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Aceto: composizione, ottenimento

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

Composizione e Ottenimento dell’Aceto

L’aceto, un alimento noto sin dall’antichità, è strettamente legato alla storia del vino, ottenuto attraverso la fermentazione dell’uva. Oltre ad essere utilizzato come condimento, l’aceto ha avuto un ruolo significativo nella conservazione degli alimenti e, grazie alle sue proprietà antisettiche, è stato impiegato per mantenere l’acqua integra durante lunghi viaggi. Pasteur dimostrò che la trasformazione del vino in aceto è una fermentazione prodotta dal microrganismo Micoderma Vini. L’aceto, come alimento nervino, stimola il sistema nervoso centrale influendo sui sistemi di digestione e di assorbimento.

Composizione dell’Aceto

L’aceto contiene diversi componenti ad alto valore energetico e corroborante come idrati di carbonio, sali minerali, proteine, amminoacidi, alcoli superiori, vitamine, tannini e coloranti. La composizione chimica dell’aceto è molto vicina a quella del prodotto da cui si parte, ad eccezione di quei componenti che si formano durante la fermentazione acetica. Ci sono diverse tipologie di aceto, che possono variare nel colore a seconda della materia prima utilizzata. In Italia è vietato produrre aceto a partire da sidri e liquidi alcolici diversi dal mosto d’uva, da vini e mosti avariati o alterati per malattie.

La fermentazione è prodotta dalla famiglia di batteri aerobi noti come acetobatteri. Si tratta di un’ossidazione biologica dell’etanolo ad acido acetico secondo l’equilibrio: CH3CH2OH + O2 ⇄ CH3COOH + H2O.

Fabbricazione Industriale dell’Aceto

I principali metodi di fabbricazione industriale dell’aceto includono il metodo a fermentazione in superficie e il metodo a fermentazione sommersa. Il primo metodo, noto anche come metodo a fermentazione lenta, prevede l’utilizzo di un apparecchio acidificatore costituito da un tino di legno munito di prese d’aria. Il metodo a fermentazione sommersa, invece, prevede che la coltura batterica sia all’interno del liquido aerato.

Preparazione Domestica dell’Aceto

L’aceto può essere preparato anche in casa, usando un litro di vino con gradazione alcolica di 10-12° in un recipiente di terracotta non smaltato a cui sono aggiunti 250 millilitri di aceto. Dopo alcune settimane, si forma la madre dell’aceto, una sostanza gelatinosa che viene usata per ottenere l’aceto. La madre dell’aceto è posta in una damigiana insieme a 2 litri di vino per facilitare la fermentazione.

Usi dell’Aceto

Oltre all’utilizzo in cucina, l’aceto ha una vasta gamma di usi domestici. Può essere utilizzato per eliminare il calcare o per pulire e rinfrescare i tappeti. Inoltre, unito al bicarbonato di sodio, può essere usato per pulire oggetti in ottone o per scollare adesivi e decalcomanie. Inoltre, è presente anche in alcune creme per la pelle fatte in casa.

Retrotitolazioni: esercizi svolti

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Esercizi svolti di retrotitolazioni

Le retrotitolazioni sono una tecnica che prevede l’aggiunta di titolante in eccesso, il quale a sua volta è titolato con un secondo titolante a concentrazione nota. Questa metodologia è utilizzata quando il punto finale è di più facile rilevamento rispetto a quello della titolazione diretta, come ad esempio nelle reazioni di precipitazione. Inoltre, è utile quando la reazione tra l’analita e il titolante è molto lenta o quando l’analita non è un sale molto solubile.

Esercizio 1: Calcolo della percentuale di ferro in un campione

Un campione con 10.0 g di ferro è sciolto in 200.0 mL di acido solforico 1.00 M. L’eccesso di acido viene determinato tramite titolazione con 300.0 mL di NaOH 0.500 M. Il calcolo della percentuale di ferro presente nel campione è svolto applicando le formule chimiche.

