Italiano

La chimica della stratosfera; lo strato di ozono; il buco dell'ozono; la chimica dell'inquinamento dell'aria a livello del suolo; inquinamento dell'aria outdoor e indoor; l'effetto serra; uso dell'energia, emissioni di CO2 e cambiamento climatico globale; biocombustibili e altri combustibili alternativi; le tecnologie per l'energia rinnovabile; pesticidi; diossine, furani e PCB; altri composti organici tossici di interesse ambientale.
Tecniche di campionamento per le matrici gas, suolo e acqua; Analisi qualitativa e analisi quantitativa; Inquinamento delle acque; Inquinamento atmosferico; Contaminazione del suolo; Spettrofotometria UV-Vis; Analisi in FT-IR; Gascromatografia; Analisi in spazio di testa; HPLC.

Baird & Cann. Chimica ambientale, Seconda Edizione, Zanichelli.
David S. Hage, James D. Carr. Chimica analitica e analisi quantitativa, Piccin.

Stanley E. Mnahan. Chimica dell'ambiente. Piccin
Daniel C. Harris, Chimica analitica quantitativa, Seconda Edizione, Zanichelli.

Acquisire le conoscenze generali dei concetti di base della chimica ambientale per la comprensione e l'approfondimento degli argomenti affrontati nei corsi precedenti. Lo scopo di questo corso è acquisire i concetti fondamentali dei fenomeni chimici e biologici che avvengono nell'ambiente naturale e l'interazione delle sostanze chimiche (fonti, funzioni, reazioni, trasporto, effetti e destino) negli ecosistemi (acqua, aria, suolo e organismi viventi).

Acquisire le conoscenze generali dei principi di base della chimica analitica per la comprensione e l'approfondimento degli argomenti affrontati nei corsi precedenti. Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze sulle tecniche di preparazione del campione, sulle diverse tecniche analitiche e sull'interpretazione dei risultati ottenuti. Il corso si propone di fare acquisire allo studente la consapevolezza dell’importanza della sicurezza in laboratorio, di conoscere le diverse tecniche di campionamento e preparazione del campione, di fornire gli strumenti necessari per la scelta del metodo di taratura e della tecnica analitica per soddisfare esigenze specifiche quali le caratteristiche chimico-fisiche degli analiti, la limitazione dei costi d’analisi e la strumentazione analitica disponibile.

Conoscenze e abilità fornite dai corsi di Chimica generale ed inorganica e Chimica organica

Il corso è articolato in 68 ore di lezioni frontali svolte dal docente in cui verrà esposta la teoria con molteplici esempi pratici. Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della chimica ambientale e della chimica analitica.
Sono previste inoltre 12 ore di laboratorio, che si svolgeranno nel laboratorio di chimica ambientale (quattro sessioni di 3 ore). Il corso prevede la frequenza obbligatoria alle esercitazioni di laboratorio, esperienze in cui gli studenti lavoreranno in gruppi e durante le quali acquisiranno manualità nelle operazioni di pesatura con bilancia analitica, preparazione soluzioni a titolo noto. Nelle attività pratiche di laboratorio devono essere seguite scrupolosamente le norme di sicurezza per operare in un laboratorio di chimica che verranno specificamente illustrate esercitazione per esercitazione. La frequenza verrà registrata mediante raccolta delle firme durante le esercitazioni. Lo studente non potrà assentarsi dalle attività di laboratorio per più del 25% delle ore. In caso di particolari esigenze (studenti-lavoratori, gravidanza, etc.), previa richiesta documentata al docente, il CCdS si esprimerà relativamente alla frequenza delle attività di laboratorio.

L'esame consiste nel superamento di una prova scritta della durata di 90 minuti, durante la quale lo studente, attraverso lo svolgimento di esercizi o risposta a domande, dovrà applicare le conoscenze acquisite nel corso e di una prova orale.
Per il modulo di chimica dell'ambiente durante lo svolgimento del corso verranno effettuati due accertamenti periodici mediante prove scritte di verifica, della durata di 90 minuti ciascuna. Il superamento con almeno 18/30 di entrambe le prove di accertamento esonererà lo studente dalla prova scritta di chimica dell'ambiente. In carenza o insufficienza degli accertamenti periodici lo studente dovrà sostenere la prova scritta nelle date previste dal calendario di esami.
Per il modulo di chimica analitica la valutazione positiva delle relazioni di laboratorio prodotte esonererà lo studente dalla prova orale di chimica analitica. In carenza o insufficienza delle relazioni prodotte, lo studente dovrà sostenere oltre la prova scritta nelle date previste dal calendario di esami, anche l’esame orale. L'esame orale è volto a valutare la capacità di ragionamento e di collegamento tra i vari argomenti del corso ed è costituito da domande sulla parte teorica del programma, in cui sarà valutata la capacità di organizzare l’esposizione, la padronanza della materia attraverso la capacità di espressione e di collegamento tra i diversi argomenti del programma. Saranno, inoltre, discussi gli aspetti pratici e teorici di una esercitazione di laboratorio.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e terrà conto dell’esito della prova scritta (60%) e della prova orale (40%).

