PROVA SCRITTA DEL MODULO DI ESAME DI CHIMICA DELL

PROVA SCRITTA DEL MODULO DI
ESAME DI CHIMICA DELL’AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI
La prova scritta consiste in:
5 quesiti a risposta aperta e 1 quesito numerico.
Ogni quesito vale da 0 a 5 punti.
Per superare la prova occorre aver raggiunto almeno il punteggio di 18. Al termine della prova
scritta ci sarà una discussione orale su argomenti riguardanti i quesiti svolti, al fine di
convalidare l’esame.
Esempi di QUESITI A RISPOSTA APERTA
Esempio (Cap.1)
Effetto serra ed aumento delle temperatura: cause e specie chimiche coinvolte.
Esempio (Cap.4)
Gli idrocarburi aromatici policiclici: origine, diffusione (aria, acqua o suoli) e cause della loro
tossicità.
Esempio (Cap.8)
Indicare almeno 2 classi (struttura generale) di pesticidi organofosforati.
Esempio (Cap.3)
Il radon: origine, diffusione (aria, acqua suolo) e cause della sua tossicità.
Esempio (Cap.4)
Prodotti di ossidazione degli idrocarburi nell’atmosfera.
Esempio (Cap.1)
Gli ossidi di azoto: scrivere la formula chimica e indicare le loro origini.
Esempio (Cap.6)
Gli acidi carbossilici nell’ambiente:origine e diffusione (aria, acqua o suolo).
Esempio (Cap.2)
Indicare le specie chimiche del cromo presenti nell’ambiente (aria, acqua e suolo).
Esempio (Cap.1)
Indicare tutte le specie inorganiche dell’ossigeno inquinanti dell’aria.
Esempio (Cap.5)
I PCB: indicare la struttura chimica generica e le loro origini nell’ambiente.
Esempio (Cap.1)
Il buco dell’ozono: meccanismi di riduzione dell’ozono e specie chimiche coinvolte.
Esempio (Cap.2)
Indicare le forme chimiche con cui l’arsenico è presente nell’ambiente (aria, acqua, suolo).
Esempio (Cap.6)
Formazione di composti carbonilici nell’aria.
Esempio (Cap.7)
Indicare le origini e la struttura di un nitroderivato organico nell’aria.
Esempi di QUESITI NUMERICI
Esempio (Cap.4)
Quanti grammi di butilammina (TLVTWA = 15 mg/m3) devono evaporare in un
ambiente di 5 m x 4 m x 3 m per raggiungere il TLV –TWA?
Volume ambiente = 5 m x 4 m x 3 m = 60 m3
m = TLV x 60 m3 = 900 mg = 0,9 g
Esempio (Cap.1)
La percentuale volumetrica dell’argon (Ar) nell’aria è 0,93% (uguale anche alla % in
moli). Calcolare quanti g di Ar ci sono in 2 m3 di aria (in condizioni standard: 298,15K,
1,01105 Pa = 1 Atm) (P.A. (Ar) = 39,95 g/mol).
Considerando 100 dm3 di aria ci sono 0,93 dm3 di Ar.
In 2 m3 si hanno: (0,93 dm3/100 dm3) x 2000 dm3 = 18,6 dm3 di Ar
Sapendo che in condizioni standard il volume occupato da 1 mole di gas è: 24,48 dm3/mol si
ha:
n(Ar) = 18,6 dm3/(24,48 dm3/mol) = 0,76 mol
m(Ar) = 0,76 mol x 39,95 g/mol = 30,36 g
Esempio (Cap.1)
In un campione di aria il valore della concentrazione di NO risulta 0,05 mg/m3 (a 25 ºC e
1 Atm). Calcolare la concentrazione di NO in ppm (P.M. (NO) = 30,0 g/mol).
T(K) = (25 + 273,15)K = 298,15K, R = 0,0821 atmdm3mol1K1
VNO = volume NO (cm3), Varia = volume aria (m3), mNO = massa NO in mg
mNO = (PVNO/RT) x PMNO
mNO/ Varia = [(PVNO/RT) x PMNO]/Varia
RT = 24,48 atmdm3mol1
mNO/ Varia = [(PVNO/RT) x PMNO]/Varia
(mNO/Varia) = [0,0408 dm3mol x 30,0 g/mol] x (VNO/Varia)
(mNO/Varia) = [1,224 mgcm3] x (VNO/Varia)
(VNO/Varia) = [1,224 mgcm3]1 x (mNO/Varia) = [1,224 mgcm3]1 x (0,05 mg/m3) = 0.0408 ppm
Esempio (Cap.4)
Una cisterna contenente 1000 dm3 di acqua è stata inquinata con benzene, C6H6.
