27/03/2017 Chimica ambientale Rita Giovannetti Chimica dell'ambiente.

27/03/2017 Chimica ambientale Rita Giovannetti Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE … Con il termine piogge acide
processo di ricaduta dall’atmosfera di particelle, gas e precipitazioni acide. Se questa deposizione acida avviene sotto forma di precipitazioni (piogge, neve, nebbie, rugiade, ecc.) si parla di deposizione umida, in caso contrario il fenomeno consiste in una deposizione secca. Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE … Le piogge acide sono causate essenzialmente
dagli ossidi di zolfo (SOx) in parte minore, dagli ossidi d'azoto (NOx), presenti in atmosfera sia per cause naturali che per effetto delle attività umane. Se non entrano in contatto con delle goccioline d’acqua, questi gas e soprattutto i particolati acidi che da loro si formano pervengono al suolo tramite deposizione secca. Chimica dell'ambiente

27/03/2017 … LE PIOGGE ACIDE … Questa deposizione può avvenire secondo meccanismi differenti dettati principalmente: dalle dimensioni delle particelle (per impatto e gravità), dallo stato d’aria a contatto con la superficie ricevente dalla struttura chimica e fisica della superficie stessa. Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE: accelerano il decadimento dei materiali da costruzione e delle vernici; compromettono poi la bellezza ed il decoro degli edifici, delle statue e delle sculture patrimonio culturale di ogni nazione. Prima di raggiungere il suolo, i gas SOx e NOx e i loro derivati, solfati e nitrati, contribuiscono ad un peggioramento della visibilità con danni alla salute umana. Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE … pH < 5 pH = 5.6
Precipitazioni significativamente più acide della pioggia normale, già di per se moderatamente acida per la presenza di CO2 atmosferica disciolta che forma acido carbonico CO2 + H2O(aq)  H2CO3 (aq) H2CO3 (aq)  H+ + HCO3- pH = 5.6 Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE … H2SO4 (da SO2) HNO3 (da NOx)
Le due specie acide che predominano in una pioggia acida sono: H2SO4 (da SO2) HNO3 (da NOx) Tali acidi si formano durante il trasporto della massa d’aria che contiene gli inquinanti primari. Chimica dell'ambiente

… LE PIOGGE ACIDE … SOx Normalmente gli ossidi di zolfo presenti in atmosfera sono: l’anidride solforosa (SO2) l’anidride solforica (SO3); questi composti vengono anche indicati con il termine comune SOx. Chimica dell'ambiente

SO2 … L’anidride solforosa o biossido di zolfo è un gas incolore, irritante, non infiammabile, molto solubile in acqua e dall’odore pungente. Dato che è più pesante dell’aria tende a stratificarsi nelle zone più basse. Chimica dell'ambiente

… SO2 … Deriva dalla ossidazione dello zolfo
nel corso dei processi di combustione delle sostanze che contengono questo elemento sia come impurezza (come i combustibili fossili) che come costituente fondamentale. Rappresenta l’inquinante atmosferico per eccellenza essendo il più diffuso, uno dei più aggressivi e pericolosi e di gran lunga quello più studiato ed emesso in maggior quantità dalle sorgenti antropogeniche. Chimica dell'ambiente

SO3 … Dall’ossidazione dell’anidride solforosa si origina l’anidride solforica o triossido di zolfo che reagendo con l’acqua, sia liquida che allo stato di vapore, origina rapidamente l’acido solforico, responsabile in gran parte del fenomeno delle piogge acide. Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI SOx … Le emissioni naturali di biossido di zolfo sono principalmente dovute all’attività vulcanica (circa 20 milioni di tonnellate l’anno). Le emissioni antropogeniche rappresentano più di 150 milioni di tonnellate all’anno e sono dovute principalmente ai processi di combustione dei combustibili fossili e liquidi (carbone, petrolio, gasolio); oltre il 90% del biossido di zolfo viene prodotto nell’emisfero Nord. Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI SOx … Il carbon fossile ha un contenuto di zolfo che varia dallo 0,1 al 6% e il petrolio greggio dallo 0,05 al 4,5%. Oltre il 90% dello zolfo presente nel combustibile viene trasformato in biossido di zolfo (lo 0,5-2% viene trasformato in anidride solforica ed il resto rimane nelle ceneri sotto forma di solfati). Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI SOx … Rilevanti sono anche le emissioni:
nei processi di produzione dell’acido solforico, nella lavorazione di molte materie plastiche, nella desolforazione dei gas naturali, nell’arrostimento delle piriti, nell’incenerimento dei rifiuti; l’apporto inquinante dato dalle emissioni dei mezzi di trasporto appare invece trascurabile. Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI SOx … L’emissione di biossido di zolfo in Italia è approssimativamente dovuta: per il 5% al riscaldamento domestico, per il 40% ai processi industriali comprese le combustioni per il 50% alla produzione di energia elettrica ad opera delle centrali termoelettriche; insieme le altre sorgenti contribuiscono per un valore pari al 5%. Chimica dell'ambiente

NOx … Pur essendo presenti in atmosfera diverse specie di ossidi di azoto, per quanto riguarda l’inquinamento dell’aria si fa quasi esclusivamente riferimento al termine NOx che sta ad indicare la somma pesata del monossido di azoto (NO) e del biossido di azoto (NO2). Chimica dell'ambiente

