CHIMICA DELL’AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI L’inquinamento a livello del suolo all’esterno e in ambienti confinati L’ozono nelle città: il processo dello.

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1 CHIMICA DELL’AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI L’inquinamento a livello del suolo all’esterno e in ambienti confinati L’ozono nelle città: il processo dello smog fotochimico. Limitazione delle emissioni di COV e NO per ridurre la riduzione di ozono a livello del suolo. Convertitori catalitici. Le piogge acide. Effetti ecologici delle piogge acide e dello smog fotochimico. I particolati nell’inquinamento dell’aria. Indici della qualità dell’aria e caratteristiche del particolato. Inquinamento dell’aria domestica. Composti organici tossici: Pesticidi Categorie di pesticidi. L’accumulo degli organoclorurati nei sistemi biologici. Insetticidi organofosforici e carbammati. Erbicidi. Metalli pesanti tossici Speciazione e tossicità dei metalli. Bioaccumulazione.  Mercurio: amalgame, ione mercurico e tossicità del metilmercurio, accumulo del metilmercurio nell’ambiente e nell’uomo, l’uso del metilmercurio come conservante e medicinale.  Piombo: rischi per l’ambiente e l’uomo del Pb elementare e dello ione Pb2+, sali di piombo come smalti e pigmenti, Ione Pb4+ nelle batterie, Composti del Pb tetravalente come additivi delle benzine, effetti del Pb sulla riproduzione e facoltà intellettive dell’uomo.  Cadmio: Fonti ambientali, Assunzione da parte dell’uomo, Protezione contro i bassi livelli.  Arsenico: Tossicità dell’As(III) rispetto all’As(V), Fonti antropogeniceh dell’As ambientale, As nelle acque potabili, As organico  Cromo: Contaminazione da Cr delle acque, Arseniato cromato di rame (CCA) Testi consigliati: Colin Baird, Michael Cann. Chimica Ambientale, 2a edizione. Zanichelli Editore.

2 INQUINAMENTO ATMOSFERICO Composizione media dell'aria secca SOSTANZA % Vol Azoto (N 2 ) 78,08 Ossigeno (O 2 ) 20,95 Argon (Ar) 0,934 Anidride carbonica (CO 2 ) 0,033 Sostanza p.p.m (1 mg/dm 3 ) Neon (Ne) 19 Elio (He) 5 Ozono (O 3 ) 2 Metano (CH 4 ) 2 Kripton (Kr) 1 Ossidi d'azoto (NO x ) 0,7 Idrogeno (H 2 ) 0,5 Xenon (Xe) 0,09

3 INQUINAMENTO ATMOSFERICO

4 Inquinanti primari Inquinanti secondari INQUINANTI IN ATMOSFERA EMISSIONI ANTROPICHE E NATURALI

5 INQUINAMENTO GLOBALE  Innalzamento della temperatura media del pianeta (“effetto serra”)  Distruzione dell’ozono INQUINAMENTO LOCALE  Traffico autoveicolare  Industrie  Centrali termoelettriche  Riscaldamento domestico INQUINANTI IN ATMOSFERA

6  Gas  Vapori  Particolati (polveri)  Fumi e Nebbie INQUINANTI INORGANICI INQUINANTI IN ATMOSFERA Particolato atmosferico (PST) Ossidi di carbonio (CO X ) Ossidi di zolfo (SO X ); Ossidi di azoto (NO X ); Metalli INQUINANTI ORGANICI Composti Organici Volatili (COV) Composti Organici Non Volatili

7 PARTICOLATO ATMOSFERICO Diametro aerodinamico equivalente (Da) 0,2 nm (pochi atomi) a 500 μ m (diametro di un capello) Fini Da  2,5 μ m Grossolane Da > 2,5 μ m

