Environmental Chemistry
Prof. Rita Giovannetti
[email protected]
Atmosphere and atmospheric chemistry

The Atmosphere is Gaseous envelope surrounding a celestial
body and retained to it by gravity”
 Delicate layer that acts as a collector and distributor of solar
energy and obstacle to those reactions cosmic that would make
uninhabitable the earth's surface
 Molecules can escape the upper atmosphere of a body if their
kinetic energy exceeds their gravitational attraction
Involucro gassoso che circonda un
corpo celeste ed è trattenuto dalla
forza di gravità. Delicato strato che
funge da collettore e distributore
dell’energia solare e rappresenta un
ostacolo alle reazioni cosmiche che
renderebbero inabitabile la vita sulla
terra. Le molecole possono sfuggire
dall'atmosfera solo se la loro
energia cinetica supera la loro
attrazione gravitazionale.
IMPORTANCE OF THE ATMOSPHERE

The atmosphere is a protective blanket which nurtures life on
the Earth and protects it from the hostile environment of outer
space.
 The atmosphere is the source of carbon dioxide for plant
photosynthesis and of oxygen for respiration.
 It provides the nitrogen that nitrogen-fixing bacteria and
ammonia-manufacturing plants use to produce chemicallybound nitrogen, an essential component of life molecules.
 As a basic part of the hydrologic cycle the atmosphere
transports water from the oceans to land, thus acting as the
condenser in a vast solar-powered still.
L'atmosfera è una coperta di protezione che alimenta la vita sulla Terra e la protegge da un
ambiente ostile dello spazio esterno. L'atmosfera è la fonte di biossido di carbonio per la
fotosintesi delle piante e di ossigeno per la respirazione. Esso provvede all'azoto che batteri
azotofissatori e impianti di produzione di ammoniaca utilizzano per produrre chimicamente
l'azoto legato, una componente essenziale di molecole di vita. Come una parte fondamentale
del ciclo idrologico l'atmosfera trasporta l'acqua dagli oceani alla terra, agendo così come il
condensatore in un vasta energia solare.
IMPORTANCE OF THE ATMOSPHERE

Unfortunately, the atmosphere also has been used as a
dumping ground for many pollutant materials ranging

from sulfur dioxide to refrigerant Freon

a practice which causes damage to vegetation and materials,
shortens human life,

and alters the characteristics of the atmosphere itself.
Purtroppo, l'atmosfera è stata anche utilizzata come una discarica per molti materiali
inquinanti che vanno dal biossido di zolfo a Freon refrigerante, una pratica che provoca
danni alla vegetazione e materiali, accorcia la vita umana, e altera le caratteristiche del
clima stesso.
IMPORTANCE OF THE ATMOSPHERE

In its essential role as a protective shield, the atmosphere
absorbs most of the cosmic rays from outer space and protects
organisms from their effects.

It also absorbs most of the electromagnetic radiation from the
sun, allowing transmission of significant amounts of radiation
only in the regions of near ultraviolet, visible, near-infrared
radiation and radio waves.
Nel suo ruolo essenziale come uno scudo protettivo, l'atmosfera assorbe la maggior parte
dei raggi cosmici provenienti dallo spazio esterno e protegge gli organismi da loro effetti.
Assorbe anche la maggior parte della radiazione elettromagnetica proveniente dal sole,
permettendo la trasmissione di quantità significative di radiazioni solo nelle regioni di
300-2500 nm (vicino ultravioletto, visibile e vicino-radiazione infrarossa) 0,01-40 m
(onde radio).
IMPORTANCE OF THE ATMOSPHERE

By absorbing electromagnetic radiation below 300 nm, the
atmosphere filters out damaging ultraviolet radiation that would
otherwise be very harmful to living organisms.

Furthermore, because it reabsorbs much of the infrared
radiation by which absorbed solar energy is re-emitted to space

the atmosphere stabilizes the earth’s temperature, preventing
the tremendous temperature extremes that occur on planets and
moons lacking substantial atmospheres
Assorbendo la radiazione elettromagnetica inferiore a 300 nm, l’atmosfera filra le radiazioni
ultraviolette dannose che altrimenti sarebbe molto pericole agli organismi viventi. Inoltre,
poiché essa riassorbe gran parte della radiazione infrarossa attraverso essa l'energia solare
viene riemessa nello spazio. L'atmosfera stabilizza la temperatura della terra, impedendo
tremendi estremi di temperatura che si verificano su pianeti e lune dove mancano le
atmosfere.
Atmospheric Composition

Dry air within several kilometers of ground level consists of two major
components: Nitrogen, 78.08 % (by volume), Oxygen, 20.95 %

two minor components: Argon, 0.934 % Carbon dioxide, 0.036 %

in addition to argon, four more noble gases,
Neon, 1.818 x 10-3 % • Helium, 5.24 x 10-4 %
Krypton, 1.14 x 10-4 % • Xenon, 8.7 x 10-6 %
and trace of other gases.

Atmospheric air may contain 0.1–5% water by volume, with a normal
range of 1–3%.
L'aria secca all'interno di diversi chilometri di livello del suolo è costituito da due
componenti principali: azoto, ossigeno, due componenti minori: Argon, biossido di
carbonio, in aggiunta argon, altri quattro gas nobili, Neon, elio, Krypton, Xenon, e tracce di
altri gas. L'aria atmosferica può contenere 0,1-5% di acqua in volume, con un range di
normalità del 1-3%.
Stratification of the
Atmosphere
The atmosphere is stratified on the basis of the
temperature/density relationships resulting from
interactions between physical and photochemical
(light-induced chemical phenomena) processes in air.
Layers of the atmosphere – divided based on temperature
– Troposphere
– Stratosphere
– Mesosphere
– Thermosphere
– Exosphere
L'atmosfera è stratificata sulla base dei rapporti temperatura / densità
derivanti da interazioni fra processi fisici e fotochimici (luce-indotta
fenomeni chimici) in aria .
Stratification of the
Atmosphere

The lowest layer of the
atmosphere is the
troposphere,
 characterized by a generally
homogeneous composition
of major gases other than
water
 decreasing temperature with
increasing altitude from the
heat-radiating surface of the
earth.

Lo strato più basso dell'atmosfera è la troposfera, caratterizzata da una composizione
omogenea in generale di gas principali diversi dall'acqua e da una diminuzione della
temperatura con l'aumentare della distanza dal calore radiante della superficie della terra
Stratification of the
Atmosphere

The homogeneous composition
of the troposphere results from
constant mixing by circulating
air masses.

However, the water vapor
content of the troposphere is
extremely variable because of
cloud formation, precipitation,
and evaporation of water from
terrestrial water bodies.
La composizione omogenea dei risultati troposfera dalla costante miscelazione facendo
circolare le masse d'aria. Tuttavia, il contenuto di vapore acqueo della troposfera è
estremamente variabile a causa della formazione di nubi, precipitazioni, e l'evaporazione
di acqua da corpi idrici terrestre.
Stratification of the
Atmosphere
The atmospheric layer directly above the troposphere is the stratosphere,
in which the temperature rises to a maximum of about -2°C with increasing
altitude.


This phenomenon is due to the
presence of ozone, O3, which
may reach a level of around 10
ppm by volume in the mid-range
of the stratosphere.
The heating effect is caused by
the absorption of ultraviolet
radiation energy of oxygen with
the formation of ozone.

Lo strato atmosferico direttamente sopra la troposfera è la stratosfera, in cui la temperatura
sale a un massimo di circa -2 ° C con l'aumentare dell'altitudine..Questo fenomeno è dovuto
alla presenza di ozono, O3, che può raggiungere un livello di circa 10 ppm in volume nel
mid-range della stratosfera. L'effetto di riscaldamento è causato dall'assorbimento di energia
della radiazione ultravioletta di ossigeno con la formazione di ozono
Stratification of the
Atmosphere

The absence of high levels
of
radiation-absorbing
species in the mesosphere
immediately above the
stratosphere

results in a further
temperature decrease to
about –92°C at altitude
around 85 km.

L'assenza di alti livelli di radiazioni di specie che assorbono le radiazioni nella mesosfera
immediatamente al di sopra della stratosfera portano ad una ulteriore diminuzione della
temperatura di circa -92 ° C ad una altitudine circa 85 km.
Stratification of the
Atmosphere
Extending outer reaches of the atmosphere is the thermosphere,

in which the highly rarified
gas reaches temperatures as
high as 1200°C

by the absorption of very
energetic radiation (of
wavelengths less than
approximately 200 nm) by
gas species in this region.

