Presentazione del corso Chimico - ITIS Galileo Galilei

I.T.I.S. “G.GALILEI” AREZZO
AREA di PROGETTO
Classe V Chimici
a.s. 2009-2010
1

I.T.I.S. Galileo Galilei, Arezzo
Anno Scolastico: 2009-2010
AREA di PROGETTO:
partecipazione al “Progetto Ponte Scuola-Università”
In collaborazione con: Università degli Studi di Firenze
Dipartimento di Scienze della Terra
Referente dell’ Università degli Studi di Firenze: Prof. Giannini Luciano
Classe partecipante al progetto: V A specializzazione “Chimica”
Docenti della classe partecipanti al progetto: Prof.sa Maria Luisa Cangeloni
Prof. Oreste Scopanova.
Studenti partecipanti al progetto: Annetti Luca
Balestri Giulio
Benassi Francesca
Capaccioli Luca
Conti Jessica
Crestini Giulia
Gasparini Giovanni
Geppetti Luca
Guerrieri Alessandro
Innocenti Riccardo
Leprini Michela
Maccherini Giacomo
Manneschi Mattia
Marzani Luca
Picchioni Stefano
Renzetti Amedeo
Screnci Lorenzo
Sorini Michele
2

I destinatari del progetto
Il Progetto
Il progetto era aperto alle classi 4° e 5° delle 5 specializzazioni
presenti nell’Istituto: Chimica, Elettrotecnica, Meccanica per i
corsi di ordinamento ed Elettronica-Informatica e Biologia-
Sanitaria per i corsi sperimentali.
Descrizione del progetto e relativa finalità generale
Il progetto ha avuto una duplice finalità: quella di accompagnare
gli studenti ad una transizione più consapevole verso i corsi
universitari e quella di offrire loro ulteriori opportunità.
Il progetto prevedeva attività in parte comuni a tutti i corsi e in
parte specifici per specializzazione.
Obiettivi specifici
Il contatto con la realtà universitaria è stato utile per mostrare
sotto una luce diversa il problema del “conoscere”. È stato
perseguito così l’obiettivo di mettere lo studente nella condizione
di valutare le proprie conoscenze in relazione a quelle utili a
livello universitario. È stato dunque stimolato il formarsi di
“un’autonomia nell’approfondimento” attraverso un processo di
consolidamento di ciò che hanno studiato al fine di accedere ad
argomenti presentati come campi aperti di ricerca.
Ciò che è stato proposto dal docente universitario aveva poi lo
scopo di suggerire all’insegnante di scuola superiore quale tipo di
preparazione ci si aspetta dallo studente matricola universitaria e,
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di rimando, il contatto del docente universitario con gli studenti al
di fuori dei corsi istituzionali ha contribuito a chiarire come
rimodulare i corsi iniziali per meglio accompagnare lo studente
neo-iscritto.
Attività
Il progetto ha voluto rispecchiare le finalità dei corsi biologicosanitario
e chimico.
Le attività previste tendevano a stimolare la curiosità e l’interesse
alla prosecuzione degli studi, mettendo alla prova le capacità, le
conoscenze e le attitudini degli studenti attraverso:
-l’individuazione di un ambito attinente al corso di studi;
-la costruzione di un breve percorso di lavoro/ricerca su
indicazione dei docenti universitari;
-lo svolgimento del lavoro sia in istituto che nel luogo oggetto di
studio;
-la conclusione con un prodotto finito presentato dagli studenti.
Nell’ambito di studio del territorio, rivolto agli studenti dei corsi
biologico-sanitario e chimico, il progetto prevedeva
campionamenti ed analisi di fonti idriche, allo scopo di valutare e
monitorare il loro stato esistenziale.
Il lavoro è stato svolto in concomitanza in quanto, pur operando
ogni gruppo nei propri campi, le conclusioni sono state frutto di
interazione reciproche. In questa area di progetto è stato riportato
solo il lavoro effettuato dalla classe V specializzazione “Chimica”.
