. 
Zuur ontstaat en verdwijnt

Zure regen is een weids begrip voor iets dat desastreus is voor ons milieu. Het is in feite een te beperkte term, want het gaat om meer dan regen. ben de term in de vorige eeuw voor het eerst door Adam Smith werd gebruikt, sloeg deze uitdrukking uitsluitend op het zure karakter van de regen. Smith bepaalde de hoeveelheid zwavelzuur, ammoniumsulfaat en ammoniak in het regenwater. Daarbij constateerde hij dat de regen boven de industriestad Manchester zuur was door de grote hoeveelheid zwavelzuur.


Een korte naam is beter dan een lange omschrijving

De term zure regen schiet om drie redenen te kort. Door het accent te leggen op het zure karakter van de regen wordt valselijk de indruk gewekt dat de zuurgraad van het regenwater bepalend zou zijn voor de schadelijkheid. Dit is maar ten dele waar. Een groot deel van het zuur wordt in het regenwater geneutraliseerd door basen zoals ammonia. Daarmee vermindert de hoeveelheid vuil niet. Het ammoniumsulfaat wordt in de bosbodems snel omgezet in zwavelzuur en salpeterzuur. Door die omvorming is dus een basisch reagerende stof, ammoniak, door binding met zuurstof omgezet in een zuur. Belangrijker dan de zuurgraad van de regen is daarom het potentieel zuurvormend vermogen van de regen.
Een tweede reden waarom de term 'zure regen te kort schiet is dat de verschillende potentieel zuurvormende stoffen ook in droge lucht voorkomen. De zuren warden pas onder vochtige omstandigheden gevormd uit zwaveldioxide, stikstofoxiden, ammoniak, of het al genoemde ammoniumsulfaat. Dit proces kan overal plaatsvinden waar de stoffen in contact komen met water. De vorming van salpeterzuur uit ammoniak schijnt alleen in de bosbodem plaats te vinden. Ten minste de helft van de zuurvormende stoffen hecht zich zonder tussenkomst van de regen op planten, bodems en materialen. Neerslag van deze stoffen via regen noemt men met een geleerde term natte depositie en neerslag vanuit droge lucht droge depositie.
Een derde reden waarom de populaire term zure regen te kort schiet is het felt dat de schadelijkheid van de Iuchtverontreiniging niet alleen wordt veroorzaakt door zuren. De zuurvormende stoffen zijn net zo goed schadelijk als hun zure volgprodukten. Bovendien bevatten lucht en regen talloze andere verontreinigingen, zware metalen, roet, vliegas en fotochemische oxidantia, die helemaal niet zuur zijn. Toch is deze vervuiling onlosmakelijk verbonden met het probleem van de zure regen. Deze Iuchtvervuiling wordt immers veroorzaakt door dezelfde bronnen. Bovendien ontstaan de schadelijke effecten voor bossen, gezondheid en materialen door samenwerking van alle stoffen.
Hoewel de schadelijke werking door het afsterven van de bossen meer dan duidelijk is, blijkt het in de prakteik onmogelijk de schade in procenten toe te schrijven aan het effect van stoffen afzonderlijk. De gezamenlijke werking is veel groter dan die van de stoffen apart. Het is zelfs zo dat de niveaus van de Iuchtverontreiniging in de gebieden waar flu de ergste bossterfte wordt waargenomen zo gering zijn, dat in het laboratorium de stoffen afzonderlijk geen schade konden veroorzaken.
Puristen zullen vanwege het bovenbeschrevene altijd moeite houden met de term zure regen. loch moeten we hem inaar accepteren. Hij is over de hele wereld ingeburgerd als een populaire verzamelnaam voor de luchtverontreiniging ten gevolge van het verbranden van kolen, olie en gas en ten gevolge van enkele andere zuurvormende stoffen zoals ammoniak. Het gebruik van de term zure regen voor het geheel van de luchtvervuiling heeft tenininste het voordeel dat een mondvol moeilijke woorden om hetzelfde aan te duiden kan worden vermeden. Politiek of bestuurlijk heeft het geen enkel gevolg. De noodzakelijke bestrijdings-maatregelen worden er echt niet anders door.