NO … L’ossido di azoto è un gas incolore, insapore ed inodore; è anche chiamato ossido nitrico. E’ prodotto soprattutto nel corso dei processi di combustione ad alta temperatura assieme al biossido di azoto (che costituisce meno del 5% degli NOx totali emessi). La tossicità del monossido di azoto è limitata, al contrario di quella del biossido di azoto che risulta invece notevole. Chimica dell'ambiente

NO2 … L’ossido di azoto viene poi ossidato in atmosfera dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono producendo biossido di azoto. è un gas tossico di colore giallo-rosso, dall’odore forte e pungente con grande potere irritante è un energico ossidante, molto reattivo altamente corrosivo. Esiste nelle due forme N2O4 (forma dimera) e NO2 che si forma per dissociazione delle molecole dimere. Chimica dell'ambiente

… NO2 … Rappresenta un inquinante secondario dato che deriva, per lo più, dall’ossidazione in atmosfera del monossido di azoto. Svolge un ruolo fondamentale nella formazione dello smog fotochimico è l’intermedio di base per la produzione di tutta una serie di inquinanti secondari molto pericolosi come: l’ozono, acido nitrico, acido nitroso, gli alchilnitrati, i perossiacetililnitrati. Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI NOx … Su scala globale si stima che le emissioni di ossidi di azoto naturali ed antropogeniche siano dello stesso ordine di grandezza (circa 200 milioni di tonnellate). Le sorgenti naturali sono costituite essenzialmente dalle decomposizioni organiche anaerobiche che riducono i nitrati a nitriti; i nitriti in ambiente acido formano acido nitroso che, essendo instabile, libera ossidi di azoto. Da segnalare anche l’azione dei fulmini, gli incendi e le emissioni vulcaniche. Chimica dell'ambiente

FONTI INQUINANTI NOx … La principale fonte antropogenica di ossido di azoto è data dalle combustioni ad alta temperatura: quelle che avvengono nei motori degli autoveicoli: l’elevata temperatura che si origina durante lo scoppio provoca la reazione fra l’azoto dell’aria e l’ossigeno formando monossido di azoto. La quantità prodotta è tanto più elevata quanto maggiore è la temperatura di combustione e quanto più veloce è il successivo raffreddamento dei gas prodotti, che impedisce la decomposizione in azoto ed ossigeno. Chimica dell'ambiente

Fonti e abbattimento di SO2
la maggior parte della SO2 atmosferica da fonti naturali viene prodotta dai vulcani e dall'ossidazione dei gas contenenti zolfo prodotti dalla decomposizione del materiale vegetale morto. la concentrazione di questo gas prodotto da queste fonti naturali nell'aria non inquinata è piuttosto modesta. viene in gran parte emesso negli strati più alti dell'atmosfera o lontano dai centri abitati. Chimica dell'ambiente

La principale fonte di SO2 legata alle attività umane è la combustione effettuata soprattutto nelle centrali termoelettriche, del carbone, un solido che a seconda delle miniere da cui viene estratto contiene tra1-5% di zolfo. Circa la metà di questo zolfo è intrappolato sotto forma di “inclusioni” che fanno parte del contenuto di minerali carbone; se il carbone viene polverizzato prima della combustione, questo tipo di zolfo può essere allontanato meccanicamente. l'altra metà dello zolfo si trova legato nella complessa struttura chimica del carbone e non può esserne allontanato senza sottoporre il carbone a costose lavorazioni. Chimica dell'ambiente

Lo zolfo è presente nel petrolio greggio nella quantità di qualche punto percentuale, ma il suo tasso, in prodotti quali la benzina, viene ridotto al livello di soli pochi centesimi di ppm. L'industria petrolifera emette nell'aria il biossido di zolfo nelle operazioni di raffinazione del petrolio o di ripulitura del gas naturale prima immissione nella rete di distribuzione. come SO2 o come H2S Le notevoli quantità di solfuro di idrogeno ottenute dall'allontanamento di questo dal petrolio e dal gas naturale spesso sono trasformate in zolfo elementare solido, una sostanza che non produce danni ambientali, grazie a un processo in fase gassosa noto come reazione di Claus: Chimica dell'ambiente

Altri gas contenenti zolfo in forma altamente ridotta sono emessi nell'aria come inquinanti dall'industria petrolchimica: CH3SH, (CH3)2S e CH3SSCH3. L'espressione zolfo ridotto totale viene usata per indicare la concentrazione totale di zolfo contenuto in questi tre composti. Chimica dell'ambiente

Effetti ecologici delle piogge acide e dello smog fotochimico
Il principale inquinante dell'aria, l'NO, non è particolarmente solubile in acqua e l'acido prodotto dal biossido di zolfo sciolto in acqua è debole; quindi gli inquinanti primari, NO ed SO2, di per sé non rendono l'acqua piovana particolarmente acida. Tuttavia, in un periodo variabile da ore a giorni, alcuni di questi inquinanti primari vengono trasformati negli inquinanti secondari acido solforico, H2SO4, e acido nitrico, HNO3, acidi forti molto solubili in acqua. la presenza di questi due acidi è responsabile di quasi tutta l'acidità contenuta nelle piogge acide. Chimica dell'ambiente