4

Scheda di campionamento acque superficiali
Data: 4 febbraio 2010
Parametri
esaminati
Posizione GPS
Altitudine
Pressione
Temperatura
dell’acqua
Temperatura
dell’ambiente
Condizioni
meteorologiche
Condizioni ambientali:
Monitoraggio delle acque del fiume Arno
Buon Riposo
N 43°31’11”
E 11°40’43”
203,60 metri
in località:
Monte sopra
Rondine
N 43°30’10”
E 11°47’33”
248,47 metri
Monte sopra
Rondine
( Arno-Chiana)
N 43°30’6”
E 11°47’34”
249,18 metri
Monitoraggio
fonte di
Montione
N 43°28’46”
E 11°50’57”
280,96 metri
998mmBar 998 mmBar 998 mmBar 994mmBar
6°C 7°C 9,7°C 12,8 °C
11°C 12°C 12°C 13,4 °C
nuvoloso nuvoloso nuvoloso nuvoloso
5

Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Località
Montione
Conducibilità 3770 µS
pH 6,56
Solfati 14 ppm
Nitriti 0,058 ppm
Nitrati 12,8 ppm
Ammonio 3,6 ppm
Fosfati 2,35 ppm
Cloruri 98,75 ppm
Ferro 8,6 ppm
Rame 0,34 ppm
Durezza 7,25 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
45,3 ppm
COD 54,94 ppm
O2
42,4 ppm
6

Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Monte
Sopra
Rondine
(Arno)
Località
Monte
Sopra
Rondine
(Chiana)
Conducibilità 890 µS 890 µS
pH 8,28 8,23
Solfati 80 ppm 90 ppm
Nitriti 0,019 ppm 0,073 ppm
Nitrati 2,6 ppm 8,5 ppm
Ammonio 0,92 ppm 1,86 ppm
Fosfati 0,45 ppm 1,74 ppm
Cloruri 63,479ppm 63,479ppm
Ferro 1,2 ppm 0,91 ppm
Rame 0,44 ppm 1,09 ppm
Durezza 10,4 °F 9,35 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
326,3 ppm 349,2 ppm
COD 18,3 ppm 18,3 ppm
O2 6,47 ppm 81,5 ppm
Affluenza Canale Maestro della Chiana nell’Arno
Canale Maestro della Chiana.
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Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Località
Buon Riposo
Conducibilità 420 µS
pH 8,46
Solfati 33 ppm
Nitriti 0,021 ppm
Nitrati 0,5 ppm
Ammonio 0,10 ppm
Fosfati 0,76 ppm
Cloruri 17,633 ppm
Ferro
0,07 ppm
Rame 0,02 ppm
Durezza 5,3°F
Alcalinità
(HCO3 - )
217,7 ppm
COD 25, 64 ppm
O2
89,6 ppm
8

Parametri
esaminati
Comparazione analisi chimiche
Monitoraggio delle acque nel fiume Arno
Buon Riposo
in località:
Monte sopra
Rondine
Monte sopra
Rondine
( Arno -
Chiana)
Monitoraggio
fonte di
Montione
Conducibilità 420 µS 890 µS 890 µS 3770 µS
pH 8,46 8,28 8,28 6,56
Solfati 33 ppm 80 ppm 90 ppm 14 ppm
Nitriti 0,021 ppm 0,019 ppm 0,073 ppm 0,058 ppm
Nitrati 0,5 ppm 2,6 ppm 8,5 ppm 12,8 ppm
Ammonio 0,10 ppm 0,92 ppm 1,86 ppm 3,6 ppm
Fosfati 0,76 ppm 0,45 ppm 1,74 ppm 2,35 ppm
Cloruri 17,633 ppm 63,479 ppm 63,479 ppm 98,75 ppm
Ferro 0,07 ppm 1,2 ppm 0,91 ppm 8,6 ppm
Rame 0,02 ppm 0,44 ppm 1,09 ppm 0,34 ppm
Durezza 5,3°F 10,4 °F 9,35 °F 7,25 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
217,7 ppm 326,3 ppm 349,2 ppm 45,3 ppm
COD 25, 64 ppm 18,3 ppm 18,3 ppm 54,94 ppm
O2 89,6 ppm 6,47 ppm 81,5 ppm 42,4 ppm
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Scheda di campionamento acque superficiali
Data: 31 maggio 2010
Monitoraggio delle acque nel fiume: Arno
