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Reazioni chimiche alla luce solare: qual è la relazione nascosta tra NOx e ozono?
Nella chimica dell'aria, NOx si riferisce all'ossido nitrico (NO) e al biossido di azoto (NO2). Questi due ossidi di azoto sono strettamente correlati all'inquinamento atmosferico. Questi gas contribuiscono in modo significativo alla formazione dello smog fotochimico e delle piogge acide, oltre ad influenzare la concentrazione dell’ozono troposferico. Soprattutto in ambienti ad alta temperatura, come durante il processo di combustione dei motori delle automobili, la reazione di azoto e ossigeno produrrà NOx. Nelle aree ad alto traffico delle grandi città, le emissioni di ossido di azoto diventano spesso una delle principali fonti di inquinamento atmosferico.
Le fonti naturali di NOx includono anche i fulmini, ma la principale fonte di inquinamento rimane la combustione di combustibili fossili.
Formazione e reazione degli NOx
A temperatura e pressione normali, l'azoto e l'ossigeno non reagiscono. Ma in ambienti ad alta temperatura subiranno una reazione endotermica per generare vari tipi di ossidi di azoto. Questa temperatura elevata si verifica solitamente nei motori a combustione interna o nelle caldaie delle centrali elettriche, oppure si verifica naturalmente durante i fulmini. La concentrazione totale di NOx si riferisce a NO e NO2 perché la conversione tra i due è molto rapida sia nella troposfera che nella stratosfera.
Generazione di ozono
Lo smog fotochimico, un'importante forma di inquinamento atmosferico, si forma quando i NOx e i composti organici volatili (COV) reagiscono alla luce solare. In estate, con l’aumento della radiazione solare, aumenterà anche la frequenza di questo tipo di smog. Le emissioni derivanti dalle attività industriali e dal traffico reagiscono rapidamente con gli NOx, aumentando così la concentrazione di ozono e perossidi, causando problemi alla salute umana.
Soprattutto per i bambini, gli asmatici e le persone che lavorano o fanno attività fisica all'aperto, gli effetti negativi del fumo non possono essere sottovalutati.
Il meccanismo delle piogge acide
L'NO2 reagirà con i radicali OH durante il giorno e verrà ulteriormente ossidato per generare acido nitrico (HNO3), che può dissolversi nell'acqua liquida per formare pioggia acida. Questo processo è dovuto alla conversione di NO2 nell'atmosfera, provocando effetti duraturi sull'ambiente.
Fonti naturali e antropiche di ossidi di azoto
Le fonti naturali di NOx includono i fulmini, perché durante l'intenso processo di riscaldamento e raffreddamento dei fulmini, le molecole stabili (come N2 e O2) vengono convertite in quantità significative di NOx. Secondo alcuni studi, ogni fulmine produce in media circa 7 chilogrammi di NOx, che possono raggiungere 8,6 milioni di tonnellate all’anno. Tuttavia, le attività antropiche, in particolare la combustione del carbone e del petrolio, sono la principale fonte di ossidi di azoto, con emissioni annuali stimate in 28,5 milioni di tonnellate.
Effetti sulla salute e sull'ambiente
L'esposizione a NOx è strettamente correlata alle malattie del sistema respiratorio, può scatenare e aggravare i sintomi dell'asma e può persino portare allo sviluppo dell'asma. Questi gas sono stati anche collegati a malattie cardiache, diabete e mortalità. Gli NOx possono reagire con ammoniaca, umidità e altri composti per formare particelle di polvere di acido nitrico, che possono avere effetti negativi sulla salute.
Secondo le stime dell'American Lung Association, quasi il 50% dei residenti negli Stati Uniti vive in contee che non soddisfano gli standard sull'ozono.
Impatto sul biodiesel
Si ritiene generalmente che il biodiesel e le sue miscele riducano le emissioni nocive dallo scarico Sebbene gli studi iniziali abbiano dimostrato che il biodiesel può aumentare le emissioni di NOx, studi successivi hanno dimostrato che fino al 20% delle miscele di biodiesel hanno un impatto insignificante sugli NOx.
Tecnologia di regolamentazione e controllo delle emissioni
La riduzione catalitica selettiva (SCR) e la riduzione non catalitica selettiva (SNCR) sono tecnologie comunemente utilizzate per ridurre le emissioni di NOx e si basano sulla reazione con urea o ammoniaca per generare azoto e acqua. Negli Stati Uniti, i livelli di emissione dei moderni veicoli diesel sono stati significativamente ridotti, ma rimane la sfida del controllo delle emissioni di NOx.
Conclusione
La relazione tra NOx e ozono non si riflette solo nell'impatto sulla qualità dell'aria, ma coinvolge anche molteplici dimensioni della salute umana e dell'ambiente ecologico. Mentre cerchiamo di risolvere questi problemi, dovremmo prestare attenzione alle reazioni chimiche più profonde e ai cambiamenti ambientali. Possiamo quindi trovare modi più efficaci per ridurre l’impatto dei NOx sull’ambiente?
