La qualità dell aria

Transcript

1 La qualità dell aria Fonti e conseguenze dell inquinamento dell atmosfera per i materiali Classe IV C Liceo Scientifico «Camillo Golgi» 27 aprile 2012 di Nicola Locatelli

2

3 La chimica dell atmosfera N 2 O 2 Ar H 2 O CO 2 Ne He CH 4 Kr H 2 Altri composti 78,08% 20,95% 0,93% 1% (variabile) 0,038% 0,0018% 0,00052% 0,00017% 0,00011% 0,000055% ,2 1,7 1,1 0,55 ppm ppm ppm ppm ppm ppm

4 Inquinamento atmosferico: presenza nell'atmosfera di sostanze che causano un effetto misurabile sull essere umano, sugli animali, sulla vegetazione o sui diversi materiali. Inquinanti: sostanze di solito non presenti nella normale composizione dell aria, o che lo sono ad un livello di concentrazione inferiore. Possono essere di origine antropica o naturale.

5 Tipologie di inquinanti: Primari - immessi direttamente nell ambiente in seguito al processo che li ha prodotti, CO, CO 2, NO x, SO 2 polveri, idrocarburi incombusti. Secondari - sostanze che si formano dagli inquinanti primari (sia antropici che naturali) a seguito di modificazioni di varia natura causate da reazioni che, spesso, coinvolgono l ossigeno atmosferico e la luce, reazione a catena fra ossidi di azoto ed idrocarburi (smog fotochimico).

6 Concentrazione di inquinanti: quantità dei contaminanti presenti nelle emissioni numero e concentrazione delle sorgenti inquinanti distanza dai punti di emissione trasformazioni chimico-fisiche alle quali sono sottoposte le sostanze emesse eventuale velocità di ricaduta al suolo situazione morfologica delle aree interessate all inquinamento condizioni meteorologiche locali e su grande scala

7

8

9 Ossidi di zolfo - SO x Caratteristiche: Gas incolore, irritante, non infiammabile, molto solubile in acqua e dall odore pungente, più pesante dell aria tende a stratificarsi nelle zone più basse. Ritenuto fino a pochi anni fa uno dei principali inquinanti atmosferici, ultimamente la sua significatività si è sensibilmente diminuita grazie alle forti riduzioni delle emissioni nel nostro paese per l utilizzo di combustibili a basso tenore di zolfo. Sorgenti: Di origine antropica (fonderie, industrie chimiche, processi metallurgici), derivano dall ossidazione dello zolfo nel corso dei processi di combustione delle sostanze che contengono questo elemento come impurezza. Le principali sorgenti naturali sono i vulcani e i processi di decomposizione organica. NB: Dato che la reazione di ossidazione è molto lenta, e data la reattività di questo composto con l acqua, in genere la concentrazione di SO 3 varia fra l 1 e il 5% della concentrazione di SO 2

10 Nel 2008: circa t su totali (Dati ISPRA)

11 Ossidi di azoto - NO x Caratteristiche NO: Gas incolore, insapore ed inodore è prodotto soprattutto nel corso dei processi di combustione ad alta temperatura con successivo rapido raffreddamento. N 2 + O 2 + t = 2NO Viene poi ossidato in atmosfera dall ossigeno e più rapidamente dall ozono producendo NO 2. NO 2 : Il biossido di azoto è un gas tossico di colore giallo-rosso, dall odore forte e pungente e con grande potere irritante. Rappresenta un inquinante secondario dato che deriva, per lo più, dall ossidazione in atmosfera del monossido di azoto. Sorgenti: Le sorgenti naturali sono costituite essenzialmente dalle decomposizioni organiche anaerobiche, da segnalare anche l azione dei fulmini, gli incendi e le emissioni vulcaniche. Le sorgenti di origine antropica riguardano qualsiasi processo o attività che preveda una combustione all interno del suo ciclo, (in particolare fumi di scarico di autoveicoli e centrali termoelettriche, riscaldamento).