Parametri
esaminati
Condizioni ambientali:
Monitoraggio delle acque del fiume Arno
Buon Riposo
in località:
Monte sopra
Rondine
Monte sopra
Rondine
(Arno – Chiana)
Monitoraggio
Chiana
in località:
Presso lago di
Montepulciano
Ora prelievo 17:11 18:15 18:30 15:35
Posizione GPS
N 43°31’11”
E 11°49’42,5”
Altitudine 202 m
Pressione
Temperatura
dell’acqua
Temperatura
dell’ambiente
Condizioni
meteorologiche
N 43°30’8,7”
E 11°47’33,4”
N 43°31’11”
E 11°49’42,5”
N 43°05’53,7”
E 011°35’03.4”
205 m 205 m 251 m
980 mmBar 981 mmBar 981 mmBar 975 mmBar
20,4 °C 21,7 °C 21,5 °C 25,8 °C
25 °C 23 °C 23 °C 26 °C
Tempo sereno
parzialmente
ventilato
Tempo sereno
parzialmente
ventilato
Tempo sereno
parzialmente
ventilato
Tempo sereno
parzialmente
ventilato
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Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Località
Chiana-
Montepulciano
Conducibilità 665 µS
pH 7,59
Solfati 112 ppm
Nitriti 0,006 ppm
Nitrati 1,8 ppm
Ammonio 0,18 ppm
Fosfati 0,00 ppm
Cloruri 49,54 ppm
Ferro 0,31 ppm
Rame 0,10 ppm
Durezza 22,63 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
266,57 ppm
COD 235,57 ppm
O2
76,7 ppm
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Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Monte
Sopra
Rondine
(Arno)
Località
Monte
Sopra
Rondine
(Chiana)
Conducibilità 306 µS 881 µS
pH 8,04 8
Solfati 60 ppm 66 ppm
Nitriti 0,096 ppm 0,090ppm
Nitrati 0,9 ppm 2,9 ppm
Ammonio 0,15 ppm 0,11 ppm
Fosfati 0,58 ppm 2,57 ppm
Cloruri 58,22 ppm 52,43ppm
Ferro 0,14 ppm 0,16 ppm
Rame 0,19 ppm 0,07 ppm
Durezza 24 °F 24 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
323,3 ppm 317,2ppm
COD 65,24 ppm 24,94ppm
O2
113,7 ppm 127 ppm
12

Analisi Chimiche
Parametri
esaminati
Località
Buon Riposo
Conducibilità 344 µS
pH 7,85
Solfati 28 ppm
Nitriti 0,010 ppm
Nitrati 1,9 ppm
Ammonio 0,03 ppm
Fosfati 0,03 ppm
Cloruri 11,75 ppm
Ferro 0,08 ppm
Rame 0,00 ppm
Durezza 14,6 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
167,75 ppm
COD 21,28 ppm
O2
97,8 ppm
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Parametri
esaminati
Comparazione analisi chimiche
Monitoraggio delle acque del fiume Arno
Buon Riposo
in località:
Monte sopra
Rondine
Monte sopra
Rondine
( Arno -
Chiana)
Monitoraggio
Chiana presso
il lago di
Montepulciano
Conducibilità 344 µS 306 µS 881 µS 665 µS
pH 7,85 8,04 8 7,59
Solfati 28 ppm 60 ppm 66 ppm 112 ppm
Nitriti 0,010 ppm 0,096 ppm 0,090ppm 0,006 ppm
Nitrati 1,9 ppm 0,9 ppm 2,9 ppm 1,8 ppm
Ammonio 0,03 ppm 0,15 ppm 0,11 ppm 0,18 ppm
Fosfati 0,03 ppm 0,58 ppm 2,57 ppm 0,00 ppm
Cloruri 11,75 ppm 58,22 ppm 52,43ppm 49,54 ppm
Ferro 0,08 ppm 0,14 ppm 0,16 ppm 0,31 ppm
Rame 0,00 ppm 0,19 ppm 0,07 ppm 0,10 ppm
Durezza 14,6 °F 24 °F 24 °F 22,63 °F
Alcalinità
(HCO3 - )
167,75 ppm 323,3 ppm 317,2ppm 266,57 ppm
COD 21,28 ppm 65,24 ppm 24,94ppm 235,57 ppm
O2 97,8 ppm 113,7 ppm 127 ppm 76,7 ppm
