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Acido chermesico: struttura, coloranti

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L’importante colorante rosso noto come acido chermesico è estratto dal Kermes, un tipo di cocciniglia

derivato dai corpi essiccati delle femmine di alcune specie di insetti. Insieme all’acido chermesico, si trovano nella composizione anche l’ e l’acido laccaico, il quale conferisce al composto la denominazione di “King’s red”.

Insetto Kermes Vermilio e la sua presenza in Europa


Il principale insetto di interesse è il Kermes vermilio, appartenente alla famiglia Kermesidae, noto come Vermiglio delle querce, presente nell’Europa meridionale sulle querce kermes sempreverdi, o Quercus coccifera.

millenaria dell’acido chermesico


L’uso di naturali per la tintura di tessuti ha avuto un ruolo centrale in molte culture antiche, tra cui Egitto, Mesopotamia, Grecia e Roma. Uno dei primi coloranti noti era il colorante scarlatto, ottenuto dalle cocciniglie e rinvenuto in contesti archeologici come le grotte sepolcrali del Neolitico.

Durante il periodo biblico, il colore rosso, chiamato shani in ebraico derivato dal kermes, era utilizzato in Terra Santa. Questo colorante era ampiamente impiegato anche in Europa, menzionato persino nella Bibbia per le sue caratteristiche tintorie.

Struttura e solubilità dell’acido chermesico


L’acido chermesico si presenta come una polvere di colore rosso scarlatto ed è un derivato antrachinonico idrosolubile. La sua struttura è rappresentata dall’-metil-2-carbossi-3,5,6,8-tetraidrossiantrachinone.

Solubile in acqua calda, etere etilico, cloroformio, diclorometano e dimetilsolfossido, la solubilità in acqua fredda è piuttosto limitata. In presenza di acido solforico, il composto assume una colorazione rosso-violacea che vira al blu con l’aggiunta di acido borico.

Questo pigmento, se non conservato in modo adeguato, può deteriorarsi poiché non è resistente né alla luce né alle condizioni acide o alcaline, sbiadendo facilmente anche alla normale illuminazione a incandescenza.

Citronellale: reazioni, usi

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Il 3,7-dimetiloct-6-enale, conosciuto come citronellale, è un’ aldeide monoterpenoide presente principalmente nell’olio di citronella, che conferisce a quest’ultimo il caratteristico aroma di limone.

Caratterizzato dalla formula C10H18O, il citronellale possiede un grado di insaturazione. Non presenta isomeria cis-trans a causa della presenza di due gruppi -CH3 legati al carbonio 7.

Questo composto si trova non solo nell’olio di citronella, ma anche in quello di geranio, insieme ad altri importanti derivati monoterpenici aciclici come il citronellolo. È presente in piante come il Corymbia citriodora, conosciuto come eucalipto citrato, e il Leptospermum petersonii, noto come teatree al profumo di limone.

Proprietà

Il citronellale possiede un odore pungente, fresco, verde, agrumato e leggermente legnoso. È poco solubile in acqua e glicerolo, leggermente solubile in glicole propilenico e solubile in etanolo.

Sintesi

La sintesi del citronellale avviene attraverso l’idrogenazione catalitica del citrale in ambiente basico, utilizzando il palladio come catalizzatore.

Reazioni del citronellale

Questo composto offre diverse opportunità nelle strategie sintetiche, permettendo reazioni di condensazione e addizione grazie alla sua struttura aldeidica insatura. Trattato in presenza di acido, si converte in isopulegolo, un alcool monoterpenico monociclico, mediante una ciclizzazione interna altamente diastereoselettiva, simile al processo Takasago.

Il mentolo può essere prodotto dal citronellale tramite idrogenazione catalitica, integrando le fonti naturali di mentolo utilizzato come aromatizzante e in preparazioni medicinali.

Infine, dalla riduzione del citronellale si ottiene l’alcol primario cotronellolo, utilizzato in vari settori industriali.

Il polimetilidrosilossano: un’alternativa al sodio boroidruro come agente riducente

Il sodio boroidruro è comunemente utilizzato come riducente in chimica organica, ma esiste un’alternativa meno aggressiva: il polimetilidrosilossano polimero. Questo agente riducente blando e stabile è in grado di trasferire idruri ai centri metallici e a vari gruppi funzionali riducibili.