Oltre che tramite le precipitazioni, quantità rilevanti di acidi si depositano sul terreno attraverso la cosiddetta deposizione secca, Deposizione secca un processo consistente nella deposizione di prodotti chimici non acquosi sulle superfici solide e liquide a livello del suolo, si verifica quando l'aria contenente le sostanze passa su tali superfici depositandole come inquinanti. Chimica dell'ambiente

Gran parte della SO2 non viene mai ossidata nell'aria, da dove si allontana con la deposizione secca prima che possa reagire trasformandosi in acido solforico. L'entità degli effetti sulla vita biologica delle precipitazioni acide in una data regione dipende fortemente dalla composizione del suolo e delle rocce sottostanti. Aree fortemente colpite sono quelle i cui le masse rocciose sono costituite da granito o quarzo, poiché il terreno associato a queste ha una modesta capacità di neutralizzare l'acidità. Chimica dell'ambiente

nel caso in cui la roccia di base sia costituita da calcare o gesso, l'acidità può essere efficacemente neutralizzata (“tamponata”) dato che tali rocce sono costituite da carbonato di calcio, CaCO3 che agisce da base reagendo con l'acido: Le medesime reazioni sono responsabili del deterioramento delle statue e dei fregi di calcare e di marmo. Chimica dell'ambiente

L’acidità delle precipitazioni causa il deterioramento del suolo. Quando il pH del terreno, si abbassa, sostanze nutritive per le piante come i cationi potassio, calcio e magnesio si scambiano con gli ioni H+ e vengono quindi dilavati. È una caratteristica dei laghi acidificati la presenza di elevate concentrazioni di ioni alluminio, Al3+ , in soluzione. L'alluminio proviene dal dilavamento delle rocce ad opera degli idrogenioni in condizioni di pH neutro, gli ioni alluminio vengono immobilizzati nelle rocce grazie alla loro ridotta solubilità. gli scienziati ritengono che sia l'acidità di per sé, sia le elevate concentrazioni di alluminio siano responsabili della grave diminuzione della popolazione ittica che è stata osservata in molti bacini idrici acidificati. Chimica dell'ambiente

Gli alberi sono sottoposti a un grave stress dovuto sia dall'acidità delle piogge che cadono sulle foreste delle aree interessate, sia dalla presenza dell'ozono e di altre sostanze ossidanti nell'aria cui sono esposti. Tale stress da solo non sarebbe sufficiente a ucciderli ma essi divengono molto più vulnerabili quando lo stress da inquinamento si associa ad aridità, temperature estreme, malattie o attacco di insetti. L'ozono presente a livello dei suolo effetto su alcune piante coltivate a causa della sua reattività chimica. reagisce con l'etilene, un gas emesso dalla pianta, generando radicali liberi che danneggiano i tessuti vegetali. * Chimica dell'ambiente

I particolati nell’inquinamento dell’aria
I particolati sono le minuscole particelle solide o liquide sospese nell'aria: singolarmente, sono invisibili a occhio nudo nel loro insieme, tuttavia, queste minuscole particelle formano una foschia che riduce la visibilità. non sono tutte delle stesse dimensioni e forma né hanno tutte la medesima composizione chimica hanno dimensioni da circa 2 nm (le dimensioni di una molecola gassosa sono tra 0.1 e 1 nm) a 100 μm. è utile e convenzionale riferirsi a tutte le particelle come fossero sferiche. Chimica dell'ambiente

Qualitativamente le singole particelle sono classificate come grossolane o fini: particelle con diametro inferiore a 2,5 µm sono dette complessivamente particolato fine e solitamente rimangono nell'aria per giorni o settimane; le particelle di diametro maggiore di 2,5 µm sono dette particolato grossolano e sedimentano piuttosto rapidamente o possono essere allontanate dall'aria anche per absorbimento nelle goccioline di pioggia. Chimica dell'ambiente

Le particelle presenti nell'atmosfera sono indicate con molti nomi comuni: «polvere» e «fuliggine» si riferiscono a particelle solide, «caligine» e «nebbia» a particelle liquide Un aerosol è un insieme di particolati (particelle solide e goccioline liquide) dispersi nell'aria. Un vero aerosol è costituito da particelle molto piccole, con diametro inferiore a 100 μm. Chimica dell'ambiente

Tutte le particelle dovrebbero finire per sedimentare velocemente depositandosi alla superficie del suolo per effetto della gravità, ciò non è vero per le particelle più piccole. Secondo la legge di Stoke: η=viscosità aria ρ1=densità particella ρ2=densità aria la velocità, espressa come distanza percorsa per secondo, a cui le particelle sedimentano: aumenta con il quadrato del loro diametro le particelle più piccole cadono così lentamente che restano in sospensione nell'aria pressoché indefinitamente salvo se aggregano a formare particelle più grandi. Chimica dell'ambiente

I particolati fini di solito rimangono in sospensione nell’aria per giorni e settimane quelli più grossolani sedimentano più rapidamente. Oltre a questo processo di sedimentazione, le particelle possono essere allontanate dall’aria anche per adsorbimento sulle gocce di pioggia che cadono a terra. Chimica dell'ambiente

