Introduzione e caratteristiche di alcuni gas comuni e gas tossici pericolosi

1. Azoto (N₂)

L'azoto è il gas più abbondante nell'aria, costituendo circa il 78% del volume dell'aria. È un gas incolore, inodore e insapore. Le sue proprietà chimiche sono relativamente stabili, rendendolo difficile da far reagire con altre sostanze a temperatura ambiente.

Nell'industria, l'azoto ha una vasta gamma di applicazioni, come l'uso nell'imballaggio alimentare per prevenire l'ossidazione e il deterioramento. Nella produzione chimica, può fungere da gas protettivo per impedire alle sostanze facilmente ossidabili di entrare in contatto con l'ossigeno.

2. Ossigeno (O₂)

L'ossigeno costituisce circa il 21% del volume dell'aria. È un gas incolore, inodore che supporta la combustione e la respirazione. Quando la concentrazione di ossigeno è inferiore al 19,5% VOL, è ipossico; sopra il 23,5% VOL è uno stato iperossico. Pertanto, i comuni rilevatori di ossigeno hanno generalmente un allarme basso impostato al 19,5% VOL e un allarme alto al 23,5% VOL.

Nel campo medico, l'ossigeno viene utilizzato per il primo soccorso e per il trattamento di malattie ipossiche. Nell'industria, l'ossigeno viene utilizzato nella produzione di acciaio, reagendo con il coke per produrre monossido di carbonio, che a sua volta riduce il minerale di ferro. Nel campo aerospaziale, l'ossigeno liquido funge da ossidante per i motori a razzo, propellendo i razzi.

3. Anidride Carbonica (CO₂)

L'anidride carbonica è un gas incolore e inodore. Il suo contenuto nell'aria è circa dello 0,04%. Le fonti di CO₂ sono estese, inclusa la respirazione biologica e la combustione di combustibili fossili.

Nell'industria, la CO₂ è utilizzata nella produzione di bevande gassate. Nella lotta antincendio, gli estintori a CO₂ sfruttano il fatto che la CO₂ non supporta la combustione ed è più densa dell'aria per estinguere gli incendi. In agricoltura, la CO₂ è utilizzata nella coltivazione in serra per aumentare la concentrazione di CO₂ e promuovere la fotosintesi delle piante.

Limiti di Esposizione:

• Luogo di Lavoro: Secondo GBZ 2.1-2019, il PC-TWA per la CO₂ è di 9000 mg/m³, e il PC-STEL è di 18000 mg/m³. Convertito, il PC-TWA è di circa 5000 ppm e il PC-STEL è di circa 10000 ppm.

• Standard Ambientale Interno: Lo standard cinese sulla qualità dell'aria interna stabilisce che la concentrazione interna di CO₂ non deve superare i 1000 ppm.

4. Argon (Ar)

L'argon costituisce circa lo 0,934% del volume dell'aria. È un gas inerte con proprietà chimiche estremamente inattive.

Nella saldatura, l'argon viene utilizzato come gas di protezione per prevenire l'ossidazione dei metalli durante la saldatura, ampiamente applicato nella saldatura di acciaio inossidabile e leghe di alluminio. Nell'illuminazione, l'argon viene utilizzato per riempire le lampadine, riducendo l'evaporazione del filamento e prolungando la durata della lampadina.

5. Elio (He)

L'elio è un gas incolore, inodore e non infiammabile. È il gas più difficile da liquefare. Le sue proprietà chimiche sono molto stabili.

Nell'aerospaziale, l'elio viene utilizzato per gonfiare dirigibili e palloni perché è più leggero dell'aria e sicuro. Nelle immersioni, l'elio viene miscelato con ossigeno per le immersioni in profondità per prevenire la malattia da decompressione. Nell'industria elettronica, l'elio viene utilizzato per il raffreddamento e la protezione durante la produzione di semiconduttori.

6. Neon (Ne)

Il neon è un gas raro, incolore e inodore. Emette una brillante luce arancione-rossa quando viene scaricato. Sulla base di questa caratteristica, è principalmente utilizzato nella produzione di insegne al neon, conferendo loro vari colori. Nella tecnologia laser, il neon può anche essere utilizzato come gas di riempimento per alcuni tipi di laser.

7. Kripton (Kr)

Il kripton è un gas incolore e inodore. Emette luce bianca quando viene scaricato ed è spesso utilizzato per produrre apparecchi di illuminazione ad alta luminosità, come le lampade a flash. Nell'industria elettronica, il kripton viene utilizzato anche in alcuni processi speciali di produzione di semiconduttori e nella fabbricazione di dispositivi come gas protettivo.

8. Xenon (Xe)

Lo xenon è un gas inerte che emette un'intensa luce bianco-bluastra quando viene scaricato. Nell'illuminazione, le lampade allo xenon hanno le caratteristiche di alta luminosità e alta temperatura di colore, comunemente utilizzate per i fari automobilistici e l'illuminazione di palcoscenico. In medicina, lo xenon ha un effetto anestetico e può essere utilizzato come gas anestetico.

