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Bicarbonato di sodio: comportamento acido-base, sintesi, reazioni

Redazione

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15 Maggio 2020

Bicarbonato di sodio: comportamento acido-base, sintesi, reazioni

Benefici e Utilizzo del Bicarbonato di Sodio: Tutto quello che devi sapere

Il bicarbonato di sodio, con formula NaHCO₃, si presenta come un solido cristallino bianco che si scioglie facilmente in acqua ma è scarsamente solubile nei solventi organici. Questa sostanza si trova principalmente nel minerale nahcolite, in cui costituisce il 99% della composizione.

Proprietà Acido-Base del Bicarbonato di Sodio

Il bicarbonato di sodio è un sale dell’acido carbonico e in soluzione acquosa si divide completamente nei ioni Na⁺ e HCO₃^–. L’ione idrogenocarbonato può agire sia come acido che come base, in accordo con la teoria di Brønsted-Lowry, partecipando a due equilibri distinti.

Nel primo equilibrio, l’ione idrogenocarbonato agisce come acido, mentre nel secondo equilibrio si comporta da base. La somma di questi due equilibri porta alla formazione di carbonato di sodio e acido carbonico. Le costanti relative a questi equilibri svolgono un ruolo determinante nella reazione complessiva del bicarbonato di sodio.

Storia e Processo di Produzione

Il bicarbonato di sodio è stato scoperto nel 1801 a Berlino dal farmacista Valentin Rose il Giovane. Sebbene sia presente in natura, può essere prodotto industrialmente attraverso il processo Solvay, che avviene in due fasi. Nella prima fase, ammoniaca, cloruro di sodio, biossido di carbonio e acqua reagiscono per formare il carbonato di sodio. Successivamente, il carbonato di sodio viene trattato con biossido di carbonio e acqua per produrre il bicarbonato di sodio.

Possibili Reazioni Chimiche

Il bicarbonato di sodio può subire varie reazioni a diverse temperature e in presenza di acidi e basi:

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Decomposizione Termica

: A temperature comprese tra 80 e 100 °C, il bicarbonato di sodio si decompone in carbonato di sodio, biossido di carbonio e acqua.
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Reazioni con gli Acidi

: In ambiente acido, il bicarbonato di sodio genera biossido di carbonio e acqua.
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Reazioni con le Basi

: Il bicarbonato di sodio può reagire con le basi per formare nuovi composti.

In conclusione, il bicarbonato di sodio è una sostanza versatile con numerose applicazioni, non solo in cucina ma anche in campo medico e industriale. La sua formulazione chimica e le proprietà acido-base lo rendono un elemento fondamentale in molti processi chimici e reazioni.

Benefici e Reazioni Chimiche del Bicarbonato di Sodio

Il bicarbonato di sodio, in ambiente basico, reagisce formando carbonato di sodio e acqua secondo l’equazione:

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

Reazioni con Sostanze Chimiche Diverse

1.

Reazione con il Cloro

Una soluzione concentrata di bicarbonato di sodio reagisce con il cloro producendo clorato di sodio, cloruro di sodio, biossido di carbonio e acqua secondo la seguente reazione di disproporzione:
6 NaHCO₃ + 3 Cl₂ → NaClO₃ + 5 NaCl + 6 CO₂ + 3 H₂O

2.

Reazione con l’Anidride Solforosa

Il bicarbonato di sodio reagisce con l’anidride solforosa per produrre solfito acido di sodio e biossido di carbonio:
NaHCO₃ + SO₂ → NaHSO₃ + CO₂

3.

Reazione con il Solfato di Rame (II)

Il bicarbonato di sodio reagisce con il solfato di rame (II) generando il carbonato basico rameico, presente naturalmente come malachite, solfato di sodio, biossido di carbonio e acqua:
4 NaHCO₃ + 2 CuSO₄ → CuCO₃ · Cu(OH)₂ + 2 Na₂SO₄ + 3 CO₂ + H₂O

Usi Pratici del Bicarbonato di Sodio

Il bicarbonato di sodio ha numerose applicazioni pratiche nella vita di tutti i giorni. Sebbene il suo utilizzo quotidiano sia diminuito a favore di prodotti commerciali, continua a essere una sostanza versatile e conveniente.

Pulizia e Igienizzazione

: È utilizzato per pulire e rimuovere macchie da oggetti in argento, mobili, piastrelle e sanitari. Inoltre, trova impiego nella pulizia dei denti, delle mani e come esfoliante.

Eliminazione di Odori

: Previeni la formazione di cattivi odori in piccoli ambienti come frigoriferi, scarpiere e armadi. Elimina gli odori sgradevoli da tappeti, sedili dell’auto e l’odore di muffa dai vestiti e dalle pareti.

In conclusione, il bicarbonato di sodio, nonostante la sua antica storia, si conferma come una risorsa preziosa per la pulizia e l’igiene domestica, oltre che per la sua capacità di reagire in modo interessante con altre sostanze chimiche.

