Compuși organici volatili

Acest articol sau secțiune pe tema chimiei nu este încă formatat conform standardelor . Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Acest articol sau secțiune pe subiectul chimiei se consideră a fi verificate . Motiv : Intrarea în mai multe locuri conține erori de terminologie (non-grave) referitoare la domeniul chimic și al standardelor. Trebuie citit și corectat cu atenție. Alăturați-vă discuției și / sau corectați intrarea. Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Clasa compușilor organici volatili ( VOC ) sau VOC (din compușii organici volatili englezi ), include diferiți compuși chimici ale căror molecule conțin grupe funcționale diferite : acești compuși în ansamblu au comportamente fizice și chimice diferite, dar sunt uniți de fapt care prezintă o volatilitate ridicată, caracteristică, de exemplu, pentru solvenții organici obișnuiți , apolar aprotic , cum ar fi diluanții pentru vopsele și benzine .

Acești compuși includ hidrocarburi lichide în condiții normale (conținând, ca elemente unice, carbon și hidrogen și care sunt împărțiți în alifatici și aromatici ) și compuși care conțin oxigen , clor sau alte elemente în plus față de carbon și hidrogen (numiți „ heteroatomi ”, cum ar fi ca aldehide , eteri , alcooli , esteri , clorofluorocarburi (CFC) și hidroclorofluorocarburi (HCFC).

Legislația italiană definește „compuși organici volatili” ca acei compuși organici care, la o temperatură de 293,15 K (20 ° C ), au o presiune de vapori de 0,01 k Pa sau mai mare. ^[1]

Compuși organici volatili, biogeni și antropici

Compușii organici volatili sunt împărțiți în trei categorii, în raport cu sursa de origine:

• compuși antropici , proveniți în principal din activități umane, cum ar fi solvenți derivați din petrol și produse de ardere ; includ benzen , toluen , metan , tetraclorură de carbon , etan etc. În special, utilizarea industrială a combustibililor fosili produce COV, fie direct din produse (de exemplu, benzină ), fie indirect ca produse secundare (de exemplu, evacuarea autovehiculelor).
• compuși biogeni de origine în principal naturală, cum ar fi terpenele ( α-pinen , β-pinen, limonen , sabinen , etc.), care sunt conținute în uleiurile vegetale esențiale ;
• compuși antropogeni și biogeni, precum izoprenul (sintetizat pe scară largă la nivel industrial pentru producerea de materiale plastice și cauciucuri sintetice).

Surse antropice

Se estimează că sursele antropogene emit împreună aproximativ 142 de milioane de tone de carbon pe an sub formă de compuși organici volatili. ^[2]

Componente specifice

Vopsele și acoperiri

Una dintre principalele surse de COV antropici sunt substanțele prezente în formularea de acoperiri , în special în vopsele și acoperiri de protecție. Solvenții sunt în general emiși din pelicule de protecție sau decorative. Solvenții tipici sunt hidrocarburile alifatice , acetat de etil , eteri glicolici și acetonă .

Impactul asupra mediului al acestor COV este considerabil, datorită și cantității enorme de produse care conțin aceste substanțe: de fapt, se estimează că aproximativ 12 miliarde de litri de vopsele sunt produse pe planeta Pământ în fiecare an.

Datorită costurilor, riscurilor de mediu și reglementărilor din ce în ce mai stricte, industria vopselelor și a acoperirilor a adoptat, de-a lungul timpului, soluții care implică utilizarea solvenților pe bază de apă, inclusiv pentru producerea vopselelor acrilice .

Clorofluorocarburi și clorocarburi

Clorofluorocarburile (CFC), a căror utilizare a fost interzisă în multe țări, au fost utilizate pe scară largă atât în ​​produsele de curățare, cât și în fluidele frigorifice. Tetracloretilena este utilizată pe scară largă în curățarea chimică și în industrie.