Indici della qualità dell’aria e caratteristiche della materia particolata
Le particelle atmosferiche caratterizzate in base alla loro densità, forma, superficie, volume e composizione. Le dimensioni delle particelle costituenti il particolato atmosferico coprono una gamma che si estende da pochi nanometri fino a valori di decine di micron. La dimensione di una particella può essere determinata utilizzando un microscopio ottico o elettronico, dallo scattering della luce, dalla sua mobilità elettrica o dal suo comportamento aerodinamico. Chimica dell'ambiente

Le particelle atmosferiche spesso non sono sferiche le loro forme possono essere estremamente differenziate. La caratterizzazione delle dimensioni del particolato atmosferico viene risolta utilizzando dei diametri equivalenti Chimica dell'ambiente

Diametri equivalenti: Diametro geometrico: diametro di una particella sferica che ha la superficie identica a quella della particella in esame Diametro equivalente in volume: diametro di una sfera che ha lo stesso volume della particella in questione  Chimica dell'ambiente

Diametri equivalenti: Diametro ottico: diametro di una particella sferica con lo stesso indice di rifrazione delle particelle utilizzate per la calibrazione dell'analizzatore ottico, da cui si ricava la distribuzione dimensionale delle particelle, che diffonde la stessa quantità di luce nell'angolo solido misurato Diametro aerodinamico: diametro di una particella perfettamente sferica di densità unitaria (1 gr/cm3) che ha le stesse caratteristiche inerziali della particella in esame. Chimica dell'ambiente

indice PM esprime la quantità di materia particolata presente in un dato volume di aria. la materia in questione di solito non è omogenea: non può essere determinata per essa una specifica massa molare e le concentrazioni vengono espresse in termini di massa, anziché di numero di moli. L'unità di solito utilizzata sono i microgrammi di materia particolata per metro cubo di aria, cioè µg/m3. Poiché le particelle più piccole hanno maggiori effetti nocivi sulla salute dell'uomo di quelle più grandi, di solito vengono raccolte e riportate solo le particelle con un diametro inferiore a un valore D diametro limite, espresso in µm, che viene specificato come pedice del simbolo PM. Chimica dell'ambiente

Definizione di particelle inalabili, toraciche e respirabili La proporzione del materiale particellare totale inalata nel corpo umano dipende: dalle proprietà delle particelle, dalla velocità e direzione di spostamento dell'aria vicino all'individuo, dalla sua frequenza respiratoria dal tipo di respirazione, nasale od orale. Chimica dell'ambiente

Le particelle inalate si possono poi depositare in qualche punto del tratto respiratorio, oppure possono essere esalate. Il punto della deposizione o la probabilità di esalazione dipendono dalle proprietà delle particelle, del tratto respiratorio, dal tipo di respirazione e da altri fattori. Chimica dell'ambiente

Frazione inalabile la frazione delle particelle che entra nel corpo attraverso il naso e la bocca durante la respirazione. considerata importante agli effetti della salute, le particelle si depositano ovunque nel tratto respiratorio. Non si prende, in considerazione le particelle sopra i 20 μm. Chimica dell'ambiente

Frazione toracica frazione delle particelle che può penetrare nei polmoni sotto la laringe. può essere messa in relazione con effetti sulla salute che nascono dal deposito di particolato nei condotti d'aria dei polmoni. Frazione respirabile frazione delle particelle inalabile che può penetrare in profondità negli alveoli polmonari. può portare ad effetti sulla salute dovuti al deposito di particelle nella regione alveolare dei polmoni. Il PM10 e il PM2,5 sono assimilabili rispettivamente alle frazioni toracica e respirabile. Chimica dell'ambiente

Le particelle solide di maggiori dimensioni, quali quelle che costituiscono la «polvere» originano soprattutto da processi non chimici importanti esempi ne sono le fonti naturali: le eruzioni vulcaniche, e attività umane, quali la frantumazione delle pietre nelle cave dalla coltivazione dei campi, che causa la dispersione nell'aria delle particelle di terreno ad opera del vento. In confronto a quelle più piccole, le particelle di maggiori dimensioni non rappresentano un grave problema per la salute dell'uomo per una serie di ragioni.. Chimica dell'ambiente

Anche gli inquinanti minerali rappresentano una parte del contenuto in particolati dell'aria. I particolati di maggiori dimensioni compaiono inizialmente come particelle ancora più grossolane prodotte soprattutto dalla disintegrazione di sistemi di maggiori dimensioni. i particolati fini sono prodotti in gran parte dalla coagulazione di particelle ancora più piccole, a loro volta prodotte a partire da molecole gassose: l'acido solforico si sposta nell'aria non come un gas ma come un aerosol di fini goccioline, poiché l'H2SO4 ha una grande affinità per le molecole di acqua. Molti degli effetti nocivi associati con la presenza di acidità nell'aria possono essere conseguenti la respirazione di questo aerosol altamente acido. Chimica dell'ambiente

Sia l'acido solforico che quello nitrico presenti nell'aria finiscono spesso per reagire con l'ammoniaca liberata in conseguenza dei processi di decomposizione della materia organica che si verificano a livello del suolo. Attraverso una reazione acido-base tra acidi e ammoniaca si ha la formazione dei sali solfato di ammonio e nitrato di ammonio. inizialmente questi sali si formano in particelle acquose ma l'evaporazione dell'acqua porta alla formazione di particelle solide: gli ioni predominanti nelle particelle più fini sono il solfato (compreso lo ione idrogenosolfato, HSO4-) e l'ammonio, NH4+, Chimica dell'ambiente