La reazione tra il ferro e l’acido solforico è rappresentata da Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g).
Le moli di acido solforico aggiunte in eccesso sono pari a 0.200 L ∙ 1.00 M = 0.200.
L’eccesso di acido solforico reagisce con l’idrossido di sodio secondo la reazione: H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l).
Pertanto le moli di ferro che hanno reagito con l’acido solforico risultano essere 0.125. Di conseguenza, la massa di ferro risulta pari a 6.98 g, determinando una percentuale di ferro nel campione del 69.8 %.

Esercizio 2: Determinazione della massa percentuale di PbCO3 in un campione

In questo esercizio, un campione di roccia avente massa 3.145 g contenente carbonato di piombo (II) è trattato con acido nitrico 0.6293 M. Quando l’eccesso di acido nitrico è titolato con NaOH 0.1423 M, si calcola la massa percentuale di PbCO3 presente nel campione.

La reazione tra carbonato di piombo (II) e acido nitrico è rappresentata da PbCO3(s) + 2 HNO3(aq) → Pb(NO3)2(aq) + H2O(l) + CO2(g).
Pertanto le moli di acido nitrico che hanno reagito con il carbonato di piombo (II) risultano essere 0.01240, determinando una percentuale in massa del sale nel campione del 52.69%.

Esercizio 3: Calcolo della massa di acido acetilsalicilico contenuta in compresse

Tre compresse di aspirina, contenenti ciascuna 320 mg di acido acetilsalicilico, sono trattate con NaOH 0.5190 M e successivamente con HCl 0.1232 M. Attraverso i calcoli, si determina la massa di acido acetilsalicilico contenuta in ciascuna compressa.

Le moli di NaOH risultano pari a 0.02595, mentre le moli di HCl che avrebbero dovuto essere occorse per titolare tutto l’eccesso di NaOH presente in 100.0 mL risultano essere pari a 0.01490. Di conseguenza, la massa di acido acetilsalicilico contenuta in una compressa è calcolata essere di 995.4 mg, determinando la massa presente in una compressa di 0.332 mg.

Gruppo carbonilico: ibridazione

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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# Ibriбdazione del gruppo carbonilico

Il gruppo carbonilico è un gruppo funzionale comune che si trova in composti organici come aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, perossiacidi, esteri, ammidi, alogenuri acilici e anidridi. Questo gruppo è costituito da un doppio legame carbonio-ossigeno (C=O), ed è oggetto di studio per la sua struttura e proprietà.

Struttura e Ibriбdazione del Gruppo Carbonilico

Il legame carbonio-ossigeno nel gruppo carbonilico è di tipo covalente polare, ed ha una struttura ibrida sp². Ciò significa che il carbonio è ibridato sp², con tre orbitali ibridi sp² disposti planarmente ad angoli di 120°. D’altra parte, l’atomo di ossigeno dà luogo ad ibridazione sp², ma con due degli orbitali ibridi occupati da un doppietto elettronico.

Il gruppo carbonilico è formato da un legame σ e da un legame π, che può essere descritto come la sovrapposizione di un orbitale sp² del carbonio e un orbitale sp² dell’ossigeno per formare il legame σ, insieme a una sovrapposizione degli orbitali 2p_z del carbonio e dell’ossigeno per formare il legame π perpendicolare al piano.

Proprietà del Gruppo Carbonilico

La lunghezza del legame carbonilico è di 1.23 Å, con una forza di legame di 176-179 kcal/mol, leggermente più forte rispetto a due legami C-O (equivalente a 171 kcal/mol). A causa della differenza di elettronegatività tra carbonio (elettronegatività = 2.5) e ossigeno (elettronegatività = 3.5), il legame è polare. Presenta una parziale carica positiva localizzata sul carbonio e una parziale carica negativa localizzata sull’ossigeno.

Strutture di Risonanza e Reattività del Gruppo Carbonilico

Il gruppo carbonilico è stabilizzato dalle strutture di risonanza, che includono anche una a separazione di carica. Questa peculiarità permette al gruppo carbonilico di agire sia da nucleofilo che da elettrofilo: il carbonio agisce da elettrofilo mentre l’ossigeno agisce da nucleofilo.