9. Metano (CH₄)

Il metano è l'idrocarburo più semplice e il componente principale del gas naturale. È un gas incolore, inodore e infiammabile. L'intervallo convenzionale per i gas combustibili è generalmente impostato allo 0-100% LEL.

Nell'energia, il metano viene utilizzato come fonte di energia pulita per la generazione di elettricità e il riscaldamento. Nella produzione chimica, il metano può essere utilizzato come materia prima per produrre metanolo, acetilene e altri prodotti chimici. Il metano proviene principalmente dall'estrazione di gas naturale, nonché dal biogas prodotto dalla digestione anaerobica, che contiene anche una grande quantità di metano.

10. Etano (C₂H₆)

L'etano è un gas incolore, inodore e infiammabile comunemente presente nell'industria petrolchimica. Si trova principalmente nel gas naturale e nel gas di cracking del petrolio. L'etano può essere utilizzato per produrre etilene, un'importante materia prima chimica utilizzata per produrre materie plastiche (ad esempio, polietilene), fibre sintetiche, gomma sintetica e molti altri prodotti chimici.

11. Propano (C₃H₈)

Il propano è un comune gas combustibile e uno dei componenti principali del gas di petrolio liquefatto (GPL). A temperatura e pressione ambiente, il propano è gassoso, ma può essere liquefatto sotto pressione appropriata per un facile stoccaggio e trasporto. Viene utilizzato principalmente per la cottura domestica, il riscaldamento, nonché per il taglio e la saldatura industriale, producendo un alto calore quando brucia.

12. Ossido Nitrico (NO) e Biossido di Azoto (NO₂) (Ossidi di Azoto)

L'ossido nitrico è un gas incolore; il biossido di azoto è un gas rosso-marrone con un odore pungente. Provengono principalmente da processi di combustione ad alta temperatura come i gas di scarico dei veicoli e la generazione di energia termica.

Gli ossidi di azoto sono inquinanti atmosferici che causano problemi ambientali come piogge acide e smog fotochimico. Nella produzione chimica, l'ossido nitrico può anche essere utilizzato come materia prima per produrre acido nitrico e altri prodotti chimici.

Gli ossidi di azoto provengono principalmente dalla combustione di combustibili e da processi chimici, galvanici e di altro tipo. NO₂ irrita fortemente le vie respiratorie, può causare asma acuta ed è considerato un fattore causale di enfisema e tumori polmonari.

Limiti di Esposizione:

• Limiti di Esposizione Occupazionale sul Luogo di Lavoro: Secondo il 2° emendamento a GBZ 2.1-2019 (in vigore dal 1° maggio 2025), il PC-TWA per NO è di 15 mg/m³; per NO₂, il PC-TWA è di 5 mg/m³ e il PC-STEL è di 10 mg/m³.

• Standard di Qualità dell'Aria Ambientale: Secondo GB 3095-2012, il limite medio annuo per NO₂ è di 40 μg/m³, e il limite medio delle 24 ore è di 80 μg/m³, che si converte in circa 0,017 ppm e 0,035 ppm.

• Standard di Emissione Industriale: Secondo GB 16297-1996, per le imprese costituite dopo il 1° gennaio 1997, il limite di concentrazione di emissione di NOx è di 240 mg/m³; per quelle costituite prima, è di 420 mg/m³. Per la fusione dell'alluminio, le imprese di alluminio secondario devono conformarsi a GB 31574-2015, con un limite di emissione di NOx di 200 mg/m³. Esistono anche alcuni standard locali.

13. Monossido di Carbonio (CO)

Il CO è un gas incolore, inodore e tossico. È principalmente un prodotto della combustione incompleta di materiali contenenti carbonio, come i gas di scarico dei veicoli e la combustione incompleta del carbone. Il CO si lega all'emoglobina nel sangue, riducendo la sua capacità di trasporto dell'ossigeno, portando a ipossia tissutale e avvelenamento.

Nell'industria, il CO può essere utilizzato nella fusione dei metalli, come nella produzione di ferro, dove il CO agisce come agente riducente per ridurre il ferro dal minerale di ferro.

Effetti di Diverse Concentrazioni di CO sul Corpo Umano:

• Disagio Lieve: A 50-100 ppm, possono verificarsi lievi mal di testa e vertigini. Adulti sani in un ambiente del genere per un breve periodo (ad esempio, 1-2 ore) possono avvertire disagio ma generalmente possono tollerarlo. Pertanto, l'intervallo convenzionale per il CO è 0-100 ppm.

• Disagio Evidente: A 200-300 ppm, si verificheranno evidenti mal di testa, nausea, vomito e affaticamento. Le persone si sentiranno molto a disagio e i sintomi peggioreranno gradualmente nel tempo (ad esempio, 2-3 ore).