Poiché la pressione di vapore dell'HNO3 è molto maggiore di quella dell'H2SO4 l'acido nitrico tende a rimanere nello stato di vapore la condensazione dell’acido l'acido nitrico su particelle preesistenti è minore di quella dell'acido solforico. Gli aerosol in cui predomina lo ione SO4- spesso sono detti aerosol solfati. Chimica dell'ambiente

Particelle di diametro dell'ordine della lunghezza d'onda della luce visibile, cioè 0,4-0,8 μm, possono interferire con la trasmissione della luce nell'aria riducendo la nitidezza della visione, la visibilità a lunga distanza e l'intensità della luce che raggiunge il suolo. Una elevata concentrazione nell'aria di particelle di diametro compreso tra 0,1 e 1 μm produce una foschia. Una convenzionale tecnica di misurazione dell'entità dell'inquinamento da particolato in una massa di aria è quella di determinarne la nebbiosità. Chimica dell'ambiente

Gli aerosol dello smog contengono acido nitrico neutralizzato a formare sali come il nitrato di ammonio. In questi aerosol sono anche presenti prodotti a base di carbonio che sono intermedi delle reazioni dello smog fotochimico che generalmente esistono come gas anziché condensarsi alla superficie delle particelle. molte particelle fini sospese nell’aria delle città sono secondarie il loro numero può essere controllato riducendo le emissioni dei gas inquinanti primari NO, COV, SO2 dai quali esse vengono prodotte. Chimica dell'ambiente

Inquinamento dell’aria in ambienti confinati
la concentrazione degli inquinanti vari significativamente da edificio a edificio, i livelli dei comuni inquinanti dell'aria spesso sono maggiori all'interno che all'esterno degli edifici; gli intervalli di concentrazione di numerose sostanze di larga diffusione più frequentemente riscontrati: Chimica dell'ambiente

Formaldeide Il più importante e controverso gas organico inquinante dell'aria all'interno degli edifici è la formaldeide, H2C=O. una sostanza ampiamente diffusa in tracce nell'atmosfera: si forma come intermedio stabile nell'ossidazione del metano e di altri COV la concentrazione di questa sostanza nell'aria esterna (circa 0,01 ppm, nelle aree urbane, eccetto durante gli episodi di smog fotochimico) è di norma troppo ridotta per poter essere significativa, i suoi livelli all'interno degli edifici spesso sono uno o più ordini di grandezza maggiori, raggiungono in media le 0.1 ppm e in certi casi superano il valore di 1 ppm. Chimica dell'ambiente

Formaldeide Le principali fonti di esposizione entro gli edifici le emissioni contenute nel fumo delle sigarette da materiali sintetici contenenti resine a base di formaldeide (un tipo di materiale plastico) dai sistemi di isolamento con schiuma di urea e formaldeide adesivi per la saldatura dei pannelli di compensato e di truciolato; dalla tintura di tappeti e tessuti. Chimica dell'ambiente

Formaldeide Molte utili resine (materiali polimerici rigidi) vengono prodotte combinando la formaldeide con un'altra sostanza organica. Nei primi mesi e anni dopo la loro produzione, questi materiali liberano piccole quantità di formaldeide gassosa; Molti produttori di materiali a base di legno pressato hanno oggi modificato i loro processi produttivi per ridurre la velocità con cui viene liberata la formaldeide. Le resine contenenti formaldeide anche nel trattamento di molti prodotti cartacei di largo impiego per migliorarne la rigidità quando sono bagnati. Chimica dell'ambiente

Formaldeide La velocità dell’emissione di formaldeide da materiali sintetici aumenta con la temperatura e con l’umidità relativa diminuisce con l’età del materiale. La formaldeide ha un odore pungente con una soglia di sensibilità, nell'uomo, di circa 0,1 ppm può causare irritazione agli occhi allergie, asma e a infezioni respiratorie in presenza di livelli di formaldeide molto superiori la respirazione si fa difficile. In esperimenti effettuati su animali, la formaldeide si è rivelata una sostanza cancerogena Chimica dell'ambiente

Biossido di azoto e monossido di carbonio Sia il biossido di azoto, NO2, sia il monossido di carbonio, CO, sono gas liberati nei processi di combustione, compresi quelli che si verificano nelle case e negli uffici ogniqualvolta vengono bruciati combustibili fossili. Il biossido di azoto è solubile nei tessuti biologici ed è un ossidante: per questo i suoi eventuali effetti sulla salute sono a carico dell'apparato respiratorio. Chimica dell'ambiente

Biossido di azoto e monossido di carbonio Il monossido di carbonio è un gas incolore e inodore la concentrazione nelle case può aumentare considerevolmente in seguito alla incompleta combustione di combustibili a base di carbonio quali legno, carbone, benzina, cherosene e gas. Il maggiore pericolo collegato alla presenza del monossido di carbonio deriva dalla capacità di questa sostanza, quando viene inalata, di complessarsi stabilmente con l'emoglobina del sangue riducendone la capacità di trasportare l'ossigeno alle cellule. Chimica dell'ambiente