Anidride benzoica: sintesi, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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14 Maggio 2020

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L’anidride benzoica è un solido cristallino bianco poco solubile in acqua. Si tratta della più semplice anidride simmetrica aromatica, derivante da due molecole di acido benzoico. Questa sostanza è solubile in etanolo, etere etilico, cloroformio, acetato di etile, benzene, toluene, acido acetico glaciale e anidride acetica.

Sintesi

La sintesi dell’anidride benzoica può avvenire riscaldando l’acido benzoico con anidride acetica in presenza di acido fosforico, come indicato dal chimico inglese Hans Thacher Clarke nel 1923. Altrimenti, può essere ottenuta facendo reagire il cloruro di benzoile e diossano anidro a 5°C, aggiungendo piridina anidra e successivamente acqua.

Il prodotto della reazione viene filtrato, lavato con bicarbonato di sodio, successivamente con acqua, asciugato e ricristallizzato con una miscela di etere di petrolio ed etere.

Reazioni

– L’anidride benzoica reagisce con l’etere difenilico producendo 4-fenossibenzofenone e acido benzoico.
– In presenza di acqua si idrolizza e si trasforma in acido benzoico.

Questo composto chimico è di notevole importanza in chimica organica per le sue proprietà e le sue reazioni.

La conversione dell’anidride benzoica in acido benzoico

L’anidride benzoica può essere convertita in acido benzoico tramite diverse reazioni. In presenza di piridina, l’anidride benzoica reagisce con acqua per formare acido benzoico come prodotto principale. Questa reazione, però, può comportare la formazione indesiderata di acido benzoico. Pertanto, è fondamentale assicurarsi che la vetreria sia completamente asciutta per evitare tale reazione indesiderata.

In un ambiente acido e con l’utilizzo di sodio boroidruro, l’anidride benzoica può essere convertita in acido benzoico e alcol benzilico. Questa reazione è molto utile nella sintesi organica, in quanto permette di ottenere due prodotti distinti a partire da una singola molecola di anidride benzoica.

Altre reazioni dell’anidride benzoica

In presenza di alcoli, l’anidride benzoica può reagire per formare esteri benzoici. Questa reazione porta alla sintesi di composti esteri che possono avere diverse applicazioni nella chimica organica.

Usi dell’anidride benzoica

L’anidride benzoica trova largo impiego nella sintesi di prodotti farmaceutici e coloranti, oltre alla sua azione come precursore per la produzione di esteri benzoici. La sua versatilità la rende un reagente importante in vari settori della chimica organica.

In conclusione, l’anidride benzoica è un composto chimico fondamentale che può essere sfruttato in diverse reazioni per ottenere una varietà di prodotti utili in ambito farmaceutico, chimico e industriale.

Gatto e erba gatta: la chimica in azione

Fabrice Deseaux

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13 Maggio 2020

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Gatto e erba gatta: la chimica in azione

La Nepeta Cataria e i Suoi Effetti Sugli Animali

La Nepeta Cataria, conosciuta anche come erba gatta, è una pianta perenne appartenente alla famiglia delle Lamiaceae. Questa pianta produce un aroma che provoca nei gatti una reazione simile a quella causata dai feromoni, suscitando un senso di appagamento in molti felini.

Comportamenti dei Gatti Davanti all’Erba Gatta

Quando i gatti si avvicinano all’erba gatta, mostrano comportamenti simili a quelli delle femmine durante il periodo dell’estro. Questi comportamenti includono il farsi le fusa, strofinare la testa e il corpo sull’erba, rotolarsi e miagolare. Questo effetto dura circa dieci minuti, dopo i quali il gatto per circa trenta minuti non mostra più attrazione per la pianta. È interessante notare che circa il 70-90% dei gatti reagisce a questo aroma, il che suggerisce una predisposizione genetica.

La Chimica dell’Erba Gatta in Azione

Il componente responsabile di questo comportamento nei gatti è il nepetalattone, una molecola isolata per la prima volta dall’erba gatta nel 1941 da Samuel Marion McElvain. Il nepetalattone è un terpenoide biciclico a dieci atomi di carbonio derivato dall’isoprene. Questa molecola è prodotta nei tricomi della Nepeta Cataria e svolge la funzione di attrarre insetti impollinatori o respingere animali dannosi per la pianta.

Il Nepetalattone e la Sua Produzione

Il nepetalattone è una molecola appartenente alla famiglia degli iridoidi, ottenuta attraverso l’azione dell’iridoide sintetasi. Questo enzima utilizza l’8-ossogeraniale come substrato. La sintesi del nepetalattone avviene in due fasi, con una riduzione seguita da una ciclizzazione, che può avvenire attraverso una reazione di Diels-Alder o un’addizione intramolecolare di Michael.

Il Nepetalattone e i Gatti

I gatti riescono ad assimilare il nepetalattone attraverso l’organo vomeronasale, il cui recettore epiteliale invia gli stimoli nervosi al cervello. Questo processo trasforma l’informazione chimica in una risposta emotiva, che può influenzare il comportamento del felino. I gatti sono animali affascinanti, curiosi e indipendenti, capaci di comunicare con gli esseri umani e altri animali attraverso vari mezzi, come miagolii, posizioni del corpo e manifestazioni di affetto come il fare le fusa e allungare le zampe.

