산성비 — 비는 왜 산성일까

빗물을 받아 pH 를 재 보면 7 이 아닙니다. 공장도 자동차도 없는 곳의 깨끗한 비도 pH 5.6 쯤으로 약한 산성입니다. 그러면 뉴스에서 말하는 산성비는 무엇이 다를까요. 비가 산성인 것 자체는 자연스러운 일이고, 문제는 그보다 더 산성인 비입니다. 그 차이가 어디서 오는지가 이 글의 전부입니다.

깨끗한 비도 pH 5.6 입니다

공기에는 이산화 탄소가 들어 있습니다. 빗방울은 떨어지면서 그 이산화 탄소를 녹이고, 녹은 이산화 탄소는 물과 반응해 탄산이 됩니다.

탄산은 약한 산이라 수소 이온을 조금만 내놓습니다. 그래서 공기와 평형을 이룬 빗물은 pH 5.6 근처에 머뭅니다. 이 값이 산성비를 가르는 기준입니다 — pH 가 5.6 보다 낮은 비를 산성비라 부릅니다. 탄산만으로는 여기까지밖에 내려가지 않으니, 그 아래로 내려간 비에는 다른 산이 섞인 것입니다(산과 염기).

황과 질소가 산이 되어 내립니다

석탄과 석유에는 황이 조금 섞여 있습니다. 태우면 황이 산소와 만나 이산화 황이 되어 굴뚝으로 나갑니다. 자동차 엔진과 발전소의 높은 온도에서는 공기 속의 질소까지 산소와 반응해 질소 산화물이 됩니다. 이 기체들은 대기 중에서 산소·수증기와 더 반응해 황산과 질산으로 바뀝니다.

황산과 질산은 탄산과 달리 강한 산입니다. 물에 녹으면 수소 이온을 거의 다 내놓아, 이것이 섞인 빗물은 pH 4 안팎까지 내려갑니다. pH 가 1 낮으면 수소 이온 농도는 10배이니 pH 4 의 비는 깨끗한 비보다 수소 이온이 40배쯤 많습니다(pH). 기체는 바람을 타고 수백 km 를 가므로 산성비는 배출한 곳이 아니라 바람이 닿는 곳에 내립니다 — 공장이 없는 숲과 호수가 피해를 입고, 나라 사이의 문제가 되는 까닭입니다.

숲·호수·석상이 입는 피해

산성비는 토양을 산성으로 만들어 식물이 쓰는 칼슘·마그네슘 같은 양분을 씻어 내고, 흙 속의 알루미늄을 녹여 뿌리를 해칩니다. 잎에 직접 닿으면 잎의 겉을 상하게 해 숲이 말라 갑니다. 호수에 모이면 물이 산성이 되어 물고기의 알이 부화하지 못하고, 어떤 호수는 맑은데도 생물이 거의 없는 물이 됩니다. 대리석과 석회암은 탄산 칼슘이라 산과 반응해 녹습니다.

오래된 석상의 얼굴이 뭉개지고 건물 겉면이 부스러지는 것, 다리와 철탑의 금속이 빨리 녹스는 것도 같은 이유입니다.

막는 길은 배출을 줄이는 것입니다

내린 비를 되돌릴 수는 없으니 대책은 황과 질소가 나오는 자리에 있습니다. 발전소 굴뚝에는 이산화 황을 석회로 붙잡는 탈황 설비를, 자동차에는 질소 산화물을 질소로 되돌리는 촉매 장치를 답니다. 황이 적은 연료를 쓰고, 화석 연료 대신 다른 에너지를 쓰는 것이 근본입니다. 이미 산성이 된 호수와 흙에는 석회를 뿌려 중화하기도 하는데(중화 반응), 이것은 응급 처치이지 해결이 아닙니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 깨끗한 빗물이 약한 산성인 이유 — 대기 중 이산화 탄소가 녹아 탄산이 되기 때문. pH 5.6.
• 산성비의 기준 — pH 5.6 미만. 7 미만이 아닙니다.
• 원인 물질 — 화석 연료 연소로 나오는 황산화물과 질소 산화물. 대기 중에서 황산·질산으로.
• 강한 산과 약한 산 — 탄산은 약한 산, 황산·질산은 강한 산. 같은 농도면 강한 산의 pH 가 더 낮습니다.
• 피해 — 토양·호수의 산성화, 식물 고사, 대리석·석회암 건축물 부식(탄산 칼슘 + 산), 금속 부식.
• 대책 — 탈황·탈질 설비, 촉매 장치, 청정 연료. 호수·토양에는 석회로 중화.

자주 헷갈리는 것

• "pH 7 보다 낮으면 산성비다" — 깨끗한 비도 5.6 입니다. 기준은 5.6 이고, 이산화 탄소로는 그 아래로 못 내려갑니다.
• "산성비는 공장 바로 옆에 내린다" — 기체는 바람을 타고 수백 km 를 갑니다. 피해는 바람이 닿는 숲과 호수에 나타납니다.
• "이산화 탄소가 산성비의 주범이다" — 이산화 탄소는 깨끗한 비의 5.6 을 만들 뿐입니다. 그 아래로 끌어내리는 것은 황산화물과 질소 산화물입니다.
• "산성비를 맞으면 머리가 빠진다" — pH 4 의 비는 식초보다 훨씬 약한 산입니다. 사람에게 바로 해롭지는 않고, 문제는 오랜 시간 쌓이는 흙·물·건물의 변화입니다.

정리합니다. 빗물은 이산화 탄소가 녹아 원래 pH 5.6 의 약한 산성이고, 그보다 낮은 비가 산성비입니다. 화석 연료를 태울 때 나오는 황산화물과 질소 산화물이 대기 중에서 황산·질산이 되어 빗물에 섞이는 것이 원인이며, 숲과 호수를 산성으로 만들고 대리석을 녹입니다. 막는 길은 배출 자체를 줄이는 것입니다.