Chimica ambientale

CHIMICA AMBIENTALE:

l’atmosfera funziona come una sorta di cuscinetto in grado di proteggere la terra dalle

emissioni delle radiazioni provenienti dal sole e, conservando la temperatura sulla

terra, contribuisce ai cicli dell’ossigeno, dell’azoto, del carbonio e dell’acqua.

L’atmosfera si divide in varie zone che si distinguono per altezza crescente a cui

corrisponde una diminuzione della pressione (infatti il cammino medio di un elettrone

passa da 10^-6 a livello del mare fino a 500 km all’estremo dell’atmosfera) e della

densità, a causa della dimunzione della forza di gravità.

L’atmosfera dunque si divide nella troposfera (da 0 a 16 km) con gradiente negativo a

causa del miscelamento delle masse d’aria che permettono la diffusione degli

inquinanti e in cui si verificano i principali fenomeni di inquinamento come le piogge

acide, lo smog fotochimico e l’effetto serra; segue poi la tropopausa con gradiente

nullo caratterizzata da fori sulla superficie da cui fuoriescono correnti a getto di

inquinanti emessi dalle attività antropiche, inoltre fornisce una barriera per il vapore

acqueo che conserva la quantità di acqua sulla terra che altrimenti nella stratosfera,

sotto forma di vapore, si disperderebbe per effetto della fotodissociazione.

Successivamente dai 16 ai 50 km si ha la stratosfera con gradiente termico positivo in

cui avviene l’assorbimento dei raggi ultravioletti emessi dal sole da parte dell’ozono

che svolge un ruolo ecoregolatore impedendo ai raggi UVB e UVC, particolarmente

dannosi per l’uomo, di penetrare fino al suolo. In stratosfera avviene il processo di

formazione e di consumo dell’ozono con la reazione a tre centri per cui inizialmente in

presenza delle radiazioni Uv l’ossigeno molecolare si fotodissocia producendo due

molecole di ossigeno atomico da cui segue la reazione a tre centri con una molecola

che assorbe il surplus di energia e si produce dunque ozono e un catione della

molecola M (generalmente azoto); l’ozono a sua volta reagendo con la luce si dissocia

a dare ossigeno atomico e ossigeno molecolare. La reazione tuttavia viene catalizzata

a causa della presenza di specie radicaliche come i clorofluorocarburi emessi dalla

terra che fuoriescono tramite le correnti a getto dai fori presenti sulla tropopausa che

ne causano l’assottigliamento. Alla stratosfera segue la stratopausa con gradiente

termico nulla e l’esosfera, suddivisa nella mesosfera (dai 50 agli 80 km) con gradiente

termico negativo per l’assenza di specie che assorbano le radiazioni elettromagnetiche

e infine la termosfera (dagli 80 ai 500 km) costituita da materia rarefatta che assorbe

solo le radiazioni con lunghezza d’onda inferiore ai 200 nm ed elevata energia.

L’atmosfera tuttavia non assorbe solo le radiazioni provenienti dal sole il cui contenuto

energetico dipende dalla frequenza della radiazione incidente e subisce fenomeni

ottici e termici quali la rifrazione, retrodiffusione, diffusione, convezione,

irraggiamento, conduzione, ma anche le radiazioni emesse dalla terra, soprattutto i

raggi infrarossi, che permettono di mantenere la temperatura del pianeta costante.

Gli inquinanti in atmosfera derivano principalmente dalla combustione, una reazione di

ossidazione di un combustibile ad opera di un comburente (aria, ossigeno), con

elevato sviluppo di calore che può avvenire totalmente o parzialmente in

sottostechiometria di ossigeno. Nonostante i prodotti teorici della combustione siano

gli ossidi di carbonio, gli ossidi di azoto e di zolfo, nei processi reali si formano anche

inquinanti secondari come il particolato, l’ozono e i composti organici volatili non

metanici e il metano.

Il monossido di carbonio è un gas incolore e inodore tossico per inalazione

 prodotto dalla combustione in sottostechiometria di ossigeno e favorito da alte

temperature e scarso ricambio di aria. Il monossido di carbonio viene prodotto

dai trasporti, dagli impianti di riscaldamento domestico e industriale ed è

definito come un inquinante locale e urbano. La concentrazione di monossido di

carbonio aumenta soprattutto nelle aree urbane o negli ambienti indoor e può

portare a gravi problemi sanitari in quanto si lega in modo irreversibile con

l’emoglobina nel sangue formando il complesso carbossiemoglobina che non

consente lo scambio di ossigeno e CO2. L’inalazione di monossido di carbonio

può portare dalla perdita di percezione alla cefalea fino alla perdita di

conoscenza e al decesso.

Il biossido di carbonio è un gas inodore e incolore derivante dalla combustione

 completa del carbonio ed è favorita dalle basse temperature. L’andamento della

sua concentrazione è stagionale in quanto dipende anche dalle attività delle

biomasse ed è massimo in inverno e minimo in estate e in primavera

nonostante l’aumento delle attività antropiche stia causando un continuo

aumento. L’anidride carbonica è responsabile dell’effetto serra naturale in

quanto insieme all’acqua è in grado di assorbire le radiazioni infrarosse

emanante dalla terra e così e trattenere il calore sulla terra per effetto

dell’iniziale eccitazione degli ioni che acquiscono energia che rilasciano in

seguito sotto forma di calore. Negli ultimi decenni con l’aumento delle attività

antropiche si è verificato un aumento di alcuni gas, definiti gas serra, inquinanti

che assorbendo le radiazioni infrarosse non solo mantengono la temperatura

ma la aumentano (per il protocollo di Kyoto tra gli inquinanti si ha la CO2, il

metano, l’ossido di diazoto, i perfluorocarburi e gli idrofluorocarburi, il

tetrafluoro di azoto e l’esafluoruro di azoto).

Gli ossidi di azoto sono prodotti dalla combustione nei veicoli e negli impianti

 industriali: l’ossido di azoto è incolore mentre il biossido di azoto ha un colore

rosso-bruno e un odore pungente che colpisce le mucose. Si formano per

reazione radicalica favorita da elevate temperature che ne accelerano

notevolmente la produzione. Gli ossidi di azoto sono responsabili del ciclo

fotolitico ovvero l’insieme di reazioni di assorbimento delle radiazioni del vicino

ultravioletto da parte degli ossidi di azoto con produzione di