In conclusione, l’erba gatta e il suo principio attivo nepetalattone offrono uno spunto interessante per studiare le interazioni tra le piante e gli animali, in particolare per quanto riguarda i felini domestici e loro reazioni a sostanze specifiche.

Triossido di renio: proprietà, sintesi, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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10 Maggio 2020

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Triossido di renio: proprietà, sintesi, reazioni, usi

Il triossido di renio, un composto di colore rosso intenso con formula ReO3, è un solido poco solubile e molto stabile che si forma quando il renio si ossida all’aria.

Caratteristiche del triossido di renio

La struttura di questo composto è simile a quella della perovskite, con il renio al centro della cella elementare legato a sei atomi di ossigeno, formando una struttura tridimensionale a ottaedri uniti ai vertici.

Gli ossidi dei metalli di transizione, come il triossido di renio, sono oggetto di studi per le loro proprietà elettriche e magnetiche, essendo in grado di comportarsi sia da metalli che da isolanti a seconda della temperatura. A differenza di altri ossidi, il triossido di renio ha resistività elettrica bassa e mostra un comportamento metallico con una diminuzione della resistività al diminuire della temperatura, con una conduttività elettrica simile a quella del rame a temperatura ambiente.

Sintesi del triossido di renio

Il triossido di renio può essere ottenuto dall’ossidazione del renio o dalla riduzione dell’ossido di renio (VII) in presenza di monossido di carbonio.

Reazioni del triossido di renio

A 400°C, il triossido di renio si decompone formando ossido di renio (VII) e ossido di renio (IV) attraverso una reazione di disproporzione. Inoltre, il triossido di renio è in grado di assorbire idrogeno, formando un nuovo composto HxReO3 con x

Geraniolo: chimica, usi

Fabrice Deseaux

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9 Maggio 2020

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Proprietà e Utilizzi del Geraniolo

Il geraniolo è un componente chiave dell’olio di rosa, di palmarosa e di citronella. Appartenente alla famiglia dei monoterpenoidi, ha un’importante funzione alcolica. Si presenta come un liquido incolore o talvolta leggermente giallastro, con un aspetto oleoso poco solubile in acqua ma solubile in solventi organici come l’etere e l’etanolo.

Questo composto viene prodotto da diverse piante proprio per attirare impollinatori come api e falene grazie al suo profumo, rilevabile anche a basse concentrazioni. La sua purezza è stata isolata per la prima volta nel 1871 dal chimico tedesco Oscar Jacobsen.

Struttura Chimica del Geraniolo

Conosciuto anche come lemonolo, il geraniolo, o (E)-3,7-dimetil-2,6-ottadien-1-olo, è composto da due unità di isoprene collegate testa-coda e funzionalizzate con un gruppo -OH all’estremità della coda. Questo alcol aciclico contiene due siti di insaturazione che lo rendono soggetto a diverse reazioni chimiche.

Reazioni e Applicazioni

Le reazioni a cui il geraniolo può sottoporsi includono idrogenazione, ossidazione, ciclizzazione, riarrangiamento e esterificazione. L’idrogenazione parziale porta alla formazione del citronellolo, mentre l’idrogenazione completa produce il tetraidrogeraniolo.

L’ossidazione del geraniolo può generare un’ aldeide che, a sua volta, può essere ulteriormente ossidato in un acido carbossilico. Le reazioni di riarrangiamento catalizzate dal rame producono il citronellale. In presenza di acidi minerali, il geraniolo può subire ciclizzazione formando idrocarburi terpenici monociclici.

Infine, in ambienti acidi e con l’aggiunta di acidi carbossilici è possibile ottenere esteri. Il geraniolo viene estratto tramite distillazione frazionata dagli oli ricchi di questo composto o a partire dal mircene.

Gli alcoli monoterpenici come il geraniolo sono noti per i loro aromi floreali e per le loro importanti proprietà in vari settori, dalla profumeria alla chimica industriale.Benefici e Usi del Geraniolo

Il geraniolo è una sostanza aromatico comunemente presente in vari cibi e bevande, quali frutta, succhi di frutta, vini e birre, conferendo ad essi un piacevole aroma agrumato. Questo composto chimico, con un caratteristico profumo simile a quello delle rose, viene impiegato in diversi settori, tra cui l’industria.

Applicazioni Industriali

Il geraniolo è ampiamente utilizzato come ingrediente in molti deodoranti, profumi, creme per il corpo e prodotti per la pulizia domestica. Oltre alla sua fragranza gradevole, questo composto mostra proprietà insetticide e repellenti, diventando un agente naturale per il controllo dei parassiti grazie alla sua bassa tossicità. Studi recenti hanno evidenziato ulteriori attività biologiche del geraniolo, tra cui l’azione antimicrobica, antiossidante e antinfiammatoria.

