Zarówno kwasy jak i roztwory kwasowe to związki chemiczne o niskim pH, wywierające specyficzny wpływ na otaczającą nas przyrodę.  Nie zawsze, jednak często jest to wpływ ściśle negatywny.

Najlepszym i najbardziej znanym przykładem oddziaływania kwasów na przyrodę są kwaśne opady. Ich występowanie ma bardzo szkodliwy wpływ na środowisko naturalne.

Jednym ze składników atmosfery jest para wodna (jest to gazowy stan skupienia wody). Jej obecność obserwujemy w dolnych  partiach (troposfera). Gdy temperatura spada poniżej granicy poziomu nasycenia powietrza część pary wodnej przechodzi do stanu ciekłego (są to tzw. kropelki wody, a zjawisko to nazywa się kondensacja pary wodnej) lub do stanu stałego (w tzw. kryształki lodu - krystalizacja). Produkty zarówno kondensacji jak i krystalizacji stanowią opad atmosferyczny. Występuje on w dowolnej postaci: deszczu mżawki, mgły, rosy, śniegu, szronu czy gradu. Każda z tych form ma zasadnicza cechę – pochłania z powietrza gazy i wypłukuje zawieszone w atmosferze cząstki materii tzw. aerozole atmosferyczne. Opad atmosferyczny ma specyficzny skład, determinowany szeregiem czynników zarówno fizycznych, chemicznych, jak i geograficznych, geologicznych i biologicznych. Cechy ilościowe i jakościowe składników opadu i reakcje miedzy nimi umożliwiają nam określenie poziomu zanieczyszczenia naszego powietrza. Granica do której opad nie zaliczamy do miana kwaśnego to odczyn (pH) równy wartości 5,65, poniżej stanowi już opad kwaśny. Wśród opadów atmosferycznych dominująca formę stanowi deszcz. Jeśli jego pH jest poniżej 5,65 jest to „kwaśny deszcz”. Z analizy wynika iż tego rodzaju opady występują w niemalże całej Europie, ich pH waha się pomiędzy 4, a 4,5. Taka różnica w skali całego pH jest znaczna, daje około 10-krotnie większe zakwaszenie. Najniższe pH opadu deszczowego zanotowano w roku 1979 w USA, w Wheeling stanie Wirginia, jego pH było równe 1,5. Badania lodowców grenlandzkich wykazały, iż opady atmosferyczne sprzed 180 laty miały pH równe 6 – 7,7, czyli były 100 razy mniej kwaśne od obecnych. Opad o pH równym 1,5 pod względem kwasowości przypomina elektrolitowe roztwory stosowane np. w akumulatorach samochodowych.

Za obniżenie pH opadów odpowiedzialne są głównie związki chemiczne takie jak:

1. tlenki: azotu (NOx), siarki (SOx), dwutlenek węgla (CO2)

2. kwasy beztlenowe: siarkowodór (H2S) i chlorowodór (HCl).

Związki te są pochodzenia zarówno naturalnego, jak i antropogenicznego (sztucznego, spowodowanego działalnością człowieka). Przykładowo ich źródłem mogą być wulkany (naturalne) lub działalność różnych gałęzi przemysłu, np. energetycznego (antropogeniczne). Elektrownie i elektrociepłownie napędzane paliwem zawierającym siarkę i jej związki (zasiarczonym), najczęściej węglem, produkują spaliny zawierające ogrom tych substancji.

Rozprzestrzenianie się tych zanieczyszczeń na dalsze odległości zależy od dwóch czynników:

  • wysokości emitora, np. komina (im wyższy tym na dalszą odległość)
  • warunków meteorologicznych (kierunek i prędkość wiatru, temperatura powietrza, wilgotność powietrza)

Materia skumulowana w atmosferze w wyniku naturalnych procesów dostaje się do podłoża (zostaje z niej usunięta). Opad materii przyjmuje dwie postacie: suchą (zwaną depozycją suchą lub suchym osadzaniem) i mokrą (zwaną depozycją mokrą lub mokrym osadzaniem). Sucha depozycja polega na transporcie zanieczyszczeń z powietrza na Ziemię, bez przejścia przez fazę ciekłą. Związana jest z pochłanianiem śladowych zanieczyszczeń z atmosfery głównie na wilgotnych powierzchniach gleby, roślin skał i powierzchni wód. Opad mokry powstaje gdy zanieczyszczenia zostają usunięte z atmosfery przez którąś z form opadu. Materia docierająca do chmury zostaje z niej wydalona, np. wraz z deszczem, natomiast ta która do niej nie dotrze zostaje spłukana przez spadający deszcz. 