Oltre si estende la termosfera in cui gas molto rarefatti raggiungono temperature intorno a
1200 ° C dovute all'assorbimento di radiazioni molto energiche (con lunghezze d'onda <
200 nm) da parte di specie gassose in questa regione.
Stratification of the
Atmosphere
The upper regions of the termosphere and higher define a region
called the exosphere.

from which molecules
and ions can completely
escape the atmosphere

Le regioni superiore della mesosfera e superiore definiscono una regione
denominata esosfera da cui molecole e ioni lasciano l’atmosfera.
ATMOSFERA
TROPOSFERA
Va dal livello del mare fino a 11 km di altitudine a diretto contatto
con litosfera e idrosfera.
A questo livello avvengono i fenomeni
orizzontali e verticali delle masse d’aria.
climatici:
movimenti
Lo strato d’aria a più diretto contatto con la superficie terrestre
fino ad 1Km di altezza è caratterizzato da un buon mescolamento
dovuto ai moti convettivi.
Durante la notte lo spessore è ridotto dalle maggiori condizioni di
stabilità dell’aria: la presenza di alcuni contaminanti in prossimità
del suolo può essere maggiore durante la notte!!
Arriva a 50 km circa
STRATOSFERA
ATMOSFERA
Si verifica un aumento di temperatura che stabilizza il movimento
delle particelle di aria verso l’alto e quindi il mescolamento verticale.
Il flusso di aria è prevalentemente orizzontale.
Poiché non vi è pioggia per pulire l’atmosfera dai contaminanti, questi
permangono per tempi molto lunghi e possono spostarsi per grandi
distanze.
E’ caratterizzata dalla presenza di un sottile strato di ozono
responsabile
dell’assorbimento
della
radiazione
ultravioletta
proveniente dal sole.
MESOSFERA
ATMOSFERA
Va da 50 a 85 km circa.
Il gradiente di temperatura si inverte nuovamente.
Si hanno rapidi mescolamenti verticali.
TERMOSFERA
ATMOSFERA
Va da 85 a 500 km circa.
L’aria è altamente rarefatta.
ESOSFERA
ATMOSFERA
Oltre i 500 km di altezza.
Le molecole possono sfuggire all’attrazione gravitazionale e perdersi
nello spazio
COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA
78%
Ossigeno
Azoto
Altro
21%
1%
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE
Atmospheric chemistry involves
 the unpolluted atmosphere,
 highly polluted atmospheres,
 a wide range of gradations in between.

The same general phenomena govern all and produce
one huge atmospheric cycle in which there are
numerous subcycles.
La chimica dell’atmosfera coinvolge l’atmosfera non inquinata, quella altamente inquinata e
un vasto range di situazioni intermedie. Lo stesso fenomeno generale dirige tutto e produce un
vasto ciclo atmosferico in cui rientrano numerosi sub-cicli.
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE
Gaseous atmospheric chemical species fall into the
following some what arbitrary and overlapping
classifications:




Inorganic oxides (CO, CO2,NO2, SO2),
oxidants (O3, H2O2, HO. radical, HO2. radical, ROO.
radicals, NO3),
reductants (CO, SO2, H2S),
organics (also reductants);
Le specie chimiche gassose dell’atmosfera rientrano nelle seguenti classificazioni: ossidi
inorganici, ossidanti, riducenti, organici riducenti…
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE






Organic species,
CH4 in the unpolluted atmosphere is the predominant
organic species,
alkanes, alkenes, and aryl compounds are common
around sources of organic pollution,
oxidized organic species (carbonyls, organic nitrates),
photochemically active species (NO2, formaldehyde),
acids (H2SO4),
bases (NH3),
salts (NH4HSO4,),
and unstable reactive species (electronically excited NO2, HO•
radical).
… specie organiche, specie fotochimiche attive, acidi, basi, sali e specie reattive instabili..
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE

In addition, both solid and liquid particles in atmospheric
aerosols and clouds play a strong role in atmospheric chemistry
– as sources and sinks for gas-phase species,
– as sites for surface reactions (solid particles),
– and as bodies for aqueous-phase reactions (liquid droplets).
Inoltre, sia le particelle liquide che solide giocano un ruolo importante nella chimica
dell’atmosfera come fonti e depositi di specie gassose, come siti per reazioni superficiali
(particelle solide), e come corpi per reazioni in fase acquosa (goccioline).
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE

Two constituents of utmost importance in atmospheric
chemistry are
radiant energy from the sun, predominantly in the
ultraviolet region of the spectrum,
the hydroxyl radical, HO•.
Due costituenti di estrema importanza nella chimica atmoferica sono l’energia radiante del
sole, soprattutto nell’UV, e il radicale ossidrile OH.
CHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL REACTIONS IN
THE ATMOSPHERE

the radiant energy provides a way to pump a high level of
energy into a single gas molecule to start a series of
atmospheric chemical reactions,

the radical, HO•. is the most important reactive
intermediate and “currency” of daytime atmospheric
chemical phenomena;

NO3 radicals are important intermediates in nightime
atmospheric chemistry.
l’energia radiante del sole è responsabile dell’introduzione di alti livelli di energia in una
singola molecola di gas per iniziare una serie di reazioni chimiche atmosferiche e il radicale
ossidrile OH è il più importante intermedio di reazione dei fenomeni chimici diurni
dell’atmosfera mentre i radicali NO3 sono importanti intermedi nella chimica atmosferica
notturna.
Photochemical Processes

The absorption by chemical species of light, can bring about reactions,
called photochemical reactions, which do not otherwise the absence
of light.

Thus, photochemical reactions, even in the absence of a chemical
catalyst, occur at temperatures much lower than those which
otherwise would be required.

Photochemical reactions, which are induced by intense solar
radiation, play a very important role in determining the nature
and ultimate fate of a chemical species in the atmosphere.
L'assorbimento di luce da parte di specie chimiche, può portare a reazioni, chiamate
reazioni fotochimiche, che altrimenti non si verificano, in assenza di luce. Così, le reazioni
fotochimiche, anche in assenza di un catalizzatore chimico, si verificano a temperature
molto inferiori a quelli che altrimenti sarebbero necessarie. Reazioni fotochimiche, che
sono indotte da intense radiazioni solari, svolgono un ruolo molto importante nel
determinare la natura e il destino finale di una specie chimica in atmosfera.
Photochemical Processes
Substances differ greatly among themselves
for the propensity to absorb light of a given wavelength
differences of energy levels
of electrons.
Le sostanze differiscono moltissimo fra loro
per la propensione ad assorbire luce di una data lunghezza d’onda Questo dipende
dalle differenze dei livelli energetici degli elettroni.
Wavelenght
(nm)
Main range
<50
Raggi X
Wavelenght
(nm)
50
200
Ultavioletto
280
320
400
400
UV-C
UV-B
UV-A
Violetto
Visibile
Rosso
750
750
4000
Radiazioni
IR
termiche
Infrarosso
10000
Photochemical Processes
The energy E of a photon is in relation with the frequency
and wavelength of light:
E = h
E = hc/
h = Planck constant = 6,626x10-34 J s
c = speed of light in vacuum = 2,998x108 ms-1
L’energia E di un fotone è in relazione con la frequenza e la lunghezza d’onda
della luce:
Photochemical Processes
nm
kJ/moli
220
544
290
413
320
374
400
299
750
160
Energies of the photons of light of different wavelengths.
Energie dei fotoni della luce di differenti lunghezze d’onda.
PRINCIPI
DI FOTOCHIMICA …
Photochemical Processes
In the case of UV-Vis light,
the photon energies
are of the same order of magnitude of the enthalpy of
chemical reactions
including those which dissociate atoms from molecules.
Nel caso della luce UV-Vis, le energie fotoniche sono dello
stesso ordine di grandezza dell’entalpia della reazioni chimiche
comprese quelle che dissociano atomi dalle molecole.
Photochemical Processes

Nitrogen dioxide, NO2, is one of the most photochemically active
species found in a polluted atmosphere and is an essential participant
in the smog-formation process.

A species such as NO2 may absorb light of energy h, producing an
electronically excited molecule,

NO2 + h  NO2*
Il diossido di azoto NO2 è una delle specie fotochimiche attive che si trovano nelle
atmosfere inquinate e la sua partecipazione è essenziale nel processo di formazione dello
smog. Una specie come NO2 può assorbire luce di energia h producendo una molecola
elettronicamente eccitata.
Photochemical Processes

Electronically excited molecules are one of the three relatively
reactive and unstable species that are encountered in the atmosphere
and are strongly involved with atmospheric chemical processes.

The other two species are atoms or molecular fragments with
unshared electrons, called free radicals, and ions consisting of
electrically-charged atoms or molecular fragments.
Le molecole elettronicamente eccitate fanno parte di una delle tre specie reattive incontrate
nell’atmosfera e sono fortemente coinvolte nei processi chimici che avvengono in essa.
Le altre due specie sono atomi o frammenti molecolari con elettroni spagliati chiamati
radical liberi e ioni che sono atomi o frammenti molecolari carichi.
Photochemical Processes
The reactions that occur following absorption of a photon of light to
produce an electronically excited species are largely determined by the
way in which the excited species loses its excess energy.
This may occur by one of the following processes:
Loss of energy to another molecule or atom (M) by physical
quenching, followed by dissipation of the energy as heat
O2* + M  O2 + M (higher translational energy)
Le reazioni che avvengono in seguito all’assorbimento di un fotone per produrre specie
elettronicamente eccitate sono largamente influenzate dal modo in cui le specie eccitate
perdono il loro eccesso di energia.
Questo può verificarsi mediante uno dei seguenti processi: cessione di energia a un’altra
molecola o atomo M attraverso “quenching fisico seguito da dissipazione di energia sotto
forma di calore….. O2* + M  O2 + M (alta energia traslazionale)….
Photochemical Processes
Dissociation of the excited molecule (the process responsible for the
predominance of atomic oxygen in the upper atmosphere)
O2 *  O + O
Direct reaction with another species
O2* + O3  2O2 + O
… Dissociazione della molecola eccitata (processo responsabile della predominanza
dell’ossigeno atomico nell’atmosfera superiore) O2*  O + O
Reazione diretta con altre specie O2* + O3  2O2 + O ….
Photochemical Processes

Luminescence consisting of loss of energy by the emission of
electromagnetic Radiation
NO2*  NO2 + h
If the re-emission of light is almost instantaneous, luminescence is
called fluorescence, and if it is significantly delayed, the phenomenon
is phosphorescence.