Biossido di azoto e monossido di carbonio Il monossido di carbonio è un gas incolore e inodore la concentrazione nelle case può aumentare considerevolmente in seguito alla incompleta combustione di combustibili a base di carbonio quali legno, carbone, benzina, cherosene e gas. Il maggiore pericolo collegato alla presenza del monossido di carbonio deriva dalla capacità di questa sostanza, quando viene inalata, di complessarsi stabilmente con l'emoglobina del sangue riducendone la capacità di trasportare l'ossigeno alle cellule. * Chimica dell'ambiente

EFFETTO SERRA E IL RISCALDAMENTO PLANETARIO
progressiva tendenza all’aumento della temperatura media dell’aria in conseguenza della massiccia immissione nell’atmosfera di: biossido di carbonio e altri gas responsabili di tale fenomeno. Chimica dell'ambiente

Il bilancio energetico della terra …
MECCANISMI Il bilancio energetico della terra … L’atmosfera e la superficie terrestre vengono riscaldati in primo luogo dall’energia proveniente dal sole. La componente quantitativamente più importante dell’irradiazione solare è nell’intervallo della luce visibile tra 400 nm (componente violetta) e 750 nm (componente rossa). Chimica dell'ambiente

… Il bilancio energetico della terra …
Gran parte della luce ultravioletta solare ( < 400 nm) viene filtrata nella stratosfera riscaldando l’aria di tale regione piuttosto che il suolo terrestre. Oltre 750 nm (rosso), la radiazione solare contiene ancora la radiazione IR ( nm). Chimica dell'ambiente

Come qualsiasi corpo caldo, la terra emette energia. Affinché la sua temperatura resti costante, le quantità di energia assorbita ed emessa devono essere uguali. L’energia emessa appartiene alla componente IR chiamata IR termico perché la sua energia si manifesta come calore. Chimica dell'ambiente

Poiché alcuni gas presenti nell’aria possono assorbire provvisoriamente determinate lunghezze d’onda della radiazione IR termica, 4-50 µm non tutta la radiazione IR emessa dall’atmosfera e dalla superficie terrestre sfugge nello spazio. Chimica dell'ambiente

L’assorbimento di radiazioni da parte di una molecola di gas provoca riemissione in tutte le direzioni in modo casuale questa radiazione IR in parte ritorna alla superficie terrestre dove viene assorbita andando a riscaldare la superficie e l’aria sovrastante. Chimica dell'ambiente

27/03/2017 … Il bilancio energetico della terra … Il fenomeno del ritorno a terra della radiazione termica è detto effetto serra responsabile del fatto che la temperatura media della superficie terrestre è di 15°C anziché di –15°C (temperatura in assenza di atmosfera). E’ grazie all’effetto serra che il nostro pianeta non è ricoperto da una spessa lastra di ghiaccio. Il riscaldamento della superficie terrestre attraverso questo meccanismo è pari a quello prodotto dall’energia solare che vi arriva direttamente. Quindi l’atmosfera agisce come una coperta che, trattenendo l’energia emessa da un corpo ne aumenta la temperatura locale. Il fenomeno che preoccupa gli scienziati dell’ambiente è che l’aumento dei gas presenti in tracce nell’atmosfera, responsabili dell’assorbimento della radiazione IR termica, potrebbe causare il ritorno alla superficie terrestre di una maggiore quantità di radiazione IR aumentando ulteriormente la temperatura della superficie terrestre; questo fenomeno è chiamato aumento dell’effetto serra. Chimica dell'ambiente

EFFETTO SERRA E IL RISCALDAMENTO PLANETARIO
Chimica dell'ambiente

I gas presenti nell’atmosfera che in passato sono stati la causa della maggior parte del riscaldamento imputabile all’effetto serra sono H2O (2/3 dell’effetto) CO2 (1/4) In effetti, l’assenza di H2O nell’aria secca sopra le zone desertiche è la causa delle basse temperature notturne rispetto alle elevate temperature diurne dovute all’assorbimento diretto dell’energia solare. Chimica dell'ambiente

Vibrazioni molecolari
27/03/2017 … Il bilancio energetico della terra … La luce viene assorbita in modo più completo quando la sua frequenza è la stessa di quella di un moto interno delle molecole con cui questa interagisce. Nel caso di frequenze che cadono nella regione IR, i movimenti interessati sono quelli vibrazionali relativi degli atomi della molecola: I gas serra sono i gas atmosferici che assorbono la radiazione infrarossa e che per questo causano l’effetto serra. I gas serra naturali comprendono il vapor d’acqua, l’anidride carbonica, il metano, l’ossido nitrico e l’ozono. Certe attività dell’uomo, comunque, aumentano il livello di tutti questi gas e liberano nell’aria altri gas serra di origine esclusivamente antropogenica. Chimica dell'ambiente

GAS SERRA Chimica dell'ambiente 27/03/2017
… Il bilancIo energetico della terra … Intensità effettiva della radiazione IR termica che lascia l’atmosfera (curva continua); intensità in assenza di assorbimento da parte dei gas responsabili dell’effetto serra (curva tratteggiata). Regione finestra: 8-13 m. Chimica dell'ambiente

GAS SERRA Il vapor d’acqua
… Il bilancIo energetico della terra … Il vapor d’acqua è presente in atmosfera in seguito all’evaporazione da tutte le fonti idriche (mari, fiumi, laghi, ecc.) e come prodotto delle varie combustioni. L’anidride carbonica è rilasciata in atmosfera soprattutto quando vengono bruciati rifiuti solidi, combustibili fossili (olio, benzina, gas naturale e carbone), legno e prodotti derivati dal legno. Chimica dell'ambiente