Il polimetilidrosilossano può essere trasformato dalle colture in sospensione di Solanum aviculare in mentano-3,8-diolo. È impiegato anche nella sintesi di alcaloidi e nella reazione con l’anilina per la produzione di composti triciclici con interessanti proprietà farmacologiche.

Usi del citronellale

Il citronellale viene utilizzato in diversi settori, tra cui come agente aromatizzante, repellente per insetti, profumo in saponi e detergenti, nonché in prodotti per la cura personale come creme, lozioni e profumi. Inoltre, agisce come intermediario chimico per la produzione di citronellolo e idrossicitronellale.

Se desideri approfondire ulteriormente l’argomento dei riducenti in chimica organica, puoi consultare [questo articolo su riducenti](https://chimica.today/chimica-organica/riducenti). Per maggiori informazioni sul sodio boroidruro, ti consiglio di leggere [questo articolo specifico](https://chimica.today/chimica-organica/sodio-boroidruro). Per esplorare i diversi gruppi funzionali riducibili, puoi cliccare su [gruppi funzionali](https://chimica.today/chimica-organica/gruppi-funzionali). Infine, se sei interessato agli alcaloidi e all’anilina, troverai ulteriori dettagli su [alcaloidi](https://chimica.today/chimica-organica/alcaloidi) e [anilina](https://chimica.today/chimica-organica/anilina) su Chimica Today.

Nerale: proprietà, reazioni, usi

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Nerale è un’ aldeide insatura con formula C10H16O, caratterizzata da due siti di insaturazione nelle posizioni 2 e 6, appartenente alla classe dei . Presente nel insieme al suo isomero gerianale, il suo nome IUPAC è Z-3,7-dimetil-2,6-ottadienale, mentre il gerianale è l’isomero E.

Quest’aldeide volatile α,β-insatura è un componente predominante dell’olio di citronella e della scorza di limone, ma è presente anche nel mirto australiano, nella Litsea Cubeba, nell’albero del tè d’ulivo, nella verbena odorosa, nella melissa e nel lime.

Proprietà

Nerale è igroscopico, scarsamente solubile in acqua ma solubile in solventi apolari come l’etere etilico. Ha un forte odore agrumato ed è ottenuto tramite distillazione in corrente di vapore per la produzione di oli essenziali. È instabile alla luce e prodotti ciclici.

Studi indicano che è responsabile dell’attività nei confronti del Trypanosoma cruzi insieme al geraniale, parassita che causa infezioni e malattie, e che insieme al geraniale è un componente del feromone sessuale della vespa parassita.

Reazioni del nerale

Per la presenza di due gruppi funzionali ovvero due doppi legami e del gruppo funzionale aldeidico, il nerale può subire diverse reazioni. In presenza di idrogeno e di un catalizzatore, si possono verificare reazioni di riduzione.

La rottura del doppio legame in posizione 2 porta alla formazione del citronellale, un’aldeide monoterpenoide. La riduzione del nerale può portare alla formazione di a seguito della trasformazione del gruppo aldeidico in gruppo alcolico.

Per ottenere il citronellale è necessaria un’idrogenazione selettiva del doppio legame senza la riduzione del gruppo aldeidico, e a tal fine sono state esplorate soluzioni che prevedono l’utilizzo di catalizzatori.

Sintesi di Nerale da Metallocarbonili Rh4(CO)12

I composti di metallo carbonile svolgono un ruolo chiave nella sintesi di nerale, un composto importante per la produzione di citronellale. Il metallo carbonile in questione è il Rh4(CO)12, che ha mostrato rese eccezionali fino al 90% nella produzione di citronellale.

Sintesi di Isopulegolo e Mentolo da Nerale

Dopo la sua formazione, il nerale subisce una ciclizzazione interna che porta alla produzione di isopulegolo. Successivamente, l’isopulegolo viene idrogenato per formare il mentolo, una sostanza ampiamente utilizzata in vari settori.

