6_Smog fotochimico e precipitazioni acide

Ozono – O3
• Gas bluastro, odore pungente agliaceo
• Altamente reattivo e energico ossidante
Ozono troposferico
• Inquinante secondario
• Ossidante fotochimico
• Componente dello smog fotochimico
• Impiegato nella disinfezione
Effetti dell’ozono
• Danni alle vie respiratorie e oculari
irritazione vie aeree, riduzione capacità polmonare
• Danni alla vegetazione
blocca fotosintesi
• Danni ai materiali
cracking gomma
• Gas serra
Effetti di O3
Effetti sull’uomo
Concentrazione
presenza avvertibile
0,05 ppm
secchezza delle fauci
irritazione agli occhi
0,1 ppm
oppressione toracica
mancanza di coordinazione
1-3 ppm
edema
9 ppm
A livello troposferico la [c] di O3 è di 0,03-0,07 ppm
Analizzatore di O3
Norma tecnica di riferimento: UNI EN 14625 “Metodo normalizzato
per la misurazione della concentrazione di ozono mediante
fotometria ultravioletta”.
Principio di misura: assorbimento UV (chemiluminescenza)
Modalità di funzionamento: l’analizzatore di ozono sfrutta
l’assorbimento di questo gas nell’UV a=254 nm e poi ne calcola la
concentrazione mediante la legge di Lambert-Beer.
Nella camera di misura entra in modo alternato aria ambiente tal
quale ed aria ambiente preventivamente passata attraverso un filtro
selettivo per l’ozono. Una lampada UV, in grado di emettere alla
lunghezza d’onda appropriata, fa sì che parte della radiazione venga
assorbita dalle molecole di ozono, causando una diminuzione di
intensità che viene registrata da un detector. Dall’alternanza delle
misure con e senza ozono, lo strumento ne determina la
concentrazione in aria ambiente.
Smog
• Smoke + Fog
• Smog riducente
• Smog fotochimico
• Stato di smog
– severa irritazione agli occhi
– visibilità < 3 miglia
– umidità < 60 %
Smog riducente
• Smog solforoso
• Smog “classico”
• Smog di Londra
• Caratterizzato dalla presenza di SO2
• Tipicamente invernale
• Comune nei climi umidi e freddi
Smog fotochimico
• Smog ossidante
• Smog “attuale”
• Smog di Los Angeles
• Caratterizzato dalla presenza di ossidanti
fotochimici come O3
• Tipicamente estivo
• Comune nei climi caldi e asciutti
Ossidante fotochimico
Sostanza capace di ossidare lo ioduro a iodio
:
–
–
–
–
–
O3 ozono
H2O2 acqua ossigenata
ROOR’ perossidi
ROOH idroperossidi
Perossiacilnitrati (PAN) R-CO-O-O-NO2
– Esclusione NO2
Formazione dello smog fotochimico
• Luce ultravioletta → sole
• Idrocarburi → da automobili e naturali
• Ossidi di azoto → da automobili e naturali
• NO2 + hv ⇨ NO + O
• O + O2 ⇨ O3
λ < 420 nm
Formazione dello smog fotochimico
• Ciclo fotolitico del biossido di azoto
NO2 + hv ⇨ NO + O
O + O2 ⇨M O3
O3 + NO ⇨ NO2 + O2
•
k 1 [NO 2 ]
[O3 ] = ⋅
k 3 [NO ]
k1
k2
k3
Formazione dello smog fotochimico
• NO2 + hv ⇨ NO + O
O + O2 ⇨M O3
O3 + NO ⇨ NO2 + O2
• RH + (HO•, O3, O) ⇨ ROO•
• ROO• + NO ⇨ RO• + NO2
k 1 [NO 2 ]
[O3 ] = ⋅
k 3 [NO ]
Effetti dello smog fotochimico
• Effetti sulla salute umana
(irritazione agli occhi ⇨ O3, aldeidi, acilnitrati)
• Effetti sui materiali
(cracking della gomma ⇨ O3)
• Effetti sull’atmosfera
(riduzione della visibilità ⇨ aldeidi)
• Effetti sulle piante
(blocco della fotosintesi ⇨ acilnitrati e O3)
• Nelle aree urbane la concentrazione di NO comincia ad
aumentare nelle prime ore della mattina (autoveicoli,
accensione impianti termici); dopo alcune ore la
concentrazione di NO inizia a diminuire ed aumenta quella di
NO2 a causa del processo di ossidazione dell’NO
• Durante le ore centrali della giornata, a mano a mano che
aumenta la radiazione solare, aumenta anche la frazione di
NO2 che si converte in NO, originando l’ossigeno
monoatomico che produce poi l’ozono
• Sfasamento dei processi di produzione di NO, NO2 e O3
• Effetti nocivi smog fotochimico:irritazione vie
respiratorie,affaticamento, edemi polmonari.