12 Los Angeles, USA.

13 Nel 2008: circa t (Dati ISPRA)

14 Monossido di carbonio - CO Caratteristiche : E un gas tossico incolore, inodore e insapore che viene prodotto ogni volta che una sostanza contenente carbonio brucia in maniera incompleta. E più leggero dell aria e diffonde rapidamente negli ambienti. Sorgenti: idrocarburi emessi naturalmente in atmosfera. La frazione prodotta da parte dell uomo è costituita dall utilizzo dei combustibili fossili per i motori a scoppio degli autoveicoli e per le attività industriali (soprattutto impianti siderurgici e raffinerie di petrolio) Quelle di origine naturale sono dovute agli incendi delle foreste, alle eruzioni dei vulcani, alle emissioni da oceani e paludi e all ossidazione del metano e degli

15 Nel 2008: circa t su totali (Dati ISPRA)

16 Particolato atmosferico PM 10 Caratteristiche : Particelle sospese solide o liquide che, a causa delle loro piccole dimensioni, restano in atmosfera per tempi più o meno lunghi. Sono costituite da diverse sostanze: sabbia, ceneri, polveri, fuliggine, sostanze silicee di varia natura, sostanze vegetali, composti metallici, fibre tessili naturali e artificiali, sali, elementi come il carbonio o il piombo. Le polveri sottili, dette anche PM10, includono tutte le particelle di dimensioni fino a 10 micrometri di diametro. Si distinguono in per la loro origine in primarie e secondarie, oppure in base alla loro dimensione: polveri inalabili in grado di penetrare nel tratto superiore dell apparato respiratorio (dal naso alla laringe); polveri toraciche quelle in grado di raggiungere i polmoni; polveri respirabili possono invece penetrare nel tratto inferiore dell apparato respiratorio (dalla trachea fino agli alveoli polmonari). In generale, la frazione grossolana del PM10, cioè di dimensione compresa tra 2,5 e 10 micrometri, si compone in gran parte di particelle primarie ed il PM fine, detto anche PM2,5 cioè di dimensione inferiore ai 2,5 micrometri, contiene soprattutto particelle secondarie.

17

18 Sorgenti: Le polveri si originano sia da fonti naturali che antropogeniche. Le polveri fini derivano principalmente da processi di combustione (particolato primario) e da prodotti di reazione dei gas (particolato secondario), la frazione grossolana delle polveri si origina in genere da processi meccanici (solo particolato primario). Es. primario (naturale): Le eruzioni vulcaniche, gli incendi boschivi, l erosione e la disgregazione delle rocce, le piante (pollini e residui vegetali), le spore, lo spray marino e i resti degli insetti. Es. primario (antropico): Utilizzo di combustibili fossili (riscaldamento domestico, centrali termoelettriche, ecc.); emissioni degli autoveicoli; usura dei pneumatici, dei freni e del manto stradale; processi industriali (fonderie, miniere, cementifici, ecc.). Da segnalare anche le grandi quantità di polveri che si possono originare in seguito a varie attività agricole. Si stima che ogni giorno nel mondo vengano immesse nell aria circa 10 milioni di tonnellate di particolato; di queste il 94% è di origine naturale. La concentrazione nell aria di queste particelle viene comunque limitata dalla naturale tendenza alla deposizione per effetto della gravità e dall azione delle nubi o delle piogge (rimozione umida).

19 Storico inquinanti da traffico veicolare, APAT 2003

20 Ozono O 3 Caratteristiche: Gas tossico di colore bluastro, costituito da molecole instabili formate da tre atomi di ossigeno (O3); queste molecole si scindono facilmente liberando ossigeno molecolare ed un atomo di ossigeno estremamente reattivo. La positiva presenza nella stratosfera si contrappone alla negativa presenza nella troposfera. Sorgenti: Questo gas è un inquinante secondario che si forma quando gli inquinanti prodotti dai motori dei veicoli e dalle industrie ( i cosiddetti precursori-ossidi di azoto e idrocarburi) interagiscono con i raggi solari ultravioletti. Questa reazione è influenzata da variabili meteorologiche come l'intensità delle radiazioni solari, la temperatura, la direzione e la velocità del vento. Infatti i livelli di ozono tendono ad aumentare quando non c'è vento, il sole splende e la temperatura è elevata. Poiché questo tipo di inquinamento si diffonde con facilità a grande distanza, elevate concentrazioni di ozono si possono rilevare anche molto lontano dai punti di emissione dei precursori, in luoghi comunemente ritenuti immuni da inquinamento, come ad esempio in alta montagna.

21 Dall ozono allo smog fotochimico NO 2 + «UV» NO +O O + O 2 O 3 NO + O 3 NO 2 + O 2 Sembrerebbe un ciclo all equilibrio e in effetti lo è, manca un ingrediente: COV COV + NO + O 2 + luce miscela di O 3, HNO 3 e prodotti organici.