Per il modulo di chimica dell'ambiente allo studente è data la possibilità di sostenere due prove scritte di autovalutazione in itinere, strutturate in modo analogo all'esame scritto, ma limitate al programma svolto fino a quel momento, con successiva correzione. Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (dispense, articoli scientifici, ecc.) messo a disposizione sul sito web di Ateneo (sharepoint).
Per il modulo di chimica analitica lo studente per ogni esercitazione di laboratorio dovra redigere una relazione. Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (dispense, manuali ARPA-ISPRA, ecc.) messo a disposizione sul sito web di Ateneo (sharepoint).
Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati sulla scheda insegnamento e su ruchiesta inoltrata via e-mail.

L'atmosfera. Composizione chimica e stratificazione dell'atmosfera, bilancio energetico della terra. Unità di misura delle concentrazioni dei gas, Unità Dobson per l'ozono.
Chimica della stratosfera. Lo strato di ozono. Radiazioni elettromagnetiche importanti per l'ambiente. Principi di fotochimica. Reazione di formazione dell'ozono stratosferico, distruzione non catalitica e catalitica dell'ozono. Meccanismo di diminuzione dello strato di ozono stratosferico in Antartide. La chimica del cloro nella stratosfera al di sopra dell'Artide. I clorofluorocarburi, gli idrofluoroclorocarburi e idrofluorocarburi, loro reazioni di decomposizione.
Chimica della troposfera. Smog fotochimico: meccanismo di formazione, cause, prodotti finali, trasporto e conseguenze. Le piogge acide, formazione e conseguenze. I particolati nell’inquinamento dell’aria, processi chimici di formazione del particolato inorganico ed organico. Inquinamento dell’ambiente confinato.
Effetto serra. Distribuzione dei livelli energetici associati a transizioni IR ed UV, i possibili moti vibrazionali delle molecole, spettri IR di CO2, H2O e CH4. Fonti di CO2, combustione di C, CH4. Meccanismi proposti per l’allontanamento della CO2 per via chimica.
Molecole organiche tossiche. Classificazione dei pesticidi. Insetticidi organoclorurati. LD50, LOD50. Bioaccumulazione, fattore di bioconcentrazione e coefficiente di ripartizione. Toxafeni, ciclopentadieni. Insetticidi organofosforati. Carbammati. Insetticidi naturali. Erbicidi inorganici ed organici, erbicidi triazinici. Erbicidi fenossialifatici e sottoprodotti: tetraclorodibenzo-p-diossina. Difenili e dibenzofurani policlorurati. Eliminazione dei difenili policlorurati. Idrocarburi policiclici aromatici e loro derivati. Meccanismo di formazione, lipofilicità, bioaccumulazione, biomagnificazione, fattori che determinano la tossicità. Fattore di equivalenza della tossicità. Estrogeni ambientali.
Inquinamento e purificazione delle acque. Disinfezione dell’acqua. Acqua di falda: approvvigionamento, contaminazione chimica e risanamento. Contaminazione chimica e depurazione delle acque reflue e dei liquami. Moderne tecniche di decontaminazione delle acque.
I metalli pesanti dannosi per l’ambiente. Proprietà chimiche e fisiche, tossicità e interazione con gli enzimi, proprietà complessanti. Tasso di assunzione, tasso di eliminazione e tempo di emivita. Alcuni metalli pesanti.
Inquinamento da produzione di energia. Petrolio e sua distillazione. Benzina, cherosene, gasolio. Additivi delle benzine. Gas naturali ed altri alcani. Combustibili alcolici: metanolo ed etanolo, vantaggi e tossicità. Idrogeno come carburante? Produzione e stoccaggio.
Analisi chimiche nelle scienze ambientali. Il segnale analitico, aspetti qualitativi e quantitativi: il rapporto segnale-rumore; cause di rumore; metodi di eliminazione del rumore. Gli strumenti per l’analisi chimica: principi della chimica analitica strumentale; componenti comuni alla maggior parte degli strumenti.
Preparazione del campione. Il pre-trattamento del campione: trattamenti preliminari per campioni allo stato solido, liquido, aeriforme.
Il campionamento. Variabilità preanalitica, caratteristiche chimico-fisiche, interazione analita-matrice, campionamento di materiali omogenei ed eterogenei, numero di campioni e schemi di campionamento; errore di campionamento ed errore analitico.
Metodi di taratura. Standard esterni, standard interni. Metodo della aggiunta e delle aggiunte standard.
Titolazioni acido-base. Le titolazioni acido-base. Preparazione della soluzione del titolante e della soluzione del campione. Esecuzione di una titolazione. Determinazione del punto finale. Descrizione delle titolazioni acido-base. Curve di titolazione di acidi forti e basi forti. Curve di titolazione per acidi e basi deboli.
Titolazioni complessometriche e per precipitazione. Introduzione. Titolanti e soluzioni standard. Utilizzo di leganti ausiliari e di agenti mascheranti. Previsione e ottimizzazione delle titolazioni complessometriche. Previsione e ottimizzazione delle titolazioni per precipitazione.
Titolazioni redox. Utilizzo delle titolazioni redox in chimica analitica. Esecuzione di una titolazione redox. Previsione e ottimizzazione delle titolazioni redox. Esempi di titolazione redox.