• Danni vegetazione (necrosi foglie dovuta all’ozono)
… 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.
Chimica dell'ambiente
… 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.
Chimica dell'ambiente
… 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.
Chimica dell'ambiente
… 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.
Chimica dell'ambiente
… LE PIOGGE ACIDE …
pH < 5
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-
Chimica dell'ambiente
pH = 5.6
… LE PIOGGE ACIDE …
Le due specie acide che predominano in una pioggia
acida sono:
H2SO4 (da SO2)
HNO3 (da NOx)
Tali acidi si formano durante il trasporto della massa d’aria che
contiene gli inquinanti primari.
Chimica dell'ambiente
… LE PIOGGE ACIDE …
SOx
Normalmente 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.
Chimica dell'ambiente
Deposizioni acide
• Deposizioni umide
•
•
Inquinanti acidi deposti sono disciolti in un mezzo
acquoso
Pioggia, neve, nebbia, brina, rugiada…
• Deposizioni secche
•
•
Inquinanti acidi deposti sono assorbite/adsorbite
senza essere prima sciolti nell’acqua atmosferica
Gas, particolato
Formazione
• SO2 (g)+ HO• ⇨M HOSO2 ⇨ ⇨H2O H2SO4
• {O}(aq) + S(IV)(aq) ⇨ 2 H+ + SO42• NO2 + HO• ⇨M HNO3
Idrometeore
• Pioggia Precipitazione di gocce d’acqua con diametro
superiore a 0,5 mm e con velocità di caduta superiore a 3 m/s.
• Pioviggine Precipitazione di numerosissime microscopiche
goccioline d’acqua di diametro inferiore a 0,5 mm che spesso
volteggiano nell’aria e con una velocità di caduta molte debole.
• Neve Precipitazione solida formata da cristalli di ghiaccio a
struttura stellata (fiocchi). Si verifica quando la temperatura a 1
metro dal suolo misura circa 2°C o meno. Velocità di caduta è molto
lenta.
Se i fiocchi hanno un diametro di 1 mm circa, avremo
“nevischio”
Idrometeore
• Grandine Precipitazione piuttosto violenta di chicchi di
ghiaccio, con diametro che oscilla tra i 5 ai 50 mm
• Nebbia Ha una struttura fisica identica a quella delle nubi, però
avviene a diretto contatto con il suolo. Nebbia visibilità inferiore a
1.000 metri; Foschia visibilità compresa tra 10.000 e 1.000 metri.
• Rugiada è un deposito di piccole goccioline d’acqua su una
superficie causato dalla condensazione del vapore acqueo presente
nell'aria quando questa si raffredda al di sotto del punto di rugiada
• Brina è un deposito di uno strato di cristalli di ghiaccio su una
superficie causato dal congelamento del vapore acqueo presente
nell'aria al di sotto di 0 °C
Nebbie acide
• Nuvola : acqua liquida 1 g/m3
• Nebbia: acqua liquida 0,1 g/m3
• Nebbia acida pH fino a 2-3
Estensione del problema
• Problema regionale
• Difficoltà nella stima delle deposizioni
acide
Effetti delle deposizioni acide
sugli ecosistemi
• Danni a corpi d’acqua d’alta quota (molto
sensibili)
– moria di pesci e altre forme di vita acquatica
• Danni alle foreste e all’agricoltura
– perdita di nutrienti e metalli dal suolo
– rilascio di alluminio dalle rocce
– dissoluzione di metalli come rame e piombo nelle
condutture dell’acqua
• Abbassamento del pH di laghi insistenti su
fondali a base di rocce silicee
Effetti delle deposizioni acide
sui materiali
• Danni a materiali calcarei di edifici e monumenti
dissoluzione superficiale, aumento porosità materiale,
diminuzione resistenza meccanica
• Danni ai manufatti di bronzo
microfratture, indebolimento struttura, depositi di
solfato e ossido di rame
Effetti delle deposizioni acide
sull’uomo
• Non corrosive
• Irritanti per le vie respiratorie (soprattutto
le nebbie acide)