In sintesi, la struttura e le proprietà del gruppo carbonilico lo rendono un elemento fondamentale nell’ambito della chimica organica, con importanti implicazioni nella reattività e nelle interazioni molecolari.

Sistemi a flusso continuo: bilancio materiale

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Sistemi a flusso continuo: bilancio materiale

Sistemi a flusso continuo: ottimizzazione del bilancio materiale

I sistemi a flusso continuo offrono un elevato controllo, una maggiore riproducibilità e una velocità superiore delle reazioni. Questo tipo di reazioni è particolarmente diffuso nei settori farmaceutico, chimico, e delle reazioni catalitiche.

Nel contesto di un reattore chimico, il bilancio materiale di un componente generico deve includere un termine che esprima la quantità della sostanza che si trasforma a causa della reazione chimica stessa. Poiché la velocità di tale trasformazione dipende dalla concentrazione delle specie coinvolte nella reazione e queste concentrazioni possono variare all’interno dell’apparecchiatura di reazione, è necessario esprimere il bilancio materiale di un componente rispetto a un elemento di volume dV del sistema reagente.

In condizioni stazionarie, si verifica che il componente i entrante nell’unità di tempo meno il componente i uscente nell’unità di tempo è uguale a r · dV, dove r indica la velocità di reazione, ovvero la velocità con cui il componente in esame si trasforma nell’unità di tempo. La conoscenza di r è essenziale per impostare il bilancio materiale di un reattore chimico.

La velocità di reazione può essere espressa tramite una relazione che dipende dalla costante di velocità di reazione k, che a sua volta dipende dalla temperatura secondo l’equazione di Arrhenius. La costante di equilibrio della reazione è legata alla variazione di energia libera standard attraverso una specifica relazione.

Il grado di avanzamento della reazione, indicato dal parametro λ, è definito come la differenza tra le moli del componente i presenti nel sistema e le moli presenti prima della reazione, diviso per il coefficiente stechiometrico di reazione del componente i. Questo permette l’espressione delle concentrazioni dei diversi componenti in funzione del grado di avanzamento λ e della temperatura T.

In definitiva, la velocità di reazione si esprime unicamente in funzione del grado di avanzamento λ e della temperatura T.

Il bilancio materiale nei sistemi a flusso continuo, in particolare nei reattori chimici, riveste un ruolo fondamentale per la comprensione e l’ottimizzazione delle reazioni. La conoscenza dei processi di trasformazione e delle relazioni che governano le velocità di reazione è essenziale per garantire il corretto funzionamento di tali sistemi e per massimizzarne l’efficienza.

Siliconi: sintesi, usi

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Sintesi e Usi dei Siliconi nella Chimica e nell’Industria

I siliconi sono polimeri sintetici di policondensazione che presentano una vasta gamma di forme e applicazioni. Inerti e resistenti al calore, vengono utilizzati come sigillanti, adesivi, lubrificanti e in una varietà di applicazioni mediche, come utensili da cucina e isolanti. Essi hanno una struttura in cui gruppi funzionali organici sono legati a una catena silicio-ossigeno. Il composto più semplice del silicio è il silano SiH4, capostipite di una serie omologa analoga al metano. La presenza di atomi di ossigeno nella catena siliconica viene indicata usando il nome di silossano, una classe di composti in cui si ripete il gruppo funzionale R2SiO, dove R è un gruppo alchilico, arilico o un idrogeno.

Silossani

I silossani hanno una catena principale, lineare o ramificata, in cui si alternano atomi di silicio e ossigeno –Si-O-Si-O- con catene laterali R legate al silicio. I siliconi più utilizzati sono quelli che presentano gruppi metilici. Le proprietà di tali polimeri, come la solubilità in solventi organici, l’idrofobicità e la flessibilità, sono influenzate dalla presenza dei gruppi R presenti.

