La pioggia acida - Cineca

La pioggia acida
La chimica ambientale diventa sempre più importante nell’ educazione chimica
perché affronta problemi “reali” a ha applicazioni multidisciplinari. Uno di questi
aspetti è la pioggia acida.
Il pH normale di acqua piovana è 5.6
Gas di combustione (industria, riscaldamento, automobili) come SO2 e NOx formano
acido solforico H2SO4 o nitrico HNO3 che,
disciolto nell acqua, portano ad un pH dell
acqua piovana molto più basso. Questo
fenomeno viene chiamato “pioggia acida”.
http://www.epa.gov/acidrain/education/site_students/whatisacid.html
La pioggia acida
Misure del pH nei fiumi, laghi e stazioni metereologiche (USA 1994 - 2004)
La pioggia acida abbassa il pH dei fiumi e laghi con conseguenze deleterie per
flora e fauna (pesci, alberi, piante...).
http://nadp.sws.uiuc.edu/maps/Default.aspx
La pioggia acida - tampone
L effetto della pioggia acida è particolarmente dannosa in regioni dove il
terreno, le rocce sono prive di calcare (es. Svezia, Norvegia dove tutte le rocce
sono granitiche). In presenza di calcare il sistema è tamponato.
CO2(g) = CO2(aq)
CO2(aq) + H2O(l) = H2CO3(aq)
H2CO3(aq) = H+(aq) + HCO3-(aq)
CaCO3(s) = Ca2+(aq) + CO32−(aq)
CO32-(aq) + H2O(l) = HCO3-(aq) + OH-(aq)
CO2(aq) + CaCO3(s) + H2O (l) Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)
Il sistema tampone carbonato
Analysis of natural buffer systems, J Chem. Education 82(2005) 274
Effetto benefico della CO2
La protezione contro la corrosione di strutture di acciaio avviene tramite una
zincatura a caldo (rivestimento con uno strato di zinco).
Il prodotto di corrosione dello zinco, il Zn(OH)2 reagisce con la CO2 nell
atmosfera (in presenza di umidità) e forma uno strato di carbonato di zinco.
Zn(OH)2(aq) + CO2 =
ZnCO3(s) + H2O
Carbonato di zinco è poco solubile in acque (pioggia) e limita un ulteriore
corrosione dello zinco.
Zincatura
La velocità di corrosione di strutture zincate è ca. 20 volte inferiore a quella di
strutture di acciaio.
Dickenabtrag [µm]
60
Härkingen
50
Dübendorf
40
Stahl
30
Davos
20
10
Zink
0
0
1
2
3
4
5
Jahre
Cinetica della corrosione dello zinco e
dell acciaio (nota l effetto dell
inquina- mento).
Strutture molto durevoli
Attacco della pioggia acida su pietre calcaree (monumenti)
Equilibrio di dissoluzione della calcare:
CaCO3 (s)
Ca2+ + CO32-
KL = [Ca2+] * [CO32-] = 8.7*10-9
Carbonato di calcio (calcare, marmo) è praticamente insolubile in acqua pura
(1L di acqua pura scioglie 0.013 g CaCO3).
In altro modo: per sciogliere un metro cubo di calcare (2400 kg) con acqua pura
si avrebbe bisogno di 1.85 *109 L di acqua - con 400 mm di pioggia all anno
circa 460 000 anni....
Nella pioggia acida i carbonati si scolgono:
CaCO3 (s)
CO32-(aq) + H+
Ca2+(aq) + CO32-(aq)
CO2(g) + H2O
La CO2 (g) esce dal sistema e i carbonati si
sciolgono velocemente.
monumenti
romani
Interazione della pioggia acida con materiali
Il calcare in acqua pura è praticamente insolubile - ma ....
edifici romani
Degrado del calcare
Acqua piovana ≠ acqua pura.
Nell acqua piovana è disciolta la CO2 che reagisce con l acqua H2O + CO2 =
H2CO3 formando acido carbonico. Questo acido debole si dissocia in H+ e HCO3-.
Dunque acqua piovana ha pH << 7.
Il degrado del calcare può essere scritto come
CaCO3 + H+ + HCO3- = Ca2+ + 2 HCO3-
Esperimenti
Determinare l effetto tampone di diversi materiali con esperimenti di titolazione
(con acido solforico diluito).
Materiali:
Degrado del calcare
Na2CO3
CaCO3
MgCO3
Misurare la curva pH vs volume di acido diluito aggiunto.