Potenziale Medico

Recenti ricerche hanno indicato che il geraniolo potrebbe avere la capacità di migliorare la penetrazione dei farmaci attraverso la pelle, suggerendo un suo impiego potenziale nel campo dei farmaci transdermici. Questo attributo apre la strada a nuove possibilità terapeutiche legate alle proprietà del geraniolo.

In conclusione, il geraniolo non solo è responsabile dell’aroma caratteristico di molti cibi e bevande, ma offre anche svariate applicazioni nell’industria e potenziali benefici per la salute, spingendo la ricerca a esplorare ulteriormente le sue proprietà e usi.

Estrazione del titanio: processo Kroll

Fabrice Deseaux

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7 Maggio 2020

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Come viene ottenuto il titanio metallico attraverso il processo Kroll

Il titanio è un metallo leggero e resistente, noto per il suo colore bianco metallico e la sua resistenza alla corrosione. Questo metallo reagisce passivando in presenza di ossigeno, formando uno strato di ossido che lo protegge da acidi, basi e agenti ossidanti. Grazie a queste proprietà, il titanio trova numerose applicazioni in diversi settori.

Applicazioni del titanio

Grazie alla sua resistenza alla corrosione e al basso peso specifico, il titanio è ampiamente utilizzato in leghe, in particolare nel settore aerospaziale per la produzione di componenti per turbine, motori aeronautici, strutture aeree, nonché nell’edilizia, nella produzione di attrezzature sportive, veicoli blindati, gioielli, caschi e molti altri.

Il titanio è anche impiegato nell’ambito dell’implantologia dentale per la sua elevata biocompatibilità. Tuttavia, affinché gli impianti dentali siano sicuri e ben accettati dall’organismo, è fondamentale che siano realizzati con titanio di elevata purezza.

Estrazione del titanio

Il titanio può essere estratto da rocce contenenti il minerale rutilo, in cui è presente principalmente come biossido di titanio (TiO2).

Processo Kroll

Il processo Kroll, il cui nome deriva dall’ingegnere e metallurgista William Justin Kroll, è il metodo più comunemente utilizzato per estrarre il titanio metallico. Questo processo si articola in quattro stadi distinti:

1. Trattamento del minerale ridotto in polvere con cloro gassoso per ottenere il tetracloruro di titanio.

2. Purificazione del TiCl4.

3. Riduzione del titanio (IV) a titanio poroso.

4. Trattamento del titanio poroso per ottenere il titanio metallico.

Nonostante siano passati molti anni dalla sua invenzione, il processo Kroll rimane fondamentale per l’estrazione efficiente del titanio metallico.

Processo di Produzione del Biossido di Titanio

Il biossido di titanio, noto per la sua stabilità termica e resistenza agli attacchi chimici, viene prodotto attraverso un processo complesso. Non può essere ridotto utilizzando carbonio, monossido di carbonio o idrogeno poiché in presenza di carbonio si forma carburo di titanio, rendendo il metallo fragile.

Processo di Produzione in Quattro Stadi

# Primo Stadio

Nel primo stadio del processo, il minerale viene trattato in un reattore a letto fluidizzato a 1000 °C con cloro gassoso in presenza di coke. Durante questa fase, si ottiene il tetracloruro di titanio, che è più facilmente riducibile rispetto al biossido di titanio.

# Secondo Stadio

Il tetracloruro viene successivamente trattato con solfuro di idrogeno per rimuovere impurità e poi purificato mediante distillazione per ottenere un prodotto con un grado di purezza superiore al 99.9%.

# Terzo Stadio

Nel terzo stadio, il tetracloruro purificato viene inviato in un reattore di acciaio inossidabile in atmosfera di argon a circa 500 °C. Durante questa fase si verificano reazioni esotermiche che portano alla formazione di cloruro di titanio (II) e cloruro di titanio (III), causando un aumento rapido della temperatura fino a 800-850 °C. Questi cloruri vengono ridotti gradualmente, con la temperatura che raggiunge infine i 1000 °C per completare il processo di riduzione.

# Quarto Stadio

Una volta completato il processo di riduzione, il titanio ottenuto risulta poroso e deve essere purificato ulteriormente. Durante il quarto stadio, il metallo viene trattato con azoto e ossigeno ad alte temperature sotto vuoto o in atmosfera inerte di argon per ottenere il prodotto finito. Eventuali inclusioni vengono rimosse mediante il processo di fusione sotto vuoto per garantire l’uniformità del prodotto.

Questo complesso processo di produzione garantisce la purezza e la qualità del biossido di titanio, un materiale fondamentale in numerosi settori industriali.

Geosmina: l’odore della terra

Fabrice Deseaux

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6 Maggio 2020

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La geosmina è un composto terpenico con un odore terroso caratteristico, presente nelle barbabietole. Il suo nome deriva dal greco e significa “odore della terra”, poiché è prodotto da microbi come cianobatteri e actinobatteri al momento della loro morte.

