Kemi i mark, luft och vatten

Förbränning ger koldioxid

Vi vill följa ämnena från skorstenen till sjön. När kol, olja eller bensin brinner reagerar kolatomer med syre från luften. Varje kolatom binder två syreatomer, och det bildas koldioxid, CO₂. Räkna atomerna: före pilen finns en C och två O, efter pilen en C och två O. Koldioxid är en osynlig gas som stannar länge i luften. Den förstärker växthuseffekten genom att hålla kvar en del av värmen som annars skulle stråla ut i rymden.

Svavel blir svaveldioxid

Stenkol och olja innehåller ofta lite svavel. När bränslet brinner reagerar svavlet också med syre: S + O₂ → SO₂. Det bildas svaveldioxid. Svaveldioxiden följer med röken upp i luften. Där börjar nästa steg, i molnen.

I molnet blir det surt

Följ atomerna i molnet. En svaveldioxidmolekyl, SO₂, möter en vattenmolekyl, H₂O. De binds ihop till svavelsyrlighet, H₂SO₃. Räkna: före pilen finns en S, tre O och två H. Efter pilen finns också en S, tre O och två H. Svavelsyrligheten kan lämna ifrån sig vätejoner, H⁺, och det är de som gör regnet surt. Det mesta av svaveldioxiden hinner reagera med mer syre och bildar svavelsyra, H₂SO₄, som är ännu surare. Även kväveoxider från bilar och förbränning bildar syra i regnet. Rent regn är redan lite surt, ungefär pH 5,6, eftersom koldioxid från luften löser sig i dropparna. Regn som är surare än så kallas surt regn.

Surt regn och kalkning

När surt regn faller över mark och sjöar sjunker pH. I sur mark löses aluminium ut, och det är giftigt för fisk. Fiskrom och små djur tål inte heller surt vatten. För att hjälpa sjön sprider man kalk, som är basiskt. Kalken reagerar med vätejonerna, och pH stiger igen. Men kalkning behandlar bara följderna. Att minska svavelutsläppen tar bort orsaken.

Reningsverket tar ett steg i taget

Avloppsvatten renas i steg, och varje steg tar bort något eget. Gallret fångar stora saker, som papper. I sandfånget sjunker sand och grus. I sedimenteringen står vattnet stilla länge, så att små partiklar hinner sjunka till botten som slam. I den biologiska reningen äter bakterier upp löst organiskt material. I ett av stegen tillsätts ett kemiskt ämne som gör att fosfor bildar fasta flockar som kan sjunka. Det kallas kemisk fällning.

Granska ett påstående

Du läser: Sjön blev sur för att fabriken byggdes. Granska påståendet med tre frågor. Vem säger det, och har källan ett eget intresse? Finns det mätningar, till exempel pH före och efter? Och visar mätningarna en orsak, eller bara att två saker hände samtidigt? Två saker som händer samtidigt kallas ett samband. Ett samband bevisar inte att den ena saken orsakade den andra.

Gift som samlas i näringskedjan

Vi vill förstå varför vissa miljögifter blir farligast långt från utsläppet. Gifter som DDT och PCB bryts nästan inte ner och löser sig i fett. En liten fisk får lite gift i sitt fett. En större fisk äter många små fiskar och samlar allt deras gift. En rovfågel som äter många stora fiskar får ännu mer. Halten ökar alltså för varje steg i näringskedjan.

Sammanfattning

Vi vill följa ämnena från skorstenen till sjön. Förbränning av kol och olja ger koldioxid (C + O₂ → CO₂) som förstärker växthuseffekten, och svaveldioxid, SO₂. Med vatten bildar SO₂ svavelsyrlighet, H₂SO₃. Det mesta av SO₂ reagerar dessutom med syre i luften och bildar svavelsyra, H₂SO₄. Kväveoxider från trafik och förbränning bildar salpetersyra. Även rent regn är lite surt, ungefär pH 5,6, eftersom koldioxid från luften löser sig i dropparna och bildar kolsyra. Regn som är surare än så kallas surt regn. Surt regn löser ut aluminium ur marken och skadar sjöar; kalkning höjer pH igen.