Usi e Applicazioni del Nerale

Il nerale, oltre a essere coinvolto nella produzione di citronellale, presenta una serie di importanti proprietà terapeutiche. Tra queste, spiccano le sue capacità antimicrobiche, antiossidanti, antidiabetiche e antinfiammatorie. Grazie alla sua presenza nell’olio di citronella, il nerale viene impiegato nella produzione di repellenti per insetti a base vegetale.

Applicazioni del Nerale in Cosmetici e Prodotti per la Cura della Pelle

Il nerale viene ampiamente impiegato nell’industria cosmetica e nella produzione di prodotti per la cura della pelle. Trova impiego in lozioni dopobarba, creme idratanti, profumi, acque di colonia e altri prodotti per la cura dei capelli. La sua presenza conferisce agli articoli una fragranza fresca e gradevole.

Utilizzo come Agente Aromatizzante

Oltre al settore cosmetico, il nerale viene impiegato anche come agente aromatizzante in alimenti e bevande. La sua fragranza unica contribuisce a conferire ai prodotti un sapore distintivo e piacevole.

Conclusioni

Il nerale, sintetizzato da metallo carbonili come il Rodio Rh4(CO)12, svolge un ruolo cruciale nella produzione di citronellale e nel processo di sintesi di isopulegolo e mentolo. Le sue proprietà terapeutiche e il suo utilizzo in settori diversi come la cosmetica e l’alimentare ne fanno un composto versatile e ampiamente impiegato.

Olio di neroli: proprietà sintesi, usi

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Nerolo: Caratteristiche e Fonti Naturali

Il nerolo, noto anche come (Z)-3,7-dimetil-2,6-octadien--ol, è un alcol monoterpene presente nell’olio di neroli ed è caratterizzato dalla formula molecolare C10H18O. Questo composto con due doppi legami è comunemente associato a un profumo dolce di rosa ed è spesso rinvenuto negli oli essenziali di piante come la citronella. È strettamente correlato al geraniolo, (E)-3,7-dimetil-2,6-ottadien-1-olo, che condivide molte similitudini olfattive.

Il nerolo viene estratto dall’olio di neroli, un olio essenziale prodotto dai fiori dell’arancio amaro, ma è presente anche in tracce nelle uve, noci nere, timo e in concentrazioni minori in cardamomo, origano e zenzero.

Proprietà del Nerolo

Il nerolo si presenta come un liquido oleoso che varia da incolore a giallo pallido ed è poco solubile in acqua, ma bene in etanolo, cloroformio ed etere etilico. Ha un sapore dolce, agrumato e floreale, e, come la maggior parte degli alcoli, mostra una scarsa acidità con un pKa di circa 14,45.

Sintesi del Nerolo

Esistono diversi metodi per la sintesi del nerolo, tra cui la reazione di isomerizzazione del geraniolo con ioduro di idrogeno e la pirolisi del β-pinene, che può produrre anche il . Un’altra via sintetica prevede l’idrogenazione del citrale in presenza di solventi appropriati.

Reazioni Chimiche del Nerolo

Essendo dotato di gruppi funzionali, come il doppio legame e il gruppo alcolico, il nerolo partecipa a reazioni tipiche degli alcoli e dei composti insaturi. Ad esempio, in presenza di catalizzatori a base di o , può subire una riduzione selettiva formando (S).

Il nerolo può essere coinvolto in reazioni di transesterificazione che portano alla formazione di acetato di nerile ed etanolo. Reagendo con acidi, può dare luogo a ciclizzazioni intramolecolari come la formazione di α-terpineolo e acido α-ciclogeraniolo.

Usi del Nerolo

Il nerolo trova impiego come agente aromatizzante in profumi, specialmente quelli con note di rosa e fiori d’arancio. Viene inoltre utilizzato per creare aromi di frutta come pesca, lampone, pompelmo, mela rossa, prugna, lime, arancia, limone, anguria, mirtillo e ananas.