Struttura e Sintesi

La struttura delle unità ripetitive dei siliconi presenta una vasta gamma di gruppi R, come il metile, il fenile, il vinile e il trifluoropropile. I siliconi si ottengono a partire dal silicio, che viene ottenuto dalla riduzione del biossido di silicio con carbonio. Successivamente, si procede con la sintesi dei clorosilani quali RSiCl3, R2SiCl2 e R3SiCl. Il dimetilclorosilano ottenuto per distillazione viene idrolizzato per ottenere il dimetildisianolo, che reagisce per dare un silossano. Successivamente, gli oligomeri condensano rapidamente per formare una lunga catena polimerica. Per ottenere gels, elastomeri e resine, le lunghe catene di silossano vengono predisposte per formare un polimero reticolato.

Usi dei Silicone

I siliconi trovano ampio impiego in diversi settori. I siliconi fluidi sono utilizzati come lubrificanti, lucidanti e per impermeabilizzare tessuti, carta e cuoio. Hanno inoltre proprietà anti-schiuma e vengono utilizzati per limitare la formazione di schiuma nei detergenti. I siliconi gel sono impiegati nella fabbricazione di scarpe da ginnastica ad alte prestazioni, mentre gli elastomeri, resistenti da -55°C a 300°C, sono utilizzati in svariate applicazioni industriali, nel settore medico e nella chirurgia plastica. Le resine siliconiche tridimensionali ad alto peso molecolare vengono usate nel settore edilizio, come vernici e isolanti.

In conclusione, i siliconi, con la loro ampia gamma di proprietà e applicazioni, sono materiali versatili che trovano impiego in numerosi settori, dall’industria all’edilizia e alla medicina.

Nitroglicerina: proprietà, reazioni

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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La Storia della Nitroglicerina: scoperta e impatto sulla società
La nitroglicerina fu scoperta da Ascanio Sobrero nel 1847, un medico italiano appassionato di chimica, che notò che questa sostanza aveva effetti terapeutici come vasodilatatore. Successivamente, nel 1867, Alfred Nobel scoprì che la farina fossile poteva assorbire la nitroglicerina, rendendo l’esplosivo manipolabile senza rischi, e brevettò tale scoperta con il nome di dinamite. Entrambi non avevano originariamente pensato all’utilizzo bellico della nitroglicerina ma miravano a trovare una sostanza per utilizzarla in grandi opere come ampliamenti delle vie di comunicazione, tunnel ferroviari e sviluppo dell’industria mineraria. Tuttavia, sia Sobrero che Nobel furono tormentati dalle applicazioni distruttive delle loro scoperte.

Proprietà della Nitroglicerina
La nitroglicerina, anche conosciuta come 1,2,3-trinitrossipropano, è un liquido oleoso e denso, ottenuto a partire dal glicerolo (1,2,3-propantriolo) e acido nitrico fumante. È una sostanza estremamente instabile che esplode con la minima scossa, urto o sfregamento, e anche se è portata a temperature superiori a 218°C.

Reazioni della Nitroglicerina
La reazione di decomposizione della nitroglicerina è altamente esotermica, producendo una grande quantità di gas. La nitroglicerina contiene tre gruppi –NO3- che sono degli energici ossidanti e un frammento di glicerolo che agisce da combustibile.

Impatto delle reazioni
Durante la detonazione della nitroglicerina viene prodotta una grande quantità di gas. Le normali reazioni di combustione, come quelle del metano, bruciano senza causare una reazione esplosiva in quanto l’ossigeno deve entrare in contatto con il combustibile. Diversamente, nella nitroglicerina, non è necessario che l’ossigeno entri in contatto con la molecola per innescare la reazione.

Infine, è interessante notare che dall’esplosione di 4 moli di nitroglicerina si ottengono 29 moli complessive di gas che, a temperatura ambiente, occupano un volume notevole, dando un impatto notevole in termini di espansione dei prodotti.

