Acque inquinate

Acque naturali e inquinamento

Calcio in acqua

Il calcio insieme a Mg e Fe determina la durezza dell'acqua. La durezza dell'acqua si riferisce alla concentrazione totale di ioni alcalino-terrosi, può essere uguagliata a [Mg²⁺] + [Ca²⁺] e alcune volte si considera anche Fe²⁺. La durezza viene determinata mediante titolazione con EDTA a pH 10 con indicatore NET ed è espressa come mg CaCO₃/L.

La dissociazione del carbonato avviene secondo la reazione: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2HCO₃^-.

La durezza dell'acqua può essere abbassata facendola passare su una resina a scambio ionico, che è un polimero con ioni sodio scambiati al passaggio con gli ioni calcio e magnesio dell'acqua. Gli ioni calcio e magnesio sono trattenuti dalla resina, che poi viene rigenerata mediante trattamento con acqua salata concentrata.

Reazioni della chimica dell'acqua

• Reazioni acido-base e di solubilità controllano la concentrazione degli ioni inorganici disciolti in acqua.
• Redox influenzano il contenuto organico delle acque.

Vi è un'analogia tra redox e reazioni acido-base: una prevede lo scambio di elettroni, l'altra di ioni H⁺. Dobbiamo considerare un'altra grandezza oltre al pH: pE = -log a_e-, dove E è il potenziale redox. Il pE indica la capacità ossidante o riducente dell'acqua.

• Acqua con elevata attività di e^- (basso pE) → riducente.
• Acqua con bassa attività di e^- (alto pE) → ossidante.

Interazioni chimiche fra solidi, gas e acqua

Alcune sostanze inquinanti come idrocarburi e altri pesticidi possono essere presenti sulla superficie dell'acqua come un film liquido immiscibile. Le diverse fasi in cui possono avvenire i processi chimici acquatici sono (oltre all'acqua):

• I sedimenti (solidi).
• Il materiale in sospensione colloidale.

Sedimenti

I sedimenti sono gli strati di minerali e particelle organiche presenti sul fondo dei corpi idrici naturali. Tipici sedimenti sono costituiti da miscele di minerali a grana grossa, media e fine, tra cui argille, limo e sabbia, miscelati con sostanze organiche. Possono variare da una composizione minerale pura a prevalentemente materia organica. L'acqua interstiziale o di porosità consente il trasferimento di inquinanti e sostanze dalla fase solida alla fase liquida.

I sedimenti possono essere formati da semplici reazioni di precipitazione che portano a fenomeni di erosione. Quando un'acqua reflua ricca di fosfati entra in un corpo d'acqua contenente un'alta concentrazione di ioni calcio, si verifica la reazione che porta alla produzione di idrossiapatite: 5 Ca²⁺ + H₂O + 3HPO₄^2- → Ca₅OH(PO₄)₃(s) + 4H⁺.

L'ossidazione delle forme ridotte di un elemento può portare alla sua trasformazione in una specie insolubile, come accade quando il Fe(II) è ossidato a Fe(III) fino a produrre un precipitato insolubile di idrossido di Fe(III).

Colloidi

I colloidi hanno un diametro compreso tra 0.001-1 μm e presentano caratteristiche miste tra specie in soluzione e particelle sospese. Sono in grado di diffrangere la luce bianca in una luce di colore blu. Possono includere inquinanti organici, alghe, batteri, minerali, ecc.

• Colloidi idrofili → macromolecole con forti interazioni con l'acqua.
• Colloidi idrofobi → possono essere precipitati con sali.
• Colloidi di associazione → aggregati di micelle.

L'assorbimento della sostanza organica da materiale sedimentario o sospeso in acqua è un fenomeno importante. Senza questo fenomeno, è probabile che i pesticidi nelle acque sarebbero molto più tossici.