8 SORGENTI ANTROPICHE Primario: emesso direttamente nell'atmosfera Uso di combustibili fossili Emissioni di autoveicoli da combustione Polveri volatili da processi industriali Usura di pneumatici e freni Secondario: formatosi in atmosfera in seguito a reazioni chimiche Ossidazione di SO 2 Ossidazione di NO X Emissione di NH 3 da agricoltura e allevamento Ossidazione di idrocarburi emessi dagli autoveicoli SORGENTI NATURALI Primario: emesso direttamente nell'atmosfera Erosione di rocce Spray marino Incendi boschivi Secondario: formatosi in atmosfera in seguito a reazioni chimiche Ossidazione di SO 2 e H 2 S emessi da incendi e vulcani Ossidazione di NO X prodotto da suolo e luce Ossidazione di idrocarburi emessi dalla vegetazione (terpeni) PARTICOLATO ATMOSFERICO

9 Concentrazioni naturali PM 10 4 μ g/m 3 - 11 μ g/m 3 PM 2,5 1 μ g/m 3 - 5 μ g/m 3 PM 10 (  10 μ m): polveri inalabili PM 2.5 (  2.5 μ m): polveri respirabili

10 PARTICOLATO ATMOSFERICO

11 OZONO: PROPRIETA’ E REAZIONI CHIMICHE O 3 funge da protezione Formazione: O 2 → 2O O 2 + O → O 3 + cal Distruzione: per reazione con composti volatili X ( radicali) X: N 2 O, OH, CFC, (Halons) O 3 + X → XO + O 2 XO + O → X + O 2  O 3 + O → 2O 2 CFC: Cloro Fluoro Carburi Halons: Miscele di Clorofluorobromocarburi (estintori) Consumano O e, quindi, O 3 Es: CCl 2 F 2 → Cl + CClF 2 Cl + O 3 → ClO + O 2 ClO + O → Cl + O 2

12 OZONO: PROPRIETA’ E REAZIONI CHIMICHE USO DEGLI HFC (senza Cl)

13 OSSIDI DI AZOTO: PROPRIETA’ E REAZIONI CHIMICHE NO X Formazione delle pioggie acide NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 NO 3 + H 2 O = HNO 3 + OH Reazione di fotolisi NO 3 → NO 2 + O → NO + O 2 t/2 medio = 5 sec REAZIONI DEL RADICALE NO 3 N 2 O deriva da processi microbiologici di denitrificazione N 2 O + O = 2NO NO + O 3 = NO 2 + O 2 (diminuzione dell’ozono) NO N 2 + O 2 = 2NO (T alte poco favorita) NO + O = NO 2 (rapida) NO e’ meno tossico di NO 2 NO 2 O 3 + NO = NO 2 + O 2 N 2 O 5 = NO 2 + NO 3

14 I motori a combustione sono la principale fonte di IDROCARBURI e OSSIDI di AZOTO (2400  C, 10 Atm) Rapporto stechiometrico aria/benzina: 14.7 O 2 + N 2 = 2NO (Alta T) NO è il principale ossido NO + 1/2O 2 = NO 2 EMISSIONI AUTOVEICOLI OSSIDI DI AZOTO: PROPRIETA’ E REAZIONI CHIMICHE Pb avvelena i catalizzatori uso della benzina senza Pb “benzina verde” Additivi come il benzene e altri composti aromatici MARMITTE CATALITICHE: Catalizzatori a 3 vie (HC, CO, NO) riduzione di NO ossidazione di CO e IDROCARBURI (catalizzatori Pd, Pt, Ru, Rh)

15 Eccesso di aria del 10/20%

16 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI IN ATMOSFERA Principali effetti sulla salute e sull’ambiente  Smog fotochimico (produzione di ozono e perossiacetilnitrato PAN)  Buco dell’ozono (decomposizione da CFC, solventi clorurati, NO, N 2 O, H , OH , HOO , ClO , Cl , Br  )  Effetto serra (CO 2, metano e CFC) A  Idrocarburi alifatici B  Idrocarburi aromatici e derivati C  Composti alogenati D  Composti ossigenati COV

