Un po’ di chimica degli inquinanti atmosferici parte 3

I composti dello zolfo e del carbonio

Lo zolfo, insieme ad i suoi composti, è una materia di estrema importanza nel sistema industriale mondiale, anche se alcuni suoi derivati incidono pesantemente sulla qualità dell’aria.

Fra i maggiori, in questa sede possiamo ricordare prima di tutto gli ossidi di zolfo (SO_x) fra cui il biossido di zolfo (SO₂) e il triossido di zolfo (anidride solforica, SO₃). La lista si allunga poi con il solfuro di carbonile (COS), il solfuro di carbonio (CS₂), il solfuro di idrogeno (H₂), il dimetilsolfato [(CH₃)2SO4] .

Non a caso, il problema del trattamento dello zolfo è ben conosciuto non solo ai fini dell’inquinamento, ma anche per ricercare la purezza dei materiali. Infatti, soprattutto in metallurgia, la presenza dei composti dello zolfo – anche in piccole quantità – nelle leghe e nei metalli peggiora le caratteristiche desiderate di quest’ultimi.

La tecnica industriale ha sviluppato a tale scopo procedimenti di desolforazione in dedicati impianti (DeSOx o FGD, flue gas desul‐ furization), in cui lo zolfo ed i suoi derivati vengono per l’appunto rimossi dalle sostanze liquide (come il petrolio) o gassose (ovvero dal gas naturale e dalle emissioni delle centrali elettriche), sia per mezzo di procedimenti chimico-meccanici che biologici (coinvolgendo cioè alcune famiglie di batteri).

Ai precedenti composti si aggregano inoltre importanti tipologie di sostanze come l’acido solforoso (H2SO3) e l’acido solforico (H2SO4), i quali sono presenti in atmosfera a seguito di complesse trasformazioni chimico-fisiche e danno origine a fenomeni atmosferici molto dannosi come le piogge acide.

Da citare inoltre altri due composti da tenere in alta considerazione ai fini della prevenzione e delle lotta per l’inquinamento atmosferico, ovvero l’esafluoruro di zolfo (SF₆) ed il fluoruro di solforile (SO₂F₂).

I composti del carbonio di maggior impatto sono quelli più conosciuti al grande pubblico, ovvero l’anidride carbonica (biossido di carbonio, CO₂) ed il monossido di carbonio (CO).

L’anidride carbonica è un fondamentale composto coinvolto nel ciclo del carbonio, che include importanti processi come la fotosintesi clorofilliana; ma di converso è un gas serra, il quale in concentrazioni anomale favorisce dunque il surriscaldamento globale.

Il monossido di carbonio è un gas incolore, inodore ed insapore che viene prodotto nei processi di combustione incompleta di materiali contenenti atomi di carbonio. La sua emissione nell’atmosfera è solo in bassissima misura attribuibile a fonti naturali, a causa di alcuni meccanismi di autoregolazione presenti nell’ambiente.

Pertanto, la stragrande maggioranza del monossido di carbonio presente in atmosfera deriva dai gas di scarico dei mezzi di trasporto e dagli stabilimenti industriali. È un gas tossico, le cui molecole si legano facilmente al ferro presente nell’emoglobina del sangue producendo la cosiddetta carbossiemoglobina (hbCO), incidendo sul trasporto di ossigeno nell’intero organismo.

Alcoli, glicoli e fenoli

Gli alcoli sono composti organici che derivano dagli idrocarburi alcani, in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo funzionale denominato “ossidrilico” –OH.

I più leggeri sono composto volatili e dunque classificabili come inquinanti; fra i molti citiamo quelli più comuni come metanolo (alcol metilico, oppure spirito di legno, CH4O) , etanolo (alcol etilico, C2H6O), 1- propanolo (alcol normal propilico, C₃H₈O), 2- propanolo (alcool isopropilico, C₃H₈O), 1- butanolo(alcol normal-butilico, C₄H₁₀O).

Di converso, se agli alcani vengono sostituiti due o tre atomi di idrogeno con due o tre gruppi – OH si ottengono rispettivamente i dioli – chiamati anche comunemente glicoli -, ed i trioli (detti alcoli trivalenti).

Fra i glicoli più comuni abbiamo il glicole etilenico (1,2 – etandiolo, C₂H₆O₂), il glicole propilenico (1,2 – propandiolo, C₃H₈O₂) ed il glicole metilenico (metandiolo o formaldeide monoidrata,CH₄O₂); mentre il più come dei trioli è sicuramente il glicerolo o glicerina (1,2,3 – propantiolo, C₃H₈O₃)

Se agli idrocarburi di tipo aromatico vengono sottratti uno o più atomi di idrogeno con la loro sostituzione sempre con il gruppo ossidrile –OH, si ottengono i fenoli.

