Chimica dell'ambiente

CHIMICA DEI SISTEMI ACQUIFERI

Prenderemo ad esempio un bacino di acqua dolce, il discorso può essere trasferito poi all'acqua di mare. Lo prendiamo come modello perché è un sistema chiuso, in alcuni casi può essere considerato un sistema ideale.

Nel momento in cui dobbiamo analizzare un'acqua contaminata dovremo avere una scheda tecnica della nostra acqua. Oggi vedremo i parametri chimico-fisici e introdurremo i criteri di qualità dell'acqua, che ci danno indicazioni sullo stato di salubrità del bacino.

Sono dei campanelli di allarme per capire che tipo di inquinante o che variazione sta accadendo del nostro bacino. Poi dobbiamo spiegare come è fatto un sistema acquifero, che non è monofasico come l'atmosfera, ho l'acqua in equilibrio con l'atmosfera. Sotto la massa d'acqua ho il sedimento, che è a stretto contatto con l'acqua surnatante e quindi avrà degli scambi e delle interazioni.

Le acque dolci hanno un salinità che va da 0.1-1g/L, le acque salate hanno una salinità 33 volte maggiore dovute alla presenza di cloruro di sodio perché è quello che impartisce il carattere salato, agli ioni carbonati, fosfati ecc.

La diversa salinità impartisce delle caratteristiche diverse, conducibilità molto diversa, l'acqua dolce conduce molto di meno rispetto alla salata.

Parlare di concentrazione è possibile solo se ci troviamo in un mezzo ideale dove la concentrazione e l'attività coincidono, il coefficiente di attività in quel caso è uguale a 1 (il coefficiente di attività assume valori da 0-1 ed è 1 quando sono in soluzioni ideali).

Quindi dovremmo parlare di attività, siamo in un mezzo con una forza ionica elevatissima (la forza ionica è data dalla semisomma della concentrazione i-esima di tutte le specie per la carica i-esima delle specie al quadrato) → tanti più

Le interazioni ioniche hanno un effetto significativo sulla formazione di un campo elettrico. Aumentando le interazioni, si avranno più cariche e la forza ionica sarà proporzionale al quadrato della carica. Pertanto, in un mezzo con un coefficiente di attività tendente a zero, si avrà un campo elettrico più debole.

Nell'acqua di mare, si parla di concentrazione a causa della presenza di una forza ionica tamponata. La salinità dell'acqua di mare è così elevata che se si aggiungesse sale, la concentrazione di sale rimarrebbe invariata. Si tratta quindi di una soluzione satura. Inoltre, se si aggiungono ioni H+, vengono tamponati da tamponi come il carbonato.

Un'altra sottile differenza tra l'acqua dolce e l'acqua salata è la presenza di ioni. Nell'acqua dolce, i principali ioni presenti sono il carbonato e il bicarbonato, che creano un tampone e portano il pH dell'acqua di un lago a circa 7,8. Nell'acqua salata, il pH è leggermente più alto a causa della prevalenza del tampone carbonato, che porta il pH a circa 8,3.

(ricontrollare se valori sono giusti). Il pH comunque può variare. La differenza di salinità e di carbonati risiederà anche nel tipo di composti che si vengono a formare. In acqua salata la maggior parte dei composti che si andranno a formare saranno complessi di natura cloridrica, se trova metalli che possono formare complessi (elementi dei metalli di transizione con orbitali d disponibile), questo andrà ad influenzare la speciazione. La speciazione va a studiare come sono legate/ricombinate le specie chimiche a diversi valori di pH, T ecc.. In chimica dell'ambiente si fa quella che viene chiamata speciazione operazionale, non sono così legata a capire esattamente qual è il legame del metallo con il complesso, mi importa solo sapere se il metallo è legato o no. La salinità incide sulla speciazione, esempio del mercurio, se ho uno sversamento di mercurio in un acqua salata, il mercurio formerà un complesso molto stabile con il cloruro,

è di un stagnoo di un lago (laghi piccoli), l'acqua corrente è a scorrimento.

Nelle acque stagnanti il moto delle acque sarà fermo, in quelle correnti sarà turbolento. Questo si ripercuote sull'ossigenazione del sistema, l'acqua è in stretto contatto con l'atmosfera sovrastante, l'ossigeno è regolato da una costante di Henry, quindi l'ossigeno si discioglie secondo la legge di Clausius-Clapeyron e secondo la legge di Henry si solubilizza in acqua.

L'acqua in un moto turbolento ha più interazione con l'atmosfera, avrà più ossigeno disciolto. Inoltre l'acqua corrente si rimescola anche maggiormente, quindi avrà una concentrazione di materiali particellare in soluzione maggiore perchè il materiale particellare non riuscirà a depositarsi.

L'acqua stagnante avrà meno materiale particellare perchè una parte si depositerà, quindi potrebbe esserci maggiore

penetrazione della luce (non c'è materiale particellare in soluzione che impedisce la penetrazione per rifrazione), quindi un maggiore processo di fotosintesi. Nell'acqua corrente nonostante ci sia più materiale particellare in soluzione ho un ripristino dell'ossigeno dovuto all'interscambio di materia con la superficie.

Nell'acqua corrente l'inquinante può viaggiare, nel bacino stagnante no. Ma comunque l'acqua corrente segue un percorso ben preciso.

Il materiale particellare in un sistema acquifero viene considerato tutto il materiale che ha un diametro superiore a 0.45 micron, tutto ciò che è minore è disciolto. Di solito infatti quando si fanno i campionamenti delle acque, la prima cosa che si fa è filtrare l'acqua e viene filtrata inizialmente proprio con questo filtro a 0.45. Il materiale particellare è importante perché dà luogo al fenomeno di adsorbimento. Nulla toglie che posso fare

Anche delle successive filtrazioni. Se ho acqua stagnante e acqua corrente dove effettuo maggiore errore nel campionamento? Prima cosa che facciamo è pesare il filtro, poi facciamo passare 10 litri di acqua sul filtro. Farò più errore nell'acqua stagnante perché avrà meno materiale particellare in soluzione, quindi una volta che ho fatto passare l'acqua e vado a pesare nuovamente ho un aumento di peso piccolo, mentre con l'acqua corrente ho più materiale particellare in sospensione quindi avrò una variazione maggiore e commetterò errore minore sulla pesata.

Le acque vengono discriminate tramite parametri di qualità fisici o organolettici oppure chimici. Dalla T possiamo andare a determinare la quantità di ossigeno disciolto, perché per la legge di Clausius-Clapeyron l'ossigeno è dipendente dalla T. I parametri di qualità fisici e organolettici e il pH e l'ossigeno disciolto si misurano molto velocemente.

maniera inversamente proporzionale alla T, se la T è più bassa la concentrazione di ossigeno è più alta. Insieme a questi parametri vedremo BOD (domanda biochimica di ossigeno) e COD (domanda di ossigeno chimico) e il TOC (carbonio organico totale). Il BOD e il COD indicano l'ossigeno che viene consumato chimicamente da normali processi chimici che avvengono. Ci saranno anche qui dei valori di BOD e COD ottimali. Studieremo in nutrienti essenziali come fosforo e azoto. L'azoto è indice di alcuni tipi di inquinamento. L'alcalinità ci indica quali sono le specie che sono in grado di accettare protoni e quindi di riprotonarsi, parleremo di alcalinità carbonatica e totale. Sono parametri macrodescrittori. Ci sono dei tipi particolari di acque superficiali:

• Laghi salmastri → sono dei laghi che hanno una salinità intermedia tra un mare e un lago
• Lagune → è acqua dolce in contatto con il mare aperto,