Identikit degli inquinanti atmosferici: Gli ossidi di zolfo e azoto

Gli ossidi di zolfo e azoto e le piogge acide

Continuiamo a descrivere, con il presente contributo, i principali inquinanti atmosferici di maggior interesse. Precisamente qui analizzeremo gli ossidi di zolfo e azoto, due famiglie di sostanze chimiche responsabili di alcuni peculiari fenomeni legati all’inquinamento dell’aria ed alla sua qualità, fra cui riscontriamo le piogge acide.

Tramite i mezzi di comunicazione di massa, fra cui ormai dominano i social, sentiamo ancora sempre più frequentemente parlare di questo fenomeno, il cui termine è stato coniato nel lontano 1852 dal chimico inglese Robert Angus Smith mentre studiava le precipitazioni di Manchester.

Comunque, già qualche anno prima, precisamente nel 1845, Ducros riconobbe questo particolare fenomeno atmosferico, anche se poi fino agli ’60 del Novecento non ci furono ulteriori significativi studi approfonditi al riguardo.

In breve, esso consiste nella presenza nelle precipitazioni atmosferiche di sostanze acide come l’acido solforico (H₂SO₄), l’acido nitrico (HNO₃) e l’acido cloridrico (HCl). Questi composti chimici abbassano notevolmente il valore pH naturale delle piogge, ovvero il loro grado di acidità, con conseguenze importanti.

Sono noti il deterioramento dei monumenti e delle costruzioni, come ad esempio la conseguente trasformazione del marmo in gesso, portando così i manufatti verso il loro sgretolamento; il danneggiamento delle foreste, degli ambienti lacustri ed anche del suolo, il quale non riesce più a trattenere i metalli della sua composizione.

La deleteria manifestazione delle piogge acide porta alla corrosività delle materie metalliche, ed alla rovina di intonaci e del cemento usati in edilizia.
Gli acidi che costituiscono questi particolari fenomeni meteorologici sono formati a partire da composti più semplici, gli ossidi di zolfo (SO_x) e azoto (NO_x) nonché il cloruro C-, che reagiscono con l’umidità dell’aria contenente acqua, creando così gli acidi summenzionati.

Identikit degli ossidi di zolfo (SO_x)

I principali membri di questa famiglia di sostanze inquinanti sono il biossido di zolfo (SO₂) ed in quantità minori l’anidride solforica (SO₃).

È un gas incolore che presenta un caratteristico odore pungente e altamente solubile in acqua, irritante. Per questo motivo viene facilmente assorbito dalle mucose del naso e dalla parte superiore dell’apparato respiratorio; solo una minima parte giunge in profondità nei polmoni.

Gli effetti sulla salute sono molteplici: bronchite, tracheite e difficoltà respiratorie nei soggetti asmatici, nonché enfisemi e varie azioni irritanti.

Le origini del biossido di zolfo sono sia naturali (attività geotermiche come i vulcani), sia prodotte dalle azioni umane; in quest’ultimo caso, la sua produzione è favorita dalla combustione dei derivati del petrolio e del carbone.

A livello industriale, importanti fonti sono l’industria della carta, le fonderie ed i processi metallurgici, l’industria della plastica e l’incenerimento dei rifiuti.

Non a caso, la desolforazione è una comune pratica industriale che consiste nell’eliminazione o riduzione del tenore di zolfo stesso e dei suoi composti, poiché rappresenta un elemento di impurezza dei combustibili fossili. È dunque preferibile in linea di massima utilizzare prodotti petroliferi a basso contenuto di zolfo, che per questo motivo sono i più pregiati e costosi.

Lo zolfo infatti brucia con l’ossigeno, e forma per l’appunto l’anidride solforosa, altro nome del biossido di zolfo.

Il biossido di zolfo emesso in atmosfera tramite i gas di combustione reagisce con l’umidità dell’aria e con il contributo della radiazione ultravioletta si trasforma in acido solforoso H₂SO₃ e acido solforico H₂SO₄, i quali a loro volta assumono un ruolo importante nel fenomeno delle piogge acide.

