Chimica dei Materiali e Chimica Applicata Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Chimica dei Materiali e Chimica Applicata In questa sezione vedremo qualche cenno sulla chimica dei materiali (specie quelli da costruzione) e qualche cenno di chimica applicata (in particolare parleremo di chimica ambientale). I composti del sodio e del potassio Il sodio e il potassio sono elementi piuttosto diffusi in natura: sottoforma dei loro composti rappresentano il 5% della crosta terrestre; sono anche presenti in gran quantità nell’acqua marina sottoforma di ioni Na+ e K+ sodio: salgemma (sale da cucina), NaCl nitro del Cile (fertilizzante), NaNO3 è inoltre presente in molti silicati (vedi poi) potassio: silvite, KCl carnallite, KCl•MgCl2•6H2O

impianto per la produzione di sodio metallico Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Il sodio metallico viene prodotto in quantità industriali per elettrolisi del cloruro fuso (il sodio metallico è utilizzato per il trasporto di calore nei reattori nucleari e per il trasporto della corrente elettrica in linee sotterranee ad alta tensione) impianto per la produzione di sodio metallico composti del sodio molto usati nell’industria: -soda caustica, NaOH (industria della carta, saponi e detersivi - bicarbonato di sodio, NaHCO3 (antiacido, conservante, polveri per acqua effervescente) - carbonato di sodio Na2CO3 (industria del vetro, saponi e vernici) NaCl fuso (+CaCl2) Na fuso

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE I composti del calcio Il calcio è un elemento molto diffuso in natura (sesto posto per diffusione sulla terra) ed è presente essenzialmente sottoforma di sali, in particolare carbonato di calcio, CaCO3 solfato di calcio, CaSO4 CaSO4∙2 H2O gesso fosfato di calcio, Ca3(PO4)2 denti, ossa alcuni silicati (vedi poi) CARBONATO DI CALCIO, CaCO3 abbondantissimo in natura, componente di diversi tipi di roccia: - calcare (travertino, pietra di Trani) - marmi (i diversi colori sono dovuti alle impurezze) - alcune arenarie - perle (90%), coralli, conchiglie ed altri gusci di molluschi

CaCO3(s)⇄ Ca2+(aq) + CO3=(aq) Kps=[Ca2+][CO3=] Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Il carbonato di calcio è un sale poco solubile, la cui solubilità aumenta per effetto della acidità dell’acqua CaCO3(s)⇄ Ca2+(aq) + CO3=(aq) Kps=[Ca2+][CO3=] CO3=(aq) + H+(aq)  HCO3-(aq) secondo il principio di Le Chatelier se rimuovo uno dei prodotti, in questo caso per reazione con l’acido rimuovo CO3=, l’equilibrio avanza dai reagenti ai prodotti - esempio: il guscio di uovo è costituito da carbonato di calcio ed è pertanto insolubile in acqua, ma si scioglie rapidamente in presenza di acidi (anche l’acido acetico dell’aceto o l’acido fosforico presente in alcuni anticalcari in commercio sono sufficienti a scioglierlo – anche la Coca Cola contiene degli acidi che conferiscono alla bevanda un pH=2) - anche la CO2 dell’aria ha l’effetto di solubilizzare in parte il carbonato di calcio per trasformazione nel sale solubile Ca(HCO3)2 il quale si discioglie quindi facilmente in acqua, salvo poi riprecipitare come calcare per riscaldamento o perdita di CO2 CaCO3(s) + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2

CaCO3(s) + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2 Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE questo processo naturale è all’origine dei fenomeni carsici: l’acqua piovana solubilizza normalmente una certa quantità di CO2; per effetto della reazione CaCO3(s) + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2 l’acqua contenente CO2 trasforma il calcare (insolubile) in bicarbonato di calcio (solubile); l’acqua ricca di bicarbonato di calcio filtra attraverso la roccia; se raggiunge una grotta, l’ambiente è tale da favorire la reazione inversa Ca(HCO3)2 ⇄ CaCO3(s) + CO2 + H2O portando alla formazione di concrezione di calcare (stalattiti e stalagmiti) le stalattiti e stalagmiti e i fenomeni carsici in generale sono dovuti alla dinamica fra la forma solubile, Ca(HCO3)2 , e insolubile, CaCO3, del carbonato di calcio