Bilancio di materia: conservazione della materia

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Bilancio di materia: conservazione della materia

Conservazione della materia in un processo industriale

Nell’analisi di un processo industriale, è essenziale eseguire un bilancio di energia e un bilancio di materia per determinare la portata e la composizione delle correnti. È possibile calcolare le portate dei singoli componenti in ingresso per ottenere una produzione oraria specifica, con una determinata composizione, o viceversa. Un impianto di separazione continuo può essere considerato come un sistema termodinamico aperto agli scambi di materia ed energia.

A ogni apparecchiatura si possono associare flussi di materia corrispondenti alle correnti di alimentazione e dei prodotti di separazione, oltre ai flussi di energia necessaria per effettuare la separazione stessa. Il funzionamento degli impianti continui avviene in regime stazionario, in cui i parametri intensivi che caratterizzano lo stato del sistema non variano nel tempo ma differiscono nei diversi punti del sistema.

Principio di conservazione della materia

Il principio di conservazione della materia può essere applicato ad una generica apparecchiatura e può essere schematizzato come segue:
[accumulo di materia entro il sistema = trasporto verso l’interno attraverso la superficie che delimita il sistema – trasporto verso l’esterno attraverso la superficie che delimita il sistema + generazione all’interno del sistema – consumo all’interno del sistema]
Ad esempio, nel caso di un sistema aperto in cui avvengono flussi di materia e trasformazioni chimiche, in assenza di trasformazioni chimiche il principio di conservazione della materia viene espresso come:
[accumulo = ingresso – uscita]
Per poter applicare tale equazione in termini quantitativi si indica con m_i la massa del componente i contenuta nel sistema, e con m_i^(u) e m_i^(e) le portate in massa dello stesso componente (massa nell’unità di tempo) rispettivamente uscenti (u) ed entranti (e) nell’apparecchiatura in esame.

Bilancio materiale

Il bilancio materiale assume la seguente forma:
[dm_i/dt = Σ_e m_i^(e) – Σ_u m_i^(u)]
Le sommatorie sono condotte su tutte le correnti entranti e uscenti. Tale equazione esprime il bilancio di materia effettuato sul componente i. Se si sommano le equazioni del bilancio riferite ai diversi componenti si ottiene l’equazione del bilancio totale di materia.

In regime stazionario, m_i ed m non variano nel tempo, per cui le equazioni diventano:
[Σ_e m_i^(e) = Σ_u m_i^(u)]
[Σ_e m^(e) = Σ_u m^(u)]

Analogamente si possono scrivere le equazioni del bilancio molare riferite alla specie i e alle moli totali:
[dn_i/dt = Σ_e n_i^(e) – Σ_u n_i^(u)]
[dn/dt = Σ_e n^(e) – Σ_u n^(u)]

In regime stazionario, le equazioni precedenti diventano:
[Σ_e n_i^(e) = Σ_u n_i^(u)]
[Σ_e n^(e) = Σ_u n^(u)]

Poliuretani: sintesi, proprietà, usi

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Sintesi, proprietà e usi dei poliuretani

I poliuretani sono polimeri di condensazione ottenuti attraverso la reazione di un diisocianato con un poliolo contenente due o più gruppi -OH per molecola. Gli isocianati, elettrofili, reagiscono con gli alcoli per formare gli uretani.

La produzione dei poliuretani coinvolge due principali diisocianati: il TDI (Toluene Diisocianato) e l’MDI (Methylendiphenyl Diisocianato), che apportano differenze significative nei prodotti finali. A differenza di altri polimeri, i poliuretani vengono sintetizzati e trasformati direttamente nel prodotto finale. Gran parte dei poliuretani sono formati in forma di grandi blocchi di schiuma, utilizzati ad esempio per l’isolamento termico nell’edilizia.

Additivi

Durante il processo di polimerizzazione dei poliuretani vengono aggiunti diversi tipi di additivi per conferire loro specifiche proprietà. Gli additivi comuni includono agenti reticolanti che aumentano la resistenza meccanica, agenti espandenti per creare schiuma, riempitivi per migliorare la rigidità, ritardanti di fiamma per ridurre l’infiammabilità e plastificanti per rendere il prodotto finale meno rigido.