Benzen

Benzenul este un COV antropogen cancerigen prezent în fumul de tutun , combustibilii depozitați și în evaporarea benzinei (de exemplu din mașinile parcate). Benzenul este, de asemenea, emis din surse naturale, cum ar fi vulcani și incendii forestiere spontane . Este adesea folosit pentru a produce alte substanțe chimice pentru producția de materiale plastice , rășini și fibre sintetice . Compusul se evaporă rapid, iar vaporii săi, mai grei decât aerul, se acumulează în zonele inferioare, crescând astfel riscul pentru sănătate și siguranță. Consumul de alimente și apă contaminate cu benzen poate provoca vărsături , amețeli , somnolență excesivă în timpul zilei , bătăi rapide ale inimii și moarte .

Clorură de metilen

Clorura de metilen este un COV foarte periculos pentru sănătatea umană. Poate fi găsit în adezivi și vopsele spray și provoacă cancer la animale.

Conform legislației italiene, produsele care conțin clorură de metilen trebuie utilizate în aer liber. În încăperile închise este necesară o ventilație adecvată.

Percloretilena

Percloretilena este, de asemenea, un COV care s-a dovedit a provoca cancer la animale. De asemenea, se suspectează că produce diferite simptome respiratorii legate de expunerea sa. Percloroetilena este utilizată mai ales în curățarea chimică. Pentru a evita expunerea, este necesar, prin urmare, să uscați complet hainele înainte de a le purta.

Eter metil-terț-butilic

MTBE a fost interzis în Statele Unite în jurul 2004 , pentru a limita contaminarea suplimentară a apei potabile, în principal din cauza scurgerilor din rezervoare de stocare benzină subterană, unde a fost utilizat pentru a mări cifra octanică sau ca aditiv. Anti-cioc .

Formaldehida

Acesta este, de asemenea, un compus cancerigen. Multe materiale de construcție, cum ar fi vopsele, adezivi, panouri de perete și tavan, plăci sintetice, emit lent formaldehidă , care poate irita membranele mucoase și poate crește iritarea și susceptibilitatea la atacuri chimice suplimentare. ^[3] Emisiile de formaldehidă din lemnul produs industrial și din laminatele plastice pe lemn sunt cuprinse între 0,02 și 0,04 ppm . Umiditatea relativă ridicată și temperaturile ridicate favorizează o vaporizare mai mare a formaldehidei materialelor lemnoase. ^[4]

Aerul interior

Același subiect în detaliu: calitatea aerului interior .

Deoarece oamenii își petrec cea mai mare parte a timpului acasă sau într-un birou, expunerea pe termen lung la COV într-un mediu interior poate contribui lasindromul clădirii bolnave . ^[5] În birouri și case, mobilierul nou, învelișurile de perete și echipamentele de birou, cum ar fi copiatoare și, desigur, arderea aragazului și fumul de tutun , pot elibera COV. ^{[3] [6]} O bună ventilație și aer condiționat sunt utile în reducerea emisiilor. Studiile arată, de asemenea, că leucemia și limfomul pot crește odată cu expunerea prelungită la COV în mediul interior. ^[7]

Reglarea interioară a emisiilor de COV

Pentru a defini corect COV, majoritatea națiunilor folosesc o serie de metode de măsurare a compușilor organici:

• adsorbția aerului pe Tenax TA
• cromosorb
• cărbune activ și adsorbanți similari
• desorbția termică
• separarea cromatografică a gazelor pe o coloană capilară
• analiza în vrac
• ionizare cu flacără.

COV apar în cromatogramă și sunt în general între n - hexan și n - hexadecan . Din analizele la care sunt supuși COV, este posibil să se identifice, pe lângă COV, și COV ( compuși organici foarte volatili ) și SVOC ( compuși organici semi-volatili ).

COV-urile sunt, de asemenea, încadrate într-o serie de standarde internaționale și de reglementare, inclusiv:

• ISO 16000-6
• ISO 13999 -2
• VDI 4300 -6
• schema de evaluare germană AgBB
• schema de aprobare germană DIBt
• metoda de testare EMICODE GEV.