Ca(HCO3)2 ⇄ CaCO3(s) + CO2 + H2O Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Le acque si dicono dure quando contengono disciolti ioni Ca2+ ( e Mg2+) e HCO3- che poi per riscaldamento precipitano come CaCO3, formando così le incrostazioni di calcare Ca(HCO3)2 ⇄ CaCO3(s) + CO2 + H2O La durezza della acque causa diversi inconvenienti: - chimici (causando reazioni indesiderate) - elettrochimici (corrosione) - meccanici e termici (incrostazioni) - diminuzione della detergenza dei saponi (perché precipitano come sali di calcio 2 R-COONa (solubile) + Ca2+  (R-COO)2Ca (insolubile) + 2 Na+ Addolcimento delle acque dure: 1) rimozione per ebollizione (perdita di CO2 e precipitazione di CaCO3); 2) trattamento con calce secondo la reazione Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2 CaCO3 + 2 H2O 3) uso di resine a scambio ionico: si usano substrati solidi (resine polimeriche o zeoliti) contenenti sodio ionico che lo cedono per scambio assumendo ioni calcio 2 R-Na + Ca2+  (R-)2Ca + 2 Na+ dopo un certo periodo di funzionamento la resina perde il sodio che va quindi ripristinato con soluzione concentrate di NaCl (vedi sale da lavastoviglie)

CaO (s) + H2O  Ca(OH)2 (s) reazione molto esotermica Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE CALCE la calce viva (ossido di calcio, CaO) si forma dalla decomposizione termica del carbonato di calcio CaCO3(s) ⇄ CaO (s) + CO2(g) la reazione si fa avvenire a T=800-900˚C e poiché è una reazione di equilibrio bisogna allontanare la CO2 gassosa per ottenere una conversione completa >> è una reazione endotermica per reazione della calce viva con acqua si forma la calce spenta (idrossido ci calcio Ca(OH)2) CaO (s) + H2O  Ca(OH)2 (s) reazione molto esotermica Durante la reazione di indurimento, la calce spenta reagisce con la CO2 dell’aria e si ritrasforma in carbonato di calcio Ca(OH)2 (s) + CO2(g)  CaCO3(s) + H2O(g)

reticolo tridemensionale di CaCO3 Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE ricordiamo che il carbonato di calcio (detto calcite nella forma cristallina) è un composto ionico le cui posizioni reticolari sono occupate da ioni Ca2+ e ioni CO3= (NB lo ione carbonato ha al proprio interno legami covalenti fra carbonio e ossigeno) reticolo tridemensionale di CaCO3 cristalli di calcite

si formano legami molto forti –Si-O-Si-O-Si- tipici dei silicati GESSO Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE CEMENTO miscela di calcare e argilla (Al2O3∙2SiO2∙2H2O) riscaldata ad alta T (fino a 1500˚ C) con formazione di silicati e alluminati di calcio (CaSiO4 e Ca3Al2O6); nell’indurimento del cemento (processo piuttosto complesso da un punto di vista chimico) l’acqua viene incorporata con passaggio da una massa gelatinosa a microcristalli aghiformi e lamellari intrecciati fra loro si formano legami molto forti –Si-O-Si-O-Si- tipici dei silicati GESSO in natura di trova come alabastro gessoso e pietra da gesso, CaSO4∙2 H2O il minerale frantumato viene riscaldato (170˚ C) perdendo l’acqua di cristallizzazione e formando CaSO4∙1/2 H2O o CaSO4 anidro (200˚ C) anidrite - quando si vuole utilizzare il gesso, si impasta CaSO4∙1/2 H2O o CaSO4 anidro con acqua per riformare CaSO4∙2 H2O (N.B. si ha un aumento di volume perché l’acqua viene incorporata nel cristallo) - esistono in commercio diversi tipo di gesso a seconda degli usi (intonaci, cartongesso, decorazione plastica ecc.)