Proprietà

Le proprietà dei poliuretani dipendono dal tipo di diisocianato e poliolo impiegati nella loro sintesi. Ad esempio, la combinazione di dioli come il glicole etilenico con diisocianati conducono a prodotti morbidi ed elastici, mentre i polioli con più di due gruppi -OH danno luogo a polimeri rigidi e termoindurenti a catena lunga.

In conclusione, i poliuretani sono polimeri versatile con un’ampia gamma di applicazioni grazie alle loro diverse proprietà e composizioni, rendendoli essenziali in industrie come quella edile, dell’isolamento termico e nella produzione di schiume.

Metalli: proprietà, estrazione, corrosione

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Metalli: proprietà, estrazione, corrosione

Metalli: principali proprietà, metodi di estrazione e fenomeno della corrosione

I metalli sono elementi chimici che vantano straordinarie proprietà fisiche e chimiche, impiegati in una vasta gamma di settori in forma pura o combinata in leghe. Circa tre quarti degli elementi conosciuti presentano le caratteristiche macroscopiche tipiche dei metalli, con la linea zigzag nella Tavola Periodica che li separa dai non metalli. Gli elementi situati vicino a tale linea vengono definiti metalloidi o semimetalli, dimostrando proprietà intermedie tra metalli e non metalli.

Proprietà fisiche e chimiche dei metalli

Le proprietà fisiche dei metalli comprendono lucentezza, buona conducibilità termica ed elettrica, alta temperatura di fusione, elevata densità, malleabilità, duttilità, stato solido a temperatura ambiente (tranne per il mercurio), sonorità e non trasparenza. Dal punto di vista chimico, gli atomi dei metalli presentano generalmente da 1 a 3 elettroni nel loro livello più esterno, sono soggetti a corrosione, tendono a cedere facilmente elettroni, formano ossidi basici, possiedono basse elettronegatività e agiscono come buoni agenti riducenti.

Queste proprietà derivano dal legame metallico, in cui gli elettroni sono delocalizzati nel reticolo cristallino, non essendo legati a un nucleo specifico e quindi in grado di spostarsi liberamente. Tale modello spiega la formazione di ioni positivi e la basicità degli ossidi metallici, evidenziando variazioni nelle proprietà chimiche dei diversi metalli.

Processo di estrazione dei metalli

I metalli si trovano in natura principalmente sotto forma di ossidi, carbonati o solfuri nelle rocce, da cui vengono estratti con complessi processi di lavorazione. Da qui, il metallo viene fuso e sottoposto a successive lavorazioni, eliminando impurità fino a ottenere la purezza desiderata. Ad esempio, il ferro viene estratto principalmente dall’ematite (Fe2O3) e dalla magnetite (Fe3O4) tramite riduzione con carbonio in una fornace appositamente progettata.

Fenomeno della corrosione

I metalli, impiegati in numerose applicazioni tecniche, sono soggetti alla corrosione, fenomeno che può causarne la distruzione. La corrosione è strettamente legata all’esposizione del metallo a un ambiente gassoso o liquido aggressivo, con formazione di ossidi metallici sulla superficie. Mentre alcuni metalli come il cromo, il titanio e il nichel possono passivarsi attraverso la formazione di strati protettivi di ossidi, altri come il ferro sviluppano ossidi porosi senza capacità protettiva efficace.

Ruolo dei metalli di transizione e loro composti di coordinazione

I metalli di transizione, appartenenti al blocco d della Tavola Periodica, hanno la capacità di formare composti di coordinazione, nei quali alcuni ioni metallici fungono da acidi di Lewis e si coordinano con leganti che agiscono da basi di Lewis. Questi composti, presenti anche in sostanze biologiche come la vitamina B12, l’emoglobina e la clorofilla, hanno un’importanza cruciale in numerosi processi biologici e chimici.