ESPERIENZE PRATICHE DI LABORATORIO:
1) Determinazione della durezza di un’acqua.
2) Analisi spettrofotometrica di un composto organico in soluzione acquosa.
3) Determinazione dei composti organici volatili aerodispersi.
4) Determinazione dei contaminanti emergenti presenti nelle acque.

Italian

The chemistry of the stratosphere; the ozone layer; the ozone hole; the chemistry of air pollution at ground level; outdoor and indoor air pollution; the greenhouse effect; use of energy, CO2 emissions and global climate change; biofuels and other alternative fuels; renewable energy technologies; pesticides; dioxins, furans and PCBs; other toxic organic compounds of environmental interest.
Sampling techniques for gas, soil and water matrices; Qualitative analysis and quantitative analysis; Water pollution; Air pollution; Soil contamination; UV-Vis spectrophotometry; FT-IR analysis; Gas chromatography; Headspace analysis; HPLC.

Baird & Cann. Chimica ambientale, Seconda Edizione, Zanichelli.
David S. Hage, James D. Carr. Chimica analitica e analisi quantitativa, Piccin.

Stanley E. Mnahan. Chimica dell'ambiente. Piccin
Daniel C. Harris, Chimica analitica quantitativa, Seconda Edizione, Zanichelli.

Acquire the general knowledge of the basic concepts of environmental chemistry for understanding and deepening the topics addressed in previous courses. The aim of this course is to acquire the fundamental concepts of chemical and biological phenomena occurring in the natural environment and the interaction of chemical substances (sources, functions, reactions, transport, effects and destiny) in ecosystems (water, air, soil and living organisms).

Acquire the general knowledge of the basic principles of analytical chemistry for understanding and deepening the topics addressed in previous courses. At the end of the course, the student will have acquired knowledge on sample preparation techniques, on different analytical techniques and on the interpretation of the results obtained. The course aims to give the student the awareness of the importance of safety in the laboratory, to learn about the different sampling and sample preparation techniques, to provide the necessary tools for choosing the calibration method and the analytical technique to meet needs specifications such as the chemical-physical characteristics of the analytes, the limitation of the analysis costs and the analytical instrumentation available.

Knowledges and skills furnished by the courses of General and Inorganic Chemistry and Organic chemistry

The course is divided into 68 hours of lectures conducted by the teacher in which the theory will be exposed with multiple practical examples. In his personal work the student will have to assimilate knowledge and concepts at the base of environmental chemistry and analytical chemistry.
12 laboratory hours are also planned, which will take place in the environmental chemistry laboratory (four 3-hour sessions). The course includes compulsory attendance at laboratory exercises, experiences in which students will work in groups and during which they will acquire dexterity in weighing operations with analytical balance, preparation of solutions with a known title. In practical laboratory activities, safety regulations must be strictly followed to operate in a chemistry laboratory which will be specifically illustrated in each exercise. Attendance will be recorded by collecting signatures during exercises. The student cannot be absent from laboratory activities for more than 25% of the hours. In the case of special needs (student-workers, pregnancy, etc.), upon request documented to the teacher, the CCdS will express itself regarding the frequency of laboratory activities.

The exam consists in passing a written test lasting 90 minutes, during which the student, through the performance of exercises or answer questions, will have to apply the knowledge acquired during the course and an oral test.
For the environmental chemistry module, during the course of the course, two periodic assessments will be carried out by means of written verification tests, lasting 90 minutes each. Passing both assessment tests with at least 18/30 will exempt the student from the written exam in environmental chemistry. In the absence or insufficiency of periodic checks, the student will have to take the written test on the dates indicated in the exam calendar.
For the analytical chemistry module the positive evaluation of the laboratory reports produced will exempt the student from the oral analytical chemistry test. In the absence or insufficiency of the reports produced, the student will have to take the oral exam in addition to the written test on the dates indicated in the exam calendar. The oral exam is aimed at evaluating the reasoning and connection skills between the various topics of the course and consists of questions on the theoretical part of the program, in which the ability to organize the exhibition, the mastery of the subject through the ability to express and connect the different topics of the program. The practical and theoretical aspects of a laboratory exercise will also be discussed.
The final evaluation will be expressed in thirtieths and will take into account the outcome of the written test (60%) and the oral exam (40%).