Biosintesi della geosmina

La geosmina viene sintetizzata a partire dal farnesil difosfato (FPP), un composto a 15 atomi di carbonio usato dagli organismi viventi per produrre terpeni, terpenoidi e steroli. Un enzima dipendente dal magnesio promuove la ciclizzazione del FPP in germagradienolo, che successivamente porta alla formazione di geosmina. Questo enzima, chiamato germacradienolo-geosmina sintasi (GSS), svolge due funzioni catalitiche specifiche.

L’odore del terreno bagnato dalla pioggia

Quando il terreno viene bagnato dopo un periodo di siccità, viene rilasciata la geosmina e il suo caratteristico odore può essere percepito dagli esseri umani a concentrazioni molto basse, fino a circa 0.7 parti per miliardo. I cammelli sono in grado di rilevare questo odore a lunghe distanze, aiutandoli a individuare le oasi in cui è presente.

La geosmina è contenuta nelle barbabietole, conferendo loro un gusto terroso distintivo, ed è utilizzata in alcune fragranze. Tuttavia, può rappresentare un problema nella produzione del vino, in quanto conferisce un odore sgradevole alle uve affette dalla muffa Penicillium expansum, che si sviluppa in condizioni meteorologiche avverse durante la vendemmia.

Louis Pasteur: la scoperta della chiralità

Fabrice Deseaux

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5 Maggio 2020

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Louis Pasteur: la scoperta della chiralità

Louis Pasteur: il genio poliedrico del XIX secolo

Louis Pasteur si distinse come uno dei luminari poliedrici del XIX secolo, spaziando dalla microbiologia alla chimica e alla fisica con un interesse eclettico per un’ampia varietà di campi scientifici. Tra le sue tante imprese, si dedicò con successo alla risoluzione di importanti questioni dell’epoca e contribuì significativamente alle scoperte nel settore dell’agricoltura e dell’allevamento.

Il contributo di Pasteur alla ricerca sui vaccini

Dopo l’importante scoperta del primo vaccino da parte di Edward Jenner nel 1798, che alla fine portò all’eradicazione del vaiolo, Louis Pasteur fece un altro passo rivoluzionario nel 1885. Utilizzò un virus attenuato per sviluppare un vaccino contro la rabbia, aprendo la strada non solo alla prevenzione della malattia ma anche allo sviluppo di ulteriori ricerche nel campo dei vaccini. Nel corso dei secoli, i vaccini hanno svolto un ruolo cruciale nel ridurre l’incidenza di malattie gravi e spesso letali che affliggono il mondo da tempi antichi.

Gli studi sull’acido tartarico di Louis Pasteur

Nel 1832, il fisico e matematico francese Jean-Baptiste Biot osservò che l’acido tartarico aveva la particolare capacità di far ruotare la luce polarizzata. Solo nel 1847, grazie all’uso di una pinzetta e di un microscopio ottico, Louis Pasteur riuscì a separare singoli cristalli di sodio ammonio tartrato, derivato dall’acido tartarico, dimostrando la sua natura asimmetrica.

L’acido tartarico, conosciuto anche come acido 2,3-diidrossobutandioico, è un acido bicarbossilico con due stereocentri che lo rendono un composto chirale. Questa molecola, presente come acido L-(+) tartarico che ruota a sinistra la luce polarizzata e come acido D-(-) tartarico che la ruota a destra, rappresenta un esempio di enantiomeri. L’acido meso-tartarico, invece, è un diastereoisomero privo di proprietà ottiche.

L’asimmetria dell’Universo secondo Pasteur

Grazie alle sue scoperte sull’asimmetria molecolare, Louis Pasteur fu il primo a teorizzare che l’Universo fosse intrinsecamente asimmetrico. Questa convinzione, apparentemente audace, trova riscontro in numerosi fenomeni osservabili: dalla preferenza per l’uso della mano destra rispetto a quella sinistra negli esseri umani, alla predominanza delle conchiglie a spirale destrorsa, all’evoluzione delle colonie del Bacillus subtilis.

La chiralità, secondo alcune teorie, è legata all’entropia, con la chiralità destrorsa associata all’ordine e quella sinistrorsa al disordine. Questo equilibrio tra le due forme di chiralità sembra rispondere al tessuto originario della vita sulla Terra, manifestandosi in modi sorprendenti e intricati nell’universo che ci circonda.

YBCO: il primo High Temperature Superconductor

Fabrice Deseaux

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3 Maggio 2020

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YBCO: il primo High Temperature Superconductor

Superconduttività ad Alta Temperatura

Il composto YBCO, formato da ossido di ittrio, bario e rame, è noto per essere stato uno dei primi materiali a manifestare proprietà superconduttive a temperature superiori a quelle di ebollizione dell’azoto liquido, ovvero a 77 K. Questo materiale rientra nella categoria dei superconduttori ad alta temperatura (HTS).