Idrofluorocarburi: proprietà, sistema di numerazione

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Gli idrofluorocarburi (HFC) costituiscono una categoria di sostanze chimiche impiegate principalmente per scopi di raffreddamento e refrigerazione, sviluppate come sostituti di composti dannosi per lo strato di ozono. Nati negli anni ’90 come alternativa più eco-compatibile ai fluoroclorocarburi, i quali avevano mostrato la loro nocività dopo la firma del Protocollo di Montreal del 1987, gli HFC sono risultati essere potenti , capaci di contribuire al cambiamento climatico in modo significativo.

Le Proprietà degli Idrofluorocarburi

Gli idrofluorocarburi sono sostanze organiche fluorurate, come ad esempio l’,1-difluoroetano (F2CHCH3), comunemente usato come refrigerante e propellente spray. Queste sostanze, generalmente incolori e inodori, sono caratterizzate da una bassa infiammabilità, stabilità e scarsa reattività. Alcuni idrofluorocarburi possono essere liquidi a temperatura ambiente, come ad esempio l’1,1,1,3,3-pentafluorobutano.

Il Sistema di Numerazione degli HFC

Gli HFC sono identificati seguendo un preciso sistema di numerazione che tiene conto del numero di atomi di carbonio meno uno, il numero di atomi di idrogeno più uno, e il numero di atomi di fluoro presenti nella molecola. Ad esempio, il composto F2CHCHF2 è indicato come HFC-134.

Le Alternative agli Idrofluorocarburi

Date le preoccupazioni legate all’effetto serra e all’impatto ambientale degli HFC, si stanno cercando alternative più sostenibili per i sistemi di raffreddamento e refrigerazione. Due categorie principali di alternative sono:

– Sostanze naturali o non fluorurate con basso GWP.
– Sostanze fluorurate con GWP medio-basso.

Il GWP (Global Warming Potential) misura il contributo di un gas serra all’effetto serra rispetto all’anidride carbonica, il cui GWP di riferimento è 1. Alcune alternative agli HFC attualmente sotto esame includono l’ammoniaca, il , l’isobutene e l’anidride carbonica, ognuna con un diverso GWP.

Inoltre, il difluorometano HFC-32 e l’1,1-difluoroetano HFC-152a sono considerati come possibili alternative agli HFC, con valori di GWP rispettivamente di 677 e 138, come riporta l’IPCC.

Scoperta una nuova forma di carbonio

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Carbonio: la scoperta di una nuova all’Institute for Basic Science in Corea del Sud

Il carbonio è un elemento che presenta numerose forme allotropiche, dalle più comuni come la grafite e il , ai più recenti fullereni, e . Recentemente è stata annunciata la scoperta di una nuova forma di carbonio chiamata carbonio poroso ordinato a lungo raggio (LOPC) da parte dell’Institute for Basic Science in Corea del Sud.

Allotropia: la diversità delle forme del carbonio

L’allotropia è una proprietà di alcuni elementi, appartenenti principalmente ai Gruppi 13, 14, 15 e 16 della tavola periodica, che possono presentarsi in forme diverse con proprietà fisiche e chimiche distinte. Nel caso del carbonio, oltre alle forme più note come il diamante e la grafite, sono stati identificati nuovi allotropi come il bifenilene, i fullertubi, la nanoschiuma di carbonio e i nanoconi.

Il diamante è conosciuto per la sua struttura tetraedrica, con ogni atomo di carbonio legato a quattro altri atomi tramite legami covalenti, rendendolo estremamente duro e isolante. D’altra parte, la grafite è un solido grigio scuro e untuoso, con una struttura a strati tenuti insieme da forze di Van der Waals, che lo rendono un buon conduttore di elettricità e calore.

La scoperta del grafene e altre forme allotropiche del carbonio

Nel 1985 è stata scoperta la molecola di fullerene, composta da 60 atomi di carbonio disposti a formare una sfera cava simile a un pallone da calcio. Nel 1991 sono stati ottenuti i nanotubi di carbonio, con pareti costituite da atomi di carbonio che formano una rete a maglie esagonali avvolte in una struttura tubolare chiamata buckytube.

