과학과 교수학습과정안 용액의 반응 산성비
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문 제
1. 산성비란?
정상적인 비는 PH 5.6정도로 알려져 있다. 빗물이 약간 산성인 것은 공기 중의 이산화탄소가 물에 녹아서 약한 산성인 탄산을 형성하기 때문이다. 산성비란 PH 5.6 이하인 비를 말한다. 주로 공장이나 발전소, 자동차 등의 각종 오염원에서 대기 중으로 방출된 황산화물과 질산화물 같은 대기오염 물질이 대가 중에 있는 수증기와 작용하여 강산성의 황산이나 질산을 형성하고 이것이 빗물에 씻겨 떨어지는 현상을 말한다. 다시 말해 산성비는 대기에서 산성의 물질을 제거하는 과정에서 생기는 현상이다.
산성비라는 용어는 1852년 화학자 Angus Smith가 Great Britain에서 대기오염 연구 중 처음 사용한 용어이다. 그러나 비 뿐 아니라 기체와 고체입자로 지구표면에 도달하기 때문에 산성강화물이라는 용어가 더 적합하다. 산성안개와 산성눈의 경우 액체로 만들었을 때 PH 5.6이하인 것은 말한다.
2. 산성비의 원인
산성비의 원인은 인간의 여러 활동 중 각종 공장, 화력발전소, 자동차에서 주로 발생한다. 뿐만아니라 가정에서 석유나 석탄 등의 연료를 태울때도 발생한다. 산성비는 공기 중으로 배출된 산성물질이 비에 녹아 내릴 때 생기는데 대표적인 산성믈질에는 아황산가스와 질산화물이 있다. 이들은 물질이 연소할 때 물질 속에 함유되어 있는 유황이나 질소가 산화되어 생긴다. 또한 질소산화물은 연료를 고온에서 연소시킬 때 공기 중의 질소분자가 산화됨으로써 생긴다. 이들 물질들은 수분이 존재하면 쉽게 황산이나 질산, 염산 등과 같은 강산으로 변하여 구름이나 빗물에 스며들어 산성비, 산성안개, 산성눈의 형태로 지표면으로 떨어진다.
1) 아황산가스
전력 생산을 위하여 석탄을 태우는 화력발전소에서 주로 배출된다. 자연순환에서는 토양미생물에 의해 동화되어 공기 중으로 제거되지만, 화력발전소는 오염물질을 대기중으로 확산시키기 위하여 높은 굴뚝을 가지고 있고, 이 굴뚝은 넓은 지역으로 오염물질을 확산시킨다. 자연정화작용이 이루어지려면 아황산 가스가토양과 토양 미생물과 접촉이 가능하도록 해야 한다. 우리가 사용하는 화석연료에는 불순물로서 황이 들어 있다. 기체연료나 휘발유에는 거의 들어있지 않거나 미량이지만 등유(0.5%이하), 경유(1.6%), 중유(4.0%이하)에는 유황이 들어있다. 석탄에도 수 % 황이 들어있으며 우리나라 무연탄에도 차이는 있지만 0.4-4.5%정도 들어있다.
아황산 가스는 오랜기간 대기중에 머물면서 공기중의 산소와 수증기와 작용하여 황산을 생성한다. 대기 중에 방출되면 그 일부는 직접 지표에 흩날려 토양이나 수계에 흡착, 용해되지만 대기 중에 남아있는 것은 빛의 작용에 의해 더욱 산화되어 삼산화황이 되고 대기 중의 물방울에 용해되어 묽은 물방울이 된다. 한편 대기중의 아황산 가스가 물방울이 용해되어 아황산 수용액이 된후 물방울 속에서 산화되어 황산으로 변하는 경우도 있다.
2) 질소산화물
질소산화물은 대기 중에서 자연적으로 번개의 방전으로 생기기도 하지만 주로 석탄, 석유 등 연료의 연소에 의해 생긴다. 대기중의 수증기와 반응하여 질산을 만든다.
3. 산성비 피해
① 인간 호흡기 질병을 일으킨다. 우선 직접적으로 눈이나 피부를 자극하여 불쾌감이나 통증을 일으킬 수 있다. 산성비속에 포함된 질산이온은 몸 속에서 발암성인 비트로소 화합물로 변한다 는 것이 알려져 있으며 위암발생과 관계가 있다.
② 식량 생산에 영향을 미친다. PH 5가 되면 쌀과 밀, 보리의 광합성이 저하되고, PH4에서수확 량이 저해된다. 무, 당근, 겨자, 채소 등도 PH 4에서 수확이 감소되며 그 이하가 되면 많은농작 물의 잎에 피해가 일어난다고 보고된다. 또한 산성비로 인해 발육이 저하되기도 한다.
③ 토양이 산성화되면 알류미늄의 독성이 증가하는데, 알루미늄은 식물에게 해를 끼치고 토양 중 카드뮴, 아연, 납, 철, 망간 등의 금속을 잘 녹게 한다. 이들 중금속들은 수중 생태계에 잘 퍼져 들어가 먹이사슬을 통해 생물농축을 일으켜 중금속에 의한 장애를 일으킬 수 있다.
④ 예술적 가치가 있는 역사유적의 부식을 일으킨다. 석회암과 대리석으로 된 동상들의 손상은 매우 심각하게 나타난다. 수많은 동상과 기념물들은 과거 200년 동안 보다 최근 50년 동안훨씬 더 부식되고 있다. 뿐만 아니라 금속구조물 한 예로 다리의 부식률을 증가시킨다. 고가도로에서 시멘트가 녹아 콘크리트 고드름이 생기는 것도 한 예이다. 건물과 금속, 자동차, 고무, 가죽 제 품 등도 경제적 손실이 따른다.
⑤ 물에 녹아있는 무기성분 조성을 변화시켜 그 변화로 간접 영향을 줄 수 있다. 장기적으로는 물과 토양의 수소이온 농도를 점차 낮추는 것이다. 호수 밑바닥에서 유해 중금속이 용탈되면 수중 생태계에 영향을 준다. 알루미늄이 호수에 유입되면 어류는 점액을 지나치게 분비하도록 자극을 받게되고, 점액은 아가미를 막아 질식시켜 호흡장애를 일으키기도 한다.
4. 산성비의 피해를 줄이는 방법
① 대체 에너지 개발: 태양 에너지, 연료 전지, 원자력, 수력, 풍력, 조력, 파력, 지열 등 이용
② 화석 연료의 품질 개량: 석유 및 석탄의 탈황 시설 개발
③ 배기 가스의 조절: 집진 장치, 촉매 개발 들에 의한 유황 또는 질소 산화물 제거
④ 에너지 절약 및 자원 재활용
⑤ 국제적인 협조: 탈황, 탈질소 선진 기술의 국제 이전
⑥ 토양의 산성화 방지: 퇴비와 석회 비료의 사용
⑦ 황산화물 제거: 탈황시설 , 화석연료의 품질 개선
⑦ 질소산화물 제거: 자동차 탈질기 부착
⑧ 일산화탄소, 일산화질소 제거: 자동차 배기 가스 중에 포함된 일산화질소와 불완전연소에 의 해 형성된 일산화탄소를 수증기, 물, 질소로 바꾸는 백금을 기초로 한 촉매가 배기 시스템을 장착