Chimica ambientale

Sostanze chimiche nell’ambiente potenziale attività cancerogena alterazioni riproduttive/malformazioni congenite

inquinanti persistenti (resistono nel tempo a luce, acqua, aria, microrganismi) (es. DDT, CFC, CO2)

ridurre l’immissione: green chemistry (riformulazione dei processi sintetici, obiettivo: «immissione zero»)

smaltimento/riciclo (es. raccolta differenziata)

Chimica ambientale

- Chimica dell’atmosfera (N2, 78%; O2, 21%; Ar, 1%; CO2, 0,03%) (più vapore acqueo variabile)

- Sostanze organiche tossiche

- Chimica dell’acqua - Combustibili e fonti energetiche

Stratosfera: strato e buchi di ozono (tra 15 e 50 km)

Troposfera: - smog fotochimico (fino a 15 km) - piogge acide - gas tossici/nocivi - effetto serra

- pesticidi/diossine - PCB - IPA

ATMOSFERA -STRUTTURA A STRATI (scarso mescolamento => strati descritti separatamente!) dal punto di vista chimico, sistema complesso solo apparentemente non reattivo -IRRADIATA DAL SOLE (che emette luce in ampio intervallo di λ, massima intensità nel vis, ma anche nell’UV, con fotoni ad alta energia) -INTERAGENTE – in basso - CON TERRE EMERSE E OCEANI

Radiazioni ultraviolette (da 400 a 200 nm) UV-C 200-280 nm UV-B 280-320 nm UV-A 320-400 nm

Assorbite da DNA Mutazioni genetiche Cancro della pelle Interferenze con fotosintesi

GAS DELL’ATMOSFERA + LUCE REAZIONI FOTOCHIMICHE

Termosfera

Mesosfera

aria bassa densità, intense UV-C elevata ionizzazione => [O] > [O2]

aria più densa UV-C meno intense [O2]>[O] -> OZONO

no UV-C solo O2 -> no OZONO

O2 + hν -> 2 O Fotodissociazione

O3

GAS DELL’ATMOSFERA + LUCE

REAZIONI FOTOCHIMICHE

O2

sopra la stratosfera O2 e N2 assorbono (per lo più) < 120 nm

O2 assorbe (per lo più) 120-220 nm

nella stratosfera O2 assorbe (in parte) 220-240 nm

O3 assorbe 220-320 nm

Tutto UV-C

UV-B

in parte arrivano sulla superficie terrestre

Stratosfera: strato e buchi di ozono

STRATO di OZONO: schermo naturale dalle radiazioni solari (filtro totale UV-C e parziale UV-B) RIDUZIONE STRATO di OZONO: maggiore frazione di UV-B raggiunge la superficie terrestre

unità di misura: Dobson (DU) (strato di ozono puro di spessore 0,01 mm alla densità a P=1 atm) 350 DU nelle zone temperate, 250 DU nelle regioni tropicali, 450 DU nelle regioni subpolari

(all’Equatore lo strato è «naturalmente» più sottile!) con variazioni stagionali (buco «naturale» primaverile in Antartide)

Conseguenze biologiche: -cancro della pelle (melanoma) per eccessiva esposizione -effetti soppressivi sul sistema immunitario -danni al DNA -interferenza con efficienza della fotosintesi -induzione stress ossidativo su cornea e cristallino, cataratta e malattie degenerative della retina

OZONO

Assorbimento di un fotone specie elettronicamente eccitata

Urto con altro atomo o molecola (M) e seguente dissipazione E come calore Dissociazione Reazione diretta Luminescenza (emissione di luce) (fluorescenza, fosforescenza, chemiluminescenza Fotoionizzazione

Luminescenza (emissione di luce) (fluorescenza, fosforescenza, chemiluminescenza)

Assorbimento di un fotone

Transizioni non radianti

Chemiluminescenza (bioluminescenza)

poche reazioni, ma reagenti di importanza ambientale

FORMAZIONE E DISTRUZIONE NON CATALITICA DI OZONO

Termosfera, mesosfera e alta stratosfera aria bassa densità,

intense UV-C elevata ionizzazione

=> [O] > [O2]

Stratosfera aria più densa

UV-C meno intense [O2]>[O] -> OZONO Troposfera

no UV-C solo O2 -> no OZONO

STRATO DI OZONO !

PROCESSI CATALITICI (distruzione ozono)

dicloroperossido

QUINDI:

ANCHE SE:

nella stratosfera sono le forme prevalenti, non radicaliche e inattive alla catalisi

MA nella bassa stratosfera: inverno

primavera

NO2. + HO.

anche se lento!

CFC (clorofluorocarburi) Aumento livello di Cl2 nella stratosfera, soprattutto i «forti» (no H)

MA: elevato numero di H -> infiammabili Inoltre no persistenti ma liberano cloro per decomposizione rapida

HFC-134a

Privi di cloro, vita più breve, per reazione con HO* liberano HF, legame molto forte, non decompone, quindi non libera F*

Rimedi temporanei: liberare etano e propano nell’atmosfera catturano Cl* trasformandolo in HCl (ma piogge acide, oltre alla produzione dei radicali liberi)

Parte inferiore della stratosfera Bassi livelli di O atomico Processi catalitici che coinvolgono O poco significativi Distruzione di ozono via:

Per es. (catalitico)

e piuttosto lento

Inoltre:

Che rallenterebbe ulteriormente, con un effetto positivo sulla salvaguardia dello strato

Al contrario: O3 + NO* NO2 + O2 Ossia l’ NO liberato dalle auto elimina in parte l’ozono (zone rurali, minor inquinamento, esposte a livelli di ozono maggiori che zone urbane!)

1. Reazioni Ossigeno atomico (legame con altri atomi elettronegativi, debole, rottura esotermica)

Y-O + O Y + O2

con Y-O = O3 HOO. ClO

. BrO

. NO2

. 2. Decomposizione fotochimica

Y-O + luce solare Y + O (UV-B)

3. Reazione con NO.

Y-O + NO. Y + NO2

. 4. Sottrazione ossigeno da ozono

O3 + X. O2 + XO

. Con X = HO

. Cl

. Br

. NO

. 5. Reazione di 2 Y-O (elevata concentrazione)

2 O3 3 O2

2 HOO. HOOH + 2 O2

HOO. + O3 HO

. + 2 O2

HOO.+ ClO

. HOCl + O2

O anche formazione di dimeri YOOY (2 NO2. N2O4 o 2 ClO

. ClOOCl)

che però in genere decompongono, sempre per via fotochimica

Riepilogo SISTEMATICA della CHIMICA della STRATOSFERA