• Avvelenamento Grave: A 800-1200 ppm, si verificano sintomi gravi come coma e convulsioni. Senza una rimozione tempestiva dall'ambiente, c'è il rischio di morte. In concentrazioni così elevate, è difficile per le persone tollerare a lungo; la perdita di coscienza può verificarsi entro 30 minuti a 1 ora.

• Mortalità: Sopra i 3200 ppm, possono verificarsi depressione respiratoria e arresto cardiaco entro pochi minuti, mettendo rapidamente in pericolo la vita. Il corpo umano difficilmente può sopportare concentrazioni di CO così elevate.

14. Ammoniaca (NH₃)

L'ammoniaca è un gas con un odore pungente. È un'importante materia prima chimica, utilizzata principalmente per produrre fertilizzanti azotati come urea e nitrato d'ammonio. Nella refrigerazione, l'ammoniaca era un tempo un comune refrigerante, ma il suo uso è ora limitato a causa della sua tossicità e infiammabilità. Nell'industria tessile, l'ammoniaca viene utilizzata per produrre fibre artificiali.

Limiti di Esposizione:

• MAC: 30 mg/m³ (circa 41,7 ppm)

• PC-TWA: 20 mg/m³ (circa 27,8 ppm)

• PC-STEL: 30 mg/m³ (circa 41,7 ppm)

15. Anidride Solforosa (SO₂)

SO₂ è un gas incolore, fortemente irritante con un odore simile all'acido solforico, facilmente solubile in acqua. Proviene principalmente dai prodotti di combustione di combustibili minerali contenenti zolfo, nonché da processi come la tostatura di minerali metallici, lo sbiancamento di lana e seta, la produzione di pasta chimica e la produzione di acido. Irrita le vie respiratorie, causando bronchite e asma, e forma anche piogge acide, danneggiando l'ambiente ecologico.

Limiti di Esposizione:

• MAC: 15 mg/m³ (circa 5,3 ppm)

• PC-TWA: 5 mg/m³ (circa 1,8 ppm)

• PC-STEL: 10 mg/m³ (circa 3,5 ppm)

16. Acido Solfidrico (H₂S)

H₂S è un gas incolore con odore di uova marce. Proviene principalmente dall'estrazione di petrolio e gas e dalla decomposizione di solfuri nella produzione chimica. H₂S è un gas altamente tossico che causa gravi danni ai sistemi respiratorio e nervoso umano. Nell'industria, H₂S può essere utilizzato per produrre acido solforico e altri prodotti chimici.

Limiti di Esposizione (Cina):

• MAC: 10 mg/m³ (circa 6,5 ppm)

• Valore Limite di Soglia: 15 mg/m³ (10 ppm)

• Concentrazione Critica di Sicurezza: 30 mg/m³ (20 ppm)

• Concentrazione Critica Pericolosa: 150 mg/m³ (100 ppm)

17. Fosfina (PH₃)

La fosfina è un gas altamente tossico. L'inalazione causa danni al sistema respiratorio, al sistema nervoso e al cuore. Alte concentrazioni possono causare la morte in breve tempo. Anche l'esposizione a lungo termine a basse concentrazioni può causare avvelenamento cronico, come vertigini, nausea e affaticamento.

Proviene principalmente dall'idrolisi di fosfuri metallici come il fosfuro di alluminio. Nella conservazione dei cereali, il fosfuro di alluminio viene utilizzato come fumigante per prevenire gli insetti. Il fosfuro di alluminio reagisce con il vapore acqueo nell'aria per generare fosfina. Inoltre, il trattamento improprio di rifiuti industriali contenenti fosforo può anche produrre fosfina.

Limiti di Esposizione: Il MAC cinese per la fosfina è di 0,3 mg/m³ (circa 0,22 ppm).

18. Arsina (AsH₃)

L'arsina è un potente veleno emolitico. Quando entra nel corpo, si lega all'emoglobina nei globuli rossi, causando la rottura dei globuli rossi e l'emolisi acuta. I sintomi includono mal di testa, nausea, vomito, dolore lombare ed emoglobinuria. Casi gravi possono portare a insufficienza renale e persino alla morte.

Durante la fusione di metalli non ferrosi, in particolare di minerali contenenti arsenico, l'arsina può essere generata quando l'arsenico nel minerale reagisce con l'idrogeno. Ad esempio, nei processi di fusione di piombo, zinco e altri metalli, se il minerale contiene impurità di arsenico, l'arsina può essere prodotta in ambienti ad alta temperatura e riducenti. Inoltre, nell'industria elettronica, composti come l'arseniuro di gallio possono produrre piccole quantità di arsina durante la lavorazione.

Limiti di Esposizione: Secondo GBZ 2.1-2019, il MAC per l'arsina è di 0,03 mg/m³ (circa 0,08 ppm).