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CHIMICA DELL'AMBIENTE

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Environmental Chemistry

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Anno accademico 2022/2023

Codice dell'attività didattica
MFN0256
Docente
Prof. Claudio Minero (Titolare del corso)
Corso di studi
Laurea Magistrale in Chimica dell'Ambiente D.M. 270 (1° anno)
Anno
1° anno
Periodo didattico
Primo Semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/12 - chimica dell'ambiente e dei beni culturali
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Concetti di equilibrio chimico e di cinetica chimica
Conoscenza della chimica inorganica
Conoscenza della chimica organica
Conoscenza dei concetti di partizione tra fasi

Concepts of chemical equilibrium and chemical kinetics
Knowledge of inorganic chemistry
Knowledge of organic chemistry
Knowledge of the concepts of partition between phases
Propedeutico a
Tutti i corsi della Laurea Magistrale
Every course of the Magistral Laurea
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Lo studente acquisisce la capacità di affrontare la problematica
complessa in ambito ambientale sia per quanto riguarda la valutazione
delle pressioni ambientali dal punto di vista chimico, lo stato dell'arte
nelle tecniche di misura, e della normativa, sia per l'evoluzione dei
composti chimici nell'ambiente e nei processi/filiere di trattamento/bonifica.

Ulteriori obiettivi del corso sono di formare lo studente a reperire e
valutare criticamente la letteratura scientifica e legislativa inerente una
definita problematica ambientale, e di fargli acquisre la capacità di
definire gli obiettivi del monitoraggio e la pianificazione della strategia di
misura/controllo attraverso la conoscenza delle caratteristiche e del
comportamento chimico dei vari comparti ambientali (atmosfera, terre
emerse, biota, litosfera e suo weathering, acque superficiali e
sotterranee, laghi, fiumi, wetlands, oceani), degli effetti planetari, di
global warming and cooling, e dei maggiori cicli biogeochimici (acqua, C,
O, S, nutrienti, metalli), con apprendimento delle basi cognitive per il
trattamento di problematiche complesse.

The student acquires the ability to address the complex problems in the
environmental field as regards the assessment of the environmental
pressures from the chemical point of view, the state of the art in
measurement techniques, and legislation, both for the evolution of
chemical compounds in the environment and in the treatment processes or restoration.

Additional objectives of the course are to train the student to find and
critically evaluate the scientific and legislative literature inherent
environmental issues, and to make him acquire the ability to define the
objectives of the monitoring and to plan the strategy of measurement /
control through the knowledge of characteristics and the chemical
behavior of the various environmental compartments (air, land, biota,
lithosphere and its weathering, surface water and groundwater, lakes,
rivers, wetlands, oceans), the planetary effects of global warming and
cooling, and principal biogeochemical cycles ( of water, C, O, S, nutrients,
metals), with learning of the cognitive basis for the treatment of complex
problems.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Il corso affronta la complessità chimica dell’ambiente con due ottiche distinte, la prima che riguarda i comparti ambientali con le loro specificità per la  trasformazione/accumulo/residenza dei diversi composti e le loro interazioni reciproche nel comparto, la seconda, ortogonale alla prima, che considera i singoli elementi o composti nella loro distribuzione/migrazione tra i vari comparti ambientali (cicli biogeochimici). Il corso si propone come introduttivo a tutte le tematiche che vengono sviluppate nella LM. I risultati di apprendimento attesi consistono in : 1) conoscenza della complessità ambientale e dei fattori chimici implicati, che interessano la chimica fisica, la chimica organica ed inorganica, la fisica dei fluidi (atmosfera ed acque) anche in mezzi porosi (acque sotterranee); 2) conoscenza delle implicazioni della complessità chimica ambientale mono e multifasica che interessano la chimica analitica (misura e sua significatività) e i progetti di monitoraggio.

The course deals with the chemical complexity of the environment with two distinct views, the first concerning the environmental compartments and their specificity for the processing / storage / residence of the different compounds and their interactions with each other in the compartment, the second, orthogonal to the first, that considers the individual elements or compounds in their distribution / migration
between the various environmental compartments (biogeochemical cycles). The course is designed as an introduction to all the themes that are developed in the LM.
The expected learning outcomes are: 1) knowledge of the complexity of environmental and chemical factors involved, concerning the physical chemistry, organic and inorganic chemistry, physics of fluids (air and water) in porous media (groundwater); 2) knowledge of the implications of the complexity of mono- and multiphasic environmental chemistry, involving analytical chemistry (measurement and its significance) and monitoring projects.