I composti dell’alluminio Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE I composti dell’alluminio L’alluminio è un elemento molto abbondante in natura (8% della crosta terrestre) ed è presente essenzialmente sottoforma di sali, in particolare feldspati, KAlSi3O8 bauxite, Al2O3•nH2O criolite, 3NaF•AlF3 l’ossido di alluminio allo stato cristallino è detto corindone, con due varietà pregiate rossa (rubino) e azzurra (zaffiro)

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE L’alluminio metallico è molto utilizzato per produrre leghe leggere (ma molto resistenti) di uso: nella produzione di pentole, nella realizzazione di aerei, navi, treni, automobili, per imballaggi e nell’edilizia. Va prodotto pertanto in grosse quantità. Si usano metodi elettrolitici forno di Heroult 2 Al2O3 + 3 C  4 Al + 3 CO2

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE I composti del silicio Il silicio è l’elemento più abbondante in natura dopo l’ossigeno (26% della crosta terrestre). Non esiste in natura allo stato elementare ma sottoforma di silice e silicati. SILICE: la formula chimica della silice è SiO2, ma si tratta di un solido covalente formato da unità tetraedriche che si ripetono per l’intero reticolo: al centro del tetraedro c’è l’atomo di silicio, legato a quattro atomi di ossigeno con 4 legami covalenti identici; ogni atomo di ossigeno è a sua volta legato a due atomi di silicio notate la differenza fra CO2 e SiO2 formula SiO2; unità che si ripete SiO4 la forma cristallina di SiO2 è il quarzo; l’opale è SiO2 amorfa; agata, onice e diaspro sono forme di silice microcristallina

SILICATI: i silicati sono formalmente sali dell’acido silicico H4SiO4; Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE SILICATI: i silicati sono formalmente sali dell’acido silicico H4SiO4; hanno delle strutture piuttosto complesse, ma sono accumunate dalla presenza dello ione silicato SiO44- (o suoi multipli) e ioni Al3+ o ioni dei metalli alcalini o alcalino terrosi; sono la struttura base di un gran numero di rocce: nesosilicati (olivina, granati, topazio), sorosilicati (calamina, berillo, tormalima), inosilicati (pirosseni, anfiboli, serpetino), fillosilicati (talco, miche, caolino), tectosilicati (ortoclasio, albite, leucite) l’unità fondamentale è ancora il tetraedro SiO4 (NB i quattro legami Si-O sono identici e molto forti; gli atomi di ossigeno tendono a formare ponti fra un tetraedro e l’altro)

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE le strutture possibili sono molte a seconda del numero di tetraedri che vengono uniti per formare lo ione negativo del silicato sorosilicati nesosilicati

amianto Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE amianto

il costituente principale dei vetri è la sabbia silicea, cioè SiO2; Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE VETRI il costituente principale dei vetri è la sabbia silicea, cioè SiO2; i vetri hanno la caratteristica di essere dei solidi amorfi, vale a dire che non hanno una normale struttura cristallina come i veri solidi  sono in uno stadio intermedio fra lo stato solido e quello liquido  a rigore vanno definiti come liquidi ad altissima viscosità nella produzione dei vetri oltre a SiO2 si aggiungono altri composti con diversi scopi: - fondenti: tipicamente Na2CO3 (vetri comuni) o K2CO3 (vetri pregiati); hanno l’effetto di abbassare la temperatura di fusione della silice - stabilizzanti: tipicamente ossidi di Ca, Mg, Ba, Pb, Zn e Al; il vetro chiamato comunemente ‘cristallo’ è vetro con un’alta percentuale di PbO2 - coloranti/decoloranti - affinanti (aiutano ad eliminare i gas che si formano) - opacizzanti

vetro + sostanze coloranti Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE SPECCHI sono costituiti da due lastre di vetro di cui una ricoperta da un metallo (Sn o Al per gli specchi comuni, Ag per gli specchi pregiati) SMALTI vetro + sostanze coloranti (ossidi di metalli o sali di metalli) bianco: Sn, Pb; rosa: Sn, Ca, Si, Cr CERAMICHE argilla indurita tramite cottura il costituente principale dell’argilla è la caolinite Al2O3∙2SiO2∙2H2O che è caratterizzata da una struttura a piani sovrapposti; l’assorbimento di acqua (fino al 70%) la rende malleabile durante l’indurimento per cottura perde acqua e forma materiali porosi a 900-1100˚C oppure compatti per incipiente fusione a 1300-1400˚C