22 Altri inquinanti Benzene (la sua pericolosità è dovuta principalmente al fatto che è un cancerogeno riconosciuto per l uomo, le principali cause di esposizione al benzene sono il fumo di tabacco, le combustioni incomplete di carbone, petrolio (dei quali è un costituente naturale), i gas esausti dei veicoli a motore e le emissioni industriali (produzione di plastiche e resine sintetiche). Metalli pesanti (Si trovano prevalentemente nel particolato, nell'atmosfera le sorgenti predominanti di origine antropica di metalli pesanti sono la combustione e i processi industriali. Una caratteristica che li rende pericolosi è la tendenza ad accumularsi in alcuni tessuti degli esseri viventi). Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) (composti organici tutti caratterizzati strutturalmente dalla presenza di due o più anelli aromatici condensati fra loro, gli IPA si formano in tutti i processi che vedono una combustione incompleta dei materiali a base di carbonio come il carbone, il petrolio, il legno e il gas).

23 Altri inquinanti Asbesto (le fibre minerali rilasciate da questi materiali risultano potenzialmente inalabili e, una volta nei polmoni, possono provocare dei danni estremamente gravi come l asbestosi, il mesotelioma ed il tumore dei polmoni). Radon (gas radioattivo naturale estremamente pericoloso: rappresenta la seconda causa di morte per tumore ai polmoni dopo il fumo di sigaretta gas nobile, è inodore, incolore, insapore e reagisce difficilmente con gli altri composti chimici ben 8 volte più pesante dell aria, è un gas che si origina in seguito al decadimento radioattivo di elementi come l uranio e il torio. Può provocare danni a livello di DNA).

24 Effetti sui materiali In generale i processi di degrado naturali sono accelerati dalla presenza di inquinanti come ossidi di zolfo e ossidi di azoto, i quali sono convertiti in acidi forti quando attaccano palazzi, ponti, monumenti, statue, eccetera; i materiali più sensibili sono quelli che più facilmente vengono corrosi dagli attacchi acidi, tipicamente i marmi. Altri inquinanti responsabili del degrado dei materiali sono l'ozono (aumentato soprattutto negli ultimi decenni, in controtendenza agli ossidi di zolfo) e il particolato.

25 Effetti sui materiali Piogge acide (ph<5) In presenza di acqua, il triossido di zolfo (SO 3 ) è rapidamente convertito in acido solforico (H 2 SO 4 ): SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (l) Il diossido di azoto invece reagisce con il radicale dell'ossigeno (OH ) dando acido nitrico (HNO 3 ): NO 2 + OH HNO 3 Il biossido di zolfo in condizioni di umidità reagisce con il calcare per formare solfato di calcio e gesso, ambedue solubili in acqua; la conseguenza è un deterioramento dei blocchi lapidei e della malta utilizzata per tenerli insieme. Per di più queste sostanze che si formano alla superficie, essendo solubili, possono penetrare attraverso i pori all'interno del calcare e lì cristallizzare ed espandersi, causando ulteriori danni alla pietra. CaCO 3 (s) + H 2 SO 4 (aq) CaSO 4 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (l)

26 Effetti sui materiali Piogge acide (ph<5) Gli effetti corrosivi dell acido solforico si riscontrano anche sui materiali da costruzione, sui metalli e sulle vernici. I metalli ferrosi tendono ad essere più soggetti ai fenomeni di corrosione dei metalli non ferrosi. Per tale motivo uno strato protettivo di zinco è spesso usato sopra il ferro. L'alluminio appare essere resistente alla corrosione in quanto le leghe di alluminio tendono a formare una pellicola superficiale protettiva che limita l'ulteriore corrosione. Anche rame e argento tendono a formare un sottile strato superficiale protettivo che limita ulteriori danni.

27 Effetti sui materiali Ozono troposferico Per la sua reattività attacca ed rende fragili anche le gomme naturali e artificiali I tessuti vengono indeboliti ed i colori perdono la loro brillantezza; le fibre di cellulosa sono molto sensibili all ossidazione, pertanto vengono particolarmente attaccati i capi in cotone e derivati cellulosici Produce anche dei danni alle vernici, specialmente per l azione sinergica con il biossido di zolfo.

28 Effetti sui materiali Particolato Danneggia i circuiti elettrici ed elettronici, sporca gli edifici e le opere d arte e riduce la durata dei tessuti (può veicolare sostanze acide).