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Parametri esaminati
- Solfati
- Nitriti
- Nitrati
- Ammonio
- Fosfati
- Ferro
- Rame
- Conducibilità
- pH
- Cloruri
- Durezza totale
- Alcalinità
- COD
Metodiche utilizzate
Strumenti o Metodiche
Spettrofotometro portatile a
monoraggio modello HACH
DR / 2010 precalibrato per oltre
120 misure colorimetriche
Conducimetro portatile
pHmetro portatile Hanna
Instruments
Vedere metodiche allegate
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Determinazione dei cloruri
Metodo volumetrico secondo Mohr
Reattivi:
1. Soluzione standard di AgNO3 0,01 N. La soluzione si prepara diluendo
una soluzione 0,1 N di nitrato di argento.
2. Indicatore: soluzione di K2CrO4 al 5%. Si prepara sciogliendo 50
grammi di cromato di potassio in un litro di acqua distillata.
Procedimento:
A 100 mL di acqua da analizzare si aggiungono 5 gocce della soluzione al
5% di cromato di potassio e si titola con la soluzione di nitrato d’argento
0,01 N fino a viraggio da giallo a giallo-rossastro.
N.B. Il pH del campione da analizzare deve essere compreso tra 7,0 e 8,3.
I risultati si esprimono in mg/L di ione cloruro.
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Determinazione della durezza totale
Esprime il contenuto dei sali di calcio e di magnesio contenuti nel
campione di acqua.
Reattivi occorrenti:
1. Soluzione titolata di E.D.T.A. 0,01 M. Si prepara sciogliendo 3,77 g di
EDTA sale bisodico in un litro di acqua distillata e determinandone il
titolo usando MgSO4.7H2O come sostanza madre.
2. Soluzione tampone a pH 10. Sciogliere 70 g di cloruro di ammonio in
acqua distillata, aggiungere 550 mL di soluzione di ammoniaca (d=0,92
g/mL) e portare il tutto ad un litro.
3. Indicatore: Nero Eriocromo T (NET) all’1%. Soluzione solida ottenuta
mescolando intimamente 1 g di indicatore con 99 g di cloruro di sodio.
Procedimento
A 100 mL di acqua in esame si aggiungono 10 mL di soluzione tampone a
pH 10 ed una puntina di spatola di NET, si titola con la soluzione di EDTA
0,01 M fino a viraggio dell’indicatore da rosa ad azzurro.
Se l’acqua in esame non contiene lo ione magnesio il viraggio
dell’indicatore non è facilmente distinguibile per cui è necessario
aggiungere un volume noto di una soluzione di solfato di magnesio 0,01 M
tenendone poi conto nei calcoli finali.
Calcoli
Il risultato si esprime in gradi francesi (°F) che indicano i grammi di
CaCO3 in 100 litri di acqua per cui: 1°F = 10 ppm di CaCO3.
mg/L = V*M*PM*10 °F = V*M*PM = V*M*100
dove: V è il volume di EDTA usato nella prova
M è la molarità dell’EDTA
PM è la massa molare del carbonato di calcio (=100 g/mol)
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Determinazione del COD
Il COD rappresenta la misura dell’ossigeno necessario ad ossidare
chimicamente le sostanze presenti in un campione, per mezzo di un
ossidante forte in ambiente acido a caldo.
