化学の道コミュの酸性雨の定義がPH5.6以下の理由

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E6%80%A7%E9%9B%A8
（PHとは水素イオン濃度のことで7が中性、7以下が酸性、7以上がアルカリ性を示す）

酸性雨とは上のwikipediaにもあるように
窒素酸化物NOxや硫黄酸化物SOxが雨に含まれた雨のことをいう。
これらが水に溶けると酸性を示すのにどうして酸性雨がph6.9以下じゃないの？
と疑問を持った人も多いと思う。

まずこれらの酸化物が含まれない純粋について考えてみる。
大気中に二酸化炭素があるのは皆しっていると思う。
二酸化炭素は雨中に下のように一定量溶けて平衡状態になる。

H2O + CO2 ⇔ H2CO3

二酸化炭素が水に溶けると炭酸と呼ばれる。
（以後炭酸の化学式をH2Cと省略）
この炭酸は水に溶けると下のように二段階に電離する。

H2C + H2O ⇔ HC- + H3O+　?
HC- + H2O ⇔ C2- + H3O　?

??の平衡定数をそれぞれK,Yとすると

K = [HC-][H+] / [H2C] = 10^(-3.6)　?
Y = [C2-][H+] / [HC-] = 10^(-10.25)　?

今、雨の中にある化学種はH+,OH-,H2C,HC-,C2-が考えられる。
雨滴中に電荷の偏りがあってはならないから

[H+]=[OH-]+[HC-]+2[C2-]　?

大気中の二酸化炭素の圧力をPCO2とするとヘンリーの法則より
[H2C] = kPCO2　? （kは定数）

今?より[H2C]=[HC-]なら、PHは3.6
?より[HC-]=[C2-]ならPHは10.25

主に酸性雨は酸性でのできごとなのでPHは7以下のときを話すので
仮にPHを７とすると?は[C2-]/ [HC-]＝10(-3.5)となり、[C2-]<<[HC-]となり、
?の化学平衡を無視することができる。

とすると?式は[H+] ≒ [OH-]+[HC-]と近似でき、
?と?を用いてさらに[H+]=[OH-]+KkPCO2/[H+] ⇒ [H+]=√(Kw + KkPCO2)
（Kwは水のイオン積)
Kw=10^(-14)より、無視することができて、[H+]=√(KkPCO2)
常用対数をＬと表わすと
純粋のＰＨ＝L(1/[H+])＝-0.5(Lk + LK + LPCO2)
Lk=-6.28 , LK=-6.47 , LPCO2=1.55より、

PH = -0.5(-6.28-6.47+1.55) = 5.60

∴酸性雨の定義はPH5.6以下

また大気中にNＯｘがあるとさらにＰＨは下がりPH4のとき
1tの銅像を溶かすにはどれだけ酸性雨が降ればいいかについて
銅像の主成分を炭酸カルシウム（式量１００）とすれば
銅像は下の式にしたがって溶ける

CaCO3 + 2HNO3　⇒ CO2 + H2O + Ca(NO3)2

銅像の物質量は10^6/10^2 = 10^4(mol)
また[H+]=10^(-4) [ mol/L ]より、x[ml]の酸性雨が降れば銅像が完全に溶けるとすると
10^4 = 10^(-4)*x*10(-3) = x10(-7)

∴ x=10^11 [ml]

これは牛乳パック10000000本分の雨があれば銅像が消えるっていうことｗ
自然の量はやはりとてつもない！

またＳＯＸが降る場合は銅像の表面にCaSO4（炭酸カルシウム）の白色沈殿ができてしまい銅像自体は溶けにくくなるが表面に白い粉がでてきて汚くなるｗ

コメント(5)

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[1] mixiユーザー 12月29日 03:02

このまともじゃないネタは、真面目に反論した方がいいの？
それとも、誰にでも間違いがわかるレベルだから放置すればいいの？

[2] mixiユーザー 12月29日 03:06

どこか間違ってますか？
教えてほしいです

[3] mixiユーザー 12月29日 08:33

センター試験を控えた学生さんだそうですから、間違っている部分を教えてあげればいいのかな、と思いました。

一所懸命調べたようですし。

私も一応　m9(^д^）プギャ　さんの日記に行って書いてみましたけど、内容が稚拙なので、こちらで書く自信はありません・・・。

[4] mixiユーザー 12月29日 08:46

mixiしてないで勉強しなさいってツッコミはダメ？（笑）

[5] mixiユーザー 12月29日 09:32

まあ，銅像が炭酸カルシウムでできてるってことはないよなあ．

> （PHとは水素イオン濃度のことで7が中性、7以下が酸性、7以上がアルカリ性を示す）

いきなり間違ってるね．よくある間違いだけどｗ

> ?と?を用いてさらに[H+]=[OH-]+KkPCO2/[H+] ⇒ [H+]=√(Kw + KkPCO2)
> （Kwは水のイオン積)
> Kw=10^(-14)より、無視することができて、[H+]=√(KkPCO2)

これは KkPCO2 の評価をしてからでないとだめだね．あれこれかけてるから，Kwが小さいから，じゃ，理由にならない．

あとは，まあいいんじゃないかなあ．
でも，酸性雨のpHは，もうなんどもあっちこっちで出題されてるからなあ．

ところで，pH5.6 って定義は「日本での慣用」に過ぎないってことも，知っておくべきかもね．
自然環境とかによっては，この基準だと大気汚染以前に常時酸性雨になってしまうことから，5以下とかの基準を設定している州もある．工場の多いところだと，そういうのに配慮してる地域もあるとかね．

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