Chemiluminescence occur when the excited species (such as NO2*
below) is formed by a chemical process:
O3 + NO  NO2* + O2 (higher energy)
… La Luminescenza consiste nella perdita di energia attraverso emissione di radiazione
elettromagnetica NO2*  NO2 + h. Se la riemissione di luce è quasi istantanea, la
luminescenza è chiamata fluorescenza mentre se è significativamente lenta il fenomeno è
detto fosforescenza. La chemiluminescenza si ha quando le specie eccitate si formano da
un processo chimico. O3 + NO  NO2* + O2 (energia più elevata).
Photochemical Processes
Intermolecular energy transfer
in which an excited species transfers energy to another species which
then becomes excited
O2* + Na  O2 + Na*
A subsequent reaction by the second species is called a
photosensitized reaction.
… Trasferimento di energia intermolecolare in cui una specie eccitata trasferisce
energia a un’altra specie che diventa eccitata O2* + Na  O2 + Na* Una successiva
reazione da parte della seconda specie è chiamata reazione di fotosensibilizzazione…..
Photochemical Processes

Intramolecular transfer in which energy is transferred within a
molecule
XY* XY†
(where † denotes another excited state of the same molecule)

Spontaneous isomerization
as in the conversion of o-nitrobenzaldehyde to o-nitrosobenzoic acid,
a reaction used in chemical actinometers to measure exposure to
electromagnetic radiation:
… Trasferimento intramolecolare in cui l’energia viene trasferita all’interno della
molecola XY* XY† . Isomerizzazione spontanea come la conversione di onitrobenzaldeide a acid o-nitrosobenzoico, reazione usata per misurare l’esposizione alla
radiazione elettromagnetica.
Photochemical Processes
Photoionization through loss of an electron
N2*  N2+ + e-
… fotoionizzazione attraverso la perdita di un elettrone.
Photochemical Processes
Electromagnetic radiation absorbed in the infrared region lacks the
energy to break chemical bonds, but cause the receptor molecules to
gain vibrational and rotational energy.
The energy absorbed as infrared radiation ultimately is dissipated as
heat and raises the temperature of the whole atmosphere.
The absorption of infrared radiation is very important in the earth’s
acquiring heat from the sun and in the retention of energy radiated
from the earth’s surface.
… La radiazione elettromagnetica assorbita nella regione dell’infrarosso non è
sufficientemente energetica per rompere i legami chimici ma fa si che le molecole
recettrici guadagnino energia vibrazionale e rotazionale. L’energia assorbita come
radiazione infrarossa alla fine viene dissipata come calore e innalza la temperatura
dell’intera atmosfera. L’assorbimento della radiazione infrarossa è molto importante per
l’acquisizione del calore dal sole da parte della terra e per il mantenimento dell’energia
irradiata dalla superficie terrestre.
Ions and Radicals in atmosphere
At altitudes of approximately 50 km and up, ions are so prevalent that
the region is called the ionosphere.
Ultraviolet light is the primary producer of ions in the ionosphere.
In darkness, the positive ions slowly recombine with free electrons.
The process is more rapid in the lower regions of the ionosphere where
the concentration of species is relatively high.
Ad altitudini i circa 50Km e più gli ioni sono così prevalenti che tale regione si chiama
ionosfera. La luce UV è la principale produttrice di ioni nella ionosfera. Con il buio gli
ioni positivi ricombinano lentamente con elettroni liberi. Il processo è particolarmente
rapido nella regione più bassa della ionosfera dove la concentrazione di specie è
relativamente alta.
Ions and Radicals in atmosphere
Although ions are produced in the upper atmosphere primarily by the
action of energetic electromagnetic radiation,
they may also be produced in the troposphere
by the shearing of water droplets during precipitation.
The shearing may be caused by the compression of descending masses
of cold air or by strong winds over hot, dry land masses.
These hot, dry winds cause severe discomfort.
The ions they produce consist of electrons and positively charged
molecular species
Nonostante gli ioni siano prodotti nell’atmosfera superiore principalmente dall’azione
delle radiazioni elettromagnetiche, essi possono essere prodotti anche nella troposfera
dalla rottura delle goccioline di acqua durante le precipitazioni. La rottura può essere
causata dalla compressione delle masse discendenti di aria fredda o dai forti venti su terre
calde e secche. Questi venti causano grossi danni. Gli ioni prodotti da essi sono elettroni e
specie molecolari cariche positivamente.
Ions and Radicals in atmosphere
Free Radicals….
In addition to forming ions by photoionization, energetic
electromagnetic
radiation in the atmosphere may produce atoms or groups of
atoms with unpaired electrons called free radicals:
Oltre a ioni formati in seguito a processi di fotoionizzazione, le energetiche radiazioni
nell’atmosfera possono produrre atomi o gruppi di atomi con elettroni spaiati chiamati
radicali liberi.
Ions and Radicals in atmosphere
……Free Radicals…..
Free radicals
are involved with most significant atmospheric chemical phenomena
and are of the utmost importance in the atmosphere.
Because of their unpaired electrons free radicals are highly reactive.
The upper atmosphere is so rarefied, however, that at very high altitudes
radicals may have half-lives of several minutes, or even longer.
Radicals can take part in chain reactions in which one of the products of
each reaction is a radical.
I radicali liberi sono coinvolti nei più significativi fenomeni chimici atmosferici e sono di
grandissima importanza nell’atmosfera. Essi, a causa dei loro elettroni spagliati, sono
altamente reattivi. I radicali possono prendere parte a reazioni a catena in cui uno dei
prodotti di ciascuna reazione è un radicale.
Ions and Radicals in atmosphere
…….
Free Radicals
Through processes such as reaction with another radical, the chain ends:
H3C• + H3C•  C2H6
between a process that is called chain-terminating reaction.
Reactions involving free radicals are responsible for photochemical smog
formation.
Free radicals are quite reactive and generally have short lifetimes.
Attraverso processi come la reazione con un altro radicale, la catena si chiude e questo
processo è chiamato reazione di chiusura della catena. Reazioni che coinvolgono radicali
liberi sono responsabili di formazione di smog fotochimico. Radicali liberi sono
abbastanza reattivi e hanno tempi di vita brevi.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
The hydroxyl radical, HO•, is the single most important
reactive intermediate species in atmospheric chemical
processes.
Il radicale ossidrilico è il più importante intermedio di reazione dei processi chimici.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
The hydroxyl radical, HO• is formed by several mechanisms.
At higher altitudes it is produced by photolysis of water:
H2O + h  HO• + H
In the presence of organic matter, hydroxyl radical is produced in
abundant quantities
as an intermediate in the formation of photochemical smog.
Il radicale ossidrile è formato mediante diversi meccanismi. Ad alte altitudini è prodotto
dalla fotolisi dell’acqua. In presenza di materiale organico, il radicale ossidrilico viene
prodotto i grandi quantità come intermedio nella formazione dello smog fotochimico.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
To a certain extent in the atmosphere, HO• is made by the photolysis of
nitrous acid vapor:
HONO + h HO• + NO
In the relatively unpolluted troposphere, it is produced as the result of
the photolysis of ozone,
O3 + h ( < 315 nm)  O* + O2
followed by the reaction of a fraction of the excited oxygen atoms with
water molecules:
O* + H2O  2HO•
In parte, nell’atmosfera, HO• è prodotto dalla fotolisi del vapore di acido nitroso. Nella
troposfera non inquinata, esso è prodotto dalla fotolisi di ozono, seguita dalla reazione di
atomi di ossigeno eccitati con molecole di acqua.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
Among the important atmospheric trace species that react with
hydroxyl radical are
carbon monoxide CO
sulfur dioxide SO2
hydrogen sulfide H2S
methane CH4
nitric oxide NO2.
Tra le più importanti specie atmosferiche in traccia che reagiscono con
radicali ossidrile ci sono:
monossido di carbonio CO
anidride solforosa SO2
di idrogeno solforato H2S
metano CH4
NO2 ossido nitrico.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
Hydroxyl radical is most frequently removed from the troposphere by
reaction with methane or carbon monoxide:
CH4 + HO•  H3C• + H2O
CO + HO•  CO2 + H
The highly reactive methyl radical, H3C•, reacts with O2,
H3C• + O2  H3COO•
to form methylperoxyl radical, H3COO•.
Il radicale ossidrile è più frequentemente rimosso dalla troposfera per reazione con
metano o monossido di carbonio:
Il radicale metile altamente reattivo, H3C •, reagisce con O2, per formare methylperoxyl
il radicale metilidroperossile, H3COO •.
Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals
The hydroperoxyl radical, HOO•, is an intermediate in some important
chemical reactions.
In addition to its production, in polluted atmospheres,
hydroperoxyl radical is made by the reactions, starting with :
HCHO + h   H + HCO• photolytic dissociation of formaldehyde to
produce a reactive formyl radical
HCO• + O2  HOO • + CO
The hydroperoxyl radical reacts more slowly with other species than does
the hydroxyl radical.
Il radicale idroperossile, HOO •, è un intermedio in alcune reazioni chimiche importanti.
In atmosfere inquinate, Il radicale idroperossile, è formato dalle seguenti due reazioni, a
cominciare da dissociazione fotolita di formaldeide per produrre un radicale formile
reattivo.
Il radicale idroperossile, reagisce più lentamente con le altre specie di quanto non faccia il
radicale ossidrile.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
The earth’s atmosphere originally was very different from its
present state and
the changes were brought about by biological activity and
accompanying chemical changes.
When the first primitive life molecules were formed,
the atmosphere was probably free of oxygen
and consisted of a variety of gases such as carbon dioxide, water vapor,
and perhaps even methane, ammonia, and hydrogen.
L’ atmosfera della Terra in origine era molto diversa dal suo stato attuale e
i cambiamenti sono stati determinati da attività biologica e da cambiamenti chimici.
Quando le prime molecole di vita primitiva si sono formate, l'atmosfera era probabilmente
priva di ossigeno e consisteva in una varietà di gas come l'anidride carbonica, vapore
acqueo, e forse anche di metano, ammoniaca e idrogeno.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
The atmosphere was bombarded by intense, bond-breaking ultraviolet light
which, along with lightning and radiation from radionuclides,
provided the energy to bring about chemical reactions that resulted in the
production of relatively complicated molecules, including even amino acids and
sugars.
From the rich chemical mixture in the sea, life molecules evolved.
Initially, these very primitive life forms derived their energy from fermentation
of organic matter formed by chemical and photochemical processes, but
eventually they gained the capability to produce organic matter, “{CH2O},” by
photosynthesis:
CO2 + H2O + h  {CH2O} + O2(g)
L'atmosfera è stata bombardata da un’intensa luce ultravioletta, che con fulmini e con radiazioni di
radionuclidi, hanno fornito l'energia per realizzare reazioni chimiche che hanno portato alla produzione
di molecole relativamente complesse, come gli acidi, aminoacidi e zuccheri. Dalla miscela chimica nel
mare, si sono evolute le molecole vitali. Inizialmente, queste forme di vita erano molto primitive e la
loro energia derivava dalla fermentazione di sostanze organiche formate attraverso processi chimici e
fotochimici, ma alla fine hanno conquistato la capacità di produrre sostanza organica, attraverso la
fotosintesi.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
Photosynthesis released oxygen,
setting the stage for the massive biochemical transformation
that resulted in the production of almost all the atmosphere’s oxygen.
The oxygen initially produced by photosynthesis was probably quite
toxic to primitive life forms.
La fotosintesi ha rilasciato ossigeno, creando quindi le premesse per la massiva
trasformazione biochimica che hanno portato alla produzione di quasi tutto l'ossigeno
dell'atmosfera.
L'ossigeno prodotto dalla fotosintesi inizialmente era probabilmente molto tossico per le
forme di vita primitive.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
However, much of this oxygen was converted to iron oxides by
reaction with soluble iron(II):
4Fe 2+ + O2 + 4H2O  2Fe2O3 + 8H+
This resulted in the formation of enormous deposits of iron
oxides,
the existence of which provides major evidence for the
liberation of free oxygen in the primitive atmosphere.
Tuttavia, gran parte di questo ossigeno è stato convertito in ossidi di ferro per reazione
con il ferro (II) solubile.
Questo ha portato alla formazione di enormi giacimenti di ossidi di ferro, la cui esistenza
si è dimostra fondamentale per la liberazione di ossigeno libero in atmosfera primitiva.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
Eventually, enzyme systems developed that enabled organisms
to mediate the reaction of waste-product oxygen with oxidizable
organic matter in the sea.
Later, this mode of waste-product disposal
was utilized by organisms to produce energy by respiration,
which is now the mechanism by which non-photosynthetic organisms
obtain energy.
Si sono poi sviluppati poi sistemi enzimatici che sono serviti ad organismi abilitati a
mediare la reazione di ossigeno prodotto dai rifiuti con sostanze organiche ossidabili
in mare. Più tardi, questa modalità di smaltimento dei rifiuti-prodotti è stata utilizzata
dagli organismi per produrre energia dalla respirazione, che ora è il meccanismo con
cui gli organismi non fotosintetici ottengono energia.
Chemical and Biochemical Processes
in Evolution of the Atmosphere
In time, O2 accumulated in the atmosphere, providing an abundant
source of oxygen for respiration.
It had an additional benefit in that it enabled the formation of an ozone
shield the absorbs ultraviolet light.
With the ozone shield protecting tissue from destruction by high energy
ultraviolet radiation,
the earth became a much more hospitable environment for life,
and life forms were enabled to move from the sea to land.
Nel tempo, l’O2 accumulato nell'atmosfera, ha fornito una fonte abbondante di ossigeno
per la respirazione e la formazione di uno strato di ozono. Lo strato di ozono assorbe la
luce ultravioletta. Con lo strato dell'ozono si ha la protezione dei tessuti dalla radiazione
ultravioletta ad alta energia e la terra è diventata un ambiente molto più ospitale per la
vita, così che forme di vita furono in grado di passare dal mare alla terra.
ACID-BASE REACTIONS IN THE ATMOSPHERE
Acid-base reactions occur between acidic and basic species in the
atmosphere.
The atmosphere is normally at least slightly acidic because of the
presence of a low level of carbon dioxide,
which dissolves in atmospheric water droplets and dissociates slightly:
CO2(g)  CO2(aq)
CO2(aq) + H2O  H+ + HCO3Atmospheric sulfur dioxide forms a somewhat stronger acid when it
dissolves in water:
SO2(g) + H2O  H+ + HSO3Le reazioni acido-base si verificano tra le specie acide e basiche in atmosfera.
L'atmosfera è di norma leggermente acida a causa della presenza di un basso livello di
anidride carbonica, che si scioglie nelle goccioline d'acqua.
Biossido di zolfo atmosferico forma un acido più forte quando si scioglie in acqua.
ACID-BASE REACTIONS IN THE ATMOSPHERE
In terms of pollution,
strongly acidic HNO3 and H2SO4 formed by the atmospheric oxidation of N oxides,
SO2, and H2S
are much more important because they lead to the formation of damaging acid rain.
As reflected by the generally acidic pH of rainwater, basic species are relatively less
common in the atmosphere.
Particulate calcium oxide, hydroxide, and carbonate
can get into the atmosphere from ash and ground rock, and can react with acids:
Ca(OH)2(s) + H2SO4(aq)  CaSO4(s) + 2H2O
In termini di inquinamento, tuttavia, acidi forti come HNO3 e H2SO4 formata dalla
ossidazione atmosferiche di ossidi di N, SO2 e H2S sono molto più importanti perché
portano alla formazione delle piogge acide dannose. Come risulta dal pH generalmente
acido di acqua piovana, specie basiche sono relativamente meno comuni in atmosfera.
Ossido di calcio del particolato, idrossido e carbonato che può ottenere in atmosfera da
cenere e roccia di terra, possono reagire con gli acidi….
ACID-BASE REACTIONS IN THE ATMOSPHERE
The most important basic species in the atmosphere is gas-phase
ammonia, NH3.