1. Principio del metodo
Il metodo prevede l’ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche,
presenti in un campione d’acqua, mediante una soluzione di dicromato di
potassio in presenza di acido solforico concentrato. L’eccesso di dicromato
viene titolato con una soluzione di solfato di ammonio e ferro (II).
La concentrazione delle sostanze organiche ed inorganiche ossidabili è
proporzionale alla quantità di dicromato di potassio consumato.
4. Campionamento e conservazione del campione
Per evitare eventuali perdite conseguenti ad ossidazione biologica delle
sostanze organiche, il campione deve essere acidificato fino a pH=1÷2 con
acido solforico conc. In ogni caso è consigliabile effettuare l’analisi il più
presto possibile.
Reattivi occorrenti:
- Soluzione concentrata di dicromato di potassio (0,25 N)
Sciogliere 12,259 g di dicromato di potassio (K2Cr2O7), previamente
essiccato per 2 ore a 105 °C, in acqua e diluire a 1000 mL in matraccio
tarato.
- Acido solforico concentrato, H2SO4 (d=1,84)
- Soluzione di 1,10-fenantrolina-solfato di ferro (II) (ferroina)
Sciogliere 1,485 g di 1,10-fenantrolina monoidrato, C12H8N2·H2O, in
circa 80 mL di acqua. Aggiungere 0,695 g di solfato di ferro (II)
eptaidrato, FeSO4·7H2O. Agitare sino a completa dissoluzione e diluire a
100 mL con acqua.
- Soluzione concentrata di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,25 N)
Sciogliere 98 g di solfato di ammonio e ferro (II) esaidrato,
FeSO4(NH4)2SO4·6H2O, in 500 mL di acqua. Aggiungere 20 mL di acido
solforico concentrato, raffreddare e diluire a 1000 mL.
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Il controllo del titolo di questa soluzione viene effettuato con una
soluzione di bicromato di potassio 0,25 N impiegando come indicatore
una soluzione di fenantrolina.
- Soluzione diluita di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,025 N).
Diluire a 1000 mL in matraccio tarato 100 mL della soluzione di solfato
di ammonio e ferro (II) 0,25 N. Il controllo del titolo della soluzione
viene effettuato con una soluzione di dicromato di potassio 0,025 N
Procedimento
Procedimento per acque con COD>50 mg/L
Porre in un recipiente di vetro da 500 mL un campione di acqua di 50 mL,
5 mL di H2SO4 concentrato ed alcune sferette di vetro da ebollizione. Il
recipiente deve essere raffreddato onde evitare eventuali perdite di
sostanze volatili.
Aggiungere 25 mL della soluzione 0,25 N di dicromato di potassio.
Inserire il refrigerante ed iniziare la circolazione dell’acqua.
Infine, lentamente ed agitando, versare 70 mL di acido solforico
concentrato.
Iniziare il riscaldamento e lasciare bollire per 2 ore. Interrotto il
riscaldamento, lasciare raffreddare, lavare bene il refrigerante con acqua in
modo da diluire il contenuto del recipiente fino ad un volume di 350-400
mL. Aggiungere 2-3 gocce di soluzione indicatrice di fenantrolina e
titolare l’eccesso di dicromato con la soluzione di solfato di ammonio e
ferro (II) 0,25 N fino a viraggio del colore da blu-verde a bruno-rosso.
Eseguire in parallelo una prova in bianco sostituendo i 50 mL di campione
con 50 mL di acqua distillata.
