La química de la pluja àcida

Resum i activitats:

DESCRIPCIÓ:
El taller consisteix en realitzar quatre activitats.

Activitat 1: Exemple de reacció catalitzada.

En química, un catalitzador és una substància que incrementa la velocitat d'una reacció química, però que no es consumeix en la reacció.
Hi ha dos tipus de catalitzadors,
Homogenis: es troben en la mateixa fase que els reactius i productes. Els catalitzadors homogenis reaccionen amb un o més reactius per formar un intermedi que després evoluciona cap a productes. Per exemple,
A + C → AC
AC + B → AB + C,
on A, B són reactius, C és el catalitzador, AC és un intermedi de reacció i AB és el producte.
Heterogenis: es troben en una fase diferent que els reactius i productes. El cas més habitual és el d'un catalitzador sòlid i reactius i productes en dissolució. Els reactius són adsorbits a la superfície del catalitzador, de manera que alguns enllaços químics s'afebleixen permetent l'evolució cap a productes.
A nivell energètic la funció del catalitzador es baixar la enèrgia de l'estat de transició i, per tant la energia d'activació de la reacció. Els principals catalitzadors són els metalls de transició, ja sigui en la seva forma metàl·lica o formant òxids.

En aquesta activitat treballarem amb un catalitzador. Es tracta dels lantànids, presents a la cendra. En la primera part de l'activitat, observarem el procés de combustió de la sacarosa. En la segona part de l'activitat, comprovarem que quan mesclam la sacarosa amb cendra, la reacció de combustió es desenvolupa d'una forma molt més intensa, això es manifesta al observar que encara que separem la mescla del foc, la reacció encara té lloc durant uns segons, al contrari que en la primera part de l'activitat, on la combustió finalitzava just en l'instant que apartàvem la sacarosa del foc.
La sacarosa, C12H22O11, conté carboni i la seva combustió és anàloga a la combustió del carbó o dels derivats del petroli (format per hidrocarburs) que es produeix en fàbriques, centrals elèctriques i vehicles. Tots ells emeten gasos (òxids de nitrogen i de sofre)que al interaccionar amb el vapor d'aigua present a l'atmosfera formen els àcids presents a la pluja àcida quan hi ha precipitació.
La finalitat d'aquesta activitat és veure que quan mesclam la sacarosa amb la cendra, la combustió té lloc durant molt més temps. Si això ho extrapolam a les combustions que provoquen la pluja àcida, concluïm que, degut a la presència de catalitzadors en les combustions que provoquen la pluja àcida, es formen els precursors de la pluja àcida.



Activitat 2: Ús del paper indicador del pH

El pH és un índex de la mesura de l'acidesa o alcalinitat d'una solució, que és donada per l'activitat dels ions d'hidroni en una solució (H3O+) presents en determinades substàncies. Per tant, és una mesura d'acidesa o alcalinitat. Per a les dissolucions el pH mesura la concentració d'aquests ions. El pH té una escala que en principi va del 0 al 14, a la qual el 7 és neutre, els nombres menors de 7 són àcids (i més àcid com més petit és el nombre), i els majors de 7 són bases (o àlcalis), més bàsic com més gran és el nombre. El paper indicador del pH és semblant a un rotllo de serpentina. El seu ús és molt simple, només cal tallar-ne un trosset i mullar-lo en una dissolució o líquid, el paper prendrà un color diferent segons el pH. Els colors solen ser càlids pels àcids (vermell si és molt àcid), freds pels bàsics i verd per al valor 7, o sigui neutre. La "llegenda" de colors i pH és indicada a l'envàs.
En la primera part d'aquesta activitat, posarem diverses mostres de diferent concentració de dissolució d'àcid carbònic en contacte amb els papers indicadors i el resultat serà que per cap de les concentracions apareixerà el color vermell en el paper indicador. Això és perquè la dissolució d'àcid carbònic (pH al voltant de 5,6), per molt concentrada que sigui, no és suficientment àcida com per produïr el color vermell (pH menor que 5). La dissolució d'àcid carbònic representa la pluja natural que, a causa de la presència del CO2 atmosfèric, conté àcid carbònic i que per això es caracteritza per tenir un lleuger grau d'acidesa.
En la segona part d'aquesta activitat, banyarem una altra mostra de paper indicador amb unes gotes d'aigua i el col·locarem sobre un llumí, aleshores veurem que apareixerà un punt vermell al paper, color associat a un alt grau d'acidesa. Això és perquè quan el llumí s'inflama, es forma diòxid de sofre en la combustió, ja que el cap del llumí conté un compost de sofre, per afavorir la ignició d'aquest. Aleshores, el diòxid de sofre entra en contacte amb l'oxígen i l'aigua present al paper i es forma àcid sulfurós, que és més àcid que l'àcid carbònic.
L'àcid sulfurós, entre d'altres, és responsable de la pluja àcida. Es forma a partir de la combustió de lignits i d'alguns derivats del petroli, la combustió dels quals dóna lloc al diòxid de sofre que passa a l'atmosfera. Al ploure i entrar en contacte amb l'aigua es forma l'àcid sulfurós (o el sulfúric si s'ha oxidat a triòxid de sofre) que fan que la pluja sigui àcida.

Activitat 3: Efecte de la pluja àcida sobre llavors.

Introduirem en un recipient hermètic un vas amb dissolució d'hidrogensulfit de sodi i un vidre de rellotge amb llavors.Repetirem l'experiment per a dissolucions de diferents concentracions i per a diferents llavors. Observarem les diferències entre les llavors exposades i les que no han estat exposades.
D'aquesta manera reproduïrem l'impacte de contaminació del diòxid de sofre sobre els vegetals, relacionant aquest efecte amb els danys produïts per la pluja àcida. L’ambient àcid afecta negativament el creixement i la germinació de les llavors,
sense tenir en compte de quina espècie es tracta, i ho fa de diferent manera segons la quantitat d’àcid: com més àcid, menys creixen.


Activitat 4: El mal de la pedra.

L'acidificació del medi deguda a la contaminació és la causa de la degradació de multitud de monuments construïts amb pedra caliça que constitueixen el patrimoni cultural.
En aquesta activitat ràpida i senzilla de realitzar es dipositarà certa quantitat d'àcid clorhídric sobre un material calcari (matèria primera de construcció de catedrals i estàtues) i s'observarà el despreniment de diòxid de carboni constatant una transformació química en el material calcari, rendint un producte molt menys consistent.

Participants:

Alumnes de quart d'ESO de física i química.
Alumnes de primer de batxillerat de física i química

Responsables:

Maria de la Salut Monjo Ballester.
Josep Joan Fiol Mateu.

IES Marc Ferrer

Dades de contacte