Appunti di Chimica Fisica Ambientale

Descrizione

Questo volume e’ rivolto principalmente agli
studenti di Chimica, Facoltà di Scienze M.F.N., che frequentano il corso di
insegnamento “Chimica Fisica Ambientale”, con l’obiettivo di fornire le basi
chimico-fisiche per la comprensione dei fenomeni principali legati all’ambiente,
inteso come il contorno fisico col quale le attività umane interagiscono
permanentemente, provocando a volte modificazioni che ne pregiudicano
l’equilibrio. Di questi problemi, quali il buco dell’ozono, l’effetto serra,
l’inquinamento dell’aria e delle acque, i mezzi di comunicazione informano
quotidianamente l’opinione pubblica e risulta quindi necessario per il laureato
in chimica un approfondimento teorico che permetta di comprendere ed elaborare
interventi, sul territorio e sui comportamenti, capaci di prevenire i danni già
fatti o limitare quelli provocati all’ambiente da scelte precedenti. Gli
argomenti di interesse biologico e ingegneristico, inerenti al programma del
corso, sono trattati succintamente, rimandando ogni approfondimento ai testi
specializzati citati nella bibliografia.

Introduzione. Elenco dei
simboli. I. ALCUNE FORMULE FONDAMENTALI USATE NEL SEGUITO II.
BILANCIO DI MASSA (Bilancio di massa integrale per il componente k. /
Bilancio di massa differenziale per il componente k. ) III. DIFFUSIONE
MOLECOLARE (Diffusività molecolare in un sistema binario.- fase
gassosa. / Diffusività molecolare in un sistema binario. – fase condensata.
/ Relazioni tra le diffusività in una miscela binaria a T e p
costanti.) IV. DIFFUSIONE TURBOLENTA (Trasporto diffusivo
molecolare e turbolento. – in parallelo. – in serie / 1. Diffusione
turbolenta in un pennacchio. / 2. Separazione dei componenti di una miscela.
Problema del riciclo dei rifiuti solidi. / 3. Formazione di nebbie in
atmosfera sovrasatura. / 4.Trattamento delle acque reflue urbane.) V.
BILANCIO ENERGETICO INTEGRALE (1.Variazione della temperatura con
l’altitudine nell’atmosfera. / 2. Spinta di Archimede. / 3. Distribuzione
dei componenti nell’atmosfera. ) VI. CONSIDERAZIONI SUL TRASPORTO
DELL’ENERGIA TERMICA (1. Conduzione. / 2. Convezione. / 3.
Irraggiamento termico. / Bilancio energetico differenziale per un solido o
un fluido statico. / L’effetto serra. ) VII. STABILITA’
DELL’ARIA (Il problema dell’ozono) VIII. FLUIDI VISCOSI (1.
Gas (perfetti). / 2. Liquidi.) IX. INQUINAMENTO DELL’ARIA DA PROCESSI
DI COMBUSTIONE (1. Motori a benzina. / 2. Motori a gasolio. / Riduzione
delle immissioni nell’atmosfera da veicoli a motore.) X. BILANCIO DI
ENTROPIA (1. Flussi e forze motrici. / 2. Teorema di Progogine. / 3.
Dipendenza lineare dei flussi dalle forze motrici. / 4. Teorema di Onsager.
/ 5. Teorema di Curie. / 6. Legami tra i coefficienti L(kj).) XI.
ALCUNE APPLICAZIONI DEL BILANCIO DI ENTROPIA (1. Diffusione in un
sistema ternario. / 2. Diffusione di un sale. / 3. Osmosi e osmosi inversa.
/ 4. Trasporto facilitato.) XII. INQUINAMENTO TERMICO ESERCIZI
SVOLTI II. BULANCIO DI MASSA (Svuotamento recipienti. / Calcolo
della velocita’ media. / Abbattimento di inquinanti in fase liquida. /
Abbattimento di fosfati solubili con Al2(SO4)3. / Inquinamento di bacini. /
Ossido di carbonio e carbossiemoglobina. / Ossido di carbonio in ambienti
non aerati.) III. DIFFUSIONE MOLECOLARE (Cella di Stokes) IV.
DIFFUSIONE TURBOLENTA (Dissoluzione e cristallizzazione. / Nebbie in
gocce minutissime. / Acque reflue. / Depurazione di acque reflue.) V.
BILANCIO ENERGETICO (Equazione della statica. / Formula di Torricelli.
/ Reattore chimico a tino agitato. / Fohn. / Profilo adiabatico della
temperatura in funzione dell’altitudine. / Gradienti di concentrazione
nell’atmosfera.) VII. STABILITA’ DELLARIA (Scarichi gassosi da
ciminiere. / Sedimentazione di particolato da ciminiere.) VIII. FLUIDI
VISCOSI (Forza di attrito per R(e) – 0.1. / Lavoro di mescolamento. /
Perdita di carico di un fluido in una tubazione. / Equazione di Poiseuille.
/ Viscosimetro a capillare. / Regola delle fasi e analisi
dimensionale.) X. BILANCIO DI ENTROPIA (Termine trascurabile nel
bilancio entropico. / Proporzionalità tra… / Proporzionalità velocità
di reazione e affinità chimica.) XI. APPLICAZIONI DEL BILANCIO DI
ENTROPIA (Tremodiffusione) XII. INQUINAMENTO
TERMICO (Centrale termoelettrica) BILBIOGRAFIA

Questi appunti sono rivolti agli studenti
già in possesso dei fondamentali della Chimica Fisica e permettono loro di
interpretare e approfondire i fenomeni legati all’ambiente, quali
l’inquinamento da combustione, il buco dell’ozono ecc. Per raggiungere
questo scopo, è necessario estendere alcuni concetti al particolare sistema
sede di questi fenomeni, perchè si tratta di masse di grande estensione,
con reazioni chimiche tra molti componenti e con grandienti di pressione e
di temperatura. Inoltre, la presenza di turbolenze, di fluidi viscosi e di
gradienti di concentrazione rendono indispensabile una analisi delle
trasformazioni sulla base della Termodinamica dei processi irreversibili. Di
conseguenza, le nozioni relative alla conservazione della massa e
dell’energia e alla creazione di entropia devono essere riviste impostando i
relativi bilanci per volumi di controllo più generali di quelli visti coi
modelli classici della Chimica Fisica. Ad ogni modo però queste pagine non
sono un testo di Ingegneria Ambientale o di Ecologia: lo studente è
rinviato alla letteratura su questi argomenti quando sembra utile un
approfondimento di tematiche particolari che non è possibile sviluppare in
un unico corso di insegnamento di circa 60 ore di lezione. Accanto ad una
parte teorica, questi appunti riportano una vasta sezione dedicata agli
esercizi numerici, che sono tutti svolti per dare l’opportunità al lettore
di vedere come si imposta e come si risolve il problema proposto, con
particolare attenzione alle unità di misura e alle approssimazioni
introdotte.