Chimica dell'ambiente

Chimica dell'ambiente – Lezione 1

Le Scienze ambientali sono l'insieme di interazioni che avvengono tra i vari comparti ambientali.

– ambiente terrestre

– acquatico

– vivente

– antropologico

In modo più specifico è lo studio della terra, dell'aria, dell'acqua e degli ambiente viventi e degli

effetti della tecnologia su di essi.

Quando la Terra si è formata era priva di inquinamento o comunque con poco inquinamento.

L'inquinamento è poi aumentato con l'intervento antropologico e con l'industrializzazione.

Ogni tipo di inquinamento e ogni apporto antropogenico ha una ricaduta su tutti i comparti

ambientali.

L'emissione di inquinanti coinvolge tutti i comparti ambientali.

Le sostanze subiscono delle trasformazioni, l'SO2 e gli NOx subiscono dei fenomeni di ossidazione

in atmosfera perchè in atmosfera è presente ossigeno che è un forte ossidante, ha un potenziale

elettrochimico standard di 1.23eV, quindi è in grado di ossidarli.

L'anidride solforosa viene ossidata ad acido solforico, gli ossidi di azoto invece vengono ossidati ad

acido nitrico.

Quindi l'ossigeno ha trasformato l'inquinante, perchè l'anidride solforosa è un gas solubile che in

atmosfera si andrà a solubilizzare nelle goccioline di acqua e ricadrà in altri comparti ambientali

come per esempio nei sistemi acquiferi e nei suoli sotto forma di un inquinante che è trasformato,

non ho più SO2 ma ho acido solforico, che è un inquinante secondario.

Quindi la produzione di carbonio e petrolio non ha inquinato solo l'atmosfera ma potrebbe aver

avuto una ricaduta anche sulla geosfera e sull'idrosfera sotto forma di precipitazioni acide.

Se nell'idrosfera faccio arrivare delle precipitazioni acide, avrò che la variazione di pH sul suolo

farà rilasciare delle sostanza che sono chelate nel suolo tramite gruppi carbossilici, se arrivano degli

ioni H+ i gruppi carbossilici si riprotonano, se il gruppo carbossilico mi teneva chelato un metallo

tossico avrò una contaminazione del suolo da metalli pesanti oppure una contaminazione, un

rilascio eccessivo di nutrienti come ad esempio i metalli alcalino/alcalino-terrosi che se sono troppo

presenti il suolo subisce un'alterazione, che può risentirne dal punto di vista agricolo, le piante

potrebbero non crescere bene. Ma potrei avere dal suolo la liscivazione di metalli che non solo

contaminano il suolo ma contaminano anche la falda acquifera quindi hanno una ricaduta

nell'idrosfera e contaminando la falda acquifera hanno un effetto su di noi perchè noi l'acqua della

falda acquifera nella maggior parte dei casi la utilizzamo per potabilizzarla quindi avremo

dell'acqua che non possiamo rendere potabile (acqua con arsenico nel viterbese).

Altera non solo il comparto ambientale in termini di fauna e flora ma ha una ricaduta sul suolo

Sostanza inquinante: è una sostanza che fa variare un comparto ambientale e per la quale è nota e

accertata la tossicità sull'uomo, altera lo stato di salubrità dell'ecosistema dell'ambiente e soprattutto

ha una ricaduta effettiva sull'uomo.

I comparti che studieremo avranno tutti una netta correlazione.

ATMOSFERA

Manto protettivo fatto di gas che ha una corteccia di 500km che circonda la superficie terrestre, ha

la funzione di alimentazione della vita (fonte di N e O) e di protezione della vita (protegge da tutte

le radiazioni provenienti dal Sole).

Nella Troposfera che è dove viviamo noi arriveranno solo quelle radiazioni provenienti dallo

Spettro dell'UV-visibile → 400-700nm

Tutte le altre sono filtrate dal Sole.

Se non ci fosse l'atmosfera noi avremmo notevoli sbalzi termici (-50°C a +50°C) invece la presenza

di alcune specie come il vapore acqueo e l'anidride carbonica (gas a effetto serra che assorbono la

radiazione IR) mitigano e mantengono la temperatura della Terra costante intorno ai 25°C circa.

Funge da veicolo nel ciclo idrologico, il ciclo idrologico ce l'abbiamo grazie alla presenza

dell'atmosfera perchè altrimenti l'acqua che evapora andrebbe via nello spazio aperto perchè se non

ci fosse quello che si chiama coperchio termico, l'acqua si fotodissocerebbe in idrogeno che è

gassoso e vola via.

