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LE PIOGGE ACIDE, PRESENTAZIONE DELLA RICERCA, PARTE SPERIMENTALE



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]Prima parte

LE PIOGGE ACIDE


Le piogge acide sono state definite come “peste invisibile” dell’era industriale, e sono uno dei più gravi problemi ambientali che l’uomo deve oggi affrontare.

Le cause dell’acidificazione delle acque piovane sono date da alcuni composti gassosi contenuti nell’atmosfera, i principali sono: le anidridi solforiche (SO3) e solforosa (SO2), il monossido di azoto (NO), il biossido di azoto (NO2), e l’anidride carbonica (CO2); tutti i composti appena elencati sono capaci di reagire o con l’acqua (nell’atmosfera presente sotto forma di vapore) o con il radicale ossidrile OH-, dando origine a degli acidi più o meno forti:




SO2 + H2O                                 H2SO3 (acido solforoso)


SO3 + H2O                          H2SO4 (acido solforico)


2 NO2 + H2O              HNO2 + HNO3 (acidi nitroso e nitrico)

NO2 + OH-  HNO3 (acido nitrico)


CO2 + H2O       H2CO3 (acido carbonico)


L’emissione di questi ossidi risulta ancor più grave se si tiene presente il fatto che essi si diffondono ad ampio raggio nell’ambiente.

La ricaduta a terra degli inquinanti acidi avviene in due modi diversi, attraverso le deposizioni “umide” e quelle “secche”: le prime sono le più note e sono date dalle precipitazioni acide e acquose in generale (pioggia, nebbia, neve, rugiada), le seconde sono costitute invece da gas e particelle microscopiche che non vengono solubilizzate in acqua.  

Gli agenti responsabili di questo problema ambientale hanno derivazioni sia naturali che artificiali: le eruzioni vulcaniche, i processi di degradazione batterica delle sostanze organiche e la respirazione di piante e animali, sono le sorgenti più rilevanti di inquinamento naturale; l’uomo ha iniziato a contaminare l’atmosfera e l’ambiente solo dalla prima rivoluzione industriale, mediante l’impiego crescente di combustibili fossili. Carbone e petrolio contengono piccole quantità di zolfo che si combinano, durante i processi di combustione, con l’ossigeno atmosferico, originando l’anidride solforosa (SO2); questa si ossida poi nell’aria per dare origine all’anidride solforica (SO3), molto inquinante come pure d’altronde la precedente.

Gli ossidi di azoto hanno origine in modo diverso e precisamente per contatto dell’aria con corpi molto caldi, accade così che ossigeno e azoto reagiscono tra loro. All’interno del motore a scoppio le camere dei cilindri, ad esempio, danno luogo proprio a queste reazioni.

E’ importante dire che l’inquinamento causato dall’uomo è molto più significativo e grave di quello naturale. 

Gli effetti delle piogge acide sono disastrosi sotto numerosi punti di vista, sono capaci di inquinare non solo le acque ma anche gli ambienti e i loro equilibri: le piante muoiono o subiscono gravi danni, gli animali ne risentono negativamente e così anche l’uomo. I danni alla salute umana sono dati direttamente solo dalle deposizioni secche (ossidi di zolfo e di azoto) che causano problemi alle vie respiratorie; le piogge acide agiscono invece indirettamente poiché contaminano i cibi e le acque che beviamo. Grave è il fatto che la forte acidità che il terreno acquisisce permetta ad esso di liberare particelle di metalli pesanti come alluminio, zinco e mercurio: queste vengono assorbite e accumulate dagli esseri viventi e così giungono fino all’uomo. Gli studi sulle conseguenze di questo fenomeno sono ancora in corso di sviluppo.

Effetti negativi si hanno anche sui monumenti, sopra i quali le piogge acide reagiscono con un doppio meccanismo: un’azione chimica di corrosione e un’azione meccanica di rimozione del materiale stesso. La reazione avviene tra il marmo delle statue e l’acido solforico: il calcare, CaCO3, principale componente del marmo, reagisce con l’H2SO4 originando CaSO4, il gesso, che viene facilmente dilavato dalle acque piovane. Anche i metalli vengono sensibilmente corrosi dalle piogge acide, in particolare dall’acido solforico: sul rame e sul bronzo si ha così la formazione della classica patina verdastra, dovuta a sali di rame. Oltre a questo va ricordato che gli ioni nitrato NO3-, in più alla caratteristica di corrodere i metalli, hanno la capacità di penetrare nelle porosità dei mattoni e dei laterizi determinandone lo sgretolamento progressivo.

Il rimedio più efficace al problema delle piogge acide è quello di diminuire le emissioni di anidridi di zolfo e di azoto; eliminare dai combustibili lo zolfo prima della loro ossidazione, diminuire la temperatura interna delle caldaie e la quantità di aria presente in esse, e purificare i gas di scarico, sono le operazioni alle quali mira la moderna tecnologia per ovviare a tale problema. E’ indispensabile però, oltre a questo, sensibilizzare le persone a gestire in modo migliore l’utilizzo degli autoveicoli: imponenti fonti di inquinamento del nostro ambiente, specie per gli ossidi di azoto che emettono.    

SECONDA PARTE:

PRESENTAZIONE DELLA RICERCA


Nell’ambito dell’area di progetto relativa all’Orto botanico di Modena, la classe 5a l.s.t. si è occupata, nell’anno scolastico 1999/2000, dello studio delle acque piovane e del rilevamento di alcuni suoi parametri caratteristici.  

Scopo principale è stato quello di quantificare l’acidità delle precipitazioni, ed eventualmente osservare le differenze tra i dati ottenuti dall’analisi di campioni raccolti in luoghi diversi della stessa città.


