酸雨的形成机制
摘要：酸雨对我们的生态环境和经济的发展造成了严重的破坏，
如何控制酸雨已成为全球各个国家环境保护工作的重要内容之
一。本文主要对酸雨的形成机制进行了分析。
关键词：酸雨；形成机制
酸雨与全球气候变暖、臭氧空洞、固体废弃物污染组成了“全球四大污染”，并且酸雨是跨越国界的全球性灾害，素有“空中死神”之称。随着工业革命的开始，化工企业快速发展，酸雨造成的大气污染不断加剧，成为制约经济发展的重要因素。通过对酸雨的形成机制进行彻底分析，对控制酸雨的蔓延，保护生态环境有着十分重要的意义。
1 酸雨的简介
我们通常所说的酸“雨”，是指pH值低于5.6的雨、雾、雪、霜、露等。以pH=5.6为标准，这是因为自然界大气中在10℃时存在的CO2浓度约为300ppm，当它和雨水充分接触达到平衡时，雨水的pH约为5.6。所以，当pH6值低于5.6的降水叫酸雨。
酸雨的主要阳离子有：NH
4+,Ca2+,Na+,Mg+,H+。阴离子：SO
4
2-,NO
3
-,cl-,HCO
3
-。
酸雨中含有多种无机酸和有机酸, 其中绝大部分是硫酸和硝酸，而盐酸和其他有机酸则占很少部分。
2酸雨的形成
关于酸雨的形成机制主要分为三个阶段，一是酸性气体的排放，二是酸性气体在空气中的氧化，三是湿沉降（酸雨的沉降）。
2.1酸性气体的排放
世界上很多国家和地区都在研究酸雨，经多年的观测和实验分析，现已确认，
大气中的SO
2和NO
2
是形成酸雨的主要物质。据美国测定的酸雨成份：硫酸占60％、
硝酸占32％、盐酸占6％、其余的是碳酸和少量有机物。大气中的SO
2和NO
2
的来
源除自然原因:火山爆发、森林火灾、地震、雷电,以及海陆生物尸体的分解，海水的溅散和蒸发外，主要就是人为原因了。这表现在以下几方面：一是煤、石油、天然气等燃料燃烧，等，它们排放出的烟中含有大量的硫氧化物和氮氧化物，特别是煤，每年排放的SO
2
中约有66.7％来自煤的燃烧，对于我国这样的产煤大国，
以煤为主要的能源利用方式长期占据着主导地位，情况就更严重了；二是有色金属冶炼时逸出大量的SO
X
气体；三是化工生产，特别是硫酸和硝酸的制备，生产
时所谓的工业尾气中含有SO
X 和NO
X
气体；四是汽车排放的尾气含有NOX成份；五是
土壤中的某些有机体(化肥等)释放分解产生的NO
2
等。总之，酸雨主要是人类工业污染的产物，优化能源利用，改进生产工艺对控制酸雨有着根本性的作用。
2.2酸性气体的氧化
由于酸雨中的酸主要是硫酸和硝酸，而主要的酸性物质是SO
2和NO
X
，因此这
儿主要谈谈SO
2 与NO
X
的氧化过程。它们的氧化按反应体系，可分为均相氧化和非
均相氧化。按反应机理可分为光化学氧化、自由基氧化、催化氧化和强氧化剂氧化。
2.2．1 SO
2
的均相氧化反应
SO
2
的吸收光谱包括三个吸收带，产生单重态和三重态，而均相氧化反应往
往是从三重态开始的。SO
2 直接与O
2
反应，生成SO
3
和O，进而与H
2
O作用生成H
2
SO
4
气溶胶。反应过程为：
SO
2 + v → SO
2
*
SO
2 * + O
2
→ 2SO
3
SO
3 + H
2
O → H
2
SO
4
SO
2
与氧化自由基的反应：在大气环境中存在着一定数量的氧化自由基，它
们主要来自NO
X
与碳氧化合物相互作用过程中的中间产物，也来自光化学污染产
物如醛、亚硝酸盐和过氧化氢的光分解。SO
2与氧化自由基如OH,CH
3
O
2
.,H
2
O等碰
撞而发生氧化。反应过程如下：
OH + SO
2 → HSO
3
HSO
3 + OH → H
2
SO
4
HO
2 + SO
2
→ OH + SO
3
SO
2在大气中还可以与O
3
、NO
X
、CO等发生反应生成SO3，如：
SO
2 + O
3
→ SO
3
+ O
2
但这些反应与自由基反应相比，只能处于次要地位。SO
2 一旦生成SO
3
后，十分容
易与H
2O蒸汽反应生成H
2
SO
4
。因此在一般大气条件下，SO
2
一旦被氧化后，基本省
上都是以H
2SO
4
气溶胶形态存在。
2.2．2 SO
2
的液相氧化
当大气中的SO
2
进入雾，云和雨水中，而水滴中又存在着各种氧化性物质（如
O 2,O
3
，H
2
O
2
），以及能促进氧化的催化物质（如Mn2+ ,Fe3+,V等），就会发生SO
2
的
液相化过程，SO
2
的液相氧化主要有三种形式：
1．SO
2 与O
2
的非催化反应：这种反应过程主要有SO
2
在水中溶解、解离，亚
硫酸盐或亚硫酸盐的离子氧化。主要作用机理如下：
SO
2 （g） + H
2
O(l) ↔ H
2
SO
3
(l)
H
2SO
3
(l) ↔ HSO3-(l) + H+(l)
HSO3-(l) ↔SO
3
2-(l) + H+(l)
2SO
32-(l) + O
2
↔2SO
4
2-(l)
式中（g）和(l)分别表示气相和液相。
2．SO
2和O
2
在Mn2+ ,Fe3+ 等的催化氧化：
2SO
2 + 2H
2
O + O
2
→ 2 H
2
SO
4
3．SO
2与O
3
、H
2
O
2
的氧化反应：
SO
2 + O
3
→ SO
3
+ O
2
SO
2 + H
2
O
2
→ H
2
SO
4
大气中的NH
3对SO
2
的氧化也有一定影响，因为NH3可在液滴中形成NH
4
+，会使
水滴的pH值升高，加速SO
2
的氧化。
2.2. 3 SO
2
的固相氧化
SO
2
在固体颗粒物表面的氧化反应也是较典型的。燃煤排放的烟煤颗粒物表
面上，含有不少碳黑及金属氧化物（如Fe
2O
3
、MnO
2
等），它们吸附了SO
2
使其催
化氧化成SO
42- 。现已发现在活性炭表面上SO
2
的氧化速率可增快每小时30％左
右。因此烟尘对SO
2
的氧化也相当重要。
2.2.4 NO
X
的气相氧化反应
大气中的NO
X 的主要组成为NO,NO
2
。NO
2
在大气中经常发生光解产生NO，然后
通过O
3,H
2
O
2
,RO
2
,RCOO
2
等的作用生成NO
2
。
NO + O
3→ NO
2
+ O
2
NO
2
可与OH自由基反应转化为硝酸：
OH + NO
2 + M → HNO
3
+ M