Unele prezentări generale, pe lângă evaluarea emisiilor de COV, ^[8] au fost colectate și comparate. Franța și Germania au emis norme care vizează limitarea emisiilor de COV de la produsele comerciale, astfel încât o serie de etichete ecologice voluntare au fost dezvoltate de-a lungul timpului, cum ar fi:

• EMICOD ^[9]
• M1 ^[10]
• Blue Angel ^[11]
• Confort aer interior. ^[12]

În Statele Unite , sunt utilizate mai multe standarde. De exemplu, în California, cel mai utilizat standard este CDPH Secțiunea 01.350. ^[13]

Emisii biogene

Importanța emisiilor biogene, în special în unele zone, a devenit evidentă atunci când estimările BVOC ^[14] au fost comparate cu estimările emisiilor antropice. În Statele Unite , de exemplu, în 1990, o emisie biogenă de compuși organici volatili a fost estimată la 30.860 tone pe an, comparativ cu 21.090 tone pe an de COV antropici. Cantitatea de emisii biogene este mai mare decât emisiile antropice, în special în perioada de vară și coroborată cu creșterea cantității de ozon , în special în zonele rurale.

Interacțiuni cu atmosfera și solul

Emisiile biogene sunt de o importanță deosebită pentru influența lor asupra totală de carbon echilibru și asupra capacității de a reacționa cu ozon, OH și NO ₃ radicali , în producția de poluanți atmosferici , cum ar fi ozonul, aldehide , cetone. , Organici peroxizi și monoxid de carbon . Distribuția COV se datorează sumei dintre sursele care le emit și reactivității chimice a fiecărui compus.

În zonele rurale, concentrația de hidrocarburi nesaturate poate crește datorită emisiilor provenite atât din sol, cât și din vegetație. În zonele forestiere contribuția surselor naturale devine semnificativă, ducând la un efect semnificativ asupra chimiei și fotosintezei la scară locală, regională sau globală.

Chiar și incendiile , departe de zonele industrializate sau urbane, pot deveni o sursă de hidrocarburi nesaturate, capabile să modifice compoziția gazelor la nivelul urmelor. ^[15] Vegetația este principala sursă de emisii de COV biogene. Vegetatia este estimată la aproximativ jumătate din EMIT hidrocarburilor nemetanice biogene ( THC ), inclusiv izopren , terpene și hemiterpene . La scară globală, se estimează că vegetația emite 1,2 10 ¹⁵ gC anul ^-1 , o cantitate egală cu emisiile globale de metan (CH ₄ ). ^[16]

Este, de asemenea, îndoielnic că emisiile de compuși organici volatili de către vegetație constituie o parte deloc neglijabilă a carbonului eliberat în atmosferă ^[17] , chiar dacă reactivitatea lor ridicată ^[18] și variațiile mari spațiale și temporale ale ratelor de emisie duc la o variabilitate extremă a concentrației ^[19] . BVOC-urile sunt adesea împărțite în 4 clase: izopren (C ₅ H ₈ ), monoterpene (C ₁₀ H _x ), COV reactivi (ORVOC) (C _x H _y O _z ) și altele (OVOC).

Primele estimări ale numărului de compuși organici eliberați de vegetație au identificat peste 300 de compuși diferiți, inclusiv hidrocarburi și izoprenoizi ^[20] . Acest număr a fost ulterior crescut pentru a include alcooli , aldehide , cetone și esteri , pentru a număra mai mult de 1.000 de compuși ^[21] . Numai familia monoterpenelor include mai mult de o mie de structuri, inclusiv volatile și semi-volatile. Potențialul productiv al compușilor organici volatili din plante este bine ilustrat în figura următoare, care subliniază, de asemenea, modul în care COV sunt produse de multe compartimente diferite ale plantei și modul în care acestea sunt produsul diferitelor procese fiziologice:

Descrierea potențialului metabolic al instalațiilor de producție și emisie a diferitelor tipuri de compuși organici volatili:

COV biogeni

Compușii organici de origine biogenă sunt împărțiți în trei categorii: izopren, monoterpene și altele, care contribuie cu cote de 44%, 11% și, respectiv, 45%, la emisiile anuale totale de COV biogeni ^[22]

Izoprenul este clasificat ca produs secundar și este unitatea chimică de bază a monoterpenelor și a altor compuși terpenoizi . Produsele secundare au fost considerate toate acele substanțe, cum ar fi alcaloizii , taninurile și terpenele, care, înainte de studii privind semnificația fizi-ecologică a acestor metaboliți , au fost considerate a nu fi implicate în procesele metabolice esențiale pentru plante.

