ما هي معادلة المطر الحمضي

نظرة عامة حول المطر الحمضي

اكتشف المطر الحمضي في القرن التاسع عشر من قبل الصيدلاني البريطاني روبرت سميث، وذلك عن طريق تسجيله لمستويات مرتفعة من الحموضة في المطر المتساقط فوق المناطق والمدن الصناعية مقارنة بالمطر المتساقط فوق المناطق القريبة من الساحل التي تعدّ أقلّ تلوّثاً، ويحدث المطر الحمضي نتيجة العمليات الصناعية مثل احتراق الوقود الأحفوري، والتي تؤدّي إلى انبعاث العديد من المواد الكيميائية التي تتفاعل في الغلاف الجوي، ثمّ تتساقط على الأرض، إمّا بصورة رطبة مثل: المطر، والضباب، والثلج، أو بصورة جافّة مثل: الغازات، والجسيمات الجافّة.^[١][٢]

يجدر بالذكر أنّ الماء النقي يعدّ مادة متعادلة من ناحية الحموض والقواعد، إذ إنّ قيمة الرقم الهيدروجيني له تساوي 7، أمّا المطر النظيف غير الملوّث فيكون حمضي قليلاً، وبرقم هيدروجيني ذو قيمة 5.6، في حين أنّ أي هطول مطري يقلّ قيمة رقمه الهيدروجيني عن 5.6 يعدّ مطراً حمضياً، والذي تتراوح درجة حموضته عادة بين (2-4.5).^[٣]

معادلات تكوّن المطر الحمضي

تعتمد العديد من الأنشطة البشرية على حرق كميات كبيرة من الوقود الاحفوري، ممّا يؤدّي إلى انبعاث غازات، مثل: ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، وأكاسيد النيتروجين (NOX)، والتي تُساهم بشكل كبير في تكوين المطر الحمضي، إذ تتفاعل هذه الغازات مُنتجةً أحماض النيتريك والكبريتيك التي تعدّ المكوّن الأساسي له، ويبيّن ما يأتي بعض التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي مكوّنة المطر الحمضي:^[٢][٣][٤]

• تفاعلات ثنائي أكسيد الكبريت (SO₂) في الحالة الغازية:
  • ينتُج غاز ثنائي أكسيد الكبريت عن طريق تفاعل الكبريت المُنبعث من احتراق الفحم مع جزيء الأكسجين، وذلك عبر التفاعل الآتي: (S (g) O₂ (g) → SO₂ (g
  • فيما بعد، يتفاعل غاز ثنائي أكسيد الكبريت مرّة أخرى مع جزيء الأكسجين لإنتاج ثلاثي أكسيد الكبريت، وذلك عبر التفاعل الآتي: (2SO₂ (g) O₂ (g)→ SO₃ (g
  • ثمّ تتفاعل أشعة الشمس مع جذر الهيدروكسيل وثنائي أكسيد الكبريت لإنتاج حمض الكبريتيك، وذلك عبر التفاعل الآتي: (SO₂ (g) 2(OH) (g) → H₂SO₄ (g

• تفاعلات ثنائي أكسيد الكبريت (SO₂) في الحالة السائلة:
  • يتفاعل ثلاثي أكسيد الكبريت مع بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي لإنتاج حمض الكبريتيك، وذلك عبر التفاعل الآتي: (SO₃ (g) H₂O (l) → H₂SO₄ (l

• تفاعلات أكاسيد النيتروجين (NO_X) في الحالة الغازية:
  • تمزج محرّكات الاحتراق الأكسجين مع النيتروجين بوجود الطاقة لإنتاج أحادي أكسيد ثنائي النيتروجين، وذلك عبر التفاعل الآتي: (g) N₂ (g) O₂ (g) Energy → 2NO
  • فيما بعد، يتفاعل أحادي أكسيد ثنائي النيتروجين مع جزيء الأكسجين ثنائي الذرة لإنتاج ثنائي أكسيد النيتروجين، وذلك عبر التفاعل الآتي: 2NO (g) O₂ (g) → 2NO₂ (g)
  • ثمّ تتفاعل اشعة الشمس مع جذر الهيدروكسيل وثنائي أكسيد النيتروجين لإنتاج حمض النيتريك، وذلك عبر التفاعل الآتي: (NO₂ (g) OH (g) → HNO₃ (g

