Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire allo studente competenze relative alle problematiche della chimica dell’ambiente, attraverso la descrizione dei comparti ambientali (aria, acqua e suolo) e delle loro interazioni. Fornirà informazioni sui processi di formazione, trasporto e ripartizione degli inquinanti, le loro reazioni e la loro persistenza, la formazione secondaria di specie chimiche e di particolato, e il loro impatto sugli esseri viventi. Lo studente acquisirà inoltre l’abilità di individuare le corrette metodologie di analisi e di monitoraggio ambientale, di valutazione delle strategie di salvaguardia e di riduzione dell’impatto ambientale. Acquisirà informazioni relative alle più comuni problematiche tossicologiche connesse all’inquinamento, ai concetti di sostenibilità e di “green chemistry”. L’allievo sarà quindi in grado quindi di approcciarsi alle tematiche ambientali cosciente della complessità e della interdisciplinarietà della materia.

Learning Goals

The aim of the Environmental Chemistry Principles course is to provide skills related to environmental chemistry issues, through the description of the environmental compartments (atmosphere, water, soil) and their mutual interactions. In addition, it will provide information about pollutants formation, transport and distribution processes, their reactions and persistence, as well as about the formation of secondary chemical species and particulate matter, and their impact on living systems. The students will acquire the ability to identify the correct methods of analysis and environmental monitoring, to evaluate remediation and reduction of environmental impact strategies. The students will learn also information on the most common toxicological issues related to pollution, about the concepts of sustainability and “green chemistry”. The students will then be able to approach the environment with the awareness of the complexity and interdisciplinary nature of such field.

Metodi didattici

Lezioni frontali con l’ausilio di materiale informatico fornito dal docente.

Teaching Methods

Lectures with the help of PC equipment supplied by the teacher.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Chimica Generale, Stechiometria, Chimica Inorganica, Chimica Fisica e Chimica Organica.

Prerequisites

Skills on General Chemistry, Stoichiometry, Inorganic Chemistry, Organic Chemistry and Physical Chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

Valutazione della partecipazione dello studente alle attività didattiche mediante domande durante le lezioni. L'esame finale si svolge come colloquio orale con domande riguardanti il programma di cui sopra. La valutazione si basa sia sulla verifica della comprensione degli argomenti svolti che sulla capacità di collegare i vari temi in maniera interdisciplinare

Assessment

Evaluation of student participation in educational activities through questions. The final exam is done as an interview with questions concerning the above program. The students will be evaluated on the correct understanding of the environmental issues as well as on the ability to link the various themes by an interdisciplinary approach.

Programma del Corso

Introduzione alla chimica ambientale: le problematiche dell’inquinamento chimico. Trasformazioni dei composti chimici nei e tra i vari comparti ambientali: acqua-suolo-aria. Cicli biogeochimici di carbonio, ossigeno, azoto e zolfo. Il comparto acqua: proprietà chimico-fisiche dei sistemi acquosi. Il sistema CO2/H2O. Parametri per la classificazione delle acque per qualità ambientale: proprietà fisiche e chimiche (pH, BOD, durezza, ecc.) Complessazione con complessanti sintetici (fosfati, EDTA, ecc) e naturali (acidi umici). Metalli in acqua: complessazione e solubilizzazione. Interazioni di fase: solubilità di gas e di solidi, colloidi e sedimenti. Tensioattivi. Resine scambiatrici di ioni. Trattamenti di depurazione delle acque. Il comparto suolo: caratteristiche chimico-fisiche della geosfera. Il suolo ed i suoi costituenti. I sedimenti. Adsorbimento dei composti chimici. Fertilizzanti e nutrienti. Il comparto aria: strati e composizione dell’atmosfera. Inquinanti inorganici gassosi: CO, CO2, SO2, NOx; effetto serra e piogge acide. Deplezione dell’ozono stratosferico. Smog fotochimico. Particolato atmosferico (PM). Principali inquinanti organici e inorganici: Inquinanti organici naturali ed antropogenici: idrocarburi aromatici e non, alogenoalcani (CFC), idrocarburi policiclici aromatici (PAH), policlorobifenili (PCB), diossine; pesticidi; metalli. Introduzione alla chimica ambientale. Inquinanti e contaminanti. Cenni sui fenomeni di inquinamento più importanti. Idrosfera, atmosfera, litosfera, antroposfera, biosfera. Classificazione e collegamenti tra i comparti ambientali. Idrosfera. Struttura e proprietà dell'acqua. Acidità, alcalinità, metalli in acqua, calcio, durezza, complessazione, chelazione, reazioni redox. Detergenti, sostanze umiche. Solubilità di gas e solidi in acqua. Interazione con le altre fasi. Colloidi in acqua, micelle. Sedimenti di fondo. Sostanze organiche in acqua: bioconcentrazione, biomagnificazione. Microorganismi in acqua e loro ruolo. Alghe, funghi, batteri. Metabolismo dei batteri. Cicli biogeochimici: carbonio, azoto, fosforo, zolfo etc. Inquinanti inorganici: metalli pesanti (Cd, Pb, Hg, As, Sn), altre specie inorganiche, inquinanti acidi e basici. Nutrienti delle alghe ed eutrofizzazione. Inquinanti organici: saponi, detersivi, emulsionanti. Detergenti anionici sintetici. Pesticidi, erbicidi, fitoregolatori. Classificazione e proprietà chimiche. Diossine, PCB e dibenzofurani. Parametri di base e addizionali. Analisi ambientali per la determinazione della qualità delle acque. Purificazione per uso domestico. Trattamento di acque industriali. Trattamento di acque di scarico. Atmosfera. Generalità, composizione, stratificazione. Acqua atmosferica. Azoto atmosferico, reazioni. Ossigeno nell'atmosfera. Ozono. Radicale ossidrilico. Deplezione dello strato di ozono stratosferico. CFC, HCFC. Ozono troposferico e smog fotochimico. Piogge acide: origine, proprietà chimiche, conseguenze su idrosfera e litosfera. Particolato nell'atmosfera: proprietà chimiche e fisiche. Effetto serra e riscaldamento globale. Intera atmosfera in pericolo. Metodi di abbattimento di inquinanti atmosferici e strategie di prevenzione. Litosfera. Rocce: genesi, classificazione, proprietà chimiche e fisiche. Sedimenti. Formazione di suoli. Argille. Torbe. Acqua nel suolo. Sostanze umiche. Sostanze inorganiche e organiche nei suoli. Inquinanti del suolo. Nutrienti del suolo. Conclusioni. Scambio di materia tra tutti i comparti ambientali. Fenomeni chimico-fisici nelle interazioni tra fasi. Conclusione del corso.