Sapendo che la solubilità del benzene in acqua è 0,0228 M calcolare la massima
quantità (in g) di benzene presente nella cisterna (P.M. (C6H6) = 78,11 g/mol).
n(C6H6) = 0,0228 mol/dm3 x 1000 dm3 = 22,8 mol
m(C6H6) = 22,8 mol x 78,11 g/mol = 1,78 Kg
Esempio (Cap.2)
Se la concentrazione di Pb(II) in un campione di acqua potabile è 5.0 ppb e tenuto conto
che un individuo ingerisce 2 dm3 di acqua al giorno, calcolare la massa di Pb(II)
(espressa in mg) assimilata in un mese (1 ppb = 1 g/dm3).
m(Pb) = 0,0050 mg/dm3 x 2 dm3/giorno x 30 giorni = 0,30 mg
Esempio (Cap.2)
La dose massima assimilabile di metilmercurio (CH3Hg+) per l’uomo è 0,1 g per Kg di
peso al giorno. Quanti Kg di pesce può mangiare ogni settimana un individuo del peso
di 80 Kg se il contenuto di metilmercurio nel pesce è 0,3 mg/Kg?
La dose massima al giorno è:
m(CH3Hg+) = 0,1 g/Kg x 80 Kg = 8103 mg
La dose massima a settimana è:
m(CH3Hg+) = 8103 mg/giorno x 7 giorni = 5,6102 mg
da cui si ha:
m(pesce) = 5,6102 mg/(0,3 (mg/Kg)) = 0,19 Kg
Esempio (Cap.4)
Nell’aria di un ambiente di lavoro sono presenti i seguenti tre solventi: alcol etilico (300
ppm), acetone (200 ppm) e ottano (100 ppm). Sapendo che i valori di TLVTWA (in
ppm) sono rispettivamente 1000 ppm, 500 ppm e 300ppm. Stabilire se sono rispettati i
limiti normativi.
Affinché i limiti normativi siano rispettati deve accadere:
CA/TLVA + CB/TLVB + CC/TLVC ≤ 1
dove CA, CB e CC sono le concentrazioni dei tre solventi nell’ambiente.
Sostituendo si ha:
300 ppm/1000 ppm + 200 ppm/500 ppm + 100 ppm/300 ppm = 0,30 + 0,40 + 0,33 = 1,03 ( >
1). Ciò significa che il limite è stato superato.
Esempio (Cap.1)
La concentrazione si SO2 nell’aria di un luogo di lavoro è 0,6 ppm (a 1 Atm e 298,15K).
Sapendo che la costante di Henry (KH) per la reazione:
SO2(g) + H2O = H2SO3(aq) è 1,2 M/Atm, calcolare la concentrazione di H2SO3 in un’acqua
satura di aria.
SO2(g) + H2O = H2SO3(aq) KH = 1,2 M/Atm
In accordo alla legge di Henry si ha:
KH = [H2SO3]/PSO2
Sapendo che la concentrazione di SO2 è 0,6 ppm = 0,6 cm3/m3 di aria e considerando 1 m3 di
aria, si ha che la frazione molare di SO2 nell’ambiente di lavoro è:
xSO2 = VSO2 (m3)/Varia (m3) = 0,6 x 106 m3/1 m3 = 6,0107
Dalla legge di Dalton si ha:
PSO2 = xSO2 x PTOT
Considerando PTOT = 1 Atm, si ha:
PSO2 = 6,0107 x 1 Atm = 6,0107 Atm
Da cui si ha:
[H2SO3] = KH x PSO2 = 1,2 M/Atm x 6,0107 Atm = 7,2107 M
Esempio (Cap.1)
L’acqua di un canale possiede un pH = 6,9. In seguito all’immissione di un liquame
contenente H2S, stabilire quale forma predomina nell’acqua, tra H2S e HS,
considerando l’equilibrio: H2S + H2O = HS + H3O+
La costante dell’equilibrio:
H2S + H2O = HS + H3O+
è la prima costante acida di H2S:
KA1 = [HS][H3O+]/[H2S] che vale: KA1 = 107,2
Ricavando il rapporto [HS]/[H2S] si ha:
[HS]/[H2S] = KA1/[H3O+] = 107,2/106,9 = 0,501 = 50,1%
La forma HS e’ presente per il 50,1% il restante 49,9% è come H2S.
Esempio (Cap.4)
Valutare il tempo necessario al tetraclorofenolo per diffondere in una falda (con un
suolo avente un rapporto densità/porosità, /, di 5) affinché raggiunga un sito posto a
1 km di profondità. Si consideri che la velocità della falda, v, sia 2 m/giorno e che il
coefficiente di adsorbimento del tetraclorofenolo, KD, sia 0,6.
Il fattore di ritardo R per un composto organico come il tetraclorofenolo è:
R = 1 + 0.63(/)fOCKOC = 1 + 0,63 x 5 x 0,6 = 2,89
la velocità del tetraclorofenolo nella falda sotterranea è: vC = 2 (m/giorno)/2,89 = 0,69 m/giorno
Per raggiungere un sito posto a 1000 m occorrono:
tc = 1000 m/(0,69 m/giorno) = 1449,3 giorni = 48,3 mesi