Abbiamo raccolto complessivamente 14 campioni di acqua piovana: 8 dal nostro istituto che è posto in periferia, quasi in camna; 6 dall’Orto botanico che è invece vicino al centro-città, e quindi in un luogo presumibilmente più inquinato. Il tutto si è svolto nel periodo compreso tra il 15 dicembre 1999 e la prima decade di maggio 2000. Per la raccolta dell’acqua piovana abbiamo utilizzato due semplici campionatori, ciascuno composto di un grande imbuto sostenuto da un secchio; per evitare che l’acqua fuoriuscisse nel caso che la pioggia fosse sufficientemente abbondante, all’interno della bottiglia di raccoglimento vi era una pallina galleggiante di polistirolo, capace di ostruire, salendo, la bocca del recipiente. Con questo stratagemma è stato possibile conservare, come era nostra intenzione, solo il primo litro di acqua, anche quando le precipitazioni erano più abbondanti. La prima pioggia è la più dannosa perché porta con sé la maggior parte delle sostanze inquinanti, quindi per il nostro studio esaminiamo esclusivamente questa.

Utilizzando di volta in volta la strumentazione adatta e necessaria, abbiamo determinato i parametri fondamentali dell’acqua: il pH, la Conducibilità elettrica specifica a 20°C e le concentrazioni degli ioni nitrato (NO3-), ammonio (NH4+), calcio (Ca++) e magnesio (Mg++).

Gli strumenti da noi usati sono: il piaccametro, il conduttimetro, lo spettrofotometro in Uv per lo ione nitrato e in VIS per l’azoto ammoniacale, e lo spettrofotometro di assorbimento atomico per il calcio e il magnesio.

Va sottolineato che non sempre è stato possibile raccogliere i campioni entro 1-2 giorni dalla fine della pioggia (specie per quelli dell’Orto botanico) e che, pertanto, le misure del pH non sono state eseguite, come sarebbe opportuno, entro le 24 ore dall’evento. Anche per gli altri parametri l’intervallo di tempo trascorso fra la raccolta del campione e il suo studio ha superato spesso le 24-48 ore, a causa della rigidità dell’orario scolastico e per motivi di funzionalità del laboratorio.



TERZA PARTE:

PARTE SPERIMENTALE


-Misura del pH:


-calibrazione del piaccametro con due tamponi a diverso pH;

-controllo temperatura;

-misura del pH del campione.


-Misura della Conducibilità elettrica a 20°C:


-lavaggio della cella conduttimetrica con acqua distillata;

-inserimento della sonda per la temperatura e della cella conduttimetrica nel campione;

-attesa della stabilizzazione del valore della temperatura;

-lettura del valore in microsiemens al centimetro (mS/cm).


-Misura della concentrazione dello ione nitrato (NO3-):


-costruzione della retta di calibrazione con soluzioni standard 50 ml di pioggia campione + 1 ml di HCl;

-preparazione del bianco.


-Misura della concentrazione dello ione ammonio (NH4+):


-costruzione della retta di calibrazione con soluzioni standard 25 ml di pioggia campione + reattivi in matraccio da 100 ml;

-preparazione del bianco.


-Misura della concentrazione dello ione calcio (Ca++) e magnesio (Mg++):


-selezione della frequenza d’onda da impiegare e scelta della      relativa lampada;

-costruzione della retta di calibrazoione per lo ione calcio con una soluzione di CaCO3 e acido nitrico;

-costruzione della retta di calibrazione per lo ione magnesio con una soluzione di magnesio e acido nitrico.




TABELLA  RACCOLTA DATI









Ione

Ione


Data

Luogo


Conducibilità

nitrato

ammonio


campione

campionamento

campion.

pH

elettrica specifica

NO3-

NH4+






a 20°C [microS/cm]



mg/l

mg/l












Corni








Corni








Corni








Orto Bot.








Corni








Orto Bot.








Corni










Orto Bot.








Corni








Orto Bot.







dal 7 all'11/04/'00

Corni







dal 7 all'11/04/'00

Orto Bot.







dal 2 all'11/05/'00

Corni







dal 2 all'11/05/'00

Orto Bot.














Nota: sui primi 4 campioni non è stato possibile ricercare gli ioni nitrato e ammonio per lo scarso   volume di pioggia a disposizione.

CONCLUSIONI


Volendo trarre alcune considerazioni conclusive, pur consapevoli che non era questo lo scopo della nostra ricerca, possiamo dire che:


-la quasi totalità dei campioni ha un pH superiore a quello dell’acidità  della pioggia:


-esiste una correlazione tra alti valori di conducibilità e alte concentrazioni di ioni nitrato e ammonio, a dimostrazione dell’importanza degli stessi sul contenuto ionico totale della pioggia;


-è confermato il fatto che in zone agricole come la Pianura Padana, l’ammoniaca abbia un notevole effetto di neutralizzazione dell’acidità delle piogge.


In conclusione, tenendo però presente che i campioni a nostra disposizione erano scarsi numericamente, sembra proprio che le piogge di Modena siano poco acide, e quindi che non abbiano un’influenza negativa sull’ambiente e rechino danno alle piante.


Sarebbe interessante, se si potesse continuare lo studio, capire se esiste una relazione tra pH alti delle piogge (superiori al 7) e ioni alcalinizzanti presenti in esse, come calcio e magnesio e non solo ione ammonio.

Come si sarà notato, nella tabella mancano proprio le concentrazioni degli ioni Ca++ e Mg++, questo è dovuto a un problema tecnico che non ha reso utilizzabile lo spettrofotometro di massa atomica.








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