chimica dell'ambiente chimica ambientale rita giovannetti

Chimica dell'ambiente

Chimica ambientale

Rita Giovannetti


… 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.


… 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.


… 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.


… 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.


… LE PIOGGE ACIDE …

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

pH < 5


… LE PIOGGE ACIDE …Le due specie acide che predominano in una

pioggia acida sono:

Tali acidi si formano durante il trasporto della massa d’aria che contiene gli inquinanti primari.

H2SO4 (da SO2)

HNO3 (da NOx)


… LE PIOGGE ACIDE …

SOxNormalmente 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.


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.


… 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.


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.


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.


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).


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.


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%.


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).


NO …

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.

L’ossido di azoto è un gas incolore, insapore ed inodore; è anche chiamato ossido nitrico.


NO2 …

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.

L’ossido di azoto viene poi ossidato in atmosfera dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono producendo biossido di azoto.


… 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.


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.


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.

http://www.nonsoloaria.com/iqposaca.htm

http://www.nonsoloaria.com/iqposadi.htm

http://www.nonsoloaria.com/iqposaeu.htm

http://www.nonsoloaria.com/iqposaea.htm

http://www.nonsoloaria.com/iqposall.htm


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.



• 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.



• 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:



• 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.


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.



• 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.



• 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.



• 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.



• 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.



• 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. *


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.



• 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.



• 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.



• 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.



• 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.


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.



della materia particolata

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



della materia particolata 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



della materia particolata 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.



della materia particolata 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.



della materia particolata 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.



della materia particolata • 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.



della materia particolata 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.



della materia particolata 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.



della materia particolata • 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..



della materia particolata • 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.



della materia particolata • 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+,




• 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.




• 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.




• 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.


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:


Inquinamento dell’aria in ambienti confinati 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.



• 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.



• 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.



• 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


Inquinamento dell’aria in ambienti confinati 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.



• 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.



• 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.

*


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.


MECCANISMIIl 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).


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 (800-4000 nm).

… Il bilancio energetico della terra …


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.



Poiché alcuni gas presenti nell’aria possono assorbire provvisoriamente determinate lunghezze d’onda della radiazione IR termica,

4-50 µmnon tutta la radiazione IR emessa dall’atmosfera e dalla superficie terrestre sfugge nello spazio.



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.



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.



EFFETTO SERRA E IL RISCALDAMENTO PLANETARIO


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.




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:

Vibrazioni molecolari


… Il bilancIo energetico della terra … GAS SERRA



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.



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).


In primavera ed in estate grandi quantità di CO2 sono allontanate dall’aria per effetto

della fotosintesi clorofilliana delle piante.

… GAS SERRA

La decomposizione biologica dei tessuti vegetali che si verifica in autunno e inverno restituisce il CO2

precedentemente utilizzato.

CO2

Il CO2 intrappolato (fissato) nella forma

polimerica), (CH2O)n ad opera del processo

fotosintetico non può contribuire all’effetto

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.

… GAS SERRA CO2

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.


… GAS SERRA CO2

Una molecola di CO2 rimane mediamente

nell’atmosfera per oltre un secolo!!

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.


… GAS SERRA Vapore acqueo

L’acqua è il gas più responsabile dell’effetto serra nell’atmosfera sebbene, per singola molecola assorba meno efficacemente della CO2.

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.


… 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



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.



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.




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:




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.


… GAS SERRA Metano

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.

Dopo la CO2 , l’H2O

il CH4 è il terzo in ordine di importanza tra i

gas responsabili dell’effetto serra.



l’aumento delle molecole di CO2 è 80 volte

superiore a quello del CH4

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’altro pozzo per il CH4 è rappresentato dalle reazioni a

terra e dalla diffusione nella stratosfera.

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



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.


… GAS SERRA N2O

E’ presente in tracce e contribuisce significativamente all’effetto serra.

La vibrazione da flessione del legame del protossido di azoto assorbe le radiazioni IR


… GAS SERRA N2O

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.


… GAS SERRA N2O

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.


… GAS SERRA N2O

Il gas è il prodotto secondario

del processo di denitrificazione biologica in ambiente aerobio

del processo di nitrificazione in ambiente anaerobio.


… GAS SERRA N2O

La combustione dei combustibili fossili produce N2O

solo quando l’azoto è contenuto nel combustibile stesso (carbone e biomassa).


… 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).


… 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.


… 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.


… GAS SERRA Ozono

Si forma nella troposfera a partire dagli atomi di ossigeno prodotti dalla dissociazione fotochimica di O2:

Gas naturale capace di indurre effetto serra sebbene la sua permanenza nella troposfera sia ridotta.

O + O2 O3 **


… GAS SERRA Ozono

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.

***

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.


… GAS SERRA Aerosol atmosferico

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”.

**


• 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. *

Aerosol atmosferico

chimica dell'ambiente chimica ambientale rita giovannetti

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