The major source of atmospheric ammonia is
from biodegradation of nitrogencontaining biological matter
from bacterial reduction of nitrate:
NO3-(aq) + 2{CH2O}(biomass) + H+  NH3(g) + 2CO2 + H2O
Ammonia is particularly important as a base in the air
because it is the only water soluble base present at significant levels
in the atmosphere.
La più importante specie basica in atmosfera è l’ammoniaca è in fase gas, NH3.
La maggiore fonte di ammoniaca atmosferica si ottiene dalla biodegradazione di
materia biologica che contiene azoto e dalla riduzione batterica del nitrato…
L'ammoniaca è particolarmente importante come base in aria, perché è l'unico base
solubile in acqua e presente livelli significativi in atmosfera.
ACID-BASE REACTIONS IN THE ATMOSPHERE
Dissolved in atmospheric water droplets, ammonia plays a strong role
in neutralizing atmospheric acids:
NH3(aq) + HNO3(aq)  NH4NO3(aq)
NH3(aq) + H2SO4(aq)  NH4HSO4(aq)
These reactions have three effects:
(1)
(2)
(3)
They result in the presence of NH4+ ion in the atmosphere as
dissolved or solid salts,
they serve in part to neutralize acidic consituents of the
atmosphere,
they produce relatively corrosive ammonium salts.
Disciolto nelle goccioline d'acqua atmosferica, essa svolge un ruolo forte nel
neutralizzare gli acidi atmosferici…. Queste reazioni hanno tre effetti: si ossrva la
presenza di NH4 + in atmosfera sotto forma di sali disciolti o solidi, serve a neutralizzare
in parte i costituenti acidi dell'atmosfera, produce sali di ammonio relativamente
corrosivi.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
In the figure some of the primary features of the exchange of oxygen
among the atmosphere, geosphere, hydrosphere, and biosphere are
summarized. The oxygen cycle is critically important in atmospheric
chemistry, geochemical transformations, and life processes.
Nella figura sono riportate alcune delle caratteristiche principali dello scambio di
ossigeno tra l'atmosfera, geosfera, idrosfera e biosfera. Il ciclo dell'ossigeno è
estremamente importante nella chimica atmosferica, in trasformazioni geochimiche, e
processi vitali.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Oxygen in the troposphere plays a strong role in processes that occur on
the earth’s surface.
Atmospheric oxygen takes part in energy-producing reactions, such as the
burning of fossil fuels:
CH4(in natural gas) + 2O2  CO2 + 2H2O
Atmospheric oxygen is utilized by aerobic organisms in the degradation of
organic material. Some oxidative weathering processes consume oxygen:
4FeO + O2  2Fe2O3
Oxygen is returned to the atmosphere through plant photosynthesis:
CO2 + H2O + h  {CH2O} + O2
L'ossigeno nella troposfera gioca un ruolo importante nei processi che avvengono sulla
superficie terrestre. L'ossigeno atmosferico prende parte a reazioni che producono energia,
come la combustione di combustibili fossili… L'ossigeno atmosferico è utilizzato da
organismi aerobici nella degradazione di materiale organico.
Alcuni processi ossidativi atmosferici consumano ossigeno, come…. L'ossigeno viene
restituito all'atmosfera mediante la fotosintesi delle piante.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
All molecular oxygen now in the atmosphere is thought to have
originated through the action of photosynthetic organisms, which shows
the importance of photosynthesis in the oxygen balance of the atmosphere.


