
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
NO + O
3
→ NO
2
+ O

2
NO + HO
2
-

→
NO
2
+ OH
NO cũng có thể tham gia phản ứng liên kết với gốc OH:
NO + OH
→
HNO
2
Sau đó HNO
2
sẽ tiếp tục phản ứng, tan trong nước mưa rơi xuống tầng đối
lưu, gây tổn thất NO trong khí quyển.
NO
2
rất bền với phản ứng quang hoá, chỉ ở bước sóng ở ≤ 395nm nó mới
có thể bị phân ly thành NO và O
2
theo các phản ưng sau:
NO
2
+ hớ →
v<398nm
→ NO + O
*

NO
2
+ hớ
→
v>430nm
→
NO
2
*
hoạt hoá
Nói chung trong khí quyển, NO
x
có thể coi là một trong các tác nhân gây
nên quá trình phân huỷ ôzôn và có thể là tác nhân gây nên hàng loạt các phản
ứng vô cơ, hữu cơ, tạo khói quang hoá trong khí quyển:
O + O
2
+ M
→
O
3
+ M
NO + O
3
→ NO
2
+ O
2
NO
2

+ O
3

→
NO
3
*
+ O
2
NO
2
+ O → NO + O
2
NO
2
+ O + M
→
NO
3
*
+ M
NO
2
+ NO
3
*
→ N
2
O
5

NO + NO
3

→
2NO
2
O + NO + M → NO
2
+ M
Cuối cùng các phản ứng sẽ kết thúc khi NO
2
phản ứng với gốc OH cho
HNO
3
hoặc với một số các chất hoạt tính để tạo thành HNO
3
, HO
2
.NO
2
và
peroxyacetylnitrate (PAN), là nhữnh chất gây ăn mòn mạnh, một phần tan trong
nước và theo mưa rơi xuống tầng bình lưu:
NO
2
+ OH
→
HNO
3
NO

2
+ HO
2
→ HO
2
.NO
2
NO
2
+ R-C( O )O
2

→
R-C( O )-O-O-NO
2
3NO
2
+ H
2
O → 2HNO
3
+ NO
10
Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888
Điều đó chứng tỏ rằng cùng với khói quang hoá, HNO
3
là nguyên nhân làm
giảm tạm thời NO
2
trong tầng bình lưu. Khi mưa rơi xuống Trái đất sẽ tạo

nitrate, quá trình khử nitrate bằng sinh học sẽ sinh ra NO
2
và lại đi vào khí
quyển.
Có thể tóm tắt toàn bộ quá trình hình thành mưa axit từ nitơ, oxy trong khí
quyển, N
2
O từ hoạt động vi sinh vật trong đất đi vào khí quyển như sau:
11