W wyniku reakcji wody (H2O) z pochłoniętymi substancjami (H2S, HCl, CO2,  SOx, NOx) powstają kwasy nieorganiczne, a dokładniej rozcieńczony kwas siarkowy (IV) – H2SO3, znacznie bardziej niebezpieczny i szkodliwy kwas siarkowy (VI) - H2SO4, kwas azotowy (V) HNO3, kwas fosforowy (V) H3PO4,kwas solny HCl i kwas fluorowodorowy HF. Procentowy udział tych związków chemicznych zależy od rodzaju emisji. Badania wskazują że latem dominuje (aż 73%) kwas siarkowy (VI), a zimą kwas azotowy (V) (69%). Dzieje się tak ponieważ w porze zimowej znacznie wzrasta emisja tlenków azotu, co z kolei wynika ze spalania większej ilości paliw (ogrzewanie).

Generalnie na terenie Polski występują bardzo kwaśne opady. Dane PIOS (Państwowy Monitoring Ochrony Środowiska) z 1993 roku podają, iż średnie roczne pH mieści się w granicach od 4,26 do 4,60. Najmniejszym zarejestrowanym było pH równe 3,0 w rejonie sudeckim.

Problem kwaśnych opadów ma ogromne znaczenie w aspekcie zarówno materialnym jak i zdrowia. Najbardziej poszkodowanym krajem są obszary skandynawskie. Ogromna ilość azotu i siarki zawarta w tamtejszym powietrzu jest wynikiem ich napływu  z nad innych krajów europejskich. Wynika to ze specyfiki cyrkulacji mas powietrza, a tego rodzaju zanieczyszczenie nazywamy transgranicznym. Średnie pH jezior skandynawskich to 4,5 (niegdyś wartość ta wynosiła 6). Następstwem tego zjawiska jest obniżenie zawartości wapnia (Ca) w wodzie (osłabienie szkieletów i tkanek organizmów) i wzrost ilości kadmu (Cd), niklu (Ni), glinu (Al), rtęci (Hg), czyli metali w zależności od warunków toksycznych. Metale te normalnie skumulowane są w osadach dennych.

W jeziorach nadmiernie zakwaszonych dochodzi do zamierania organizmów żywych. Pierwszym (widocznym gołym okiem) objawem tego procesu jest wzrost przezroczystości wody. Skutek oddziaływań kwaśnego opadu jest zależny od zawartości wyżej wymienionych kwasów w opadzie, ale również od stopnia w jakim środowisko potrafi zneutralizować ten opad. Elementy ekosystemów (woda, gleba, czy skały) są zdolne do zobojętniania opadu. W przypadku organizmów żywych wszystko zależy od ich zakresu tolerancji na zakwaszenie. Te o szerszym zakresie (eurytypowe) będą odporniejsze od tych mniej tolerancyjnych (stenotypowych). Generalnie każdy ekosystem jest zagrożony. W przypadku wód zanieczyszczenia docierają zarówno do wód powierzchniowych, jak i podziemnych (w tym pitnych). Wynikiem jest obniżenie pH wody i co za tym idzie zaburzenie funkcjonowania całego ekosystemu. Na lądzie dochodzi do degradacji gleby. Zubożona ze składników odżywczych roślin (miedź (Cu), czy magnez (Mg)) automatycznie traci swą jakość. Konsekwencją jest obumieranie roślin. Uszkodzeniu ulegają korzenie i liście. Liście są najbardziej czułe na tego rodzaju zanieczyszczenia. Ich zewnętrzne aparaty szparkowe (na zewnątrz liścia) psują się i intensywność procesu fotosyntezy wzrasta. Liście takiej rośliny opadają i zaburzony zostaje jej wzrost. Zdarza się że kwaśne deszcze działają w sposób pośredni. Wtedy efekt jest zauważalny dopiero po dłuższym okresie. Przykładem jest kumulowanie się metali toksycznych w glebie i dopiero gdy osiągną poziom mający wpływ na rośliny stają się szkodliwe.