 

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Modalità di insegnamento

Il corso consiste in lezioni frontali, con ausilio di slides, di cui gli studenti hanno completa copia, scaricabile da questo sito web o da piattaforma Moodle. Per domande degli studenti o chiarimenti, alcune digressioni vengono svolte alla lavagna. L'intera didattica viene erogata in presenza.

The course consists of lectures, with the help of slides, of which students have a complete copy, downloadable from this site or from the Moodle platform. For questions or clarifications from students, some digressions are made on the blackboard. The entire teaching is delivered in person.

 

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è un colloquio orale che si svolge in PRESENZA, di norma, come segue: tre domande sui comparti ambientali con le loro specificità per la trasformazione/accumulo/residenza dei diversi composti e le loro interazioni reciproche nel comparto, e una domanda sul ciclo
biogeochimico di un elemento/composto, per una durata media dell’esame di circa 40 min.

The examination is oral in presence and normally consists in three questions on the environmental compartments and their specificity for the processing /storage / residence of the different compounds and their interactions with each other in the compartment, and a question on the biogeochemical cycle of an element / compound , for an average duration of about 40 minutes of the examination.

 

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Programma

Reazioni chimiche globali stechiometriche, modelli a comparti, relazioni minerali/Corg. Abbondanza degli elementi e loro origine, formazione della terra, dell’atmosfera primitiva e sua evoluzione, l’origine della vita. La struttura e composizione dell’atmosfera attuale. Reazioni in troposfera e stratosfera. Processi di deposizione, effetto serra e piogge acide, smog fotochimico. La biosfera. La fotosintesi, efficienza dell’uso dell’acqua, la respirazione, la produzione primaria netta (NPP) e sua misura nei vari ecosistemi, produzione di detriti e humus. La litosfera. Chemical weathering e suoi meccanismi. Le reazioni chimiche nei suoli: capacità di scambio cationico ed anionico, le argille, gli ossidi. Composti organici nei suoli, natura, ripartizione, orizzonti del suolo. Suoli delle foreste boreali, subartiche e tropical, praterie e deserti. Criteri di VIA per suoli. Cicli dei nutrienti e dello zolfo nel suolo. Le acque sotterranee, flussi ed origine dell’acqua, permeabilità idraulica, velocità di infiltrazione e ritardo. Reti di flusso, i pozzi, la dispersione in mezzi porosi, flusso nella zona insatura. Le zone umide. Relazione pe/pH per le acque naturali, la situazione anossica. La sequenza redox ecologica, la metanogenesi e la biometilazione. NPP delle wetland terrestri. La geochimica organica nei sedimenti. Laghi. La stratificazione e profili di concentrazione. I cicli dei nutrienti (N e P) e altri fenomeni di mobilizzazione. Weathering dei laghi. Fiumi. Funzione e genesi dell’acqua fluviale, diagrammi di flusso idrografico e loro uso per l’indagine chimica ambientale. Bilancio dei nutrienti e spiralizzazione. Estuari ed acquitrini salati. Zona di miscelamento, stratificazione estuarina e reazioni chimiche. Mari ed oceani. Salinità, elementi conservativi e non, processi di rimozione, pH dell’acqua di mare. Stratificazione verticale. Composizione delle acque profonde. Circolazione oceanica, zone di miscelamento polare e di risalita. NPP, diagenesi dei sedimenti marini, la memoria sedimentaria. Il ciclo di C e dei nutrienti negli oceani. I cicli globali degli elementi nell’ecosistema terra. Il ciclo dell’acqua (idrosfera). I pools e i flussi. Global warming and cooling. CO2, CH4 e CO: influenze antropogeniche/naturali, cicli biogeochimici, ruolo biota ed effetto serra. Ciclo dell’ossigeno e dello zolfo, frazionamento isotipico, pools e flussi, SO2 e piogge acide, COS. Ciclo globale dell’azoto: reattività chimica e biologica, specie fissatici, pools e flussi globali, NH3, NOx, N2O, Norg. Ciclo globale del fosforo: composti tipici, ciclo nella litosfera, ruolo pedogenesi e biota, ciclo acquatico e perdita nei sedimenti.. Cicli dei metalli: concetti base per i flussi, la biometilazione (approfondimento), interazione con ambiente, tossicità. Sorgenti e distribuzione di Hg, Pb, Sn, Cd, Mn, As e Se.