IDROSFERA

Contiene tutta l'acqua terrestre, noi studieremo la chimica di bacini chiusi (non del mare).

Gli oceani costituiscono il 97% di tutta l'acqua terrestre, del restante 3% solo uno 0.1-0.2% è sotto

forma di bacini, ruscelli, laghi ecc... tutto il resto è inglobato all'interno dei ghiacciai.

Noi studieremo la chimica di acqua dolce.

GEOSFERA

Totalità della terra solida.

L'inquinamento nel suolo è molto lento.

Litosfera → 50-100km di spessore

BIOSFERA

Comprende tutti gli esseri viventi

Chimica dell'ambiente → studio delle sorgenti, delle reazioni, del trasporto, degli effetti e del

destino delle specie chimiche in atmosfera, in acqua, nel suolo e degli effetti della tecnologia su di

essi.

Chimica dell'ambiente – Lezione 2

Il ruolo della chimica analitica nell'analisi ambientale è quello di:

– Determinare che tipo di sostanza abbiamo (analisi qualititiva), dobbiamo capire l'inquinante,

il contaminante, dobbiamo capire che tipologia di sostanza è, se è una sostanza di natura

inorganica (catione metallico, anione), se è un composto organico. Dobbiamo capire in che

stato fisico si trova ecc... Questa analisi ci permette di discriminare e determinare l'analita

ma non in maniera quantitativa.

– Determinare la quantità di una sostanza (analisi quantitativa), determinare la concentrazione

di inquinanti. L'analisi quantitativa a cui ci siamo approcciati fino ad adesso è un'analisi

quantitativa in cui avevamo quantità di analiti molto elevati, oggi la strumentazione

permette di avere una sensibilità molto elevata e determinare anche concentrazioni molto

piccole. È molto importante nell'analisi ambientale effettuare dei metodi di arricchimento

che ci permettono di aumentare in modo fittizio la concentrazione degli analiti ed eliminare

tutti i possibili interferenti nel campione per riuscire a determinarlo in modo più accurato.

– Determinare se una sostanza fa male. È importante conoscere la concentrazione poiché per

molti analiti la concentrazione è direttamente correlata al tipo di effetto che può avere

sull'uomo. Degli analiti in determinate concentrazioni potrebbero non essere tossici ma dare

degli effetti poco nocivi. L'analisi degli effetti viene fatta dai tossicologi.

– Determinare da dove viene, quindi la ricerca delle sorgenti. Da dove viene l'inquinante?

L'inquinamento potrebbe non essere dovuto alla zona circostante rispetto a dove sto

misurando l'inquinamento. In acqua gli inquinanti vengono trasportati e possiamo trovarli

anche a km e km di distanza.

– Determinare cosa si può fare. Cosa possiamo fare per cercare di ovviare ad una emissione e

cercare di risanare una possibile fonte di inquinamento. In un'acqua e in un suolo possiamo

cercare di biorisanare mentre in atmosfera non posso, devo necessariamente ricercare un

rimedio. Il rimedio in atmosfera è cercare di conoscere la sorgente e agire su essa.

In natura esistono, per quanto riguarda gli inquinanti, i così detti SINC che sono delle sostanze

inerti che intrappolano degli inquinanti. Un esempio di SINC è il marmo, carbonato di calcio.

Ogni tot anni i monumenti vengono ripuliti perchè si anneriscono, quell'annerimento è

l'adsorbimento sulla superficie le particelle di materiale particellare.

Il materiale particellare è in prevalenza materiale carbonioso, dovuto a benzine e tutti i composti

organici e contiene composti organici volatili, monossido di carbonio, NOx, SO2.

INQUINAMENTO

Possiamo avere inquinamento dell'acqua, dell'aria o del suolo. Queste tre aree sono tutte collegate

tra loro. Alcuni inquinanti possono essere convertiti in acidi forti come ad esempio l'SO2 che è un

gas solubile in H2SO4 con un passaggio intermedio ad acido solforoso perchè nel momento in cui

l'anidride solforosa si solubilizza in acqua, forma l'acido solforoso che poi ricade sotto forma di

piogge acide. Il solo ossigeno dell'aria non è un forte ossidante, cineticamente le reazioni ad opera

dell'ossigeno non sono favorite. Le piogge acide si vengono quindi a formare quando l'aria è gia

inquinata, e ci sono tanti inquinanti di tipo ossidante. Se noi siamo in presenza di smog fotochimico

e produciamo tanto ozono stratosferico, oppure abbiamo prodotto acqua ossigenata oppure grazie al

radicale ossidrile che è naturalmente presente in atmosfera abbiamo che l'acido solforoso tramite

l'ossidazione attraverso ozono, H2O2, radicale ossidrile passa ad acido solforico.