La superconduttività è stata scoperta nel 1911 da Heike Kamerlingh Onnes, che notò come la resistenza del mercurio si annullasse a basse temperature utilizzando elio liquido. Successivamente, questo fenomeno fu osservato anche in altri materiali come piombo, niobio e varie leghe, tra cui V-Si.

Temperatura Critica e Struttura dell’YBCO

La temperatura critica (Tc) è una proprietà fondamentale di questi materiali, indicando la temperatura al di sotto della quale si manifesta la superconduttività. Dopo anni di stabilità a pochi gradi Kelvin, nel 1987 all’University of Houston fu scoperto che l’YBCO poteva avere una Tc fino a 95 K, in base alla sua composizione.

La struttura dell’YBCO è basata su strati di ossidi di rame intercalati con stati di ossidi di altri metalli presenti nel materiale, simile a una perovskite ma con distorsioni e carenze di ossigeno. La cella unitaria è composta da tre celle perovskitiche in una struttura pseudo-cubica quasi ortorombica.

Al centro di ogni cella si alternano atomi di ittrio e bario, seguendo una sequenza Ba-Y-Ba. È presente una caratteristica peculiarità: due strati di CuO2 con ittrio che funge da spaziatore tra di essi. La superconduttività avviene attraverso questi strati di ossido di rame.

Questo modello a strati origina una marcata anisotropia nelle proprietà superconduttrici e di conduzione normale, con una capacità conduttiva maggiore parallela ai piani contenenti ossido di rame rispetto alla direzione perpendicolare.

In conclusione, la formula bruta dell’YBCO è YBa2Cu3O7-x.Superconduttori: Caratteristiche, Preparazione e Usi

Superconduttori con YBCO

Il composto chimico YBa₂Cu₃O_7-x, noto come YBCO, è un superconduttore ad alta temperatura con proprietà sensibili alla quantità di ossigeno. Solo composizioni con un 0 2O₃, BaCO_{3> e CuO. La sinterizzazione avviene a 950°C in presenza di ossigeno, producendo YBa}₂Cu₃O_7-x, che diventa superconduttore tramite un raffreddamento lento.

Usi del YBCO

I conduttori rivestiti con YBCO trovano applicazioni in fili, motori, generatori, magneti permanenti superconduttivi e giunzioni Josephson. Sebbene i superconduttori a base di rame siano ampiamente utilizzati, il YBCO offre potenzialità aggiuntive. Per ottimizzarne le proprietà, è necessario studiare le dipendenze della densità di corrente critica da vari fattori come temperatura, campo magnetico esterno e angolo tra campo esterno e asse-c cristallografico. Introducendo difetti artificiali, come perovskiti contenenti bario, è possibile aumentare la densità di corrente critica.

La sostituzione di Y con atomi di niobio e tantalio in una doppia perovskite ha dimostrato vantaggi significativi, tra cui un aumento della Tc e una struttura allineata di nano-colonne che migliorano le proprietà di trasporto. Queste innovazioni sono cruciali per sfruttare appieno il potenziale del YBCO in varie applicazioni, anche grazie alla deposizione su nastri metallici rivestiti con ossidi tampone per superare le sfide legate alla fragilità del materiale.

Superconduttori di Tipo II: Caratteristiche e Proprietà

I superconduttori di Tipo II, come il YBCO, sono una classe introdotta da Abrikosov, basata sulla teoria GL, che si è resa necessaria per risolvere comportamenti non spiegabili dalla teoria di London. La teoria di Gizburg-Landau (GL) è fenomenologica ma ha introdotto il concetto di funzione d’onda unica per elettroni superconduttori, permettendo di prevedere comportamenti macroscopici e quantistici della superconduttività.

Energia di Interfaccia e Magnetizzazione

Nei superconduttori di Tipo II, l’energia di interfaccia tra regioni superconduttive e normali è inferiore a zero, favorendo la suddivisione in domini alternati. La magnetizzazione inizialmente cresce linearmente con il campo applicato fino al campo critico Hc1, e diminuisce gradualmente fino al secondo campo critico Hc2. Tra i due campi critici, il materiale mostra uno stato misto in cui coesistono fasi superconduttive e normali.

Magnetizzazione e Vortici

Nello stato misto, il flusso magnetico penetra nel superconduttore sotto forma di vortici, ognuno trasportante un quanto di flusso. Questi vortici, con un core normale, generano una resistenza di flux-flow quando vengono mossi dalla forza di Lorentz generata da una corrente applicata.

Pinning Engineering e Proprietà Intrinseche

La pinning engineering cerca di creare una regione non superconduttiva per generare una forza di pinning che contrasti il movimento dei vortici. I difetti come dislocazioni e stacking faults possono agire come weak links, sopprimendo la superconduttività a causa delle ridotte lunghezze di coerenza che caratterizzano i superconduttori di Tipo II.

In generale, i superconduttori di Tipo II presentano differenze significative rispetto ai classici, dovute alle proprietà intrinseche del materiale come la lunghezza di coerenza ridotta, che può rendere suscettibile alla soppressione della superconduttività anche la presenza di difetti nella struttura del cristallo.