Nel 2004 è stata scoperta una nuova forma di carbonio chiamata grafene, composta da atomi di carbonio disposti in un reticolo cristallino a nido d’ape con ibridazione sp^2. Successivamente è stata individuata una forma chiamata ciclocarbonio, con un anello composto da 18 atomi di carbonio con legami singoli e tripli.Ciclocarbonio: una nuova promessa nel mondo della

Il ciclocarbonio è un materiale allo stato solido composto da anelli ciclici di atomi di carbonio alternati tra di loro, simile al grafene, ma con uno spessore di soli un atomo. Ricerche preliminari indicano che il ciclocarbonio potrebbe essere un semiconduttore, ma molte delle sue proprietà rimangono ancora da esplorare.

Sviluppi nel campo dei materiali al carbonio

Oltre al ciclocarbonio, esistono altre varietà di carbonio allotropico che suscitano grande interesse nella comunità scientifica. Tra queste troviamo il carbino, il Q-carbon e la nanoschiuma di carbonio, una struttura cristallina porosa con proprietà magnetiche. La continua ricerca su queste forme di carbonio promette di aprire nuove frontiere nel campo dei materiali, con possibili applicazioni nell’ottimizzazione dell’energia e miglioramento dei processi industriali.

La scoperta del carbonio poroso ordinato a lungo raggio

Recenti studi hanno condotto alla sintesi di carbonio poroso ordinato a lungo raggio mediante il riscaldamento di fullereni con nitruro di litio a pressione atmosferica. Il nitruro di litio ha giocato un ruolo catalitico nella rottura dei legami carbonio-carbonio del C60, favorendo la formazione di nuove strutture cristalline. Questa scoperta apre la strada alla creazione di nuovi materiali a base di carbonio con potenziali applicazioni nell’accumulo e trasformazione dell’energia, nella produzione di prodotti chimici e nella separazione di ioni e gas molecolari.

In conclusione, il mondo della chimica allotropica del carbonio è in costante evoluzione, con la continua scoperta di nuove forme e proprietà di questo versatile elemento. Resta da vedere come queste innovazioni verranno sfruttate per migliorare la nostra vita quotidiana e affrontare le sfide energetiche e ambientali del futuro.

Cemento: produzione, chimica

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Il cemento è un materiale essenziale nella costruzione, poiché agisce come legante per unire pietre, mattoni e tegole attraverso il processo di presa e indurimento. Questo materiale è classificato come legante idraulico, poiché indurisce e si lega alle materie inerti reagendo con l’acqua.

A differenza dei leganti aerei, che assorbono acqua e CO2 dall’atmosfera durante il processo di carbonatazione, i leganti idraulici possono essere utilizzati in opere sommerse, a condizione che non siano esposti ad acque aggressive che possono causare corrosione.

La composizione del cemento comprende principalmente calcare, sabbia, argilla, bauxite, minerali di ferro e possibilmente gesso, marna, scisto, scorie d’altoforno e ardesia. Queste materie prime vengono lavorate in impianti di produzione, riscaldate e trasformate in una polvere fine che, mescolata con acqua, innesca una reazione seguita dalla presa e indurimento.

Produzione del cemento

Il cemento è composto da ossido di calcio (CaO) che aumenta la resistenza, biossido di (SiO2) che contribuisce alla forza, ossido di alluminio (Al2O3) responsabile della presa rapida e ossido di ferro (III) (Fe2O3) che determina il colore. Tra gli altri componenti presenti in piccole quantità vi sono ossido di magnesio, ossido di sodio, ossido di potassio, anidride fosforica e anidride solforica, che contribuiscono ad aumentare il pH fino a 13,5 per proteggere l’ dall’armatura dalla corrosione.

Il calcare sotto forma di , o marmo insieme alle marne viene frantumato e portato in un forno rotante a circa 1450°C, dove avviene la decomposizione termica del carbonato di calcio e la reazione con gli altri componenti.

Chimica del cemento

Le reazioni tra i componenti del cemento generano i composti di Bogue, denominati così in onore del fisico statunitense Robert Herman Bogue. I principali composti di Bogue sono il silicato tricalcico (C3S), il silicato bicalcico (C2S) e l’alluminato tricalcico (C3A). Questi composti sono cruciali per le proprietà del cemento e ne determinano le caratteristiche di resistenza e indurimento.

