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ANALISI DELLE ACQUE: parte teorica ANALISI DELLE ACQUE: parte pratica
TITOLO: L'analisi delle acque [PARTE TEORICA]
1.0 IL CICLO DELL’ACQUA IN NATURA E LE ALTERAZIONI PROVOCATE DALL’UOMO
Il ciclo fisico dell’acqua in natura avviene nel seguente modo. L’acqua del mare, grazie all’energia termica fornita dal sole, evapora formando le nubi le quali, spinte dai venti sulla terraferma, incontrando strati atmosferici più freddi, subiscono un processo di condensazione, e precipitano sotto forma di pioggia e neve. L’acqua piovana si satura dei gas dell’atmosfera (azoto, ossigeno e anidride carbonica, la quale ultima le impartisce una reazione acida), cade sulla superficie terrestre e in parte sprofonda nel sottosuolo, percolando attraverso strati porosi di terreno, in parte scorre in superficie formando fiumi e laghi. L’acqua sotterranea scorrendo su strati di terreno impermeabile, riemerge sotto forma di sorgenti e si riunisce alle acque fluviali e lacustri, facendo ritorno al mare, ove il ciclo si conclude. Durante il percorso nel sottosuolo, l’acqua grazie al suo potere solvente, scioglie i costituenti del terreno. In alcuni casi si tratta di un semplice processo fisico, in altri avviene una vera e propria reazione chimica, come per il carbonato di calcio, la cui solubilità in acqua è minima. L’anidride carbonica disciolta nell’acqua consente l’attacco chimico e la dissoluzione del calcare
Ecco perché nelle acque naturali è presente lo ione bicarbonato. La tabella I mostra le particolari sostanze disciolte nelle acque sotterranee; molti altri ioni possono essere presenti in minime quantità (stronzio, litio, ferro, manganese, arsenico, ammonio, nitrito, nitrato, bromuro, ioduro, ecc.). TABELLA I - Principali sostanze disciolte nelle acque naturali sotterranee. Le acque naturali di superficie contengono anche sostanze sospese (detriti argillosi o organici). L’acqua del mare contiene nove ioni principali (sodio, magnesio, calcio, potassio, stronzio, cloruro, solfato, bicarbonato, bromuro) che da soli costituiscono il 99,5 % della salinità totale, e numerosissimi altri in minime quantità. Si ritiene che la composizione analitica di tutti i mari del mondo sia identica, variando solo il grado di diluizione. Accanto al ciclo fisico dell’acqua in natura, occorre considerare il ciclo biologico. Le piante assorbono l’anidride carbonica dell’aria mediante l’apparato fogliare, estraggono dal terreno per capillarità l’acqua contenente gli elementi nutritivi e grazie sempre all’energia solare, sintetizzano la sostanza organica ed emettono ossigeno (fotosintesi clorofilliana). Gli animali, al contrario, sono i consumatori (diretti o indiretti) della sostanza organica prodotta dalle piante secondo il processo di respirazione nel quale viene emessa anidride carbonica. Il ciclo viene chiuso dai microrganismi aerobi del terreno e delle acque naturali, i quali trasformano i prodotti finali del metabolismo animale, ed i resti degli stessi animali e delle piante al termine della loro esistenza, in sostanze minerali, che tornano a far parte dell’ambiente. Questi cicli naturali vengono alterati, talvolta gravemente, dalla presenza dell’uomo e delle sue multiformi attività. Tuttavia, poiché l’uomo vive di solito in grandi comunità agglomerate in breve spazio, uno dei problemi più assillanti è quello del trasporto e dello smaltimento dei suoi residui fisiologici; tale problema è stato risolto col mezzo d trasporto più semplice ed economico, ossia l’acqua; da qui nasce il primo tipo di inquinamento idrico: l’inquinamento di origine domestico. La necessità di evitare i terribili effetti delle carestie, ha spinto l’uomo a dedicare sempre maggiori cure all’agricoltura, incrementando l’irrigazione artificiale, producendo fertilizzanti sintetici tratti dal suolo (fosfati) e dall’atmosfera (concimi azotati), proteggendo le colture con anticrittogamici, insetticidi, e diserbanti chimici, sviluppando e razionalizzando l’allevamento del bestiame. Dalle acque che lasciano i campi risultano così elevate concentrazioni di sostanze nocive che danno luogo all’inquinamento di origine agricolo. Dopo l’avvento della Rivoluzione industriale, le fabbriche incominciarono a consumare enormi quantitativi d’acqua per le lavorazioni, i lavaggi, la produzione di vapore, il raffreddamento, ecc.; buona parte di quest’acqua è restituita all’ambiente assieme ai residui (disciolti o sospesi) delle attività lavorative. A ciò si deve la grande diffusione dell’inquinamento di origine industriale. 2.0 LA CLASSIFICAZIONE DELLE ACQUE AI FINI ANALITICI. Di seguito verranno elencati i principali tipi di acque che possono essere sottoposti ad analisi chimica.