Il processo di estrazione dei metalli e il fenomeno della corrosione sono aspetti rilevanti correlati all’uso dei metalli in molteplici contesti, come quello industriale e tecnologico. La comprensione delle proprietà e del comportamento dei metalli è cruciale per ottimizzare il loro sfruttamento e prevenire fenomeni dannosi come la corrosione.

Psicrometria: applicazioni

Chimica Fisica

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Applicazioni della psicrometria: principi e parametri fisici

La psicrometria è una branca della termodinamica che si occupa dello studio delle proprietà delle miscele di aria secca e vapore d’acqua, e delle relative trasformazioni. L’aria secca è composta principalmente da gas come azoto, ossigeno, biossido di carbonio e altri gas inerti, insieme al vapore acqueo. Quando il vapore acqueo si mischia con l’aria secca, la densità della miscela risulta inferiore. I principi della psicrometria trovano applicazione in sistemi termodinamici che contengono una miscela di gas e vapore, e hanno applicazioni pratiche in settori come la meteorologia e gli impianti di climatizzazione.

Parametri fisici

La definizione dello stato fisico di una miscela di aria secca e vapore d’acqua avviene attraverso diversi parametri. Tra questi, il titolo, che rappresenta la massa di vapore rispetto alla massa di aria e non fornisce un’indicazione diretta del livello di saturazione del vapore nella miscela. Poi, il grado igrometrico che assume valori tra zero e uno e può essere espresso in percentuale come umidità relativa. L’umidità assoluta esprime la massa di acqua per unità di massa secca, mentre l’umidità relativa e percentuale forniscono indicazioni sul rapporto tra la pressione del vapore acqueo presente e la pressione di saturazione.

Diagramma psicrometrico

Per comprendere lo stato di umidità dell’aria in maniera grafica, viene utilizzato un diagramma psicrometrico che caratterizza le proprietà fisiche e termiche dell’aria umida. Questo strumento rappresenta, in forma grafica, le relazioni tra temperatura e umidità e include informazioni come le curve di saturazione, le linee di umidità costante e le linee di saturazione adiabatica. Queste ultime rappresentano la relazione che lega l’umidità assoluta alla temperatura in un processo adiabatico, dove tutto il calore associato all’evaporazione viene trattenuto dalla massa gassosa. Inoltre, le linee di bulbo umido sono utili per determinare l’umidità di una miscela gassosa.

In conclusione, la psicrometria è un campo di studio fondamentale per comprendere le proprietà dell’aria e del vapore d’acqua, e ha applicazioni pratiche rilevanti in molteplici settori, dalle scienze ambientali all’ingegneria.

Forze intermolecolari: trattazione matematica

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Forze intermolecolari: trattazione matematica

Le Forze Interatomiche: Analisi Matematica

Le forze intermolecolari giocano un ruolo determinante nello stato fisico delle sostanze e delle loro miscele. Queste interazioni, che possono essere sia attrattive che repulsive, influenzano lo stato di aggregazione delle molecole. Le interazioni più forti avvengono tra ioni, come nel caso dei composti ionici.

I composti ionici si presentano solitamente come solidi a temperatura ambiente, caratterizzati da un reticolo cristallino. Rompere tali legami richiede un’alta energia, spiegando il loro elevato punto di fusione. Tuttavia, per alcuni composti organici le dimensioni possono essere talmente grandi da consentire loro di esistere come liquidi ionici.

Le forze delle interazioni dipolo-dipolo tra molecole polari dipendono dall’orientamento delle stesse. Queste interazioni sono favoriti a basse temperature, mentre diventano più deboli a temperature più elevate.

Si può dimostrare che l’energia potenziale elettrostatica media tra due molecole polari con momenti dipolari separati da una certa distanza e a una data temperatura, può essere calcolata tramite la seguente formula:

V = – 2 μ₁² μ₂²/ 3( 4 πεo)² kBTr^6

Le interazioni dipolo-dipolo indotto, invece, riguardano l’induzione di un dipolo in una molecola non polare da parte di una molecola polare. La forza di queste interazioni dipende dal momento dipolare della molecola polare e dalla polarizzabilità della molecola non polare.

