산성비 원인 화학반응식

산성비의 정의

산성비가 내리므로, 비를 맞으면 좋지 않다는 말을 많은 사람들이 들어보았을 텐데요, 여기서 산성비(acid rain)란, 눈이나 안개와 같은 대기 환경 전체를 아울러서 질산이나 황산 등의 산성 물질을 포함하고 있는 비를 말합니다. 우리나라에서는 산성비를 pH가 5.6 이하인 경우를 일컫는데요, 일반적인 비의 pH가 5.6이기 때문에 이 수치 이하면 산성비로 간주하는 것입니다.

산성비가 내리는 과정과 영향, 이미지 출처: epa.gov

 

산성비 원인 화학반응식

위에 산성비가 내리는 과정을 보여주는 이미지에 SOx, NOx가 보이죠. 흔히들 대기 오염 물질로 SOx(삭스)와 NOx(낙스)라는 말은 들어보았을 것입니다. 이 물질들이 산성비의 원인이 되는 것인데요, 관련하여 화학반응식들을 정리해 보겠습니다.

 

이산화탄소(CO2)

일반적으로 지구 대기에 있는 이산화탄소(CO2)는 대략 330ppm - 400ppm 범위인 것으로 알려져 있습니다. 그리고 이 농도의 CO2가 탄산(H2CO3)을 생성시키기 때문에 약산성인 pH 5.6 부근의 비를 형성시킵니다.

 

CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)

 

위에서 산성비는 pH가 5.6 이하인 경우라고 하였는데요, 이 탄산은 공기 중에 있는 이산화탄소로 인해 자연스럽게 생성되는 수준에서 pH 수치에 이미 반영이 되어 있죠. 따라서 대기 중의 이산화탄소에 의해 생성되는 탄산은 산성비의 원인이 아닙니다.

 

황산화물 (SOx, 삭스)

석탄이나 석유와 같은 화석연료를 연소시키면 포함되어 있던 황이 공기 중의 산소와 반응을 하게 됩니다. 그러면 이산화황(SO2)이 발생하게 되는데요, 이 이산화황은 물에 녹으면 산성 물질인 아황산(H2SO3)이 만들어지고, 또한 대기 중의 산소와 반응하여, 다시 말해서 산화가 되면 삼산화황(SO3)이 생성됩니다.

 

S(s) + O2(g) → SO2(g)

SO2(g) + H2O(l) → H2SO3(aq)

2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)

 

이 삼산화황이 수분과 결합을 하게 되면 황산(H2SO4)이 되는데요, 대표적인 산이죠. 산성비의 원인이 됩니다.

 

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)

 

질소산화물 (NOx, 낙스)

자동차 엔진이나 산업 설비 등에서 연료를 연소시킬 때, 공기 중의 질소가 산화되면 질소산화물이 생성됩니다. 가정이나 자동차뿐만 아니라 여러 산업 시설에서 보일러나 엔진 등을 가동하므로 많이 발생되겠죠. 이렇게 배출된 질소산화물은 이산화질소의 형태에서 물에 녹아 산성 물질인 아질산(HNO2)과 질산(HNO3)을 만들게 됩니다.

 

N2(g) + O2(g) → 2NO2(g)

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

2NO2(g) + H2O(l) → HNO3(aq) + HNO2(aq)

3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)

4NO2(g) + 2H2O(l) + O2(g) → 4HNO3(aq)

 

또한 오존(ozone)이 산화제로 작용하면 질소산화물이 생성되고, 최종적으로 질산(HNO3)이 생성됩니다. 이 역시 위의 반응과 함께 산성비의 원인 중 하나가 되겠죠.

 

NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)

NO2(g) + O3(g) → NO3(g) + O2(g)

NO3(g) + NO2(g) → N2O5(g)

N2O5(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq)

 

참고로 위에 제시된 반응들은 암기하지 않더라도 보고 이해하고 확인만 해두면 문제의 지문이나 보기에 등장하더라도 기본적인 산화환원반응의 개념을 알고 있으므로 해석하는데 고교 교과 과정 수준에서도 전혀 무리가 없습니다.