TABELLA II - Classificazione delle acque medicamentose e da tavola
3.0 OPERAZIONI DA ESEGUIRE SUL POSTO Agli effetti dell’attendibilità dei risultati analitici, l’ideale sarebbe che tutta l’analisi venisse eseguita immediatamente sul luogo del prelievo. Ciò non è poi così difficile, dato che l’allestimento di un laboratorio mobile, montato su un camioncino, è oggi alla portata di qualsiasi pubblica autorità sanitaria. Tuttavia, anche quando non sia possibile avvicinarsi a tali condizioni ottime, vi sono determinazioni che si devono necessariamente eseguire subito. Tra queste sono da citare la temperatura, il pH , il potenziale redox, il cloro libero, l’ossigeno disciolto; per quest’ultimo saggio, è indispensabile procedere almeno alla fissazione del campione, e lo stesso dicasi per i solfuri. Tra il prelievo del campione e l’esecuzione dell’analisi deve passare il minor tempo possibile; i campioni in attesa di analisi devono essere tenuti in frigorifero a temperatura leggermente superiore a 0 °C, affinché non gelino (per ulteriori informazioni consultare le allegate norme europee EN 25667-1 ed EN 25667-2 recepite nella versione italiana come ISO 5667-1 e ISO 5667-2). L’operazione del prelievo del campione è una delle più delicate dell’intero processo analitico. Se il campione è alterato, mal prelevato o comunque non rappresentativo, con conseguenze per quanto riguarda la certificazione legale o almeno ufficiale. Anzitutto i campioni deve essere presi in recipienti perfettamente puliti e con tappo a tenuta. I recipienti usati sono di materiale diverso in relazione all’analisi, in quanto ogni materiale può cedere all’acqua le sostanze di cui è composto. In genere si usa plastica (polietilene), il vetro (pirex) e l’acciaio inossidabile. Per determinazioni molto delicate occorrono bottiglie di vetro neutro, lavate con miscela cromica, poi sciacquate più volte con acqua distillata, ed infine essiccate. Per determinazioni correnti invece, si possono adoperare bottiglie di polietilene, lavate con un detergente in commercio, e sciacquate con acqua distillata. In ogni caso, è opportuno avvinare il recipiente con l’acqua in esame, prima del prelievo del campione, e riempire quanto più possibile la bottiglia prima di chiuderla, per evitare che vi rimangano bolle d’aria. Quando la sorgente è accessibile, il prelievo non presenta difficoltà Per i fiumi è opportuno prelevare il campione al centro della corrente, a 20-50 cm dal pelo dell’acqua Nel caso dei laghi, o comunque di acque non correnti, si devono eseguire prelievi a varie profondità (per ulteriori informazioni consultare le allegate norme europee EN 25667-1 ed EN 25667-2 recepite nella versione italiana come ISO 5667-1 e ISO 5667-2). BIANUCCI & BIANUCCI - L’analisi chimica delle acque naturali ed inquinate - Hoepli Editore 1993
TITOLO: L'analisi delle acque [PARTE PRATICA]
Eseguire una accurata revisione di materiali e delle sostanze che dovranno essere utilizzate per svolgere l’analisi.
PARAMETRI CHE DEVONO ESSERE ANALIZZATI E CRITERI
Nonostante la Gazzetta Ufficiale n° 236 del 24/05/1988 indichi ben 62 parametri da tenere in considerazione per l’analisi delle acque, noi studenti della classe VA chimici abbiamo considerato solo quelli più essenziali, che possono variare nel tempo e per un possibile confronto con i valori delle analisi degli anni precedenti 93/94 e 95/96. Nel scheda riassuntiva di ogni analisi verranno appunto inseriti i risultati degli anni precedenti. Questi parametri vengono qui sotto elencati e numerati secondo Gazzetta Ufficiale. 5 TEMPERATURA 6 pH 7 CONDUCIBILITÀ ELETTRICA SPECIFICA 8 CLORURI 9 SOLFATI 11 CALCIO 12 MAGNESIO 13 SODIO 14 POTASSIO 16 DUREZZA TOTALE E SEPARATA 18 OSSIGENO DISCIOLTO 20 AZOTO NITRICO 21 AZOTO NITROSO 24 OSSIDABILITÀ ALCALINITÀ Per ulteriori informazioni si può consultare l’allegato riguardante i modelli e le frequenze di analisi delle acque destinate al consumo umano.
Per il campionamento dell’acqua si segue un procedimento diverso da quello descritto sulle varie metodiche, conseguentemente alla impossibilità di eseguire tutta l’analisi completa nell’arco di tempo previsto dalla legge (o di qualsiasi altro riferimento). Difatti avendo a disposizione nell’ambito scolastico solo 8 ore alla settimana, rispettivamente 4 il martedì e 4 il sabato, si correrebbe il rischio di "falsificare" il referto. Da ciò è risultato più opportuno campionare il flusso idrico di volta in volta da ogni studente e di eseguire una o più analisi, preventivamente studiate e appartenenti a un gruppo di analiti (es. gruppo 4:ossigeno disciolto e Ossidabilità). L’acqua viene prelevata sempre dallo stesso rubinetto, aperto 30 minuti prima del prelievo. Necessario, anche, tenere conto dei fattori ambientali che in qualche modo influenzano il campionamento o lo stato dell’acqua; come pressione, il luogo di provenienza dell’acqua, e la presenza di eventi che ne hanno alterato il contenuto (es. lavori di manutenzione sulla rete idrica).
Le analisi sono state effettuate secondo metodiche diverse acquisite attraverso fonti di vario genere; quali libri, riviste e riferimenti vari. Tra queste fonti le più comuni sono quelle del CNR (Centro Nazionale di Ricerca), UNICHIM (Ente di Unificazione per il Settore Chimico), ASTM (American Society for Testing and Materials Bullettin), Standard Methods A.P.H.A, IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque) e Gazzetta Ufficiale Supplemento Ordinario n° 152 del 30/06/1988, DPR 24/05/1988 n°0236. Ovviamente si lascia al chimico la scelta del procedimento più opportuno e magari il anche più valido. In generale per l’analisi delle acque è vi è una procedura che descrive le operazioni necessarie che un chimico deve saper riprodurre; ecco lo schema che li descrive:
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