most of the carbon fixed by these photosynthetic processes
is dispersed in mineral formations as humic material
only a very small fraction is deposited in fossil fuel beds.
Therefore, although combustion of fossil fuels consumes large amounts
of O2, there is no danger of running out of atmospheric oxygen.
Tutto l’ossigeno molecolare ora in atmosfera dovrebbe avere avuto origine dall'azione
di organismi fotosintetici, e ciò dimostra l'importanza della fotosintesi nel bilancio di
ossigeno dell'atmosfera. La maggior parte del carbonio fissato da questi processi
fotosintetici è disperso in formazioni minerali come materiale umici e solo una
piccolissima parte viene depositata nei letti dei combustibili fossili. Pertanto, anche se
la combustione di combustibili fossili consuma grandi quantità di O2, non c'è pericolo
di rimanere in carenza di ossigeno atmosferico.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Because of the extremely rarefied atmosphere and the effects of
ionizing radiation,
elemental oxygen in the upper atmosphere exists to a large extent
in forms other than diatomic O2.
the upper atmosphere contains oxygen atoms, O;
excited oxygen molecules, O2* ;
and ozone, O3.
Per l'atmosfera estremamente rarefatta e gli effetti delle radiazioni ionizzanti,
l'ossigeno elementare nell'alta atmosfera esiste in gran parte in forme diverse dalla O2
biatomico. L'alta atmosfera contiene atomi di ossigeno, O; molecole di ossigeno
eccitato, O2 *; e l'ozono, O3.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Atomic oxygen, O,
is stable primarily in the thermosphere,
where the atmosphere is so rarefied that the three-body
collisions necessary for the chemical reaction of atomic
oxygen seldom occur (the third body in this kind of threebody reaction absorbs energy to stabilize the products).
L'ossigeno atomico, O, è stabile in primo luogo nella termosfera, dove l'atmosfera è così
rarefatta che le collisioni a tre corpi necessari per la reazione chimica di ossigeno atomico
si verificano raramente (il terzo corpo in questo tipo di reazione a tre corpi assorbe
l'energia per stabilizzare i prodotti).
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Atomic oxygen is produced by a photochemical reaction:
O2 + h  O + O
The oxygen-oxygen bond is strong (120 kcal/mole)
and ultraviolet radiation in the wavelength regions 135-176 nm
and 240-260 nm
is most effective in causing dissociation of molecular oxygen.
L'ossigeno atomico è prodotta da una reazione fotochimica:
Il legame ossigeno-ossigeno è forte (120 kcal / mole) e la radiazione ultravioletta
nelle regioni di lunghezza d'onda di 135-176 nm e 240-260 nm è più efficace nel
provocare la dissociazione di ossigeno molecolare.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Oxygen atoms in the atmosphere can exist in the ground state (O)
and in excited states (O*).
These are produced


by the photolysis of ozone, which has a relatively weak bond energy of
26 kcal/mole at wavelengths below 308 nm,
O3 + h(l < 308 nm)  O* + O2
or by highly energetic chemical reactions such as
O + O + O  O2 + O*
Atomi di ossigeno nell'atmosfera possono esistere nello stato fondamentale (O) e
in stati eccitati (O *).
Questi sono prodotti dalla fotolisi di ozono, che ha una energia di legame
relativamente debole di 26 kcal / mole a lunghezze d'onda al di sotto 308 nm… o
da reazioni chimiche altamente energetiche come…
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Excited atomic oxygen emits visible light (at wavelengths of 636 nm,
630 nm, and 558 nm).
This emitted light is partially responsible for airglow,
a very faint electromagnetic radiation continuously emitted by the
earth’s atmosphere.
Although its visible component is extremely weak,
airglow is quite intense in the infrared region of the spectrum.
L’ossigeno atomico eccitato, emette luce visibile (a lunghezze d'onda di 636 nm,
630 nm e 558 nm). Questa luce emessa è parzialmente responsabile del riverbero
notturno, una radiazione elettromagnetica molto debole continuamente emessa
dalla atmosfera terrestre. Anche se la sua componente visibile è estremamente
debole, il riverbero notturno è molto intenso nella regione infrarossa dello spettro.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Oxygen ion, O+, which may be produced by ultraviolet radiation
acting upon oxygen atoms,
O + h  O+ + eis the predominant positive ion in some regions of the ionosphere.
It may react with molecular oxygen or nitrogen,
O+ + O 2  O2 + + O
O+ + N2  NO+ + N
to form other positive ions.
Lo ione ossigeno O +, che può essere prodotto da raggi che ultravioletti agiscono su
atomi di ossigeno.. è lo ione positivo predominante in alcune regioni della ionosfera.
Esso può reagire con l'ossigeno molecolare o di azoto, per formare altri ioni positivi.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
In intermediate regions of the ionosphere, O2 + is
produced by absorption of ultraviolet radiation
(at wavelengths of 17-103 nm).
This diatomic oxygen ion can also be produced by the
photochemical reaction of low-energy X-rays,
O2 + h  O2+ + eand by the reaction:
N2+ + O2  N2 + O2+
Nelle regioni intermedie della ionosfera, O2 + è prodotto dall'assorbimento della
radiazione ultravioletta (a lunghezze d'onda di 17-103 nm).
Questo ione ossigeno biatomico può anche essere prodotta dalla reazione fotochimica di
raggi X a bassa energia …e dalla seguente reazione:…per formare altri ioni positivi.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Ozone, O3, has an essential protective function
because it absorbs harmful ultraviolet radiation in the
stratosphere
serves as a radiation shield,
protecting living beings on the earth from the effects of
excessive amounts of such radiation.
Ozono, O3, ha una funzione protettiva essenziale perché assorbe le radiazioni ultraviolette
nocive nella stratosfera, funge da schermo alle radiazioni, protegge gli esseri viventi sulla
terra dagli effetti di quantità eccessive di tali radiazioni.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
It is produced by a photochemical reaction,
O2 + h  O + O (wavelength less than 242.4 nm),
O + O2 + M  O3 + M (increased energy!!!!)
in which M is another species, such as a molecule of N2 or
O2,
which absorbs the excess energy given off by the reaction
and enables the ozone molecule to stay together.
E 'prodotto da una reazione fotochimica……in cui M è un'altra specie, come ad esempio
una molecola di N2 o O2, che assorbe l'energia in eccesso sprigionata dalla reazione e
permette la molecola di ozono di essere stabile.
Absorptium spectra
O2
O3
125-175 nm
220-320 nm
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Ozone absorbs ultraviolet light very strongly
and if this light were not absorbed by ozone, severe damage would
result to exposed forms of life on the earth.
Absorption of electromagnetic radiation by ozone
is exotermic reaction and therefore converts the radiation’s energy to
heat
and is responsible for the temperature maximum encountered at
the boundary between the stratosphere and the mesosphere
at an altitude of approximately 50 km.
L'ozono assorbe la luce ultravioletta molto fortemente, e se questa luce non fosse
assorbita dall'ozono, porterebbe gravi danni alle forme esposte della vita sulla terra.
L'assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte dell'ozono è una reazione
esotermica che quindi converte l'energia della radiazione in calore ed è responsabile per
la temperatura massima incontrata al confine tra la stratosfera e la mesosfera ad una
altitudine di circa 50 km.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
The region of
maximum ozone
concentration
in the stratosphere
( 10 ppm).
*************
Una unità Dobson (DU) equivale ad uno strato di ozono puro dello spessore di 0.01 mm
alla densità che questo gas possiede pressione esistente all’altezza del suolo (1 atm).
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
The reason that the temperature maximum occurs at a higher altitude
than that of the maximum ozone concentration arises from the fact that
ozone is such an effective absorber of ultraviolet light,
that most of this radiation is absorbed in the upper stratosphere
where it generates heat,
and only a small fraction reaches the lower altitudes, which remain
relatively cool.
The overall reaction, 2O3  3O2
is favored thermodynamically so that ozone is unstable.
La ragione per cui la temperatura massima si verifica ad una quota superiore a quella
della massima concentrazione di ozono deriva dal fatto che l'ozono è efficace come un
assorbente di luce ultravioletta, la maggior parte di questa radiazione è assorbita nella
stratosfera superiore, dove si genera calore, e solo una piccola parte raggiunge quote
più basse, che rimangono relativamente fredde. La reazione complessiva, è favorita
termodinamicamente in modo che l'ozono è instabile
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Its decomposition in the stratosphere is catalyzed by a
number of natural and pollutant trace constituents,
including NO, NO2, BrO, H, and radical species as:
HO•, HOO•, ClO•, Cl•, Br•,
Ozone decomposition also occurs on solid surfaces, such
as metal oxides and salts
La decomposizione nella stratosfera è catalizzata da un numero di componenti naturali e
inquinanti in tracce, compresi NO, NO2, BrO, H, e specie radicali come:….
La decomposizione ozono si verifica anche su superfici solide, quali ossidi metallici e Sali.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
Although the mechanisms and rates for the photochemical
production of ozone in the stratosphere are reasonably well
known,
the natural pathways for ozone removal are less well understood.
In addition to decomposition by the action of ultraviolet radiation,
stratospheric ozone reacts with atomic oxygen, hydroxyl radical, and
NO:
O3 + h  O2 + O
O3 + O  O2 + O2
O3 + HO•  O2 + HOO•
Anche se i meccanismi e le velocità per la produzione fotochimica di ozono nella
stratosfera sono abbastanza ben conosciuti, le vie naturali per la rimozione di
ozono sono poco chiare.
In aggiunta alla decomposizione per azione della radiazione ultravioletta,
l’ozono stratosferico reagisce con l'ossigeno atomico, il radicale idrossile, e NO:
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
The HO• radical is regenerated from HOO• by the
reaction,
HOO• + O  HO• + O2
The NO consumed in this reaction is regenerated from
NO2,
O3 + NO  NO2 + O2
NO2 + O  NO + O2
L‘ OH • radicale è rigenerato da HOO • dalla reazione….. NO consumato in
questa reazione si rigenera da NO2….
REACTIONS OF ATMOSPHERIC OXYGEN
and some NO is produced from N2O:
N2O + O  2NO
N2O is a natural component of the atmosphere and is a major
product of the denitrification process by which fixed nitrogen is
returned to the atmosphere in gaseous form.
Ozone is an undesirable pollutant in the troposphere. It is toxic to
animals and plants, and it also damages materials.
Parte di NO è prodotto da N2O: .. N2O è un componente naturale dell'atmosfera ed è
un prodotto importante del processo di denitrificazione attraverso il quale azoto
fissato viene restituito all’atmosfera in forma gassosa.
L'ozono è un inquinante indesiderabile nella troposfera. E 'tossico per animali e
piante, ed è anche dannoso per i materiali.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN
The nitrogen contained in the atmosphere constitutes an
inexhaustible reservoir of that essential element.
A small amount of nitrogen is fixed in the atmosphere by
lightning,
and some is also fixed by combustion processes,
particularly in internal combustion and turbine engines.
L'azoto contenuto nel serbatoio atmosfera costituisce un’inesauribile riserva di
tale elemento essenziale. Una piccola quantità di azoto è fissato in atmosfera da
un fulmine, e un’altra parte viene fissata anche da processi di combustione, in
particolare nei motori a combustione interna e turbine.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN
Before the use of synthetic fertilizers reached its current high levels,
chemists were concerned that denitrification processes in the soil
would lead to nitrogen depletion on the Earth.
Now, with millions of tons of synthetically fixed nitrogen being added
to the soil each year,
major concern has shifted to possible excess accumulation of nitrogen
in soil, fresh water, and the oceans.
Prima che l'uso di fertilizzanti sintetici avesse raggiunto gli attuali livelli,
i chimici erano preoccupati che i processi di denitrificazione nel terreno avrebbero
portato all’esaurimento di azoto sulla Terra. Ora, con milioni di tonnellate di azoto
sinteticamente aggiunto al suolo ogni anno, una grande preoccupazione è stata
rivolta ad eventuale eccessivo accumulo di azoto nel suolo, acqua e oceani.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN

Unlike oxygen, which is almost completely dissociated to
the monatomic form in higher regions of the thermosphere,
molecular nitrogen is not readily dissociated by
ultraviolet radiation.
A differenza di ossigeno, che è quasi completamente dissociato alla forma
monatomica in alta quota della termosfera, l’ azoto molecolare non è
prontamente dissociato dalla radiazione ultravioletta.
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN
However, at high altitudes (exceeding approximately 100 km), atomic
nitrogen is produced by photochemical reactions:
2 N2 + h  N + N
Other reactions which may produce monatomic nitrogen are:
N2+ + O NO+ + N
NO+ + e-  N + O
O+ + N2  NO+ + N
NO is involved in the removal of stratospheric ozone and is
regenerated by the reaction of NO2 with atomic O, itself a precursor to
the formation of ozone
Tuttavia, ad alta quota (superiore a circa 100 km), l'azoto atomico viene prodotto da
reazioni fotochimiche…Altre reazioni che possono produrre azoto monoatomico sono:..
NO è coinvolto nella rimozione di ozono stratosferico ed è rigenerato dalla reazione di
NO2 con O atomico, esso stesso un precursore della formazione di ozono
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN
An ion formed from NO, the NO+ ion, is one of the predominant ionic
species in the so-called E region of the ionosphere.
A plausible sequence of reactions by which NO+ is formed is the following:
N2 + h  N2+ + eN2+ + O  NO+ + N
In the lowest (D) region of the ionosphere, NO+ is produced directly by
ionizing radiation:
NO + h  NO+ + eIn the lower part of this region, the ionic species N2+ is formed through the
action of galactic cosmic rays:
N2 + h  N2+ + eUno ione formato da NO, NO + ione, è una delle specie predominanti ionica nella
regione E della ionosfera. Una sequenza di reazioni plausibili per cui NO + si forma è
la seguente:.. Nella più bassa (D), regione della ionosfera, NO + è prodotto
direttamente da radiazioni ionizzanti:..Nella parte bassa di questa regione, la specie
ionica N2 + si forma attraverso l'azione dei raggi cosmici galattici:…
REACTIONS OF ATMOSPHERIC NITROGEN
Pollutant oxides of nitrogen, particularly NO2, are key species
involved in air pollution and the formation of photochemical smog.
For example, NO2 is readily dissociated photochemically to NO and
reactive atomic oxygen:
NO2 + h  NO + O
This reaction is the most important primary photochemical process
involved in smog formation.
The roles played by nitrogen oxides in smog formation and other forms
of air pollution are discussed later.
Ossidi di azoto inquinanti, in particolare NO2, sono specie chiave coinvolte
nell’inquinamento atmosferico e nella formazione di smog fotochimico. Ad
esempio, NO2 è prontamente dissociato fotochimicamente a NO e a atomi di di
ossigeno atomico reattivi :.. Questa reazione è il più importante processo
fotochimico primario coinvolto nella formazione dello smog. Il ruolo svolto da
ossidi di azoto nella formazione dello smog e di altre forme di inquinamento
atmosferico sono discussi più avanti.
Phase interaction
CHEMICAL INTERACTIONS INVOLVING SOLIDS,
GASES, AND WATER
Homogeneous chemical reactions
occurring entirely in aqueous solution are rather rare in
natural waters and wastewaters.
Most significant chemical and biochemical phenomena
in water
involve interactions between species in water and another
phase.
Reazioni chimiche omogenee che si verificano interamente in soluzione acquosa sono
piuttosto rare nelle acque naturali e acque di scarico.
La maggior parte dei significativi fenomeni chimici e biochimici in acqua implicano
l’interazioni tra le specie in acqua e in un'altra fase.
CHEMICAL INTERACTIONS INVOLVING
SOLIDS, GASES, AND WATER
Several examples of phase interactions in water are:

production of solid biomass through the photosynthetic
activity of algae occurs within a suspended algal cell and
involves exchange of dissolved solids and gases between the
surrounding water and the cell.
Alcuni esempi di interazioni di
fase in acqua sono i seguenti:
produzione di biomassa solida
attraverso l'attività fotosintetica
delle alghe avviene all'interno di
una cellula di alghe in sospensione
e coinvolge lo scambio di solidi
disciolti e dei gas tra l'acqua
circostante e la cellula.
CHEMICAL INTERACTIONS INVOLVING
SOLIDS, GASES, AND WATER
Similar exchanges occur when bacteria degrade organic
matter (often in the form of small particles) in water.
Chemical reactions occur that produce solids or gases in
water.
Scambi di questo tipo si
verificano quando i batteri
degradano la materia
organica (spesso sotto forma
di piccole particelle) in
acqua. Avvengono reazioni
chimiche che producono
solidi o gas in acqua.
CHEMICAL INTERACTIONS INVOLVING
SOLIDS, GASES, AND WATER