Processo di idratazione dei composti del cemento

Il processo di idratazione dei composti del cemento è un processo fondamentale per la resistenza meccanica e le proprietà del cemento stesso. I principali composti coinvolti sono l’alite, la belite, la celite e la ferrite.

Alite

L’alite si idrata rapidamente, generando una reazione esotermica che rilascia 125 kcal/kg. Questo composto forma il silicato di calcio idrato, che gioca un ruolo cruciale nella resistenza meccanica iniziale del cemento.

Belite

La belite, al contrario, si idrata più lentamente rispetto all’alite. La sua reazione esotermica rilascia 63 kcal/kg e produce il silicato di calcio idrato, responsabile della resistenza meccanica a lungo termine del cemento.

Celite

La celite è il primo composto a idratarsi durante il processo, generando il maggior calore di idratazione pari a 215 kcal/kg. Questo composto è il principale responsabile della presa del cemento.

Ferrite

Infine, la ferrite si idrata tramite una reazione esotermica che rilascia 95 kcal/kg. Durante questo processo si formano alluminati di calcio idrati, che insieme alla celite contribuiscono alla presa del cemento.

Il corretto equilibrio tra questi processi di idratazione è essenziale per ottenere un cemento con le proprietà meccaniche desiderate. Ciò dimostra quanto sia importante comprendere i diversi composti presenti nel cemento e il loro ruolo nell’indurimento del materiale.

Chiusura del buco dell’ozono nel 2040

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Il ruolo della Scoperta del

La scoperta del buco dell’ozono ha rivoluzionato la nostra consapevolezza sull’importanza dello strato di ozono nella protezione della vita sulla Terra. Jonathan Shanklin, insieme a Joe Farman e Brian G. Gardiner, nel 1985 pubblicò uno studio che evidenziava un calo significativo dello strato di ozono sopra l’Antartide. Questo evento ha portato alla firma del Protocollo di Montreal nel 1987.

Il Protocollo di Montreal e l’Eliminazione delle Sostanze Dannose

Il Protocollo di Montreal è un accordo internazionale che regola la produzione e il consumo di sostanze dannose per lo strato di ozono. Tra queste sostanze, i fluoroclorocarburi sono stati identificati come uno dei principali colpevoli della riduzione dello strato di ozono. Grazie all’impegno delle nazioni nel rispettare il Protocollo, sono stati eliminati il 98% delle sostanze dannose dal 1990 e si prevede un completo smantellamento entro il 2030.

Il Cammino verso la Chiusura del Buco dell’Ozono

Secondo le stime della Scientific Assessment of Ozone Depletion, se le politiche attuali rimarranno in vigore, è prevista la chiusura del buco dell’ozono entro il 2040. Tuttavia, in alcune aree del pianeta potrebbero essere necessari più : ci si aspetta il recupero ai livelli del 1980 sull’Antartide intorno al 2066 e entro il 2045 sull’Artico. Per garantire il raggiungimento di questo obiettivo, è essenziale continuare a rispettare il Protocollo di Montreal e a adottare politiche sostenibili per la salvaguardia dello strato di ozono e del nostro pianeta.

Polietilene furanoato: poliestere biodegradabile

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Il Polietilene Furanoato (PEF): Un Polimero Biodegradabile ed Eco-friendly al 100%

Il Polietilene Furanoato (PEF) è un innovativo polimero biodegradabile e riciclabile al 100% che viene prodotto utilizzando materie prime rinnovabili. Spesso indicato come il poliestere di nuova generazione, il PEF ha suscitato l’interesse del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti come possibile sostituto al derivante da fonti non rinnovabili.

Caratteristiche e Proprietà del PEF

Il PEF presenta eccellenti proprietà meccaniche e termiche, una elevata tenacità alla perforazione e una buona resistenza al . Grazie alla sua bassa permeabilità, non richiede film di copertura aggiuntivi come il polivinildencloruro o l’alcol etilene vinilico. Il polietilene furanoato può essere lavorato per stampaggio o estrusione a temperature comprese tra 240°C e oltre 300°C, offrendo un’ampia gamma di applicazioni.