Vattenrening sker i steg: galler och sandfång, sedimentering (fällning där partiklar sjunker), biologisk rening där bakterier bryter ner organiskt material, och kemisk fällning av fosfor. Ett påstående om miljön granskas efter källa, mätunderlag och om det skiljer på orsak och samband.

Vi vill förstå vad kalken gör i sjön. När en syra och en bas möts tar de ut varandra. Det kallas neutralisation, och då bildas ett salt och vatten. Saltsyra och natriumhydroxid ger till exempel koksalt och vatten: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Kalk är basisk och neutraliserar syran i sjön på samma sätt.

Varför tar reningsverket bort fosfor? Kväve och fosfor är näring för växter. För mycket av dem i vatten kallas övergödning. Alger växer kraftigt, och när de dör och bryts ner går syret åt. I värsta fall blir det syrebrist på bottnarna. Vid kemisk fällning binds fosforn till ett fast ämne som sjunker och kan tas bort.

Vissa miljögifter, som DDT och PCB, bryts nästan inte ner och löser sig i fett. Ett djur som äter många bytesdjur samlar giftet i sitt fett. Därför blir halten högst i rovdjur högt upp i näringskedjan. DDT gjorde till exempel rovfåglars äggskal tunnare.

Hur vet vi vad vi kan lita på? Olika avsändare beskriver samma fråga utifrån sina intressen. Ett oljebolag, en miljöorganisation och en lärobok kan skriva olika om fossila bränslen. Jämför därför vad de skriver, vilka mätningar de bygger på och vad var och en vill uppnå.

Ett bra argument bygger på mätningar, inte bara på hur säkert det låter eller hur många som har delat det. ”pH i sjön har sjunkit från 6,5 till 5,0” är ett mätvärde som går att kontrollera. En myndighet som redovisar sina mätningar och studier ger oftast bättre underlag än ett inlägg i sociala medier.

Svavel i bränsle: S + O₂ → SO₂. I luften: SO₂ + H₂O → H₂SO₃. Regnet får pH under 5,6 och kallas surt.

Vanliga missförstånd

• Många tror: Kalkning tar bort orsaken till försurningen.

  Men kalkning neutraliserar bara syran som redan finns i sjön. Orsaken är utsläpp av svaveldioxid och kväveoxider, och så länge de fortsätter måste man kalka igen.

• Många tror: Om två saker händer samtidigt har den ena orsakat den andra.

  Men ett samband är inget bevis för en orsak. Båda sakerna kan ha en tredje orsak eller hända samtidigt av en slump, så man behöver undersökningar som visar hur det ena påverkar det andra.

• Många tror: Vid neutralisation försvinner syran utan att något bildas.

  Men vid neutralisation reagerar syran med en bas, och då bildas ett salt och vatten. Saltsyra och natriumhydroxid ger till exempel koksalt och vatten: HCl + NaOH → NaCl + H₂O.

Källor

1. What is Acid Rain? (vanligt regn har pH cirka 5,6; svavel- och kväveoxider ger surt regn), US EPA
2. Försurning av sjöar och vattendrag, Havs- och vattenmyndigheten
3. Bara naturlig försurning, Sveriges miljömål
4. Reningsprocessen steg för steg (galler, sandfång, kemisk fällning av fosfor, biologisk rening), Stockholm Vatten och Avfall
5. Surt regn, Wikipedia på svenska
6. Classifying Chemical Reactions (neutralisation: syra och bas ger ett salt och vatten), OpenStax Chemistry 2e
7. Ingen övergödning (kväve och fosfor, algblomning, syrebrist på bottnarna), Sveriges miljömål
8. Biomagnification (fettlösliga gifter som DDT ökar i halt uppåt i näringskedjan; tunnare äggskal hos rovfåglar), Wikipedia (engelska)
9. Kommentarmaterial till kursplanen i kemi (ett oljebolag, en miljöorganisation och en lärobok om fossila bränslen), Skolverket
10. Kursplan i kemi, Lgr22, Skolverket