Iron and many important trace-level elements are
transported through aquatic systems
 as colloidal chemical compounds
 are sorbed to solid particles.
 Pollutant hydrocarbons and some pesticides may be
present on the water surface as an immiscible liquid film.
 Sediment can be washed physically into a body of water.
Ferro e molti elementi importanti
a livello di tracce sono trasportati
attraverso sistemi acquatici come
composti chimici colloidali o sono
assorbite da particelle solide.
Sostanze inquinanti come
idrocarburi e di alcuni pesticidi
possono essere presenti sulla
superficie dell'acqua come un film
liquido immiscibile. Un sedimento
può essere lavato fisicamente in
un corpo d'acqua.
CHEMICAL INTERACTIONS INVOLVING
SOLIDS, GASES, AND WATER
The interactions among different phases in aquatic chemical processes are
very important.
In addition to water, these phases may be divided between sediments (bulk
solids) and suspended colloidal material.
The ways in which sediments are formed and the significance of sediments
as repositories and sources of aquatic solutes and the behavior of colloidal
material,
which consists of very fine particles of solids, gases, or immiscible liquids
suspended in water are cvery important.
Colloidal materials are involved with many significant aquatic chemical
phenomena.
Le interazioni tra le diverse fasi in processi chimici acquatici sono molto importanti.
Oltre all'acqua, queste fasi possono essere ripartite tra i sedimenti (solidi) e tra materiale in
sospensione colloidale. Sono molto importanti i modi in cui si formano i sedimenti e il
significato dei sedimenti come archivi e fonti di soluti acquatici e il comportamento del
materiale colloidale, che consiste in particelle molto fini di solidi, gas o liquidi immiscibili sospesi
in acqua. Materiali colloidali sono coinvolti con molti fenomeni significativi chimici acquatici.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
Sediments are the layers of relatively finely divided matter
covering the bottoms of rivers, streams, lakes, reservoirs,
bays, estuaries, and oceans.
Sediments typically consist of mixtures of fine-, medium-,
and coarse-grained minerals, including clay, silt, and sand,
mixed with organic matter.
They may vary in composition from pure mineral matter to
predominantly organic matter.
I sedimenti sono gli strati di materia finemente suddivisa che ricoprono il fondo dei
fiumi, torrenti, laghi, bacini, baie, estuari, e gli oceani.
Tipici sedimenti sono costituiti da miscele di minerali di media, a grana grossa e fine-,,
tra cui argille, limo e sabbia, miscelati con sostanze organiche.
Possono variare da una composizione minerale pura a prevalentemente materia
organica.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
Of particular concern is the transfer of chemical species from
sediments into aquatic food chains via organisms
that spend significant parts of their life cycles in contact with or
living in sediments.
Among the sediment-dwelling organisms are various kinds of
shellfish (shrimp, crayfish, crab, clams)
and a variety of worms, insects, amphipods, bivalves, and
other smaller organisms
that are of particular concern because they are located near
the bottom of the food chain.
Di particolare interesse è il trasferimento di specie chimiche dai sedimenti nelle catene
alimentari acquatiche attraverso gli organismi che trascorrono una parte significativa del
loro ciclo di vita a contatto o che vivono in sedimenti. Tra gli organismi presenti nei
sedimenti sono vari tipi di crostacei (gamberi, aragoste, granchi, vongole) e una varietà di
vermi, e altri organismi più piccoli che destano particolare preoccupazione perché sono
vicino al fondo della catena alimentare.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
Although the classic picture of pollutant transfer from
sediments to organisms
invokes an intermediate stage in water solution, it is now
believed that direct transfer from sediments to organisms occurs
to a large extent.
This is probably particularly important for poorly-water-soluble
organophilic pollutants, such as organohalide pesticides.
Sebbene il quadro classico del trasferimento di inquinanti da sedimenti di organismi
invoca una fase intermedia in soluzione acquosa, oggi si ritiene che il trasferimento
diretto da sedimenti a organismi avviene in larga misura. Questo probabilmente è
particolarmente importante per gli inquinanti organici scarsamente solubili in acqua,
come i pesticidi organoalogenati.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
The portion of substances held in sediments that is probably
most available to organisms
is that contained in pore water, contained in microscopic pores
within the sediment mass.
Pore water is commonly extracted from sediments for
measurements of toxicity to aquatic test organisms.
La porzione di sostanze detenute nei sedimenti che probabilmente è più disponibile per
gli organismi è quello contenuto in acqua dei pori, contenuta in pori microscopici
all'interno della massa dei sedimenti. Acqua interstiziale è comunemente estratta dai
sedimenti per test di misura della tossicità per gli organismi acquatici.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
Formation of Sediments
Physical, chemical, and biological processes may all result in
the deposition of
sediments in the bottom regions of bodies of water.
Sedimentary material may be simply carried into a body of
water by erosion or through sloughing (caving in) of the shore.
Thus, clay, sand, organic matter, and other materials may be
washed into a lake and settle out as layers of sediment..
Formazione di sedimenti
Processi fisici, chimici e biologici possono tutti portare alla deposizione di
sedimenti nelle regioni fondo dei corpi idrici. Materiale sedimentario può essere
semplicemente portato in un corso di acqua da erosione. Così, argilla, sabbia, materie
organiche, e altri materiali possono essere lavati in un lago e si sistemano come strati
di sedimenti ..
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of Sediments….
Sediments may be formed by simple precipitation reactions.
When a phosphate-rich wastewater enters a body of water
containing a high concentration of calcium ion,
the following reaction occurs to produce solid
hydroxyapatite:
5Ca 2+ + H2O + 3HPO4 2-  Ca5OH(PO4)3(s) + 4H+
.... Formazione di sedimenti ....
Sedimenti possono essere formati da semplici reazioni di precipitazione.
Quando una delle acque reflue ricche di fosfati entra in un corpo di acqua
contenente un'alta concentrazione di ioni calcio, avviene la seguente reazione per la
produzione di idrossiapatite solido:..
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of Sediments….
Calcium carbonate sediment may form when water rich in
carbon dioxide and containing a high level of calcium as
temporary hardness loses carbon dioxide to the atmosphere,
Ca 2+ + 2HCO3-  CaCO3(s) + CO2(g) + H2O
or when the pH is raised by a photosynthetic reaction:
Ca 2+ + 2HCO3- + h  {CH2O} + CaCO3(s) + O2(g)
Sedimenti di carbonato di calcio si possono formare quando l'acqua ricca di anidride
carbonica e contenente un elevato livello di calcio come durezza temporanea perde
anidride carbonica in atmosfera,….o quando il pH è sollevato da una reazione
fotosintetica
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of Sediments….
Oxidation of reduced forms of an element can result in its
transformation to an insoluble species, such as occurs when
iron(II) is oxidized to iron(III) to produce a precipitate of
insoluble iron(III) hydroxide:
4Fe 2+ + 10H2O + O2  4Fe(OH)3(s) + 8H+
A decrease in pH can result in the production of an insoluble
humic acid sediment from base-soluble organic humic
substances in solution.
L'ossidazione delle forme ridotte di un elemento può portare alla sua trasformazione
in una specie insolubile, come accade quando il ferro (II) è ossidato a ferro (III) fino a
produrre un precipitato insolubile di ferro (III)idrossido:…Una diminuzione del pH
può portare alla produzione di un sedimento insolubile di acidi umici da base-solubili
organiche di sostanze umiche in soluzione.
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of Sediments….
Biological activity is responsible for the formation of some
aquatic sediments.
Some bacterial species produce large quantities of iron(III) oxide
as part of their energy-extracting on the oxidation of iron(II) to
iron(III).
In anaerobic bottom regions of bodies of water, some bacteria use
sulfate ion as an electron receptor:
SO4 2-  H2S
L'attività biologica è responsabile della formazione di alcuni
sedimenti acquatici. Alcune specie batteriche producono grandi
quantità di ferro(III) ossido come parte della loro energia estratta
dall’ossidazione del ferro(II) a ferro(III).
In regioni anaerobiche nel fondo dei corpi d'acqua, alcuni batteri
utilizzano ioni solfato come un recettore di elettroni: …
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of Sediments….
whereas other bacteria reduce iron(III) to iron(II):
Fe(OH)3(s)  Fe2+
The net result is a precipitation reaction producing a black layer of
iron(II) sulfide sediment:
Fe2+ + H2S  FeS(s) + 2H+
mentre altri batteri riducono il ferro(III) a ferro(II):…. Il risultato netto è una reazione
di precipitazione che produce uno strato nero di ferro (II) solfuro di sedimento:
…
IMPORTANCE AND FORMATION OF
SEDIMENTS
…. Formation of
Sediments….
This frequently occurs
during the winter, alternating
with the production of
calcium carbonate byproduct from photosynthesis
during the summer. Under
such conditions, a layered
bottom sediment is produced
composed of alternate layers
of black FeS and white
CaCO3.
Eventually these sediments may
become covered and form sedimentary
minerals.
Questo si verifica spesso durante l'inverno, in alternanza con la produzione di
carbonato di calcio sotto-prodotto dalla fotosintesi durante l'estate. In tali condizioni è
prodotto un sedimento di fondo a più livelli composto da strati alternati di FeS nero e
CaCO3 bianco. Alla fine questi sedimenti possono essere ricoperti e formare minerali
sedimentari.
SOLUBILITIES
The formation and stabilities of nonaqueous
phases in water are strongly dependent upon
solubilities.
SOLUBILITIES
Solubilities of Solids…
Generally, the solubility of a solid in water is of concern when the
solid is slightly soluble, often having such a low solubility that it is
called “insoluble.”
For example, lead carbonate can introduce toxic lead ion into
water by reactions such as:
PbCO3(s)  Pb 2+ + CO3 2Generalmente, la solubilità di un solido in acqua è di preoccupazione quando il
solido è leggermente solubile, spesso con una tale scarsa solubilità che è chiamato
"insolubile". Ad esempio, il carbonato di piombo può introdurre tossici ioni piombo
in acqua da reazioni quali:…
SOLUBILITIES
Solubilities of Solids…
A relatively straightforward calculation of the solubility of an ionic
solid can be performed on barium sulfate,which dissolves
according to the reaction:
BaSO4(s)  Ba 2+ + SO4 2for which the equilibrium constant is the following:
Ksp = [Ba 2+ ][SO42-] = 1.23x10 -10
Un calcolo relativamente semplice della solubilità di un solido ionico può essere
eseguita su solfato di bario, che dissolve secondo la reazione:….per i quali la
costante di equilibrio è la seguente …
SOLUBILITIES
Solubilities of Solids…
The solubilities of ionic solids can be very much affected by reactions of cations
and anions. Infact the solubility of PbCO3
is increased by the chelation of lead ion by NTA (sodium nitrilotriacetate),
Pb 2+ + T3-  PbTincreased by reaction of carbonate ion with H+: H+ + CO3 2-  HCO3and decreased by the presence of carbonate ion from water alkalinity:
CO3 2-(from dissociation of HCO3-) + Pb 2+  PbCO3(s)
These examples illustrate that reactions of both cations and anions must often be
considered in calculating the solubilities of ionic solids.
La solubilità dei solidi ionici può essere molto influenzata dalle reazioni di cationi e anioni.
Infatti la solubilità di PbCO3 è aumentata attraverso la chelazione di ioni di piombo da NTA,
…aumentato di reazione di ioni carbonato con H +,…e diminuito dalla presenza di ioni di
carbonato di alcalinità dell'acqua:…Questi esempi dimostrano che le reazioni di entrambi i
cationi e anioni spesso deve essere considerato nel calcolo della solubilità dei solidi ionici.
SOLUBILITIES
Solubilities of gases…
The solubilities of gases in water are described by Henry’s Law which states
that
at constant temperature the solubility of a gas in a liquid is proportional to the
partial pressure of the gas in contact with the liquid.
For a gas, “X,” this law applies to equilibria of the type X(g)  X(aq)
and does not account for additional reactions of the gas species in water such
as,
NH3 + H2O  NH4 + + OHSO2 + HCO3 - (From water alkalinity)  CO2 + HSO3- (5.3.16)
which may result in much higher solubilities than predicted by Henry’s law
alone.
La solubilità dei gas nell'acqua sono descritte dalla legge di Henry che afferma che a
temperatura costante la solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla
pressione parziale del gas a contatto con il liquido. Per un gas, "X", questa legge vale
per gli equilibri del tipo.. e non tiene conto delle ulteriori reazioni delle specie di gas
in acqua, quali, ….che possono determinare una solubilità molto più elevata di quanto
previsto dalla sola legge di Henry.
SOLUBILITIES
Solubilities of gases…
Mathematically, Henry’s Law is
expressed as
Some values of K for dissolved
gases that are significant in water
are reported in Table:
[X(aq)] = K PX
where [X(aq)] is the aqueous
concentration of the gas,
PX is the partial pressure of the
gas, and K is the Henry’s Law
constant applicable to a particular
gas at a specified temperature.
For gas concentrations in units of
moles per liter and gas pressures
in atmospheres, the units of K are
mol x L-1 x atm-1.
Matematicamente, la legge di Henry è
espressa come, …dove [X (aq)] è la
concentrazione acquosa del gas, PX è la
pressione parziale del gas, e K è costante della
legge applicabile ad un gas particolare ad una
temperatura specificata. Per le concentrazioni
di gas in unità di moli per litro e pressioni di
gas in atmosfera, le unità di K sono mol-1 x L
x atm-1.
SOLUBILITIES
Solubilities of gases…
In calculating the solubility of a gas in water, a correction must be
made for the partial pressure of water by subtracting it from the
total pressure of the gas.
At 25°C the partial pressure of water is 0.0313 atm; values at other
temperatures are readily obtained from standard handbooks.
Nel calcolare la solubilità di un gas in acqua, una correzione deve essere fatta per la
pressione parziale dell’acqua sottraendola dalla pressione totale del gas.
A 25 ° C la pressione parziale di acqua è 0,0313 atm; valori in altre temperature sono
prontamente ottenuti da manuali standard.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Many minerals,
some organic pollutants,
proteinaceous materials,
some algae, and some bacteria
are suspended in water as very small particles.
Such particles, which have some characteristics of both species in
solution and larger particles in suspension, which range in
diameter from about 0.001 micrometer (μm) to about 1 μm,
and which scatter white light as a light blue hue observed at right
angles to the incident light, are classified as colloidal particles.
Molti minerali, alcuni inquinanti organici, materiale proteico, alcune alghe e alcuni
batteri sono sospese in acqua sotto forma di particelle molto piccole. Tali particelle, che
hanno alcune caratteristiche di entrambe le specie in soluzione e in sospensione le
particelle più grandi, che vanno da un diametro di circa 0,001 micrometri (micron) a
circa 1 micron, e che disperdono la luce bianca come una tonalità azzurro osservata
perpendicolarmente alla luce incidente, sono classificate come particelle colloidali.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
The characteristic light-scattering phenomenon of colloids results
from their being the same order of size as the wavelength of light
and is called the Tyndall effect.
The unique properties and behavior of colloidal particles are
strongly influenced by their physical-chemical characteristics:
high specific area,
high interfacial energy,
high surface/charge density ratio.
Il fenomeno caratteristico di luce-dispersione dei risultati colloidi dal loro essere dello
stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda della luce e si chiama effetto
Tyndall. Le proprietà uniche e il comportamento delle particelle colloidali sono
fortemente influenzati dalle loro caratteristiche fisico-chimiche: elevata area
specifica, alta energia interfacciale, elevato rapporto superficie / densità di carica.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Occurrence of Colloids in Water…
Colloids composed of a variety of organic substances (including humic
substances), inorganic materials (especially clays), and pollutants occur in
natural water and wastewater.
These substances have a number of effects, including effects on organisms
and pollutant transport.
The characterization of colloidal materials in water is obviously very important,
and a variety of means are used to isolate and characterize these materials.
The two most widely used methods are filtration and centrifugation, although
other techniques including voltammetry, gels, and fieldflow fractionation can
be used.
Colloidi rappresentano una varietà di sostanze organiche (comprese le sostanze umiche), i
materiali inorganici (argille in particolare), e gli inquinanti si ritrovano in acque naturali e
delle acque reflue. Queste sostanze hanno un certo numero di effetti, tra cui effetti sugli
organismi e trasporto di inquinanti. La caratterizzazione di materiali colloidali in acqua è
ovviamente molto importante, e una varietà di mezzi sono utilizzati per isolare e
caratterizzare questi materiali. I due metodi più usati sono la filtrazione e la
centrifugazione, e altre tecniche …
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Kinds of Colloidal Particles
Colloids may be classified as
hydrophilic colloids,
hydrophobic colloids,
association colloids.
Tipi di particelle colloidali.
Colloidi possono essere classificati come colloidi idrofili, i colloidi idrofobi, o colloidi di
associazione.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Kinds of Colloidal Particles