Zuur is geen stof maar een chemische toestand

Zuur is op zichzelf geen stof. Er zijn stoffen die als zuur kunnen reageren doordat ze chemisch actieve waterstof-ionen (He) leveren. Zwavelzuur bijvoorbeeld valt in water voor een deel uiteen in sulfaationen met een negatieve elektrische lading en in waterstof-ionen met een positieve lading. Salpeterzuur valt uiteen in negatief geladen nitraat-ionen en positief geladen waterstof-ionen.
Zuurmoleculen vallen in water slechts voor een gering deel uiteen in ionen. Een sterk zuur als zwavelzuur valt voor een groter deel uiteen dan een zwak zuur als koolzuur. De zuurgraad van het water meet men aan de hand van de concentratie vrije waterstof-ionen. Hoe hoger de concentratie, hoe zuurder de oplossing.
De zuurconcentratie, de zogenaamde zuurgraad of pH, wordt uitgedrukt op een voor de leek nauwelijks te volgen wijze. Zelfs een chemicus heeft moeite om desgevraagd prompt te antwoorden dat 'de zuurgraad (pH) wordt uitgedrukt als de negatieve logaritme van de concentratie van de vrije waterstof-ionen' Dit precieze begrip is ook niet zo belangrijk. Wel belangrijk is het, te beseffen dat het gaat om een zogenaamde logaritmische schaalverdeling.
Wanneer de pH één schaaldeel zakt, wordt, vanwege het logaritmische karakter van de schaal, de concentratie vrije waterstof-ionen niet eenmaal, maar tienmaal zuurder. Wanneer de zuurgraad drie schaaldelen daalt, van pH 6 naar pH 3, wordt de oplossing dus 10 x 10 x 10 keer, dwz. duizendmaal, zuurder.
Het is belangrijk de volgende waarden aandachtig te lezen, omdat deze bij elk verhaal over verzuring onvermijdelijk gebruikt worden. De schaal loopt van ongeveer 14 tot 1. Daarbij is pH 14 heel erg basisch (alkalisch); pH 7 is neutraal en beneden pH 7 noemt men een oplossing zuur. Beneden pH 6,2 is de vrije kalk uit de bodem verdwenen (dan verdwijnen ook bepaalde kalkminnende organismen). Beneden pH 5 is ook het aan bodemmineralen gebonden calcium grotendeels verdwenen, evenals magnesium en kalium. Wat nog aanwezig is spoelt in snel tempo uit. Veel planten kunnen dan niet meer voldoende voedingsstoffen verzamelen en verdwijnen, evenals een groot aantal diersoorten. In een humusarme omgeving kan beneden pH 5 aluminiumvergiftiging optreden. Beneden pH 4 treedt algemene vergiftiging op door vrije aluminium-ionen en ionen van andere metalen. Alleen een zeer gering aantal tolerante organismen kan nog overerven.
Kennis van het logaritmische karakter van de schaalverdeling is belangrijk als men een gemiddelde zuurgraad wil uitrekenen. Wanneer immers op drie opeenvolgende dagen de pH van het regenwater respectievelijk 3, 4 en 5 is, is het rekenkundig gemiddelde niet 4, maar dichter in de buurt van 3,5. Een halvering van de zuurvormende vervuiling zal de zuurgraad slechts licht beïnvloeden.
Schoon regenwater is niet neutraal maar licht zuur. Er is een weinig kooldioxide uit de lucht in opgelost. In water vormt kooldioxide net als zwaveldioxide een zuur. Het koolzuur valt echter maar voor een heel klein deel uiteen in carbonaat-ionen en waterstof-ionen. Het is een zogenaamd zwak zuur, in tegenstelling tot zwavel- en salpeterzuur.
