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ivo cacelli – chimica ambientale I - 2013 chimica della troposfera - 1 Chimica ed inquinamento della troposfera L’inquinamento dell’aria al livello del suolo, lo smog, è un fenomeno frequente nelle grandi città: si tratta di una foschia giallastra di odore sgradevole, nociva per la salute e spesso accompagnata da fumi di vario tipo. Le fonti di tali sostanze sono da ricercarsi negli scarichi dei motori degli autoveicoli e negli scarichi nell’atmosfera delle centrali elettriche. Il progressivo peggioramento della qualità dell’aria è strettamente legato allo sviluppo industriale di un paese. Nella prima fase dello sviluppo industriale le emissioni di inquinanti sono notevoli e senza particolari regolamentazioni. La situazione continua a peggiorare fino a che non viene raggiunto un certo grado di benessere. Solo allora vengono promulgate delle regole per il controllo delle emissioni e l’aria comincia gradualmente a disinquinarsi. In questa fase dello sviluppo l’aria nelle città dei paesi sviluppati sta migliorando mentre nei paesi del terzo mondo siamo ancora alla fase di sviluppo con l’aria che peggiora fortemente nelle grandi megalopoli, come Città del Messico, che viene considerata la città più inquinata del mondo. Nello studio di questi fenomeni occorre per prima cosa considerare che l’aria, oltre all’azoto molecolare poco reattivo, contiene ossigeno molecolare O2 che è un ossidante (alta elettronegatività), ovvero nelle reazioni con altre sostanze tende a catturarne gli elettroni. Quindi quasi tutte le sostanze che gravitano nell’atmosfera vengono prima o poi in contatto con O2 e finiscono con l’ossidarsi. Le reazioni di ossidazione hanno quindi una grande importanza per la pulizia dell’aria inquinata. Un altro elemento importante è costituito dalla radiazione solare che riesce a superare la stratosfera e gli strati superiori della troposfera, e che provoca una serie di reazioni fotochimiche, favorendo le ossidazioni delle sostanze presenti a basse quote. Aria non inquinata: sorgenti e pozzi dei gas presenti in tracce La composizione dell’aria è riportata sotto N2 O2 Ar CO2 Ne He CH4 Kr H2 O3 78 % 20 % 1% 0.04 % tracce Oltre a N2 o O2 ci sono diverse altre sostanze nell’aria che non raggiungono mai elevate concentrazioni perché ci sono per esse dei pozzi molto efficienti. La tabella sotto riporta un elenco di gas presenti nell’atmosfera da fonti naturali. Gli elementi possono trovarsi legati all’idrogeno (forma ridotta, dato che l’idrogeno è meno elettronegativo dell’elemento C,N, S, Cl) o legati all’ossigeno (forma parzialmente ossidata). Fonti naturali sostanza emivita NH3 Ammoniaca giorni H2S Acido solfidrico giorni attività biologiche forma ridotta HCl Acido cloridrico giorni CH4 Metano anni CH3Cl Metilcloruro anni oceani CH3Br Metilbromuro anni CH3I Metilioduro anni attività vulcaniche, SO2 Anidride solforosa giorni forma lampi, fulmini, NO Ossido di azoto giorni parzialmente incendi CO Monossido di carbonio anni osssidata Nessuno di questi gas reagisce direttamente con l’ossigeno molecolare O2 ma tutti o quasi reagiscono con il radicale ossidrile OH∙, nonostante che la sua concentrazione nell’aria (proprio a causa della sua elevata reattività) sia molto bassa, dell’ordine di 106 molecole/cm3, corrispondente a [OH]=10-20 M. Se consideriamo che il numero di tutte le molecole dell’aria in un cm3 è ivo cacelli – chimica ambientale I - 2013 chimica della troposfera - 2 PV 1 atm 103 l n NA  1 1 6.02 1023 molecole / mol  2.51019 molecole RT 0.082 l atm mol K 298 K ci si rende conto che troviamo una molecola di OH ogni 1013 molecole. Il radicale OH si forma attraverso la seguente reazione fotochimica O3 + hν (UV-B) → O2 + O* O* + H2O → 2 OH dove i raggi UV-B hanno lunghezza d’onda compresa tra 280 e 320 nm e l’asterisco indica ossigeno molecolare in uno stato eccitato 1D e quindi particolarmente reattivo. Quindi la formazione del radicale ossidrile implica la presenza di ozono troposferico e di radiazione ultravioletta. A causa della sua

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