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Il silicio nella forma elementare si prepara per riduzione con carbonio ad alta temperatura secondo la reazione redox SiO2 + 2 C  Si + 2 CO il silicio elementare è molto importante nell’industria elettronica: ha proprietà fisiche da semimetallo e quindi manifesta una certa conducibilità elettrica e quando è molto puro diventa un semiconduttore. Questa proprietà è aumentata dall'aggiunta di minime quantità di altri elementi droganti (As, P, B)  La sua importanza industriale è enormemente cresciuta negli ultimi decenni per il suo impiego in elettronica, dove costituisce la base dei circuiti integrati silicio elementare wafer di silicio per circuiti integrati

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Metallurgia Abbiamo già menzionato che, tranne nei casi dei metalli nobili, la maggior parte dei metalli si trova in natura sottoforma di loro composti in cui i metalli hanno assunto una carica positiva (sono cioè in stati ossidati). Per ottenere il metallo allo stato elementare, è necessario ridurli; il metodo scelto per far avvenire la riduzione dipende dal potenziale di riduzione della coppia (ione del metallo)/(metallo. 1) metalli molto ossidabili (E°< - 1 V) sono i metalli alcalini, alcalino-terrosi e alcuni altri come Al3+  si producono esclusivamente per elettrolisi dei sali fusi (non posso operare in soluzione acquosa perché c’è competizione con gli ioni H3O+ dell’acqua) abbiamo già visto le celle che si usano per sodio e alluminio

2) metalli ossidabili (- 1 V < E° < + 0,5 V) Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE 2) metalli ossidabili (- 1 V < E° < + 0,5 V) normalmente si trovano in natura come ossidi o come solfuri ossidi solfuri Fe2O3•nH2O ematite ZnS blenda SnO2 cassiterite PbS galena HgS cinabro FeS2 pirite  in questi casi si ricorre alla riduzione degli ossidi con carbonio (carbone) es. ZnO + C  Zn + CO quando si parte dal solfuro, è necessario trasformare prima il solfuro in ossido con il cosiddetto processo di ‘arrostimento’ es. ZnS + 1,5 O2  ZbO + SO2 un modo molto comune per preparare i metalli come il ferro dai loro ossidi fa uso degli altoforni

il minerale è normalmente ematite accompagnato da silice o silicati schema di un altoforno il minerale è normalmente ematite accompagnato da silice o silicati minerale, calcare e carbone coke l’agente riducente non è il carbonio elementare ma il monossido di carbonio CO il ruolo del calcare è quello di formare con i silicati presenti nel minerale originario le scorie fluide (CaSiO2) scorie fluide ghisa

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE 3) metalli non facilmente ossidabili (E° >> 0 V) metalli nobili normalmente si trovano già in natura allo stato elementare (cioè ridotto, come è il caso di oro e platino) o comunque sono presente come minerali molto facilmente riducibili (es. Ag2S) da metalli meno nobili come lo zinco; per purificare tali metalli si usa la raffinazione elettrolitica. Leghe metalliche bronzo: lega rame+stagno (3-20%) si aggiungono anche modeste quantità di altri elementi come Zn, Pb, Fe ecc che ne variano le proprietà ottone: lega rame+zinco (5-45%) si aggiungono anche modeste quantità di altri elementi come Mn, Pb, Fe, Al, etc. che ne variano le proprietà acciaio: lega ferro+carbonio (% di carbonio fra 0,1 e 1,8 %) i cosiddetti acciai speciali contengono anche altri elementi che conferiscono proprietà particolari: acciaio inox 18-10 (18% di cromo e 10% di nichel), acciaio al vanadio, al nichel, al cromo ecc.