For the chemistry of the environment module, the student is given the opportunity to take two written self-assessment tests during the course, similarly structured to the written exam, but limited to the program carried out up to that point, with subsequent correction. The student will be able to make use of the didactic material (lecture notes, scientific articles, etc.) made available on the University website (sharepoint).
For the analytical chemistry module, the student must prepare a report for each laboratory exercise. The student will be able to make use of the teaching material (lecture notes, ARPA-ISPRA manuals, etc.) made available on the University website (sharepoint).
The lecturer is available to receive students on the days indicated on the teaching sheet and on inquiry sent by e-mail.

The atmosphere. Chemical composition and stratification of the atmosphere, energy balance of the earth. Unit of measurement of gas concentrations, Dobsonian unit for ozone.
Stratosphere chemistry. The ozone layer. Electromagnetic radiation important for the environment. Principles of photochemistry. Stratospheric ozone formation reaction, non-catalytic and catalytic ozone destruction. Mechanism of stratospheric ozone depletion in Antarctica. Chlorine chemistry in the stratosphere above the Arctic. Chlorofluorocarbons, hydrofluorochlorocarbons and hydrofluorocarbons, their decomposition reactions.
Troposphere chemistry. Photochemical smog: formation mechanism, causes, final products, transport and consequences. Acid rain and consequences. Particulates in air pollution, chemical processes of inorganic and organic particulate formation. Pollution of the confined environment.
Greenhouse effect. Distribution of energy levels associated with IR and UV transitions, the possible vibrational motions of molecules, IR spectra of CO2, H2O and CH4. Sources of CO2, combustion of C, CH4. Proposed mechanisms for chemical removal of CO2.
Toxic organic molecules. Classification of pesticides. Organochlorine insecticides. LD50, LOD50. Bioaccumulation, bioconcentration factor and partition coefficient. Toxaphene, cyclopentadienes. Organophosphorus insecticides. Carbamates. Natural insecticides. Inorganic and organic herbicides, triazine herbicides. Phenoxial phosphate herbicides and by-products: tetrachlorodibenzo-p-dioxin. Polychlorinated diphenyls and dibenzofurans. Elimination of polychlorinated diphenyls. Polycyclic aromatic hydrocarbons and their derivatives. Formation mechanism, lipophilicity, bioaccumulation, biomagnification, factors that determine toxicity. Toxicity equivalence factor. Environmental estrogens.
Water pollution and purification. Water disinfection. Groundwater: supply, chemical contamination and remediation. Chemical contamination and purification of waste water and sewage. Modern water decontamination techniques.
Heavy metals that are harmful to the environment. Chemical and physical properties, toxicity and interaction with enzymes, complexing properties. Some heavy metals.
Pollution from energy production. Oil and its distillation. Gasoline, kerosene, gas oil. Gasoline additives. Natural gases and other alkanes. Alcoholic fuels: methanol and ethanol, advantages and toxicity. Hydrogen as fuel? Production and storage.
Chemical analysis in environmental sciences. The analytical signal, qualitative and quantitative aspects: the signal-to-noise ratio; causes of noise; noise elimination methods. The tools for chemical analysis: principles of instrumental analytical chemistry; components common to most instruments.
Sample preparation. Sample pre-treatment: preliminary treatments for solid, liquid and gaseous samples.
Sampling. Preanalytical variability, chemical-physical characteristics, analyte-matrix interaction, sampling of homogeneous and heterogeneous materials, number of samples and sampling schemes; sampling error and analytical error.
Calibration methods. External standards, internal standards. Method of addition and standard additions.
Acid-base titrations. Preparation of the titrant solution and the sample solution. Titration execution.
Complexometric and precipitation titrations. Introduction. Titrants and standard solutions. Use of auxiliary binders and masking agents. Prediction and optimization of complexometric titrations. Forecasting and optimization of precipitation titrations.
Redox titrations. Use of redox titrations in analytical chemistry. Performing a redox titration. Prediction and optimization of redox titrations. Examples of redox titration.

PRACTICAL LABORATORY EXPERIENCES:
1) Determination of water hardness.
2) Spectrophotometric analysis of an organic compound in aqueous solution.
3) Determination of airborne volatile organic compounds.
4) Determination of emerging contaminants present in water.