DINAMICA DELL’INQUINAMENTO FOTOCHIMICO DELL’ATMOSFERA Emanuela Esposito Giulia Galaverna Daniela Musso DINAMICA DELL’INQUINAMENTO FOTOCHIMICO DELL’ATMOSFERA

STRATI DELL’ATMOSFERA PARAMETRI FISICI: temperatura e pressione

CINETICA TROPOSFERICA La velocità di reazione indica quanto velocemente o lentamente i reagenti scompaiono e i prodotti si formano. Principali fattori che influenzano la velocità: TEMPERATURA NATURA E CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI Legge della velocità K=costante della velocità della reazione n, m =esponenti riferiti alle concentrazioni dei reagenti Coefficient e stechiometrico

3 tipi di reazioni troposferiche: Cos’è un meccanismo di una reazione? E' una successione teorica di processi elementari, in ognuno dei quali si forma un composto intermedio, fino a raggiungere il prodotto finale. Con MOLECOLARITA’ si intende il numero di molecole coinvolte in ogni singolo processo elementare. Solo nel caso si consideri una reazione elementare molecolarità e ordine di reazione sono necessariamente coincidenti. 3 tipi di reazioni troposferiche: UNIMOLECOLARI BIMOLECOLARI TERMOLECOLARI Molecolarità superiori a 3 sono assolutamente improbabili, dato che già è molto improbabile un urto triplo (che esige l'incontro contemporaneo di 3 unità diverse e spesso secondo una geometria molto precisa). 2NO+O2→2NO2 V=-1/2d[NO]/dt=d[O2]= K[NO]2 [O2]

CALCOLO DEI TEMPI DI VITA TROPOSFERICI Vita Media (Vm) Tempo necessario perché la concentrazione del reagente si riduca alla metà di quella iniziale. Vita naturale (Va) Tempo necessario perché la concentrazione del reagente si riduca a 1/e di quella iniziale. Integrazione della legge cinetica, noto l’ordine di reazione Esempio del 1°ordine: DECOMPOSIZIONE DEL PEROSSI-ACETIL-NITRATO(PAN) Va=46min Esempio del 2°ordine: OSSIDAZIONE DEL METANO CON OSSIDRILE(OH) Va=7,5anni Esempio del 3°ordine: FORMAZIONE OZONO Va=13μs

FLUSSO ATTINICO: radiazione capace di causare reazioni fotochimiche La molecola: assorbe l’energia dei fotoni entra in uno stato elettronicamente eccitato è in grado di reagire più facilmente con altre sostanze e trasformarsi

FOTONI ASSORBITI: RATEO FOTOLITICO:

ANGOLO ANNUALE: DECLINAZIONE: DURATA DEL GIORNO (per un dato giorno e una data latitudine)

VARIAZIONE GIORNALIERA DELLA RADIAZIONE DURANTE L’ARCO DELL’ANNO : RADIAZIONE ISTANTANEA DURANTE LE ORE DEL GIORNO: l’integrale della radiazione istantanea durante tutto il periodo di illuminazione uguaglia la radiazione globale:

Reazione fotochimica di dissociazione del biossido di azoto RATEO FOTOLITICO: Reazione fotochimica di dissociazione del biossido di azoto

MODELLO DINAMICO DELL’INQUINAMENTO FOTOCHIMICO BIOSSIDO DI AZOTO: MONOSSIDO DI AZOTO: OZONO:

Risposta dei modelli nel caso di atmosfera urbana, inquinata, ma senza ingresso di NO

Risposta dei modelli nel caso di atmosfera urbana, inquinata, con ingresso di NO

Risposta dei modelli nel caso di atmosfera pulita

INTRODUZIONE SULLA FOTOCHIMICA DELL’ATMOSFERA Esistono 2 tipi di sostanze inquinanti: - inquinanti primari (derivano dalle attività umane) - inquinanti secondari (derivano dalle reazioni fotochimiche) La reazione fotochimica più frequente è la “fotossidazione” o fotolisi Molecola stabile Molecola instabile (sp. radicalica) Ruolo fondamentale nella dinamica dell’atmosfera

SERA - NOTTE Condizioni: non c’è fotolisi perché non c’è radiazione solare (basse concentrazioni di O3) b) si accumulano sostanze emesse in un’intera giornata (NO2, particolato, H2O(V)) Risultato: alte concentrazioni di acido nitroso (H2NO3)

MATTINO Condizioni: l’atmosfera contiene un’elevata quantità di a. nitroso giungono i primi raggi solari Risultato: aumenta la concentrazione di ioni ossidrile (OH-)

GIORNO Condizione: a) aumento del traffico e quindi delle emissioni Risultati: elevate concentrazioni di monossido di azoto (NO) e idrocarburi (HC) emessi dal traffico veicolare b) elevate concentrazioni di ioni ossidrile (OH-) ottenuti per fotolisi sia dell’acido nitroso che della formaldeide (anch’essa emessa dalle auto) Gli OH- reagiscono con HC

Le specie radicaliche sono: - ione ossidrile OH- (reagisce con HC,NOX) - ione idroperossido HO2 (reagisce con NO) 2) La dinamica dell’atmosfera dipende molto dalla radiazione solare L’andamento degli inquinanti può subire delle modificazioni in base a diverse condizioni: - rapporto NOX e HC - circolazioni di masse d’aria - posizione geografica - stagione

CONCLUSIONI Non è del tutto corretto confrontare i risultati dei modelli matematici con le rilevazioni in atmosfera, ma è meglio compararli con gli esperimenti in camera climatica. Questo perché il tipo e la velocità dei decadimenti osservati dipende, non solo dalla presenza o meno di radiazione solare, ma anche da un fattore che non è riproducibile in laboratorio, ovvero movimenti, magari improvvisi, di masse d’aria fresca e pulita che disperdono gli inquinanti.