• تفاعلات أكاسيد النيتروجين (NO_X) في الحالة السائلة:
  • يتفاعل ثنائي أكسيد النيتروجين مع بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي لإنتاج حمض النيتريك، وذلك عبر التفاعل الآتي: (NO₂ (g) H₂O (l) → HNO₃ (l

معادلات تعبّر عن أثر المطر الحمضي على البيئة

يتسبّب المطر الحمضي في الكثير من الأضرار على البيئة، مثل إذابة أسطح مباني الرخام والحجر الجيري، وتآكل الأجسام والهياكل المعدنية، وتلف في طلاء السيارات، ونُقصان في قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه الطبيعية، ويعود السبب الرئيسي لأضرار المطر الحمضي إلى التفاعل الضارّ للحمض مع القاعدة، فعلى سبيل المثال يحتوي كلّ من الرخام والحجر الجيري على ملح كربونات الكالسيوم (CaCO₃)، وهو مادة قاعدية مُستخلصة من الحمض الضعيف H₂CO₃، وعند تساقط المطر الحمضي يحدث تفاعل للحمض القوي المتواجد فيه مع الملح المُستخلص من الحمض الضعيف، وذلك على النحو الآتي: (CaCO₃ (s) H₂SO₄ (aq) → CaSO₄ (s) H₂O (l) CO₂ (g، وبسبب ضعف ذوبان كبريتات الكالسيوم (CaSO₄) في الماء، فإنّه يتفاعل مع مواد أخرى مثل الرخام، كما أنّه قد يتفاعل مع الأجسام المعدنية من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال، ممّا يسبّب الكثير من الأضرار لهذه الأسطح والمواد.^[٣][٥]

قد يُسبّب المطر الحمضي أيضاً ضرراً كبيراً على النباتات والأشجار، فعلى سبيل المثال في الظروف الطبيعية يعدّ هيدروكسيد الألمنيوم Al(OH)₃ الموجود في بعض أنواع التربة غير قابل للذوبان، ولكن عند سقوط المطر الحمضي وانخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني، فإنّه يتحلّل عبر التفاعل الآتي: (Al(OH)₃ (s) 3H (aq) → Al³ (aq) 3H₂O (l، ممّا يزيد من نسبة أيونات الألمنيوم (Al 3) في المياه الجوفية، والتي تعدّ سامّة للنباتات، وهذا بدوره يؤدّي إلى أضرار كبيرة بالغابات، إلى جانب ضعف نموّ النباتات، وأضعاف أوراقها وجذورها.^[٥]

قد يتفاعل المطر الحمضي مع الحديد في المنشآت والهياكل المعدنية، ممّا يُنتج أيونات حديد موجبة الشحنة، كما هو موضّح في التفاعل الآتي: (4Fe (s) 2O₂ (g) 8H (aq) → 4Fe ² (aq) 4H₂O (l، ثمّ تتفاعل ايوّنات الحديد الناتجة مع الأكسجين، وتنتج أكسيد الحديد، وهو المكوّن الأساسي للصدأ، وذلك عبر التفاعل الآتي: 4Fe ² O₂ (g) 4H₂O (l) → 2Fe₂O₃ (s) 8H.^[٢]

المراجع

1. ↑ " ACID RAIN", www.acmg.seas.harvard.edu, Retrieved 24-8-2020. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} Alaa Eldin Kabbany Ramadan (2004), "Acid Deposition Phenomena "، www.inis.iaea.org, Retrieved 2-8-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت} "What is Acid Rain?", ًwww.letstalkscience.ca,21-8-2019، Retrieved 2-8-2020. Edited.
4. ↑ "Acid Rain —why it is a concern ", www.epa.sa.gov.au, 3-2004, Retrieved 2-8-2020. Edited.
5. ^ ^{أ ب} "Acid rain", www.chem.libretexts.org,27-4-219، Retrieved 4-8-2020. Edited.