Dintre metaboliții secundari, terpenoizii constituie cel mai mare grup de compuși ai plantelor. Aceste substanțe se caracterizează printr-o unitate structurală comună, izoprenul și includ atât hormoni, cât și alte substanțe care au un rol fundamental în metabolismul plantei.

Monoterpene au o structură 2-unit cu 5 atomi de carbon (C ₅₎ și includ mono-, bi- și triciclice (C ₁₀₎ Structuri. Emisia de monoterpene este independentă de lumină ^[23] , cu excepția stejarilor sclerofili mediteraneeni, cum ar fi stejarul ilex ^[24] și stejarul coccifera . Deși este cunoscută modalitatea de formare și emisie a monoterpenelor la multe plante, cum ar fi de exemplu la conifere , mecanismele enzimatice ale formării monoterpenelor la stejarii mediteraneeni nu sunt încă sigure. Quercus ilex , de exemplu, produce diverși compuși, în principal α- pinen și β-pinen. Marcarea izotopică a acestor compuși cu ¹³ CO ₂ a sugerat că sinteza este localizată în principal în cloroplastele frunzelor. ^[25]

Rolul ecologic al terpenoizilor

Rolul metaboliților secundari este cunoscut în alelopatie , în protecția termică, în apărarea chimică, ca atractori pentru polenizare și ca agenți fitopatici. Multe terpene sau compuși derivați sunt toxici pentru celula vegetală, deoarece determină o reducere drastică a numărului de mitocondrii , modifică respirația și activitatea fotosintetică și scad permeabilitatea membranei celulare . Această toxicitate constituie un adevărat scut biochimic împotriva atacului insectelor , ciupercilor și microbilor . În cele din urmă, investigăm rolul jucat de terpenoizi și în mecanismele active de apărare ale plantei.

S-a emis ipoteza că unele terpenoide, în special izoprenul , au o funcție de protecție împotriva tensiunilor termice tipice în medii deșertice , evitând denaturarea membranelor expuse la temperaturi ridicate. Metaboliții secundari se acumulează de obicei în condiții stresante și s-a observat că, în anumite condiții, emisiile de izopren sunt crescute de condițiile stresante. În plus, gradul de termotoleranță depinde de cantitatea de izopren conținută în plante. Terpenele joacă un rol nu numai în respingerea și atracția insectelor fitofage , ci și în atracția insectelor polenizatoare .

Interacțiunea cu chimia troposferei

Compușii organici volatili joacă un rol cheie în chimia pe termen scurt a troposferei și au un impact major asupra schimbărilor globale, inclusiv a schimbărilor climatice. ^[26] Acestea pot:

• crește durata de viață a gazelor precum metanul , prin oxidarea radicalilor OH și producerea de CO ;
• contribuie la difuzia ( backscattering ) a aerosolilor prin formarea de aerosoli și a nucleelor ​​de condensare a norilor;
• crește depunerea de acid în unele zone prin formarea acizilor organici;
• controlează formarea ozonului în troposferă ;
• influențează bilanțul global de carbon.

Pentru a evalua impactul compușilor organici volatili asupra formării de ozon local, regional și global și posibilul impact asupra creșterii temperaturii, sunt necesare estimări exacte ale emisiilor de COV biogene. Cei mai abundenți și mai studiați compuși sunt izoprenul și monoterpenele, datorită reactivității lor ridicate și a importanței lor în determinarea cantității de amestecare OH.

Printre cei mai reactivi compuși volatili, în ceea ce privește producția de O ₃ , există izopren, cu o durată de viață în atmosferă de numai 1 ± 2 ore. Compușii organici volatili reacționează rapid cu radicalii hidroxil (· OH), ozonul (O ₃ ) și azotatul (NO ₃ ^- ). Aceste reacții duc la formarea de specii chimice secundare ^[27] care pot crește nivelurile de ozon și alți oxidanți în medii bogate în oxizi de azot.

Reacția dintre COV și OH poate crește nivelul de metan, OH fiind cea mai mare chiuvetă pentru metan. S-a estimat că emisiile de COV au ca efect global creșterea duratei de viață a metanului cu 15% și creșterea nivelului de ozon cu 18% (Baldocchi și colab. 2001 ).