Le forze intermolecolari possono anche manifestarsi sotto forma di dipolo indotto-dipolo indotto, noto anche come forze di dispersione di London. Queste interazioni deboli e di natura attrattiva dipendono dalla polarizzabilità delle molecole e dalla loro distanza.

Le molecole di dimensioni maggiori tendono ad essere più polarizzabili, il che si riflette nelle forze di interazione dipolo indotto-dipolo indotto, che aumentano con la polarizzabilità e quindi con il peso molecolare. Ad esempio, le temperature di fusione e di ebollizione degli alcani aumentano con il peso molecolare e la polarizzabilità. Questo si traduce nel fatto che molecole come il fluoro e il cloro sono gassosi, mentre il bromo è liquido e lo iodio è solido.

In conclusione, le forze interatomiche hanno un impatto significativo sul comportamento delle sostanze nel loro stato fisico, influenzando le proprietà di attrazione e repulsione tra le molecole.

Molecole biologiche: carboidrati, nucleotidi, amminoacidi

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Molecole biologiche: carboidrati, nucleotidi, amminoacidi

Molecole biologiche: Importanza e struttura delle diverse classi

Le molecole biologiche costituiscono la base della vita e sono composte principalmente da uno scheletro carbonioso legato a idrogeno, ossigeno, fosforo e zolfo. Gli organismi viventi contengono un numero incredibile di sostanze, con una stima di oltre 5 milioni nel corpo umano e un numero totale di composti diversi nell’ordine di 10^11.

La maggior parte delle sostanze presenti negli esseri viventi sono di natura polimerica, ossia costituite dalla combinazione di un numero limitato di molecole relativamente piccole. Così, anche se lo studio, la sintesi e la caratterizzazione di tutte le molecole biologiche è impossibile, è possibile comprendere le loro proprietà partendo dalla conoscenza dei singoli “mattoni” di base.

Proteine e amminoacidi

Le proteine sono composti polimerici costituiti da amminoacidi legati tra loro tramite legame peptidico. Esistono venti diversi amminoacidi che possono combinarsi in molteplici modi per dar luogo a un’ampia varietà di strutture. Le proteine svolgono una vasta gamma di funzioni biologiche, tra cui funzioni strutturali, enzimatiche, di trasporto, immunitarie e di controllo delle attività cellulari e dei processi relativi alla divisione cellulare.

Carboidrati

I carboidrati si suddividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. I monosaccaridi sono fonti energetiche e possono dimerizzare per costituire disaccaridi o polimerizzare per formare polisaccaridi. I polisaccaridi possono fungere da riserva energetica e svolgere altre funzioni, come ad esempio il sostegno strutturale nei vegetali, in cui la cellulosa è un esempio significativo.

Nucleotidi

I nucleotidi costituiscono una classe di biomolecole presenti nel DNA e nell’RNA, composte da fosfato, uno zucchero (ribosio o desossiribosio) e una base azotata. I nucleotidi come l’ATP svolgono un ruolo cruciale come trasportatori di energia nelle cellule e sono inoltre fondamentali per numerosi processi cellulari. Oltre a essere sub-unità degli acidi nucleici, i nucleotidi possono fungere da trasportatori di energia, componenti di cofattori enzimatici e messaggeri chimici.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono componenti importanti delle membrane cellulari, del tessuto adiposo e delle cellule del tessuto nervoso. Svolgono un ruolo cruciale nella struttura e nella funzionalità delle membrane, nonché nell’aggregazione piastrinica, nella funzionalità cardiaca, nella pressione arteriosa e nel sistema immunitario.

In conclusione, le molecole biologiche, dalle proteine ai carboidrati, dai nucleotidi agli acidi grassi, svolgono ruoli fondamentali nella struttura e nelle funzioni degli esseri viventi, contribuendo in modo significativo alla complessità e alla diversità della vita stessa.