Course Syllabus

Introduction to Environmental Chemistry: chemical pollution. Transformations of chemical compounds within and between environmental compartments: water, soil and air. Biogeochemical cycles of carbon, oxygen, nitrogen and sulfur. Water: chemical and physical properties of aqueous systems. The CO2/H2O system. Parameters for the classification of water for environmental quality: physical and chemical properties (pH, BOD, hardness, etc..) Complexation by synthetic (phosphate, EDTA, etc.) and natural (humic acids) compounds. Metals in water and complexation in solution. Interaction phase: solubility of gases and solids, colloids and sediments. Surfactants. Ion exchange resins. Treatment of wastewater. Soil: chemical and physical characteristics of the geosphere. The soil and its constituents. Sediments. Adsorption of chemical compounds. Fertilizers and nutrients. Air: composition of the atmosphere. Inorganic gaseous pollutants: CO, CO2, SO2, NOx, greenhouse effect and acid rain. Stratospheric ozone depletion. Photochemical smog. Atmospheric particulate matter (PM). Main organic and inorganic pollutants: natural and anthropogenic organic pollutants: hydrocarbons, haloalcanes (CFCs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), dioxins, pesticides, metals. Introduction to environmental chemistry. Pollutants and contaminants. The most important pollution phenomena. Hydrosphere, atmosphere, lithosphere, anthroposphere, biosphere. Classification and connections among environmental compartments. Hydrosphere. Structure and properties of water. Acidity, alkalinity, metals in water, calcium, hardness, complexation, chelation, redox reactions. Detergents, humic substances. Solubility of gas and solids in water. Interaction with the other phases. Colloids in water, micelles. Sediments. Organic substances in water: bioconcentration, biomagnification. Microorganisms in water and their role. Algae, fungi, bacteria. Bacteria metabolism. Biogeochemical cycles: carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur etc. Inorganic pollutants: heavy metals (Cd, Pb, Hg, As, Sn), other inorganic species, acid and basic pollutants. Algae nutrients and eutrophication. Organic pollutants: soaps, detergents, emulsifiers. Synthetic anionic detergents. Pesticides, herbicides, plant growth regulators. Classification and chemical properties. Dioxins, PCBs and dibenzofurans. Water quality: Basic and additional parameters. Environmental analyses for the determination of water quality. Purification for domestic use. Industrial water treatment. Waste water treatment. Atmosphere. Generality, composition, stratification. Atmospheric water. Atmospheric nitrogen, reactions. Oxygen in the atmosphere. Ozone. Hydroxyl radical. Depletion of the stratospheric ozone layer. CFC, HCFC. Tropospheric ozone and photochemical smog. Acid rain: origin, chemical properties, impact on hydrosphere and lithosphere. Particulate matter in the atmosphere: chemical and physical properties. Greenhouse effect and global warming. Methods for the elimination of atmospheric pollutants and prevention strategies. Lithosphere. Rocks: genesis, classification, chemical and physical properties. Sediments. Soil formation. Clays. Peats. Water in the soil. Humic substances. Inorganic and organic substances in soils. Soil pollutants. Soil nutrients. Conclusions. Exchange of material and energy among all environmental sectors. Chemical-physical phenomena in the interactions between phases.