W wyniku oddziaływania kwaśnych deszczy powstają specyficzne typy gleb o pH poniżej 6,5. Zaliczmy do nich gleby brunatne, czarnoziemy, żółtoziemy i bielice. Bezpośrednią przyczyną ich powstania jest nieprzemyślane rolnictwo. Najczęściej bezmyślne nawożenie azotowe, czy fosforowe, stosowanie środków ochrony roślin, czy środków insektobójczych lub niewłaściwa melioracja prowadzi do zakwaszenia gleby. Jednak najbardziej szkodliwe jest nawożenie nawozami sztucznymi. W ich skład wchodzą kwasy organiczne. Innymi zakwaszającymi glebę związkami chemicznymi są ditlenki siarki SO2 i azotu NO2.

Zakwaszenie gleby, a co za tym idzie obniżenie pH tego ekosystemu to najgroźniejsze z chemicznych zanieczyszczeń dla organizmów w niej żyjących. Metale pierwotnie związane przez składniki gleby (mineralne,  organiczne) zostają uwalniane. Następnie przyswajają je rośliny. Uaktywnienie tych pierwiastków prowadzi do przeobrażenia struktury gleby, a następnie przenikania tych pierwiastków do wód w głębi ziemi. Nierozsądne stosowanie nawozów mineralnych oraz środków chemicznych pochodzenia naturalnego lub syntetycznego stosowane do zwalczania szkodników i chorób roślin, czy zwierząt hodowlanych (pestycydów) również wywiera negatywny wpływ na środowisko naturalne. Przykładowo stosując nierozsądnie nawóz azotowy możemy być pewni następujących konsekwencji. Jak wiadomo rośliny wykorzystują lekko ponad 50% nawozu mineralnego który wprowadzamy do gleby. Reszta tego nawozu dostaje się do wód powierzchniowych i podziemnych, a jak wiemy azot (a raczej jego nadmiar) jest jednym z czynników powodujących eutrofizację. Ponadto może spowodować skażenie wody pitnej i negatywnie wpływać na organizmy roślinne. Z kolei badania nad pestycydami wykazały, iż jedynie 10-20% pestycydu osiada na opryskiwanej roślinie. Co więcej obliczono, że tylko 0,1% zastosowanego insektycydu dostaje się na ciało owadów, które zamierza się zwalczyć, reszta dostaje się do środowiska, następnie przekształca się w substancje jeszcze bardziej niebezpieczne, które mają zdolność do przemieszczania się w całej biosferze.

W próchnicy gleby kwaśnej występują kwasy fulwowe zaliczane do kwasów organicznych., notuje się wysoką zawartość jonów takich pierwiastków jak żelazo (Fe), glin (Al) i mangan (Mn), nie występują natomiast węglany wapnia. Wapń z gleby w pewnej części pobierany jest wraz z plonem, jednak nie jest to powód zakwaszenia. To kwaśne deszcze i niektóre nawozy mineralne dają taki efekt.  Dlatego też często stosuje się , np. wapniowanie. Jest to rodzaj odkwaszania. Zadaniem odkwaszenia jest doprowadzenie odczynu gleby do poziomu optymalnego. Aż 67% gleb Polski wymaga odkwaszania i stan ten niestety nie zmienia się od wielu lat.

Kwaśne deszcze to opady atmosferyczne stanowiące zagrożenie dla flory i fauny naszej planety. Ich wpływ ma niebagatelne znaczenie także dla zdrowia człowieka. Badania wskazują na to że aerozole kwasu siarkowego (VI) (H2SO4) wpływają, a nawet są przyczyną niektórych chorób układu oddechowego i układu krążenia, a nawet mogą prowadzić do śmierci. Również zakwaszona woda pitna o dużej zawartości różnych metali ciężkich prowadzi do wielu chorób, np. Kadm (Cd) powoduje uszkodzenie układu wydalniczego, a ołów uszkadza układ nerwowy.

Kwaśne deszcze stanowią również duże zagrożenie dla budowli. Przyspieszają wietrzenie budowli wapiennych lub z piaskowca. Stanowią zagrożenie dla obiektów zabytkowych, a także maszyn, tworzyw sztucznych, witraży, a nawet na metali, powodując ich korozję. Jeśli skażona jest woda pitna to zniszczeniu ulegają również instalacje wodociągowe, zachodzi ich korozja. Podobnie jest z instalacjami klimatycznymi. Biblioteki, muzea czy galerie sztuki wydają bardzo dużo pieniędzy w celu ochrony swych dzieł przed zniszczeniem. Ogólnie straty finansowe ponoszone w skutek występowania kwaśnych opadów są ogromne. 