Global stoichiometric chemical reactions, box-models, relations between
minerals / Corg. Abundance of elements and their origin, formation of the
Earth, of the primitive atmosphere and its evolution, the origin of life. The
structure and composition of the present athmosphere. Reactions in the
troposphere and stratosphere. Deposition processes, the greenhouse
effect and acid rain, photochemical smog.
The biosphere. Photosynthesis, water use efficiency, respiration, net
primary production (NPP) and its measurement in different ecosystems,
production of debris and humus.
The lithosphere. Chemical weathering and its mechanisms. Chemical
reactions in soils: cation and anionic exchange capacity, clays, other
mineral oxides. Organic compounds in the soil, their nature and
distribution, soil horizons. Soils of the boreal forest, sub-arctic and
tropical forest, grasslands and deserts. Criteria for environmental impact
evaluation of soils. Nutrient and sulfur cycles in the soil.
The groundwater, its flow and source, hydraulic conductivity, infiltration
rate and retardation. Flow networks, the wells, the dispersion in porous
media, flow in the unsaturated zone.
Wetlands. Relationship pe / pH for natural waters, the anoxic condition.
The ecological redox sequence, methanogenesis and biometilation. NPP
of terrestrial wetland. The organic geochemistry in sediments.
Lakes. The stratification and concentration profiles. The cycling of
nutrients (N and P) and other phenomena of mobilization. Weathering of
the lakes.
Rivers. Genesis and function of river water, hydrographic flow charts and
their use for chemical environmental analysis. Nutrient balance and
spiralization. Estuaries and salt marshes. Zone of mixing, stratification of
the estuary and chemical reactions.
Seas and oceans. Salinity, conservative elements and not, removal
processes, the pH of seawater. Vertical stratification. Composition of
deep waters. Ocean circulation, mixing at polar areas and upwelling. NPP,
diagenesis of sediments, sedimentary memory. The cycle of C and
nutrients in the oceans.
The global cycles of the elements in the earth ecosystem. The cycle of
water (hydrosphere). The pools and streams. Global warming and
cooling. CO2, CH4 and CO: anthropogenic influences / natural
biogeochemical cycles, the role of biota and the greenhouse effect.
The cycle of oxygen and sulfur, isotope fractionation, pools and streams,
acid rain, SO2, COS. Global nitrogen cycle: chemical and biological
reactivity, fixing species, pools, global flows, NH3, NOx, N2O, Norg.
Global cycle of phosphorus compounds, its typical cycle in the
lithosphere, the role of biota and soil formation, water cycle and loss of
metals in sediments . The cycle of metals: basic concepts for streams,
the biometilation (deepening), interaction with environment, and toxicity.
Sources and distribution of Hg, Pb, Sn, Cd, Mn, As and Se.

Testi consigliati e bibliografia

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Sono reperibili nella biblioteca G. Ponzio del Dipartimento di Chimica le seguenti monografie:

1)       fortemente consigliato: “Biogeochemistry (Third Edition) - An Analysis of Global Change”, by W.H. Schlesinger and E. S. Bernhardt - 2013 Elsevier - ISBN: 978-0-12-385874-0; 2) Aquatic chemistry, W. Stumm, J. J. Morgan, 1995, John Wiley & Sons Inc, ISBN: 9780471511854

2)       di ausilio: Chimica dell'ambiente -; S. E. Manahan (trad. L. Zoccolillo), Piccin-Nuova Libraria 2000; C. Baird “Chimica Ambientale” Zanichelli, 1997.

The following monographs are available in the G. Ponzio Library of the Department of Chemistry:
1) strongly recommended: "Biogeochemistry (Third Edition) - An Analysis of Global Change" by W.H. Schlesinger and E. S. Bernhardt - 2013 Elsevier - ISBN: 978-0-12-385874-0; 2) Aquatic chemistry, W. Stumm, J. J. Morgan, 1995, John Wiley & Sons Inc, ISBN: 9780471511854.

2) as supplementary aid:
a)  Environmental Chemistry - S. E. Manahan (trad. L. Zoccolillo), Piccin-Nuova Libraria 2000;
b). C. Baird "Environmental Chemistry" Zanichelli, 1997.



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Orario lezioni

Nota: L'orario delle lezioni è reperibile alla pagina lezioni del sito

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Note

Si consiglia lo studente di seguire le lezioni per facilitarsi la comprensione
e l'inquadramento di una serie numerosa ed eterogenea di concetti. In tal
modo il materiale didattico fornito dal docente è ampiamente sufficiente
allo studio personale successivo.

We recommend the student to follow the lessons to facilitate the
understanding and guidance of a number of large and heterogeneous
concepts. In this way the educational materials provided by the teacher is
more than sufficient for personal study next.

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Ultimo aggiornamento: 23/09/2022 23:10
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