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Contesto 1: L'ossidazione dello zolfo e la formazione degli acidi

Parole chiave: ossidi di zolfo, acido solforoso, acido solforico, fonti di composti solforati

 La formazione degli acidi

Gran parte degli ossidi di zolfo si formano durante la combustione dello zolfo o attraverso l'ossidazione atmosferica dei composti solforati. In aria questi composti reagiscono formando particelle di acido solforico. Le piogge acide rappresentano un problema ambientale dovuto principalmente al rilascio di ossidi di zolfo (anidride solforosa e solforica) in seguito ad attività antropiche. Gli ossidi di azoto svolgono un ruolo altrettanto importante nella formazione delle piogge acide. 

 Le fonti di anidride solforosa

In natura l'anidride solforosa è presente nei gas vulcanici e come prodotto dell'ossidazione del dimetilsolfuro (DMS) emesso dal fitoplancton marino (alghe) o di altri composti solforati formati dai micro-organismi. Quest'ultimo processo viene descritto nella rivista rivista nr. 5 (zolfo marino). Inoltre, l'anidride solforosa si forma dalla combustione di combustibili contenenti zolfo, quale il carbone, il petrolio per riscaldamento e l'olio pesante usato nei motori delle navi. Queste fonti sono tutte legate ad attività antropogeniche. 

Tabella: emissioni di zolfo nel mondo

Fonte	Emissioni globali di zolfo [Teragrammi S per anno] media (intervallo)	Contributo alle  emissioni [%]	Contributo al contenuto  di zolfo in atmosfera [%]
antropogenica	70 (60 - 100)	70	37
vulcanica	7 (4 - 16)	7	18
biogenica	22 (15 - 50)	23	42

> Il 90% di tutte le emissioni biogeniche sono DMS

L'anidride solforosa può distruggere i pigmenti ed è per questo che viene usata come decolorante nel settore industriale. L'effetto disinfettante dell'anidride solforosa viene spesso sfruttato per conservare gli alimenti (ad esempio nella frutta secca).

2. Ossidazione dello zolfo e reazioni con l'acqua: leggi il testo riportato di seguito e spiega quali composti si formano durante il processo di ossidazione/combustione e nelle reazioni con l'acqua. Cosa succede nelle goccioline di pioggia (illustrate a destra)? Legenda dei colori degli atomi: S = giallo, O = blu, H = bianco.
Schema: Elmar Uherek
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 Dall'anidride all'acido solforoso

Quando l'anidride solforosa si scioglie in acqua forma una soluzione leggermente acida di l'acido solforoso.

H₂O + SO₂      H₂SO₃

In acqua, l'acido solforoso forma ioni H⁺ (aq) e due anioni:

H₂SO₃        H⁺(aq)   +   HSO₃^-(aq)

L'acido solforoso forma un idrogenione ed un anione di solfito di idrogeno

HSO₃^-(aq)        H⁺(aq)   +   SO₃^2-(aq)

Il solfito di idrogeno cede un protone ed un anione di solfito.

Da ogni molecola di acido solforoso vengono rilasciati due protoni. Pertanto, l'acido solforoso viene chiamato acido biprotico.
Tuttavia, l'acido solforoso è instabile infatti, già a temperatura ambiente, si decompone in anidride solforosa e acqua.

 Acido solforico

Con la combustione dello zolfo e durante le reazioni di ossidazione nell'aria si forma non solo anidride solforosa, ma anche anidride solforica. La quantità formata da ognuno di questi gas dipende strettamente dalla temperatura: infatti a temperature superiori ai 600°C l'anidride solforica si decompone in anidride solforosa ed ossigeno:

2 SO₃  ->  2 SO₂ + O₂  (a t > 600°C)

Se l'anidride solforica si scioglie in acqua si forma acido solforico:

SO₃  +  H₂O    H₂SO₄

L'acido solforico è anch'esso un acido biprotico che si decompone in acqua formando due protoni ed un anione.

H₂SO₄       H⁺(aq)   +   HSO₄^-(aq)

In un primo stadio l'acido solforico forma un protone ed un anione di solfato di idrogeno.

HSO₄^-(aq)     H⁺(aq)   +   SO₄^2-(aq)

Il solfato di idrogeno si decompone in un altro protone ed in un anione di solfato.

 Le piogge acide

La solubilizzazione di acido solforico nelle gocce di pioggia aumenta la concentrazione di protoni, riducendo i valori di pH ed aumentando l'acidità della pioggia. Le piogge acide non solo dissolvono alcune rocce (quelle carbonatiche) ma attaccano anche le superfici metalliche e mobilizzano certi ioni del terreno, tossici per le piante. Ne conseguono danni agli edifici, agli oggetti metallici, alle foreste e l'acidificazione dei laghi.

Per avere maggiori informazioni sulle piogge acide consultare la sezione link.

Autori:
Andrea Heiseler - Docente di chimica, Colonia/Bonn (Germania) 
Elmar Uherek - Istituto di Chimica Max Planck , Mainz
Traduzione italiana: Michela Maione e Simonetta De Angelis, Università di Urbino