17 FORMAZIONE DI COMPOSTI ORGANICI SECONDARI Ossidanti in atmosfera O, O 3 (giorno, notte) Radicali OH (da O (da ozono) + H 2 O) (giorno) Radicali HO 2 (da H + O 2 ) Radicale NO 3 (da O 3 + NO 2 ) (notte)  Reazione tra COV e NO X (per irraggiamento solare): ozono in troposfera  Reazioni tra OH e COV (alcani, alcheni) (cresoli, benzaldeide, metossibenzene, ecc): composti ossidrilati, composti chetonici  Reazione tra NO 3 e COV (perossiacilnitrati (PAN))  Reazioni tra NO 3 e COV (aromatici, fenoli, aromatici carbonilici) (composti aromatici nitroderivati e HNO 3 )  Reazioni tra radicale nitrato e IPA (nitropoliciclici aromatici (IPAN))  Reazioni tra ozono e IPA (composti idrossilati (diacidi, dioni)) I composti carbonilici che si formano sono più idrosolubili e meno volatili di quelli di partenza, quindi si sottraggono composti organici dall’atmosfera e si trasferiscono all’acqua ⇒ altro tipo di comportamento e reattività chimica.

18 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI IN ATMOSFERA Reazioni del metano Formazione di aldeidi Reazioni di alcani Reazioni con alcheni

19 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI IN ATMOSFERA Formazione di derivati aromatici

20 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI (COV) Alcani: metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, i-esano, n-eptano, n-ottano, i-ottano; Alcheni: etilene, propene, trans-2-butene, cis-2-butene, 1-butene, 1-pentene, 2-pentene, 1-esene, 1,3-butadiene, isoprene;  -pinene,  -3-carene; Areni: benzene, toluene, m/p-xilene, o-xilene, trimetilbenzene, etilbenzene, 1,2,3-trimetilbenzene, nitroderivati; Aldeidi: formaldeide, acetaldeide, propionaldeide, acroleina, benzaldeide, perossiacetilnitrato (PAN), acetone, nitroderivati. (controllo dello smog fotochimico)

21 MODALITA’ DI ASSUNZIONE CLASSE SOSTANZA ORALE ( RATTO) CUTANEA (RATTO O CONIGLIO INALATORIA (RATTO) DL50 (mg/Kg) DL50 (mg/Kg) CL50 (mg/Kg/4 ore) NOCIVA 200-2000 400-2000 2-20 TOSSICA 25-200 50-400 0,5-2 MOLTO TOSSICA ≤25 ≤ 50 ≤ 0,5 TOSSICITA’ DELLE SOSTANZE A BREVE TERMINE DOSE LETALE (DL) DL50 : DOSE MINIMA CHE PROCURA IL DECESSO DEL 50% DELLE CAVIE PER VIA ORALE O CUTANEA CL50 : CONCENTRAZIONE NELL’ARIA CHE PROCURA DECESSO DEL 50% DELLE CAVIE PER INALAZIONE CONCENTRAZIONE LETALE (CL)

22 SOSTANZE CANCEROGENE Classificazione IARC Gruppo 1 - Sostanza cancerogena per l’essere umano Gruppo 2A - Sostanza probabilmente cancerogena per l’essere umano Gruppo 2B - Sostanza possibilmente cancerogena Gruppo 3 - Sostanza non classificabile come cancerogena per l’essere umano Gruppo 4 - Sostanza probabilmente non cancerogena per l’essere umano Classificazione ACGIH A1 - Cancerogeno riconosciuto per l’essere umano A2 – Cancerogeno sospetto per l’essere umano A3 – Cancerogeno per l’animale A4 – Non classificabile come cancerogeno per l’essere umano A5 – Non sospetto cancerogeno per l’essere umano Proposte di linee guida e standard di riferimento: ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienist) IARC (International Agency for Research on Cancer)