Chimica dell’atmosfera terrestre e inquinamento Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Chimica dell’atmosfera terrestre e inquinamento composizione dell’aria non inquinata

es. combustione del carbone C + O2  CO2 Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE L’ossigeno è consumato nelle reazioni di ossidazione (sia combustioni che metabolismo degli esseri viventi) es. combustione del carbone C + O2  CO2 C + ½ O2  CO tipico delle alte temperature o delle combustioni in carenza di O2 es. combustione di composti organici propano C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O es. metabolismo animale basato sul glucosio C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O L’ossigeno è prodotto nel nostro pianeta come sottoprodotto delle fotosintesi clorofilliana  riduzione del carbonio da nox=+4 (nella CO2) a nox=0 (nei carboidrati) e ossidazione dell’ossigeno da nox=-2 a 0 6 CO2 + 6 H2O + luce  C6H12O6 + 6 O2 L’insieme dei processi subiti dai composti del carbonio in natura prende il nome di ciclo del carbonio 

ciclo del carbonio Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE ciclo del carbonio

Inquinamento dell’atmosfera terrestre: effetto serra Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Inquinamento dell’atmosfera terrestre: effetto serra La combustione massiccia dei combustibili fossili nelle attività umane ha prodotto una alterazione del ciclo naturale del carbonio; la CO2 (insieme ad altre specie gassose come CH4) è un gas ‘serra’; un suo aumento (negli ultimi 50 anni è passata dallo 0,030% allo 0,038%) sta facendo aumentare la temperatura media del nostro pianeta. i gas serra sono composti che non assorbono la luce visibile o ultravioletta (UV) proveniente dal sole, ma assorbono la radiazione infrarossa (a più bassa energia) riflessa dalla terra; pertanto contribuiscono notevolmente a trattenere il calore che altrimenti verrebbe disperso dalla Terra nello spazio. Ciò garantisce che la temperatura sia circa 300 K, ma un aumento ulteriore della T media causerebbe enormi problemi da qui l’impegno assunto dai paesi che hanno aderito protocollo di Kyoto

Inquinamento dell’atmosfera terrestre: il buco nell’ozonosfera Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Inquinamento dell’atmosfera terrestre: il buco nell’ozonosfera nell’alta atmosfera terrestre (fra 100-150 km) le molecole di ossigeno assorbono raggi ultravioletti (UV) ad alta energia dissociandosi in atomi di ossigeno O2 + hv (<200 nm)  2 O gli atomi di ossigeno diffondono poi verso il basso e poiché sono molto reattivi reagiscono con altre molecole di O2 per formare l’ozono O + O2  O3

Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE l’ozono è una delle forme allotropiche dell’ossigeno; nelle normali condizioni di T e P non è stabile perché reagisce rapidamente ossidando molti composti; tuttavia nella stratosfera (fra i 20-30 km) si è formata una fascia ricca di ozono  così da aver preso il nome di ozonosfera la presenza di ozono nell’ozonosfera è fondamentale per la vita sulla terra perché O3 assorbe il 95-99% delle radiazioni UV (BC) di energia minore di quelle assorbite da O2 (200-300 nm) ma sempre estremamente dannose O3 + hv (200-300 nm)  O + O2 in condizioni di non inquinamento, di stabilisce un equilibrio fra il processo di formazione e quello di consumo di O3 che porta nell’ozonosfera a una concentrazione costante di 10 pari per milione (p.p.m.); le attività umane hanno però alterato questo equilibrio naturale causando un assottigliarsi dell’ozonosfera fino a causare un buco sopra l’Antartide come?

il cloro atomico è molto reattivo e attacca una molecola di ozono Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE le attività umane hanno causato il rilascio sulla superficie di una serie di composti molto dannosi per l’equilibrio O2/O3 dell’ozonosfera. I freon o clorofluorocarburi, CFC, (ampiamente utilizzati fino a qualche anno fa come propellenti, refrigeranti ecc) sono fra i maggiori responsabili secondo il meccanismo illustrato nell’immagine i radicali formati per dissociazione dei CFC attaccano O3 esempio: CF3Cl Il CF3Cl è inerte e attraversa l’atmosfera senza subire reazioni chimiche. Raggiunge così l’alta atmosfera dove sono i raggi UV del sole a dissociarlo con liberazione di atomi di cloro CF3Cl + hv CF3 + Cl il cloro atomico è molto reattivo e attacca una molecola di ozono Cl + O3  ClO + O il ClO è un radicale che attacca una seconda molecola di O3 ClO + O3  Cl +2 O2 la luce del sole dissocia i CFC le attività umane rilasciano alla superficie i CFC