Per approfondire le tematiche legate alla forza di Lorentz e ai superconduttori, puoi consultare [questo articolo](https://chimica.today/fisica/forza-di-lorentz).

L’autore di questo articolo è [Gennaro Erbaggio](https://www.linkedin.com/in/gennaro-erbaggio-553580196).

Olio per motori: composizione, proprietà

Fabrice Deseaux

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30 Aprile 2020

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Olio per motori: composizione, proprietà

Tipologie di oli per motori e le caratteristiche principali

Gli oli per motori possono essere di diversi tipi: minerale, sintetico e semi-sintetico. Questi oli sono composti da una miscela di oli base e di additivi che ne migliorano le proprietà.

Composizione degli oli per motori

L’olio minerale è ottenuto come sottoprodotto della raffinazione del petrolio greggio ed è composto principalmente da alcani con un numero di atomi di carbonio superiore a nove. Ha una densità che varia tra 0.8 e 0.87 g/cm3, con una temperatura di ebollizione superiore a 200°C e può contenere tracce di azoto o zolfo.

L’olio sintetico, ottenuto da costituenti del petrolio modificati chimicamente o da altre materie prime, offre numerosi vantaggi rispetto a quello minerale, tra cui resistenza ad elevate temperature, buone prestazioni a basse temperature, maggiore protezione del motore, riduzione del consumo di olio e un motore più pulito.

L’olio semi-sintetico, introdotto nel 1966, unisce le proprietà dell’olio minerale a quelle dell’olio sintetico, offrendo un ottimo compromesso tra prestazioni e costo.

Proprietà degli oli per motori

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Resistenza alle temperature elevate

: ideale per climi caldi o motori gravosi.
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Buone prestazioni a basse temperature

: efficace anche a -30°C o -40°C.
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Migliore protezione del motore

: mantiene la viscosità anche in condizioni estreme.
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Riduzione del consumo di olio

: perdita di peso inferiore rispetto all’olio minerale a elevate temperature.
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Motore più pulito

: minore accumulo di sostanze per una maggiore pulizia.

Additivi negli oli per motori

Sia negli oli minerali che sintetici o semi-sintetici vengono aggiunti degli additivi per migliorarne le prestazioni e la durata nel tempo. Questi additivi svolgono delle funzioni specifiche, come proteggere il motore, ridurre l’usura delle parti meccaniche e migliorare la lubrificazione.

In conclusione, la scelta dell’olio per motori dipende dalle esigenze del veicolo e dall’utilizzo che se ne fa. La corretta manutenzione dell’olio è fondamentale per garantire un corretto funzionamento del motore e prolungarne la vita utile.

Ruolo degli Additivi nell’Olio per Motori: una Guida Completa

Gli oli per motori contengono una varietà di additivi che svolgono funzioni specifiche per garantire il corretto funzionamento del motore nel tempo. Vediamo quali sono i principali additivi e il loro ruolo fondamentale:

Inibitori dell’ossidazione

Gli inibitori dell’ossidazione sono essenziali per rallentare il processo di degradazione dell’olio dovuto all’ossidazione, che comprometterebbe le sue proprietà lubrificanti nel tempo.

Detergenti

I detergenti presenti nell’olio per motori lavorano per rimuovere depositi e microparticelle dalle superfici interne del motore, garantendo un funzionamento ottimale nel tempo.

Disperdenti

Gli additivi disperdenti aiutano a prevenire l’accumulo di depositi sulle parti interne del motore, mantenendo pulite e libere da residui le superfici critiche.

Antischiuma

Gli antischiuma evitano la formazione di schiume sulla superficie dell’olio, che potrebbero compromettere la corretta lubrificazione del motore.

Antiusura

Gli additivi antiusura sono composti da sostanze solide che aiutano a lubrificare il motore durante l’avvio, riducendo l’attrito e proteggendo le parti interne da danni.

Inibitori della corrosione

Questi additivi proteggono le parti metalliche del motore dall’ossidazione e dalla corrosione, garantendo una maggiore durata e affidabilità nel tempo.

Modificatori dell’indice di viscosità

I modificatori dell’indice di viscosità aiutano a mantenere costante la viscosità dell’olio in diverse temperature, garantendo una lubrificazione efficace in qualsiasi condizione.

Antigelo

Gli antigelo presenti negli oli per motori aiutano a stabilizzare l’olio a temperature estreme, garantendo prestazioni ottimali anche in condizioni climatiche avverse.

In conclusione, gli additivi presenti negli oli per motori svolgono un ruolo cruciale nel garantire prestazioni ottimali, durata e protezione al motore. È importante scegliere un olio di qualità con la giusta combinazione di additivi per mantenere il motore in ottime condizioni nel tempo.