Sintesi del Polietilene Furanoato

Il PEF viene sintetizzato attraverso la policondensazione del glicole etilenico e dell’acido 2,. Il glicole etilenico può essere ottenuto da derivati del petrolio o, in alternativa, sintetizzato a partire dallo xilosio, noto anche come zucchero del legno. L’acido 2,5-furandicarbossilico è un composto organico che può essere prodotto da alcuni carboidrati tramite una disidratazione catalitica.

Applicazioni e Usi del PEF

Il PEF trova applicazione in diversi settori grazie alle sue proprietà uniche. Le potenziali applicazioni includono fibre, pellicole e contenitori per alimenti e bevande. Grazie alla sua leggerezza, resistenza alla corrosione e alla sua natura rinnovabile, il PEF è particolarmente adatto per l’industria tessile, arredamento, packaging e altre applicazioni che richiedono materiali sostenibili.

In conclusione, il Polietilene Furanoato rappresenta una valida alternativa eco-friendly e sostenibile rispetto ai tradizionali polimeri derivati da fonti non rinnovabili, contribuendo alla transizione verso un’economia circolare e rispettosa dell’ambiente.

STMicroelectronics e wafer di silicio

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STMicroelectronics inizia la produzione di wafer di da 300 millimetri


STMicroelectronics, un’azienda italo-francese con sede ad Agrate, ha annunciato l’avvio della produzione di wafer di silicio da 300 millimetri. L’impianto raggiungerà la piena capacità nel 2026, con una produzione di ottomila wafer a settimana, dopo aver prodotto duemila quest’anno e quattromila nel 2024.

L’azienda brianzola è uno dei principali produttori di componenti elettronici utilizzati in vari settori come l’elettronica di consumo, l’automotive, le periferiche per computer e la telefonia cellulare.

Cause della carenza di microchip


La carenza di microchip è stata amplificata durante la da . Questi dispositivi sono circuiti integrati prodotti su scala microscopica utilizzando come il silicio o il germanio, e sono utilizzati in una vasta gamma di prodotti, dai televisori ai computer, dagli smartphone alle automobili.

L’aumento della domanda globale, la concentrazione della produzione in Asia, in particolare a Taiwan, e l’incremento dei costi delle materie prime hanno portato a una grave carenza di microchip. Settori come l’industria automobilistica ne sono stati particolarmente colpiti, poiché ogni veicolo contiene centinaia di microchip utilizzati per controllare vari sistemi elettronici.

Produzione e utilizzo dei wafer di silicio


I wafer di silicio sono sottili fette di silicio cristallizzato altamente puro su cui vengono realizzati i chips con circuiti integrati. Questi cristalli, quando vengono dopati con elementi come boro, gallio, fosforo o arsenico, diventano semiconduttori utilizzati in dispositivi come diodi, transistor, celle solari e microchip.

Per ottenere un semiconduttore di silicio ad alto grado di purezza, il silicio viene fuso in un crogiolo di quarzo ad alta temperatura e l’elemento dopante viene aggiunto per ottenere semiconduttori di diversi tipi. Il termine “Silicon Valley” fu coniato per indicare la Contea di Santa Clara in California, nota per la sua concentrazione di industrie di semiconduttori e microchip.

La decisione di STMicroelectronics di iniziare la produzione di wafer di silicio è stata accolta con entusiasmo, con alcuni giornali che hanno titolato “STMicroelectronics: dove la Brianza sembra la California”.

Sistema termodinamico: equilibri e processi

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Cos’è un sistema termodinamico?

Un sistema termodinamico è una porzione specifica del mondo fisico costituita da un grande numero di particelle che vengono studiate per le loro proprietà fisiche macroscopiche e le variazioni che possono subire. All’esterno del sistema si trova l’ambiente circostante, e la superficie che separa il sistema dall’ambiente è chiamata confine.

Tipologie di sistemi termodinamici

Esistono tre tipi di sistemi:

Aperto

: può scambiare energia e materia con l’ambiente circostante. Ad esempio, una tazza di caffè bollente da cui fuoriescono i vapori e il .