Essi si contraddistinguono principalmente come inquinanti acquatici, ma alcuni incidono significativamente sulla qualità dell’aria: fenolo (acido fenico, C₆H₆O); gli isomeri o-cresolo (2-idrossitoluene, C₇H₈O),l’ m-cresolo (3-idrossitoluene, C₇H₈O), il p-cresolo (4-idrossitoluene, C₇H₈O); il naftolo (C₁₀H₈O) e suoi derivati.

Ricordiamo inoltre altri due composti del fenolo: il bisfenolo A o BPA (4,4′-(propan-2,2-diil)difenolo, C₁₅H₁₆O₂) ed il nonilfenolo (4-n-nonilfenolo, C₁₅H₂₄O).

Altri derivati del fenolo i nitrofenoli e gli amminofenoli, così chiamati in relazione alla loro peculiarissima conformazione molecolare , sono il 2- amminofenolo (C₆H₇NO) ed il suo isomero 4 – amminofenolo ; il 3-nitro fenolo (m-nitrofenolo, C₆H₅NO₃), con il relativo isomero 4-nitrofenolo (o p-nitrofenolo); il 2-amino-5- nitro fenolo (C₆H₆N₂O₃).

Eteri, aldeidi e chetoni

Gli eteri sono composti in cui due radicali (parti di molecole), entrambi costituiti da molecole di carbonio e idrogeno (radicale idrocarburico), vengono fra loro uniti da un atomo di ossigeno.

Menzioniamo i comuni etere dietilico (dietiletere, C₄H₁₀O) , l’ossido di propilene (1,2-epossipropano, metilossirano, C₃H₆O) e l’ossido di etilene (1,2-epossietano, ossirano, C₂H₄O), nonché il furano (ossido di divinilene, C₄H₄O) ed il tetraidrofurano (ossido di tetra metilene o THF, C₄H₈O) nel complesso chiamati epossidi.

Molecole di eteri più ramificate sono denominate polieteri, come il dimetossietano (1,2-dimetossietano, DME, C₄H₁₀O₂) ed il dietilendiossido (1,4 – diossano, C₄H₈O₂).

In ultima battuta, è fondamentale citare anche altre due sostanze chimiche ai fini ambientali come il metil-terz-butiletere (MTBE) e l’etil-terz-butiletere (ETBE).

Continuando, fra gli elementi che presentano una certa influenza sulla qualità dell’aria troviamo certamente le aldeidi, composti organici costituiti da carbonio e idrogeno, a cui sono uniti un gruppo funzionale formile (ovvero del tipo –CHO).

Tra le molte aldeidi, sicuramente rivestono una determinata importanza la formaldeide o aldeide formica (metanale, CH₂O); acetaldeide o aldeide acetica (etanale, C₂H₄O), propionaldeide o aldeide propionica (propanale, C₃H₆O), l’acroleina o propenale (2-propenale, C₃H₄O)

Infine, completiamo la disamina del paragrafo introducendo i chetoni, composti organici contenenti sempre due distinti radicali idrocarburici, uniti fra di loro da un gruppo funzionale questa volta detto “carbonilico”. Fra i principali chetoni, ritroviamo l’acetone o propanone (dimetilchetone, C₃H₆O),il metiletilchetone o butanone (MEK, CH₃COC₂H₅), il metilpropilchetone (2-Pentanone, MPK, C₅H₁₀O), il cicloesanone (C₆H₁₀O) .

Composti organosolfurati

In questa classe di inquinanti atmosferici rientrano i tioli (detti anche tioalcoli o mercaptani), una serie di composti organici strettamente correlati con gli alcoli.

Il più semplice mercaptano è il metantiolo (metilmercaptano, CH₃SH), a cui si aggiungono nella lista dei contaminanti dell’aria i tioeteri (o solfuri ),i tiofenoli ed il tiofene (tiofurano, C₄H₄S).

Un importante tioetere è il dimetilsolfuro (solfuro di dimetile o metiltiometano o DMS, C₂H₆S) , mentre il capostipite dei tiofenoli è proprio il benzentiolo (mercaptobenzene, C₆H₆S).

Gli organosolfurati non costituiscono una tipologia di inquinante altamente pericolosa, ma la loro caratteristica principale è il forte odore sgradevole; infatti a tale scopo vengono aggiunti a vari gas, fra cui il metano, come agenti odorizzanti. È comprensibile dunque come ad alte concentrazioni atmosferiche possano costituire un problema a livello locale.