Stessa cosa per gli NOx che tramite ossidazione in fase gassosa si trasforma in acido nitrico.

Quindi insieme danno origine a questo fenomeno di ricaduta chiamate piogge acide, che entrano in

contatto con il suolo e con l'acqua e vanno a variare drasticamente il pH dei nostri bacini (piccoli

bacini).

Caso esemplare di piogge acide è rappresentato dalla foresta nera in Germania, che si chiama così

perchè le piante sono di un verde molto scuro dovuto alle precipitazioni acide che vanno ad alterare

il processo di fotosintesi che rende verdi le piante.

In assenza di fotosintesi bloccata dall'acidità delle precipitazioni le piante cambiano colore, non

riescono più ad effettuare fotosintesi. In inverno le foglie sono gialle perchè c'è sole per meno ore

nella giornata e quindi le piante producono meno clorofilla. Il concetto nella foresta nera è uguale

ma in quel caso è rafforzato dalla presenza di ioni H+ che vanno a bloccare il processo

fotosintetico. Un altro caso è il rifiuto pericoloso che viene abbandonato o scaricato in un terreno,

esso permea nell'acqua di falda come nel caso delle discariche incontrollate, il rifiuto subisce poi

fermentazione alcolica. Le discariche devono essere fatte con delle griglie in terreni argillosi perchè

l'argilla assorbe molto meno e quindi viene impedita la liscivazione nella falda acquifera.

L'inquinamento fino al 1962 è stato un problema sottovalutato, perchè si pensava che l'inquinante si

diluiva, oppure veniva sotterrato.

Nel 1962 ci fu la prima azione riguardante l'inquinamento (Silent Spring).

Dopo di che sono nati i primi Summit.

Si è parlato per la prima volta di sviluppo sostenibile, ovvero, cosa possiamo fare per ovviare

all'inquinamento che c'è , nel 1992.

La quantità di inquinamento dipende dalla popolazione e da quante industrie ci sono.

Ad oggi la massima produzione di inquinamento proviene dalla Cina perchè è un paese in via di

sviluppo. Per molti anni la Cina non è rientrata nelle normative perchè era un paese in via di

sviluppo, quindi a questi paesi doveva essere data la possibilità di immettere in atmosfera alte

concentrazioni di inquinanti che in altri paesi non erano accettate per cercare di svilupparli.

I primi paesi con le normative più stringenti sono stati: Stati Uniti, Germania e Inghilterra.

Se un inquinante per più di qualche giorno supera una certa concentrazione devo adottare delle

misure.

È molto importante nell'inquinamento chimico valutare la qualità, ovvero il tipo di prodotto, che sia

primario o secondario. Alcuni prodotti sono stati messi al bando: DDT, PCB e CFC.

Il DDT venne usato per uccidere la zanzara che portava la malaria, ma poi è stato scoperto che è

cancerogeno.

I CFC sono altri composti che non sono da definire inquinanti ma sono stati banditi. Sono stati

molto utilizzati intorno agli anni '70 come refrigeranti, sono stati una scoperta sensazionale perchè

non inerti e non tossici. Ad un certo punto si è capito che essendo dei composti molto leggeri fatti di

carbonio hanno delle emivite molto lunghe e quindi permangono nell'ambiente per tantissimo

tempo, inoltre non rimangono in troposfera ma vanno in stratosfera. Per questo motivo sono stati

banditi. Mentre il DDT e il PCB hanno delle ripercussioni sulla salute umana, i CFC invece il

fenomeno di inquinamento globale a cui hanno dato seguito non era un fenomeno di inquinamento

globale tangibile, si è capito dopo.

É importante studiare la persistenza dell'inquinante, il bioaccumulo. I metalli pesanti ad esempio

subiscono il fenomeno del bioaccumulo, quindi se respiro il piombo (unico metallo respirabile,

sotto forma di piombo tetrametile) essso si bioaccumula nello scheletro osseo sostituendosi al calcio

e crea un tipo di malattia che si chiama piombemia che è un tumore del sangue.

In altri casi bisogna stare attenti alla biomagnificazione nella catena alimentare, è un fenomeno in

cui se io ho un inquinante anche in bassissime concentrazioni, questo all'interno della catena

alimentare si biomagnifica. Il pesce mangia altri pesciolini in cui c'era mercurio che si accumula nel

tessuto molle (nel fegato) dei pesci e la concentrazione aumenta.