Ozonul se formează din oxidarea fotochimică a compușilor organici volatili în prezența oxizilor de azot (NO _x = NO + NO ₂ ). Procesele de oxidare care duc la producerea de ozon încep cu fotoliza mai multor molecule. Producția de ozon depinde în mod neliniar de prezența oxizilor de azot și de emisiile de compuși organici. Figura de mai jos prezintă producția de ozon în funcție de oxizii de azot la diferite niveluri de concentrație de COV, ambii fiind factori limitativi pentru producerea de ozon.

Viteza producției de ozon în funcție de oxizii de azot la niveluri relevante de concentrație de COV:

Notă

Bibliografie

• Baldocchi D, Wilson KB, Lianhong Gu "Cum influențează mediul, structura baldachinului și funcționarea fiziologică a baldachinului fluxurile de carbon, apă și energie ale unei păduri temperate cu frunze largi - o evaluare cu modelul biofizic CANOAK" Tree Physiology 22, 1065-1077 , 2002
• Bonsang B., Boissard C., „Hidrocarburi reactive în atmosferă” de Hewitt CN, Academic Press, 1999
• Ciccioli P., Cecinato A., Brancaleoni E., Brachetti A., Frattoni M., Sparapani R. "Compoziția și distribuția COV polari și nepolari în zonele urbane, rurale, forestiere și îndepărtate" Proceedings of the European Symposium on Comportamentul fizico-chimic al poluanților atmosferici (G. Angeletti, G. Restelli, eds), Raport european 15609/1, Vol. 1: 549-568, 1994
• Fall R., Wildermuth MC „Isopren sintaza: de la mecanismul biochimic la algoritmul de emisie” J.Geophys. Rez., 103: 25599-25609, 1998
• Geron C., Pierce TE, Guenther A. "Reevaluarea emisiilor de compuși organici volatili biogeni în zona Atlanta" Atmospheric Environment 29, 13: 1569–1578, 1995
• Guenther A. Monson RK, Fall R. "Variabilitatea ratei de emisie a izoprenului și monoterpenei: observații cu eucalipt și dezvoltarea algoritmului ratei de emisie" Journal of Geophysical Research 96, D6, 10799-10808, 1991
• Guenther A., ​​Hewitt CN, Erickson D., Fall R., Geron C., Graedel T., Harley P., Klinger L., Lerdau M., McKay WA, Pierce T., Scholes B., Steinbrecker R ., Tallmraju R., Taylor J., Zimmerman P. "Un model global de emisii de compuși organici volatili naturali" Journal of Geophysical Research 100: 8873-8892, 1995
• Knudsen JT, Tollsten L., Bergstrom LG "Mirosuri florale - o listă de verificare a compușilor volatili izolați prin tehnici spațiale ale capului" Phythochemistry 33: 253-280, 1993
• Lerdau M., Guenther A., ​​Monson R. "Producția plantelor și emisia de compus organic volatil" BioSci. 47: 373-383, 1997
• Loreto F., Ciccioli P., Cecinato A., Brancaleoni E., Frattoni M., Tricoli D., "Influența factorilor de mediu și a compoziției aerului asupra emisiilor de α-pinen din frunzele Quercus ilex" Fiziologia plantelor 110: 267- 275, 1996a
• Loreto F., Ciccioli P., Cecinato A., Brancaleoni E., Frattoni M., Fabozzi C., Tricoli D. "Evidența originii fotosintetice a monoterpenelor emise de frunzele Quercus ilex L. prin etichetarea I3C" Fiziologia plantelor 110: 1317-1322, 1996b
• Staudt M, Bertin N. "Dependența de lumină și temperatură a emisiilor de monoterpene ciclice și aciclice din frunzele de stejar (Quercus ilex L.)" Plant, Cell and Environment 21: 385-395, 1998

Elemente conexe

• Terpene
• Ozon
• Biofiltrare
• BTEX

linkuri externe

• ( EN ) Compuși organici volatili , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portal de arhitectură

Portalul chimiei

Portal de ecologie și mediu