Altri dettagli significativi sono le sue reazioni chimiche abbastanza violente con composti quali ammoniaca e le ammine, l’acetilene, i metalli alcalini, il cloro, l’ossido di etilene e – data la sua affinità con l’acqua – la tenace aggressione nei confronti dei metalli come alluminio, il ferro, l’acciaio, l’ottone, il rame e il nichel, nonché l’azione corrosiva su materie plastiche e sulla gomma.

A livello commerciale, Uno degli usi principali dell’anidride solforosa è come intermedio chimico nella produzione di acido solforico e della carta. È anche usato come fumigante, conservante alimentare e come agente sbiancante.

Identikit degli Ossidi di azoto (NO_x)

Nella nostra atmosfera possono coesistere vari ossidi di azoto. Innanzitutto citiamo il protossido di azoto (N₂O), un notevole gas serra che rimane in atmosfera per lunghissimi periodi di tempo -oltre un secolo-, il quale contribuisce alla riduzione dell’ozono stratosferico.

Continuiamo menzionando due sostanze strettamente correlate ovvero il monossido di azoto (NO) che reagendo con l’ossigeno dell’aria si tramuta in biossido di azoto (NO₂).

Quest’ultimo è in atmosfera un gas volatile, di colore bruno-rossastro con un peculiare odore pungente. Più pesante dell’aria, tende dunque a concentrarsi nei pressi del suolo; altamente tossico e irritante, le sue potenti qualità ossidanti fanno sì che in presenza di acqua attacchi diversi metalli, seppur poco solubile in essa.

Reagisce anche con materiali combustibili, e sempre in acqua tende a scomporsi in acido nitrico (HNO₃) e monossido di azoto, il quale è un gas inodore ed incolore (NO).

In linea generale, nell’aria ambiente, gli ossidi di azoto sono formati da varie combinazioni di ossigeno e azoto ad alte temperature durante il processo di combustione. Inoltre possono partecipare a particolari reazioni fotochimiche, le quali hanno poi come conseguenza l’ulteriore produzione di altri inquinanti secondari (ozono e smog fotochimico).

Maggiore è la temperatura di combustione, maggiore è la produzione degli ossidi di azoto. Infatti, Il 90–95% degli ossidi di azoto viene solitamente emesso come monossido di azoto, e solo il 5–10% come biossido di azoto, anche se sono state osservate variazioni sostanziali da un tipo di fonte all’altro.

Le principali sorgenti di ossidi di azoto sono costituite dalle combustioni nel settore dei trasporti (in particolare dai motori diesel), e nel riscaldamento civile (stufe, caminetti, forni e scaldabagni), nei fumi del tabacco, negli impianti industriali, negli impianti di produzione di energia elettrica, e di incenerimento dei rifiuti.
Le sorgenti naturali di emissione sono i suoli, i vulcani e i fenomeni temporaleschi.

Fra quelli citati, il biossido di azoto è quello che dal punto di vista tossicologico desta più preoccupazione agli addetti ai lavori. Il biossido di azoto all’aperto è sempre più implicato in una vasta gamma di disturbi.

Ad esempio, aumento del rischio di otite media, eczema , infezioni all’apparato otorinolaringoiatrico e sensibilizzazione agli allergeni alimentari nei bambini, nonché una maggiore coagulabilità del sangue negli adulti dopo periodi di elevata esposizione ambientale. Completano il quadro infezioni e malattie polmonari, specialmente fra i più piccoli e gli asmatici.

Il monossido di azoto e il biossido di azoto hanno una valenza industriale rilevante, poiché sono due prodotti intermedi per la produzione di acido nitrico, partendo dall’ammoniaca. L’acido nitrico viene utilizzato successivamente nell’industria dei fertilizzanti, dei polimeri e degli esplosivi.

Altri ossidi di preminente importanza per la qualità dell’aria sono inoltre: N₂O₃ Triossido di azoto (Anidride nitrosa); N₂O₄ Tetrossido di di azoto (Ipoazotide); N₂O₅ Pentossido di di azoto (Anidride nitrica).

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