GAS SERRA … Il bilancIo energetico della terra … Il metano viene emesso durante la produzione ed il trasporto di carbone, del gas naturale e dell’olio minerale, Grandi emissioni di metano avvengono anche in seguito alla decomposizione della materia organica nelle discariche alla normale attività biologica degli organismi superiori (soprattutto ad opera dei quasi 2 miliardi di bovini presenti sulla terra). Chimica dell'ambiente

GAS SERRA L’ossido nitroso
… Il bilancIo energetico della terra … L’ossido nitroso è emesso durante le attività agricole ed industriali, come del resto nel corso della combustione dei rifiuti e dei combustibili fossili. Gas serra estremamente attivi sono i gas non presenti normalmente in natura, ma generati da diversi processi industriali: gli idrofluorocarburi (HFC), i perfluorocarburi (PFC) l’esafluoruro di zolfo (SF6 ). Chimica dell'ambiente

CO2 … GAS SERRA In primavera ed in estate grandi quantità di CO2 sono allontanate dall’aria per effetto della fotosintesi clorofilliana delle piante. Il CO2 intrappolato (fissato) nella forma polimerica), (CH2O)n ad opera del processo fotosintetico non può contribuire all’effetto serra. La decomposizione biologica dei tessuti vegetali che si verifica in autunno e inverno restituisce il CO2 precedentemente utilizzato. Chimica dell'ambiente

CO2 … GAS SERRA Circa ½ delle emissioni di CO2 legate alle attività umane trovano normalmente un “pozzo”: gran parte di questa CO2 è allontanata dall’atmosfera sciogliendosi nell’acqua di mare. le acque marine più superficiali si mescolano molto lentamente con quelle più profonde: occorrono centinaia di anni affinché il CO2 penetri in profondità e si depositi sui fondali come CaCO3 insolubile. Chimica dell'ambiente

CO2 … GAS SERRA sebbene gli oceani finiscono per sciogliere gran parte dell’eccesso di CO2 dell’aria, la scala dei tempi del processo è molto grande per cui il gas continua ad accumularsi nell’atmosfera. Una molecola di CO2 rimane mediamente nell’atmosfera per oltre un secolo!! Chimica dell'ambiente

Vapore acqueo Le molecole d’acqua,
… GAS SERRA Vapore acqueo Le molecole d’acqua, sempre abbondanti nell’aria assorbono le radiazioni IR dell’IR termico in conseguenza delle vibrazioni di flessione del legame H-O-H. L’acqua è il gas più responsabile dell’effetto serra nell’atmosfera sebbene, per singola molecola assorba meno efficacemente della CO2. Chimica dell'ambiente

Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario
… GAS SERRA Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario L'immissione, anche in tracce, nell'atmosfera di gas capaci di assorbire le radiazioni infrarosse (IR) termiche ha un effetto additivo sul fenomeno del riscaldamento planetario, cioè aumenta l'effetto serra. Particolarmente importanti, da questo punto di vista, sono i gas inquinanti che assorbono le radiazioni IR termiche nella regione finestra Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario Gran parte dei gas formati da molecole con tre o più atomi hanno importanza per quanto riguarda l'effetto serra: possiedono numerosi moti vibrazionali che le rendono capaci di assorbire le radiazioni infrarosse, alcune delle quali cadono nella regione dell'infrarosso termico. Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario I gas presenti in tracce: tempo di permanenza nell'atmosfera Per stabilire l'impatto di qualsiasi sostanza ai fini dell'aumento dell'effetto serra: per quanto tempo essa può rimanere nell'atmosfera: più lungo è il tempo di permanenza tanto maggiore sarà l'effetto complessivo della sostanza. Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario I gas presenti in tracce: tempo di permanenza nell'atmosfera Ogni gas presente nell'atmosfera in, o vicino a, condizioni di stato stazionario può essere caratterizzato da un tempo di permanenza, Tm: il tempo medio di permanenza di una di queste molecole nell'aria prima di esserne allontanata In termini di quantità atmosferica totale, C, e di velocità media, R, di immissione o allontanamento di una sostanza: Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Altre sostanze che hanno effetti sul riscaldamento planetario I gas presenti in tracce: tempo di permanenza nell'atmosfera I valori di C e R possono essere espressi in termini di concentrazione invece che di quantità. se la concentrazione atmosferica di un gas è normalmente di 6,0 ppm e la sua velocità complessiva di immissione, (determinata dividendo la quantità immessa annualmente per il volume dell'atmosfera) è pari a 2,0 ppm per anno, il tempo di permanenza medio del gas è pari a 6,0 ppm/2,0 ppm, cioè tre anni. Tm del biossido di carbonio, dell'ossido nitroso e dei CFC, tutti gas che influenzano l'effetto serra, è pari a oltre un secolo, Al contrario, il metano ha un tempo di permanenza di soli dieci anni. Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Metano Dopo la CO2 , l’H2O il CH4 è il terzo in ordine di importanza tra i gas responsabili dell’effetto serra. Le vibrazioni di flessione che riguardano l’angolo di legame HCH assorbono nella regione IR per cui il CH4 assorbe le radiazioni IR comprese in questa regione. Chimica dell'ambiente