Hydrophilic colloids….
consist of macromolecules, such as proteins and synthetic
polymers,
that are characterized by strong interaction with water
resulting in spontaneous formation of colloids when they are
placed in water.
Colloidi idrofili consistono generalmente di macromolecole, come proteine ​e polimeri
sintetici, che sono caratterizzate da forte interazione con l'acqua causando la formazione
spontanea di colloidi quando vengono immessi in acqua.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Kinds of Colloidal Particles

….hydrophilic colloids.
are solutions of very large molecules or ions.
Suspensions of hydrophilic colloids
are less affected by the addition of salts to water than are
suspensions of hydrophobic colloids.
i colloidi idrofili sono soluzioni di molecole molto grandi o ioni. Sospensioni di colloidi
idrofili risentono meno dell'aggiunta di sali in acqua rispetto a sospensioni dei colloidi
idrofobi.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Kinds of Colloidal Particles….

Hydrophobic colloids interact to a lesser extent with water and
are stable because of their positive or negative electrical charges.
The charged surface of the colloidal particle and the counter-ions
that surround it compose an electrical double layer, which causes
the particles to repel each other.
Colloidi idrofobi interagiscono in
misura minore con l'acqua e sono
stabili a causa della loro carica
positiva o negativa. La superficie
carica della particella colloidale e
il contro-ioni che la circondano
compongono uno doppio strato
elettrico, che porta ad una
repulsione delle particelle che si
respingono.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
Kinds of Colloidal Particles….


Hydrophobic colloids are usually caused to settle from
suspension by the addition of salts.
Examples of hydrophobic colloids are clay particles, petroleum
droplets, and very small gold particles.
Colloidi idrofobi sono di
solito causati da stabilirsi
dalla sospensione con
l'aggiunta di sali.
Esempi di colloidi idrofobi
sono particelle di argilla, le
goccioline di petrolio, oro e
particelle molto piccole.
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER

Association colloids consist of special aggregates of ions and
molecules called micelles.
To understand how this occurs, consider sodium stearate, a typical
soap:
Colloidi di associazione consistono di speciali aggregati di ioni e molecole
chiamate micelle.
Per capire come ciò si verifica, si può considerare lo stearato di sodio, un tipico
sapone:
COLLOIDAL PARTICLES IN WATER
The stearate ion has both a hydrophilic -CO2- head
and a long organophilic tail, CH3(CH2)16–.
As a result, stearate anions in water tend to form clusters
consisting of as many as 100 anions clustered together with
their hydrocarbon “tails”
on the inside of a spherical colloidal particle and their ionic
“heads” on the surface in contact with water and with Na+
counterions.
Lo ione stearato ha sia un idrofilo-CO2- in testa e una lunga coda organofile, CH3
(CH2)16 -. Come risultato, anioni stearato in acqua tendono a formare raggruppamenti
costituiti da ben 100 anioni raggruppati insieme con i loro idrocarburi "code"
all'interno di una particella sferica colloidale e la loro "testa“ionica sulla superficie a
contatto con l'acqua e con Na + controioni.