Fondamenti di Scienze Ambientali

Orario del corso:

Lunedì ore 16.00-18.00 (Aula V Edificio Caglioti)

Mercoledì ore 14.00-16.00 (Aula VII Edificio Caglioti)

PROGRAMMA  (Prof. Mauro Tomassetti).

 

Programma del Corso di Fondamenti di Scienze Ambientali per l’anno 2019-2020 .

 

Idrosfera, atmosfera, litosfera.

Idrosfera, proprietà chimico-fisiche dell’acqua e caratteristiche dell’ambiente acquatico. Ciclo dell’acqua.

Equilibri chimici in ambiente acquoso. Equilibri acido-base, costanti di equilibrio, loro significato, acidità, basicità, pH. Impostazione dei calcoli per la determinazione delle specie chimiche presenti all’equilibrio in soluzione acquosa (cenni).Tamponi di acidità e di forza ionica.

Equilibri in soluzione acquosa del biossido di carbonio, del bicarbonato e del carbonato di calcio.

Equilibri di complessazione in ambiente acquoso. Complessanti e chelanti. Chelazione di ioni metallici: calcio, piombo, ecc. Titolazioni complessometriche (cenni).

Solubilità. Solubilità dei solidi in acqua, precipitazione e prodotto di solubilità, calcolo della solubilità; ridissoluzione di precipitati, esempi di calcolo. Solubilità dei gas in soluzione acquosa, ossigeno disciolto, BOD5,  e COD; calcolo del BOD5 e del COD. Sostanze colloidali, stabilità dei colloidi, proprietà colloidali delle argille. Possibilità di far precipitare i colloidi. Formazione di Sedimenti. Fenomeni di adsorbimento e scambio ionico nei sedimenti. Scambiatori acidi e basici, forti e deboli, scambiatori naturali, zeoliti.

Equilibri di ossidoriduzione in ambiente acquoso, equazione di Nernst, scala dei potenziali normali, attività degli elettroni in soluzione e concetto di pE, suo significato, scala dei pE0, equazione di Nernst scritta facendo uso di pE e pE0. Corrosione elettrochimica. Limiti di stabilita’ dell’acqua;  esempio di diagramma pE vs pH .

I principali responsabili dei processi biochimici in soluzione acquosa: batteri, funghi, alghe. Processi di nitrificazione e denitrificazione. Trasformazioni batteriche a carico di fosforo e zolfo. Acidità, effetti dell’acidità, alcalinità, salinità. Concetto di alcalinità in chimica ambientale e calcoli connessi. Titolazione, viraggio al metilarancio, o alla fenolftaleina, Significato in relazione alle curve di distribuzione di CO2 / HCO3- / CO32-.

I principali inquinanti delle acque. Classificazione e natura chimica degli inquinanti delle acque, Inquinanti inorganici, metalli pesanti, composti organometallici; nutrienti delle alghe ed eutrofizzazione. Principali inquinanti organici. Tensioattivi (saponi e detersivi). Pesticidi: insetticidi naturali e di sintesi, organoclorurati, organofosfati, carbamati. Erbicidi: composti bipiridinici, composti eterociclici azotati (triazine), erbicidi clorofenossici, ammidi sostituite, nitroanilinici, altri. Sottoprodotti tossici (dibenzodiossine policlorurate); bifenili policlorurati (PCB). Inquinamento da radiazioni. Trattamenti e processi per la rimozione di inquinanti dalle acque. Trattamento primario, secondario, terziario, disinfezione della acque.

Atmosfera. Composizione dell’atmosfera. Ossigeno, CO2, azoto; fotosintesi Stratigrafia dell’atmosfera, Variazione di temperatura e di pressione con l’altezza irraggiamento solare, clima e microclima. Processi fotochimici, ioni e radicali nell’atmosfera. Reazioni dell’ossigeno atmosferico, reazioni dell’azoto atmosferico. Biossido di carbonio atmosferico. Particolato atmosferico, composizione e dimensioni, particolato inorganico ed organico, ceneri volatili, asbesto, metalli tossici nell’atmosfera; idrocarburi, alifatici, aromatici, policiclici aromatici (PAH) nell’atmosfera. Campionamento e rimozione del particolato. Inquinanti inorganici gassosi dell’atmosfera: monossido di carbonio e sua reattività, ossidi di azoto, loro reattività, ciclo dell’azoto; biossido di zolfo, ciclo dello zolfo, effetti nocivi del biossido di zolfo e possibilità di rimozione. Ossidi di zolfo nell’atmosfera, loro reattività, ed effetti dannosi, piogge acide. Fluoro e cloro e loro composti gassosi. Principali inquinanti organici naturali ed artificiali presenti nell’atmosfera (clorofluorocarburi, dibenzo-diossine e dibenzofurani policlorurati). Composti organo-solforati e composti organici azotati. Smog fotochimico, formazione ed effetti dello smog fotochimico. Idrocarburi nei gas di scarico, metano, ecc. Gas serra, cause del riscaldamento del pianeta e piogge acide. Concetto di umidità relativa; trasporto di energia nel ciclo dell’acqua (calore latente); inversioni termiche; equilibrio climatico nella troposfera e sua precarietà; distruzione dello strato di ozono ad opera dei fluorocarburi.

Il problema energetico. Le principali fonti di energia, tradizionali, combustibili fossili, problemi legati al loro impatto ambientale e principali fonti rinnovabili, alternative a quelle tradizionali.

 

Breve ricapitolazione dei principali metodi strumentali di analisi:

Metodi spettrofotometrici: in emissione e  in assorbimento. Metodi cromatografici, di adsorbimento, ripartizione, o scambio ionico. Gascromatografia, HPLC. Metodi elettrochimici, potenziometrici, Sensori potenziometrici a membrana (ISEs); elettrodo a vetro e misura del pH; metodi voltammetrici classici (Cenni) . Metodi di analisi termica ( cenni).

 

 

Testi consigliati per la parte ambientalistica:

- Chimica dell’ambiente, F. Stanley, E. Manahan (Piccin Ed.)

-  Chimica Ambientale, Colin Baird, Michael Cann  (Zanichelli Ed.)

 

Testi che possono essere consultati per la parte analitica e strumentale:

Skoog, West, Holler, "Chimica analitica una introduzione", 3^ Ed. (EdiSES, Napoli).D. A. Skoog,J.J. Leary, Principles of Instrumental Analysis,(H. B. College publishers,1992,Philadelphia).

De Angelis G., Giordani M., "Lezioni di chimica analitica", Ed. Bulzoni,  Roma.