Chiuso

: può scambiare solo energia con l’ambiente circostante, non la materia. Ad esempio, una borsa d’acqua calda che cede calore senza perdere massa.

Isolato

: non può scambiare né materia né energia con l’ambiente circostante. Anche se un sistema perfettamente isolato è raro, un esempio concettuale potrebbe essere un refrigeratore per bevande con coperchio.

Equilibrio termodinamico

L’equilibrio termodinamico è la condizione in cui le proprietà di un sistema non variano nel tempo e possono cambiare solo a spese di altri sistemi. In uno stato di equilibrio termodinamico, le velocità delle reazioni opposte sono uguali.

Per raggiungere l’equilibrio termodinamico, è necessario che tutte le proprietà intensive come temperatura, pressione e potenziale chimico siano costanti. Le proprietà estensive, come entalpia, , energia interna ed , devono anch’esse mantenersi stabili.

In un sistema chiuso o isolato in equilibrio termodinamico, l’entropia aumenta quando l’energia interna e il volume rimangono costanti. Al contrario, l’energia libera di Gibbs, l’energia interna e l’ raggiungono il valore minimo.

I processi termodinamici sono i percorsi che portano un sistema termodinamico dal suo stato iniziale a quello finale. I tipi di processi includono:

Isobaro

: avviene a pressione costante.

Isocoro

: si verifica a volume costante.

Isotermico

: avviene a temperatura costante.

Adiabatico

: si svolge senza scambio di calore o massa tra sistema e ambiente.

Quasi statico

: il sistema passa attraverso una successione di stati di equilibrio.

Questi processi possono essere classificati come reversibili, quando tutte le proprietà del sistema ritornano allo stato iniziale, e irreversibili, quando l’entropia aumenta e il sistema non può tornare al suo stato originale.

Effetto Stark: atomo di idrogeno

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Effetto Stark: la separazione delle linee spettrali

L’effetto Stark è un fenomeno che comporta lo spostamento dei livelli di energia atomici a causa di un campo elettrico esterno, portando alla separazione delle linee spettrali di atomi e molecole. Questo effetto è analogo all’, che provoca la separazione delle linee spettrali grazie a un campo magnetico esterno.

Il grado di variazione dell’effetto Stark può essere di primo o secondo ordine, a seconda se la sua entità varia linearmente o quadraticamente in base al campo elettrico applicato. Questo fenomeno, scoperto per la prima volta nel 1913 dal fisico tedesco Johannes Stark sull’atomo di idrogeno, è osservabile sia nelle righe di emissione che in quelle di assorbimento.

Oggi l’effetto è noto come effetto Stark-Lo Surdo, in onore della scoperta simultanea effettuata dal fisico italiano Antonino Lo Surdo nello stesso anno. Per la sua importanza, Johannes Stark fu insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 1919.

Atomo di idrogeno e impatto dell’effetto Stark

Per spiegare il fenomeno, si applica la teoria delle perturbazioni, che consiste nel trovare soluzioni approssimative partendo da problemi correlati più semplici. L’effetto Stark manifesta uno spostamento del livello di energia quando un campo elettrico esterno viene applicato all’atomo di idrogeno che possiede un momento di dipolo elettrico dovuto alle cariche positive del protone e negative dell’elettrone.

L’hamiltoniana perturbativa viene definita dal prodotto scalare tra il momento di dipolo elettrico e il campo elettrico esterno, comportando uno spostamento dei livelli energetici in presenza di tale campo. Questo spostamento è influenzato dalla densità di probabilità della funzione d’onda dell’atomo di idrogeno quando sottoposto al campo elettrico.

dei spettri atomici

La scissione dei livelli di energia causata dall’effetto Stark avviene quando il campo elettrico polarizza l’atomo e interagisce con il momento di dipolo risultante. Tale momento dipende da Mj, riflettendo uno splitting proporzionale ai J+ o J+1/2, per spin interi e semi-interi rispettivamente.

L’effetto Stark ha un ruolo significativo nell’analisi degli spettri atomici, in particolare per quelli rotazionali molecolari che permettono misurazioni precise delle energie di transizione tra gli stati rotazionali quantizzati delle molecole gassose.

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