Kwaśne deszcze są problemem ogólnoświatowym. Niosą zniszczenia i mają wpływ na każdy element naszego życia. W zależności od warunków meteorologicznych mogą być przenoszone na odległe części kraju, czy nawet kontynentu. Metodą zapobiegającą zanieczyszczaniu opadów jest odsiarczanie gazów. Polega ona na budowaniu instalacji, które wyłapują tlenki siarki i azotu z gazów spalinowych emitowanych następnie do atmosfery oraz rezygnacji z paliw o znacznym stopniu zasiarczenia. Najlepszym jednak sposobem na kwasowość opadów byłoby po prostu ich nie uwalnianie do atmosfery. To jest oczywiście raczej niemożliwe ale kraje europejskie dążą do zmniejszenia tej emisji. Polska, zgodnie z traktatem z 1994 roku podpisanym w Oslo, zobowiązała się zredukować aż o 60% ilość emitowanej siarki (w postaci SO2) do końca tego dziesięciolecia. 

Musimy również pamiętać, że kwasy mają również pozytywne znaczenie. Oto kilka przykładów:

  1. Kwas askorbinowy (C6H8O6); enancjomer L(+) kwasu askorbinowego zwany jest witaminą C. Występuje w świeżych owocach i warzywach. Jest niezbędna dla poprawnego funkcjonowania organizmu. Bierze udział w procesach odpornościowych, działa odtruwająco, jest niezbędna do syntezy kolagenu oraz w procesach kostnienia, wpływa na wzrost i rozwój komórek organizmu, utrudnia przenikanie do nich wirusów, reguluje i obniża poziom cholesterolu, chroni skórę przed działaniem słońca, poprawia koncentrację, działa antydepresyjnie, wspomaga układ krwionośny, obniża ciśnienie krwi.
  2. Kwas aminooctowy (NH2CH2COOH), potocznie glicyna. Buduje białka, jest najmniejszym z aminokwasów, których jest w sumie 20. Najczęściej jest jej w białku bardzo mało, wyjątkiem jest kolagen, który buduje aż w 33%. Jest aminokwasem endogennym.
  3. Fluorowodór (HF) rozpuszcza się w wodzie dając kwas  fluorowodorowy. Jest to jeden z najbardziej reaktywnych związków w przyrodzie. Fluorowodór jest najczęściej stosowany przy trawieniu szkła, usuwaniu SiO2 z odlewów metalowych, produkcji freonów, fluoru oraz w postaci roztworu jako środek bakteriobójczy (w przemyśle spirytusowym i drożdżowym).
  4. Kwas acetylosalicylowy (C9H8O4), jego ścisła nawa to octan kwasu salicylowego zawiera go lek - Aspiryna. Jest to środek przeciwbólowy, a także przeciwzapalny. Ponadto stosuje się go przy chorobie wieńcowej (hamuje tworzenie się skrzepów płytek krwi). Aspiryna nie powinna być stosowana przez kobiety w ciąży i przy chorobie wrzodowej.
  5. Kwas asparaginowy (HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH). Jest aminokwasem endogennym występującym w białkach roślinnych.
  6. Kwas foliowy (witamina B11). Występuje zwłaszcza w zielonolistnych warzywach, drożdżach, jajkach. Jeden z głównych czynników biorących udział w podziale komórek, reguluje różne procesy metaboliczne, uczestniczy w syntezie zasad azotowych i niektórych aminokwasów. Jego niedobór powoduje hamowanie syntezy DNA i RNA (kwasów nukleinowych) i wzrostu organizmu.
  7. Kwasy nukleinowe (DNA i RNA). Występują we wszystkich komórkach, także w wirusach. Kierują syntezą białek i bezpośrednio odpowiadają za przekazywanie cech dziedzicznych. Zbudowane są z nukleotydów zawierających trzy składniki: kwas ortofosforowy, cukier pentozę i zasadę azotową (purynę lub pirymidynę)
  8. Kwas hialuronowy. Jest mukopolisaharydem występującym we wszystkich organizmach żywych, nawet bakteriach. Zarówno u człowieka jak i u bakterii występuje w takie samej formie. Jest związkiem wiążącym wodę w skórze. Z wiekiem jego ilość maleje, organizm zatraca zdolność do wiązania wody i pojawiają się zmarszczki.
  9. Kwas arachidonowy (C20H32O2). Egzogenny nienasycony kwas tłuszczowy, składnik witaminy F. Ponadto wchodzi w skład fosfolipidów budujących błony biologiczne