Obiettivi formativi
Rivalutare le conoscenze di base della chimica, introdurre lo studente alla descrizione geochimica dei sistemi naturali, abituare lo studente ad un'analisi (semi)quantitativa dei processi geochimici naturali e di interesse antropico.
Contenuti dell'insegnamento
Richiami dei concetti generali. Stato di equilibrio e trasformazione di un sistema. Reazione chimica: definizione e significato. Componenti chimici. Equilibrio chimico. Generalità. Potenziale chimico e condizioni di equilibrio. Equilibrio tra fasi. Equlibrio per una reazione chimica. Concentrazioni. Concentrazioni in massa. Frazione molare, Molalità, Molarità. Dipendenza del potenziale chimico dalla composizione. Fugacità, attività. Stati standard. La costante d’equilibrio. Costante d’equilibrio e potenziale chimico. Energia libera standard di formazione. Forza ionica e coefficienti di attività in soluzione acquosa. Acidi, basi; dissociazione di H20, dipendenza di Kw da T e P <br />
Dissoluzione-deposizione in soluzione acquosa. CO2 e carbonati. Dissoluzione di CO2 in acqua pura e influenza sul pH. Specie carboniche in soluzione in funzione del pH. Equilibrio soluzione acquosa-carbonati (calcite). Sistema calcite-acqua. Sistema calcite-acqua-CO2: (PCO2) imposta dall’esterno. Influenza di T e P sull’equilibrio calcite-soluzione acquosa. Esempio: influenza della forza ionica sulla solubilità della calcite. Mescolamento di acque con diversa PCO2: effetto sulla solubilità dei carbonati. Suolo e carsismo. Fasi della silice, silicati, idrossidi. Sistema fasi della silice-soluzione acquosa: concentrazione dellespecie di Si in soluzione acquosa in equilibrio con le fasi della silice. Sistema gibbsite-soluzione acquosa: concentrazione delle specie di Al in soluzione acquosa in equilibrio con gibsite. Sistema caolinite-soluzione acquosa: concentrazione delle specie di Al e Si in soluzione acquosa in equilibrio con kaolinite. Dissoluzione dei silicati di magnesio. Sistema K-feldspato-mica bianca-quarzo-caolinite-gibbsite-acqua ed evoluzione chimica della soluzione acquosa al procederedell’interazione soluzione acquosa-minerali <br />
Processi di ossidoriduzione in soluzione acquosa. Reazioni redox e potenziale redox (Eh). Definizioni. Stabilità di H2O. Neutralità assoluta. Diagrammi Eh-pH: fasi solide-soluzione. Stabilità di fasi di Fe (es.: goethite, Fe(OH)3, ematite, magnetite). Stabilità di fasi di Mn (es.: pirolusite, hausmannite). Diagrammi Eh-pH; specie in soluzione (diagrammi di isoattività). Specie dell’azoto (N2, NO3-, NO2-, NH4+). Specie dello zolfo (H2S°, HS-, HSO4-, SO42-). Rilevanza ambientale <br />
Interazione tra acque e fasi solide e tra particelle solide nelle acque. Scambio ionico, adsorbimento, colloidi, filtrazione. Mobilità degli elementi durante l’alterazione delle rocce. Componenti immobili e componenti mobili. Equazioni di bilancio di massa. Esempio: alterazione di rocce ultrafemiche e mobilità degli elementi <br />
Geochimica delle acque. Specie in soluzione, colloidi, particelle in sospensione. Temperatura. pH. Conducibilità elettrica. Alcalinità. Potenziale redox e suo significato. Componenti in soluzione (es.: Si, Fe, Al, Mn, Na, K, Ca, Mg). Provenienza. Speciazione. Tempo di residenza dei componenti chimici in un sistema. Classificazione delle acque. Diagramma di Piper, diagramma di Langelier-Ludwig. Stato di ossidazione delle acque sotterranee. Riduzione di nitrati e di solfati ad opera delle rocce incassanti. Sequenze ossido riduttive. Ossidazione dei solfuri e relativo impatto ambientale. Acque oceaniche. Composizione e costanza composizionale. Acque continentali (acque interne). Composizione e variazione composizionale. Dipendenza della composizione dalle interazioni acqua-roccia. Esempi: acque in carbonati, in rocce ultramafiche, in rocce granitiche cristallini <br />
<br />
Bibliografia
Venturelli G (2003) Acque, minerali e ambiente. Pitagora editrice, Bologna <br />
Fornaseri M (1984) Lezioni di Geochimica, Libreria eredi V. Veschi, Roma <br />
Clark I e Fritz P (1997) Environmental Isotopes in Hydrogeology. CRC Press LLC <br />
Fergusson JE (1990) The heavy elements: chemistry, environmental impact and health effects. Pergamon press <br />
Stumm W e Morgan JJ (1996) Acquatic chemistry. Wiley & Sons <br />