Schoon regenwater heeft een zuurgraad van 5,6. Tegenwoordig is het regenwater in Nederland en vele andere geïndustrialiseerde landen tien- tot honderdmaal zuurder (een verschil van 1 a 2 pH-schalen). Dit gegeven zegt niet alles. Immers, de luchtverontreiniging bevat ook oxiden en basen, die uiteindelijk eveneens zuur kunnen leveren. De pH zegt wel iets over de snelheid waarmee tal van materialen door het zuur worden aangetast. De aantasting van gevoelige steensoorten verloopt door de tegenwoordige zuurgraad van de regen tientallen malen zo snel als vroeger. Belangrijker nog dan de zuurgraad is het potentieel zuurleverende vermogen.
Door zijn positieve lading is het 'zure' waterstof-ion chemisch erg actief. Het verdringt andere stoffen uit hun chemische bindingen. Die stoffen gaan op hun beurt als positief geladen ionen in oplossing. De reactieve waterstof-ionen grijpen het eerst die elementen die zelf de zwakste chemische binding hebben. Pas als deze goeddeels zijn opgelost, worden elementen met een sterkere binding uit de humus en bodemdeeltjes verdrongen.
Er ontstaat zo een verdringingsreeks waarbij de zure waterstof-ionen eerst de kalk en het magnesium uit de bodem oplossen en pas daarna bijvoorbeeld aluminium en ijzer. De concentratie waterstof-ionen moet steeds groter worden naarmate elementen verder uit de reeks verdrongen kunnen worden. In de chemie geldt kennelijk ook dat vele handen licht werk maken.
Zuur, zo is intussen duidelijk, is geen stof maar eerder een aan waterstof gebonden chemische energie. Daarom kunnen zuren gemaakt en vernietigd worden. Een fraai voorbeeld daarvan zien we in het wetboek: ammoniak, een base vormende stof, en salpeterzuur worden beide gebruikt als kunstmest. Deze stoffen mogen in een bepaalde hoge concentratie niet worden gemengd en vervoerd, wegens ontploffingsgevaar. Samen 'verbranden' deze stoffen tot stikstofgas en water. Zowel het zuur als de base is dan verdwenen. Dit proces wordt momenteel algemeen toegepast bij de rookgasreiniging van Japanse elektriciteitscentrales.
Door het voorgaande wordt het ook begrijpelijk dat ammoniak, een base, na binding aan zuurstof een zuur vormt. Daarvoor hoeven geen nieuwe stoffen aan het systeem te worden toegevoegd. Alleen heeft de nieuwe chemische ordening van de betrokken elementen de hoeveelheid chemische energie veranderd.
Eigenlijk zijn al deze zaken in hun finesses nogal moeilijk te begrijpen, ook voor chemici. Het lijkt zo eenvoudig. Zuren en basen werken tegengesteld, dus ammoniak zou het verzurende effect van de regen opheffen. Toen de bossterfte in Duitsland pas was onderkend, hebben bepaalde deskundigen daarom serieus voorgesteld om de bossen met ammoniak te bemesten. Intussen weten we dat op deze wijze het paard achter de wagen wordt gespannen. In Nederland is het door het onderzoek van Van Breemen goed bekend dat juist in bosbodems uit het gevormde (neutrale) ammoniumsulfaat opnieuw zuren worden gemaakt (Van Breemen, 1982), at is ook dit feit aanvankelijk heftig bestreden. Veel belangrijker dan de actuele zuurgraad van regen en bodem is daarom, en dat benadruk ik nogmaals, het potentieel zuurleverende vermogen (Van Breemen, 1984). Ook allerlei organische processen kunnen zuur maken of consumeren. Iedereen weet bijvoorbeeld dat azijnzuurbacteriën uit alcohol azijn maken en melkzuurbacteriën uit suikers melkzuur, en dat deze zuren weer door andere bacteriën kunnen worden verbrand tot kooldioxide en water. Een probleem is dat juist in bodems die al verzuurd zijn de produktie van organische zuren hoog is.

terug naar inhoud