Cella galvanica e cella di elettrolisi a confronto

Fabrice Deseaux

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29 Aprile 2020

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Cella galvanica e cella di elettrolisi a confronto

Il Funzionamento delle Celle Elettrochimiche

Le celle elettrochimiche sono dispositivi in grado di convertire energia da una reazione chimica in energia elettrica o viceversa, permettendo il passaggio di elettroni tramite una reazione di ossidoriduzione. Un esempio classico di cella elettrochimica è la Pila Daniell, composta da due semicelle: una con un elettrodo di zinco immerso in ioni Zn^2+ e l’altra con un elettrodo di rame immerso in ioni Cu^2+.

Nella prima semicella, lo zinco si ossida producendo elettroni che vengono trasferiti all’elettrodo di rame, che a sua volta si riduce. Questo processo porta ad una reazione redox complessiva:
Zn(s) + Cu^2+(aq) → Zn^2+(aq) + Cu(s)

Cella di Elettrolisi

Le celle di elettrolisi, invece, sono dispositivi che convertire energia elettrica in energia chimica, permettendo di far avvenire reazioni redox non spontanee. Un esempio di questo processo è la scomposizione dell’acqua nei suoi componenti.

In conclusione, le celle elettrochimiche e le celle di elettrolisi svolgono ruoli importanti nella trasformazione di energia chimica ed elettrica, permettendo una serie di reazioni che vanno dalla produzione di energia elettrica alla sintesi di composti chimici. Questi processi sono fondamentali in diversi settori, dalla chimica industriale all’elettronica. Per ulteriori approfondimenti su questo argomento, puoi consultare [chimica.today](https://chimica.today/) e i suoi articoli correlati.

Processi di elettrolisi per la separazione di idrogeno e ossigeno

La reazione di separazione di idrogeno e ossigeno non è spontanea, ma può essere ottenuta tramite l’elettrolisi. Questo processo coinvolge una cella elettrolitica, che comprende un recipiente contenente l’elettrolita in soluzione o fuso, con due elettrodi immersi e collegati a un generatore di corrente continua.

Nella cella elettrolitica, l’elettrodo collegato al polo negativo del generatore è chiamato catodo, mentre quello collegato al polo positivo è chiamato anodo. Quando i due elettrodi sono immersi nella soluzione, avviene una migrazione degli ioni presenti: i cationi sono attratti dal catodo, dove si riducono, mentre gli anioni vanno verso l’anodo, dove si ossidano.

Differenze tra cella galvanica e cella di elettrolisi

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Cella galvanica:

converte l’energia chimica in energia elettrica, basata su una reazione spontanea di ossidoriduzione. Il catodo è il polo positivo e l’anodo è il polo negativo. L’ossidazione avviene all’anodo e la riduzione al catodo. I due elettrodi sono in due semicelle separate.

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Cella di elettrolisi:

converte l’energia elettrica in energia chimica, facendo avvenire una reazione di ossidoriduzione non spontanea. Il catodo è il polo negativo e l’anodo è il polo positivo. L’ossidazione avviene all’anodo e la riduzione al catodo. Catodo e anodo sono all’interno di una singola cella con soluzione elettrolitica.

Le celle galvaniche sono utilizzate come sorgenti portatili di energia, come le pile, mentre le celle di elettrolisi trovano impiego in processi industriali, galvanoplastica e galvanostegia.

Per approfondire su come avviene la separazione di idrogeno e ossigeno mediante elettrolisi, puoi consultare [qui](https://chimica.today/chimica-analitica/reazioni-in-una-cella-di-elettrolisi).

Carbonato di sodio: calcolo del pH

Fabrice Deseaux

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28 Aprile 2020

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Benefici e impieghi del carbonato di sodio

Il carbonato di sodio, estratto nel passato dagli antichi Egizi dal minerale natron, ha avuto un ruolo importante anche nella mummificazione. Oggi, questo sale solubile in acqua ha varie applicazioni, tra cui la pulizia domestica, l’industria alimentare e la produzione di detergenti.

Utilizzo del carbonato di sodio

Il carbonato di sodio, noto anche come soda solvay, è utilizzato in molteplici settori grazie alle sue proprietà chimiche. In particolare, è impiegato per regolare il pH di soluzioni, come anticalcare e sbiancante, e come ammorbidente per i tessuti.

Reazioni di idrolisi del carbonato di sodio

In acqua, il carbonato di sodio subisce un processo di idrolisi che porta alla formazione di ioni idrossido. Le costanti di equilibrio per le reazioni di idrolisi vengono utilizzate per calcolare il pH di una soluzione di carbonato di sodio.

Determinazione del pH di una soluzione di carbonato di sodio

Per calcolare il pH di una soluzione di carbonato di sodio, è necessario utilizzare un I.C.E. chart. Attraverso calcoli e formule specifiche, è possibile determinare che il pH di una soluzione 0,150 M di carbonato di sodio è di circa 11,8.

Conclusioni

Il carbonato di sodio, con le sue molteplici applicazioni e le sue proprietà chimiche, si conferma come una sostanza versatile e utile in diversi ambiti. Grazie alla sua capacità di regolare il pH e alle sue caratteristiche igroscopiche, continua ad essere un composto di grande interesse per l’industria e per numerosi settori.