Calcoli
La richiesta chimica di ossigeno (COD) viene calcolata applicando la
seguente espressione (valida nel caso di assenza di diluizione del
campione):
COD = (v1 –v2)*N*8000/V
dove:
COD = richiesta chimica di ossigeno (mg/L);
v1 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati nella
prova in bianco;
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v2 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati per il
campione;
N = normalità della soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) impiegata;
8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il
dato al volume di un litro;
V = volume (mL) di campione di acqua usato per l’analisi.
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Determinazione dell’alcalinità
L’alcalinità è data da quelle sostanze che rendono il pH superiore a 7.
L’alcalinità di un’acqua naturale è rappresentata fondamentalmente dal suo
contenuto in carbonati, bicarbonati ed idrossidi; questa caratteristica
dell’acqua viene determinata per mezzo della titolazione con un acido forte
usando indicatori particolari a vari pH.
Sono indicatori adatti il metilarancio il quale ha un punto di viraggio a pH
4,5 e la fenolftaleina a pH 8,3.
Alcalinità alla fenolftaleina
Esprime il contenuto di idrossidi e di metà dei carbonati.
Reattivi:
1. Soluzione titolata di HCl 0,01 N
2. Indicatore: soluzione di fenolftaleina 0.1% in alcool etilico al 70%
Procedimento
A 100 mL di acqua in esame (oppure ad un’aliquota) si aggiungono due
gocce di fenolftaleina e si titola con HCl 0,01 N fino a viraggio
dell’indicatore da rosa ad incolore.
Espressione del risultato
Nelle nostre analisi non erano presenti idrossidi e carbonati perché il
campione di acqua non si è colorato con la fenolftaleina.
Alcalinità al metilarancio
L’alcalinità al metilarancio è quella totale, essendo dovuta a idrossidi,
carbonati e bicarbonati.
Reattivi:
1. Soluzione titolata di HCl 0,01 N
2. Indicatore: soluzione di metilarancio (sale sodico) 0,1% in acqua
distillata
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Procedimento
A 100 mL di acqua in esame (oppure ad un’aliquota) si aggiungono due
gocce di metilarancio e si titola con HCl 0,01 N fino a viraggio
dell’indicatore dal giallo al rosso-arancio.
Espressione del risultato
Il risultato della prova si esprime in ppm di HCO3 - .
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Riflessioni sui risultati ottenuti
Dopo aver effettuato le varie analisi sui campioni di acque prelevate a
Buon Riposo, Monte Sopra Rondine, Montione e Montepulciano, abbiamo
comparato i vari risultati ottenuti, riscontrando notevoli differenze tra i
prelievi del 4 febbraio 2010 e il 31 maggio 2010.
Il valore più discusso è stato il COD, si può notare che c’è una notevole
differenza nei vari campioni, in particolare in quello di Monte Sopra
Rondine, dove il valore è aumentato di circa 3 unità in soli 3 mesi di
differenza. La discordanza è forse dovuta alle diverse condizioni
climatiche (il periodo antecedente al prelievo del 4 febbraio è stato molto
piovoso e questo può aver favorito la diluizione delle acque), inoltre la
flora è aumentata e il materiale organico nell’acqua è maggiore.
Il COD del canale Maestro della Chiana alla sorgente al lago di
Montepulciano risulta essere più alto del valore ipotizzato e del valore
ottenuto alla foce. Alla sorgente del canale non sono presenti gli scarichi
delle sostanze immesse dalle aziende, le quali generalmente rilasciano
notevoli quantità di sostanze ossidabili. Dopo varie discussioni siamo
giunti alla conclusione che questo valore “anomalo” è forse dovuto
all’acqua rafferma per la presenza di una diga artificiale, inoltre durante il
campionamento abbiamo notato un alone schiumoso che indica la presenza
di materiale organico. Al momento del campionamento, di fatto erano
presenti alcuni pescatori i quali, per far abboccare i pesci utilizzavano delle
esche che possono aver alterato il valore del COD.
Il valore anomalo della quantità di ossigeno disciolto nel campione di
Monte Sopra Rondine del 4 febbraio è dovuto ad un errore dello
strumento.
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