Importante è anche il trasporto a lunga distanza, è un trasporto e una ricaduta in un punto distante

dalla sorgente di emissione. Oggi vengono studiati anche gli inquinanti ai poli che ci sono arrivati

per trasporto.

L'inquinante può essere classificato come inquinante primario o come inquinante secondario.

Inquinante primario → inquinante che viene immesso direttamente in atmosfera da una fonte che

sia naturale o antropogenica.

Inquinante secondario → sostanze che subiscono una trasformazione in atmosfera (esempio H2SO4

e HNO3) → si generano in loco per reazione di inquinante primario con un'altra sostanza inerte.

Anche l'ozono è un inquinante secondario, in troposfera ce l'abbiamo naturalmente, ma quello che si

forma per smog fotochimico avviene se abbiamo NOx, quindi si forma dal ciclo fotolitico degli

NOx.

Inquinante → sostanza presente a concentrazione maggiore di quella naturale, che ha effetto

dannoso sull'ambiente, sull'uomo o sui suoi interessi.

Quindi magari gia è presente ma in concentrazioni più basse e non dannose.

Contaminante → sostanza che comporta una deviazione della naturale composizione dell'ambiente,

per la quale non è stato ancora riscontrato un effetto dannoso.

Vuol dire che in natura non c'è. Il clorofluorocarburo non esiste in natura, l'abbiamo immesso noi.

Alcune sostanze noi le confondiamo, la CO2 e il vapore acqueo sono presenti in atmosfera ma non

hanno effetto tossico sull'uomo, ma danno luogo a un fenomeno di inquinamento globale.

Secondo la normativa vigente si definisce inquinante qualsiasi sostanza presente nell'ambiente a

una concentrazione e con caratteristiche tali da:

– Alterare le normali condizioni ambientali e di salubrità dell'ambiente.

– Costituire pericolo o pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell'uomo.

– Compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell'ambiente.

– Alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi, i beni pubblici e privati.

L'inquinamento può essere considerato locale se rimane confinato in loco, regionale se è espanso a

tutta la regione, globale se riguarda tutto il mondo (smog fotochimico).

L'inquinante può essere immesso durante la fase di produzione, trasporto, stoccaggio e impiego di

sostanze oppure se viene fatto un abuso di queste sostanze.

Le caratteristiche che vengono studiate sono:

– tempo di resistenza, importante per capire che effetti a lungo termine può avere

quell'inquinante

– dominio di residenza, dove si è formato e dove ricade

– carico, quanto inquinante viene immesso in atmosfera giornalmente, questo viene misurato

attraverso delle centraline

– flusso, con che velocità viene immesso l'inquinante in atmosfera

Molto importante è anche la concentrazione, l'esposizione, la dose, l'effetto dell'inquinante

sull'uomo e l'emissione.

In acqua i livelli di inquinamento vengono definiti da parametri macrodescrittori: colore, odore,

sapore, torbidità.

L'acqua può essere pretrattata attraverso impianti di potabilizzazione, oppure con un post-

trattamento attraverso impianti di depurazione.

Il suolo ha un inquinamento in genere meno evidente, l'influenza di questo inquinamento è sia su i

raccolti che sulla falda acquifera. Si può biorisanare attraverso microrganismi che riescono ad

ovviare al problema dell'inquinamento, trasformando gli inquinanti in composti che non sono

inquinati.

L'aria non si può pulire dopo. Necessita solo di interventi preventivi, bisogna stare attenti a cosa si

immette perchè una volta che viene immesso non si può più togliere dal'atmosfera.

L'inceneritore immette tonnellate e tonnellate di tossine in atmosfera. Il ppm è un rapporto

volume/volume

CICLI CHIMICI

Il ciclo mi va a definire il destino dei composti, in che forme esistono nei vari comparti e a che tipo

di composti possono dare luogo e che trasformazioni subiscono nell'ambiente.

Ogni composto può trovarsi in forme diverse a seconda del comparto ambientale in cui si trova.

Dobbiamo considerare due reazioni che sono la Fissazione e la Mineralizzazione che in chimica

dell'ambiente corrispondono a riduzione e ossidazione.

I cicli possono essere divisi in:

– cicli endogeni → comprendono principalmente rocce del sottosuolo di vario tipo.

Uno dei pochi è il ciclo del fosforo, perchè in questo ciclo non ci sono sostanze gassose, il

fosforo rimane sempre solido.

– cicli esogeni → avvengono essenzialmente sulla superficie della terra e hanno in genere

componenti nell'atmosfera, il carbonio come CO2 e CO, l'azoto c