Tra le cause delle piogge acide vi è l'emissione dell'anidride carbonica, degli ossidi di zolfo e, in parte minore, degli ossidi d'azoto che comporta un abbassamento del pH
Il processo che porta alla formazione delle piogge acide inizia infatti dalla liberazione in atmosfera di anidride solforosa (SO2) e biossido di azoto (NO2 ); Tali prodotti di combustione sono convertiti in acido solforico e acido nitrico
L'acqua distillata, in assenza di anidride carbonica, ha un pH pari a 7 ovvero è neutra. Nell'atmosfera è contenuto biossido di carbonio che si dissolve nel vapore acqueo secondo l'equilibrio:
CO2(g) ⇄ CO2(aq)
Successivamente il biossido di carbonio e l'acqua reagiscono con formazione dell'acido carbonico:
CO2(aq) + H2O(l) ⇄ H2CO3(aq)
L'acido carbonico così formatosi in atmosfera può quindi ionizzare in acqua secondo la reazione:
H2CO3(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HCO3–(aq)
quindi a causa della presenza di biossido di carbonio l'acqua piovana è moderatamente acida avendo un pH di circa 5.6. Tuttavia, negli ultimi 150 anni, si è registrato un notevole aumento dell'acidità della pioggia con conseguente diminuzione del pH.
Effetti
Gli effetti delle piogge acide sono devastanti su:
- forme di vita acquatiche e vegetali
- salute umana
- a livello urbanistico col danneggiamento di strutture e monumenti in marmo.
Il chimico inglese Robert Angus Smith per primo parlò, nel 1872 di piogge acide, per descrivere l'aumento dell'acidità della pioggia nel centri industriali britannici sebbene all'epoca non vi era la possibilità di misurarne il pH.
Il fenomeno fu pertanto attribuito allo sviluppo della produzione industriale sviluppatasi già nel corso della prima rivoluzione industriale a causa dell'utilizzo di nuove fonti energetiche quali i combustibili fossili.
L'immissione nell'atmosfera di ossidi di zolfo derivanti dalla combustione di idrocarburi ad alto numero di atomi di carbonio come il carbone e l'olio combustibile e di ossidi di azoto derivanti da reazioni di combustione ad alta temperatura furono i principali artefici dell'acidificazione delle piogge.
L'ulteriore e spesso incontrollato sviluppo industriale ha portato all'inquinamento atmosferico con gravi effetti anche sulla salute umana.
Ossidi dell'azoto
L'azoto molecolare sviluppato come sottoprodotto degli scarichi di motore a combustione interna reagisce con l'ossigeno presente nell'aria per dare monossido di azoto:
N2(g) + O2(g) → 2 NO(g)
Il monossido di azoto formatosi reagisce rapidamente con l'ossigeno per dare il biossido di azoto composto responsabile del tipico colore dello smog:
2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g)
A contatto con l'acqua il biossido di azoto forma una miscela di acido nitroso e di acido nitrico:
2 NO2(g) + H2O(l) → HNO2(aq) + HNO3(aq)
L'ossigeno molecolare a sua volta ossida l'acido nitroso a acido nitrico e pertanto la reazione complessiva comporta la produzione di acido nitrico:
2 N2(g) + 5 O2(g) + 2 H2O(l) → 4 HNO3(aq)
Ossidi dello zolfo
Grandi quantità di biossido di zolfo sono sempre stati rilasciati nell'atmosfera da fonti naturali come vulcani, incendi boschivi e decadimento microbico di materiali organici, ma il ciclo naturale dello zolfo non ha apportato variazioni significative dell'acidità delle piogge mentre da quando sono state utilizzate per la produzione di energia grandi quantità di combustibili fossili la situazione è cambiata.
Dalla metà del XIX secolo, infatti questi carburanti sono stati bruciati su una scala enorme per coprire il fabbisogno energetico della nostra società industriale moderna, liberando decine di milioni di tonnellate di SO2 nell' atmosfera ogni anno che reagisce con l'acqua per dare acido solforoso secondo la reazione:
SO2(g) + H2O(l)→ H2SO3(g)
L'acido solforoso successivamente può essere ossidato ad acido solforico secondo la reazione:
2 H2SO3(g)+ O2(g)→ 2 H2SO4(g)
Danni
Il danno provocato dalle piogge acide su edifici e sculture in marmo costituiti essenzialmente da carbonato di calcio è dovuto alla reazione:
CaCO3(s) + 2 H+(aq) →Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Nonostante la sensibilizzazione dell'opinione pubblica e dei governi dei singoli paesi ed in particolare di quelli più industrializzati al problema dell'inquinamento atmosferico si è ancora reticenti e nel mondo alcuni paesi emergenti che vedono la produzione industriale aumentare vorticosamente non rispettano gli standard minimi per un'economia sostenibile con conseguente inquinamento non solo dell'aria ma anche delle acque e del suolo.