Effetto degli agenti inquinanti Cl + O3  ClO + O2 ClO + O  Cl + O2 Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE L’aspetto particolarmente problematico è che l’atomo di cloro distrugge due molecole di ozono e poi viene rimesso in circolo. Si parla di cicli autocatalitici. In media un atomo di cloro è in grado di dar luogo a circa 100 cicli di distruzione dell’ozono prima di venire neutralizzato. Anche l’ossido di azoto (prodotto da aerei supersonici) opera in maniera simile (e anche altri radicali come Br, I ecc) Reazioni di Chapman (solo ossigeno) O2 + h  O + O O + O2 + M  O3 + M O + O3  2 O2 O3 + h  O2 + O O + O + M  O2 + M ___________________ O + O3 ⇆ 2 O2 Effetto degli agenti inquinanti Cl + O3  ClO + O2 ClO + O  Cl + O2 _________________ O + O3  2 O2 NO + O3  NO2 + O2 NO2 + O  NO + O2

Inquinamento dell’atmosfera terrestre: smog fotochimico Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Inquinamento dell’atmosfera terrestre: smog fotochimico Nelle condizioni della bassa atmosfera (0-12 km) le attività umane (in particolare i processi di combustione) causano formazione di NO (specie molto pericolosa e che causa notevoli disturbi respiratori); in queste condizioni NO produce ozono, che però ha effetti dannosi (la concentrazione di ozono è uno dei parametri che si controlla per l’inquinamento da traffico; l’allarme ozono scatta per concentrazioni > 3 p.p.m.) NO + ½ O2  NO2 (di colore rossastro) NO2 + hv  NO + O O + O2  O3 l’ozono è un forte ossidante e quindi è pericoloso anche per i tessuti degli esseri viventi. Un ciclo simile è causato anche dalla liberazione di idrocarburi incombusti. NB: NO si forma nei processi di combustione in aria (miscela N2/O2) a causa dell’alta temperatura

Inquinamento dell’atmosfera terrestre: piogge acide Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Inquinamento dell’atmosfera terrestre: piogge acide La pioggia è naturalmente leggermente acida (pH~5,6) per la presenza di CO2 solubilizzata H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ HCO3- + H+ sono gli ossidi di zolfo e azoto immessi in gran quantità dalla attività umane (combustione di combustibili fossili contenenti zolfo e/o azoto) a causare il fenomeno della pioggia acida (fino a pH=1,5) combustione S + O2 SO2 N2 + O2  2 NO ulteriore ossidazione da parte di O2 atmosferico SO2 + ½ O2 SO3 NO + ½ O2 NO2 reazione con acqua SO3 + H2O  H2SO4 NO2 + H2O  HNO3 (o HNO2) acido solforico e acido nitrico sono acidi forti (mentre H2CO3 è un acido debole) le piogge acide causano gravi problemi, principalmente agli ecosistemi forestali e al patrimonio architettonico e archeologico

gesso formatosi in una matrice di marmo Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE solfatazione dei marmi marmo = CaCO3 soluzione di acido solforico = H+, SO4= CaCO3 + H+  Ca2+ + HCO3- Ca2+ + SO4=  CaSO4 (gesso) il solfato di calcio (gesso) è meccanicamente fragile; inoltre assorbe acqua causando una espansione dei volumi con seri danni alla struttura di marmo statua danneggiata gesso formatosi in una matrice di marmo

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Chimica Generale CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE Programma I modulo: Struttura della materia Nomenclatura inorganica - Il nucleo ed elementi di radiochimica - Gli elettroni e le proprietà periodiche – Il legame chimico – Gli stati di aggregazione e i passaggi di stato – Le soluzioni e le loro proprietà – Termodinamica II modulo: Reattività chimica Le equazioni chimiche – L’equilibrio chimico in sistemi omogenei ed eterogenei – Gli equilibri acido-base – Le reazioni di ossidoriduzione – Elettrochimica – Cinetica chimica – Elementi di chimica inorganica – Brevi cenni sulla chimica del carbonio – Chimica dei materiali