l’aumento delle molecole di CO2 è 80 volte superiore a quello del CH4
… GAS SERRA Metano Poiché la frazione di fotoni assorbiti dalle molecole di CH4 è maggiore rispetto a quella della CO2, il CH4 ha un effetto termico 23 volte superiore a quello della CO2 ma risulta meno importante perché: l’aumento delle molecole di CO2 è 80 volte superiore a quello del CH4 Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Metano Il pozzo del metano atmosferico che rende conto di circa il 90% del suo allontanamento dall’aria è dato dalla reazione con i radicali OH·: CH4 + OH·  CH3· + H2O L’altro pozzo per il CH4 è rappresentato dalle reazioni a terra e dalla diffusione nella stratosfera. Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA Metano Il CH4 reagisce oltre che con l’OH· anche con il cloro, bromo e ossigeno atomici: O* + CH4  CH3·+ OH· CH4 + OH·  CH3 + H2O Il vapore acqueo presente nella stratosfera agisce in modo significativo come gas responsabile dell’effetto serra. Chimica dell'ambiente

N2O … GAS SERRA E’ presente in tracce e contribuisce significativamente all’effetto serra. La vibrazione da flessione del legame del protossido di azoto assorbe le radiazioni IR Chimica dell'ambiente

N2O … GAS SERRA L’N2O è 270 volte più efficace della CO2 come causa del riscaldamento planetario. Le quantità crescenti di N2O accumulatesi nell’aria a partire dall’epoca preindustriale sono responsabili di circa 1/3 dell’aumento di temperatura di cui si è ritenuto responsabile il metano. Chimica dell'ambiente

N2O … GAS SERRA Gran parte della produzione naturale di questo gas deriva dalla sua liberazione dagli oceani mentre la maggior parte del rimanente è prodotta attraverso processi che si verificano nei terreni delle regioni tropicali da fertilizzanti a base di nitrato di ammonio. Chimica dell'ambiente

N2O Il gas è il prodotto secondario
… GAS SERRA Il gas è il prodotto secondario del processo di denitrificazione biologica in ambiente aerobio del processo di nitrificazione in ambiente anaerobio. Chimica dell'ambiente

N2O La combustione dei combustibili fossili produce N2O
… GAS SERRA La combustione dei combustibili fossili produce N2O solo quando l’azoto è contenuto nel combustibile stesso (carbone e biomassa). Chimica dell'ambiente

… GAS SERRA I CFC e loro sostituti sono, tra i gas presenti in tracce, quelli con il potenziale maggiore per gli effetti sul riscaldamento hanno grande persistenza e assorbono fortemente le radiazioni di lunghezza d’onda compresa tra 8 e 13 m (regione finestra). Chimica dell'ambiente

Ogni molecola di CFC per il suo assorbimento nella regione finestra
… GAS SERRA Ogni molecola di CFC per il suo assorbimento nella regione finestra può potenzialmente causare il medesimo effetto per quanto riguarda il riscaldamento planetario di decine di migliaia di molecole di CO2. Chimica dell'ambiente

I sostituti dei CFC, gli HCFC e HFC
… GAS SERRA I sostituti dei CFC, gli HCFC e HFC presentano una vita media più ridotta nell’atmosfera e assorbono meno efficacemente nella regione finestra. Chimica dell'ambiente

Ozono … GAS SERRA Gas naturale capace di indurre effetto serra sebbene la sua permanenza nella troposfera sia ridotta. Si forma nella troposfera a partire dagli atomi di ossigeno prodotti dalla dissociazione fotochimica di O2: O + O2  O ** Chimica dell'ambiente

O3 non contribuisce all’effetto serra.
Ozono … GAS SERRA La vibrazione da tensione di legame di uno dei legami O-O ha una lunghezza d’onda che cade nella regione 9-10 m cioè nella regione finestra. la vibrazione da flessione di legame dell’O3 si verifica in prossimità di quella del CO2 poiché il CO2 assorbe la massima parte delle radiazioni di questa frequenza O3 non contribuisce all’effetto serra. *** Chimica dell'ambiente

Aerosol atmosferico “aerosol atmosferico”. **
… GAS SERRA L’atmosfera che ci circonda non è unicamente costituita da gas ma contiene in forma dispersa anche particelle di dimensioni variabili, comunemente note come “aerosol atmosferico”. ** Chimica dell'ambiente

Aerosol atmosferico Gli aerosol ricchi di solfato della troposfera prodotti dagli inquinanti dell'aria, soprattutto sopra le aree urbane nell'emisfero settentrionale, riflettono la luce solare nello spazio più efficientemente di quanto la assorbano. Di conseguenza: una minore quantità di radiazioni solari viene assorbita da parte del terreno e degli strati più bassi della tropo sfera e trasformata in calore. Gli aerosol contenenti solfato non sono particolarmente efficaci nell'intrappolare le emissioni di radiazioni IR termiche dalla superficie terrestre l'effetto netto degli aerosol è un raffreddamento degli strati di aria più vicini al suolo che maschera alcuni degli effetti del riscaldamento planetario indotti dai gas responsabili dell'effetto serra * Chimica dell'ambiente

27/03/2017 Chimica ambientale Rita Giovannetti Chimica dell'ambiente.

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