Chimica in cucina: cristallizzazione
Set30

Chimica in cucina: cristallizzazione

La cristallizzazione è un processo di separazione e di purificazione largamente usato sia in campo industriale che in laboratorio. Durante un processo di cristallizzazione atomi, ioni o molecole si aggregano tra loro dando luogo a un cristallo ovvero a una struttura molto organizzata. Il principio della cristallizzazione si basa sulla limitata solubilità di un composto in un solvente in determinate condizioni ed è particolarmente influenzato dalla temperatura. La cristallizzazione avviene in genere per precipitazione da una soluzione: il raffreddamento di una soluzione soprassatura di un soluto in un dato solvente comporta una diminuzione di solubilità con formazione di cristalli. E’ quindi necessario che la sostanza da separare sia molto solubile a caldo e poco solubile a fredda.  Le dimensioni e l’abito cristallino delle particelle che costituiscono il precipitato dipendono dalle caratteristiche della particolare sostanza, dalle condizioni di precipitazione e dal trattamento che esso ha subito dopo la precipitazione. Se il precipitato è di tipo ionico gli ioni si combinano già nella soluzione soprassatura per formare associazioni ioniche o grappoli. Quando questi ultimi raggiungono determinate dimensioni formano nella soluzione una fase solida e si ingrossano gradualmente per deposizione di altri ioni provenienti dalla soluzione soprassatura. I grappoli sono detti anche cristalliti o germi o più generalmente nuclei e hanno piccole dimensioni. Trascorso un certo tempo detto periodo di induzione i cristalli assumono dimensioni visibili all’occhio umano. In natura avvengono molti processi di cristallizzazione come la formazione delle pietre preziose, dei cristalli di neve, delle stalattiti e delle stalagmiti. La cristallizzazione riveste un ruolo importante nelle preparazioni alimentari, nella loro raffinazione e nella loro conservazione. La cristallizzazione viene sfruttata per variare la consistenza di alcune preparazioni come il gelato, il fondente, il caramello e il cioccolato ed inoltre il controllo della cristallizzazione riveste un ruolo fondamentale quando si congelano i cibi. Se si vogliono preparare in casa dei cioccolatini o se si vuole rivestire una torta con il cioccolato è necessario temprare la cioccolata: dopo che la cioccolata è stata fusa è necessario controllare la temperatura durante la fase di raffreddamento in modo che si formino cristalli di piccolissime dimensioni.  L’aspetto poco lucido o granuloso della cioccolata così come la fioritura bianca che a volte compare su di esso indica la formazione di cristalli disomogenei che ne alterano l’aspetto Il burro di cacao contenuto nella cioccolata è infatti polimorfico ovvero assume diverse forme cristalline a seconda dei tempi di raffreddamento e solo la forma indicata come forma cristallina V ottenuta per lento raffreddamento conferisce lucentezza al cioccolato rendendolo piacevole al palato. Il gelato che noi gustiamo ha una composizione complessa e ingredienti ben miscelati: deve essere solido ma morbido, mantenere una forma e sciogliersi...

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Azine
Set26

Azine

Le azine sono composti organici aventi formula R2C=N-N=CR2 che derivano dalla condensazione di aldeidi o chetoni con idrazina da cui  si ottengono rispettivamente le aldoazine RCH=N-N=CR2  e le  chetoazine R2C=N-N=CR2. Appartengono a questa classe di composti gli eterocicli  a sei atomi di carbonio in cui è presente l’azoto come la piridina o due atomi di azoto come la pirimidina ovvero 1,3-diazine, la pirazina ovvero 1,4-diazina e la piridazina ovvero 1,2-diazina che, contenendo due atomi di azoto vengono dette diazine,  la 1,2,3-triazina, 1,2,4-triazina e la 1,3,5-triazina che contengono tre atomi di azoto. Le azine vengono ottenute in laboratorio a partire da un composto carbonilico e idrazina monoidrato mentre a livello industriale si ottengono facendo reagire due equivalenti di chetone con due equivalenti di ammoniaca e un equivalente di perossido di idrogeno. La più semplice delle azine è la dimetilchetazina che può essere ottenuta dalla reazione tra acetone e idrazina: 2 CH3COCH3 + N2H4 → (CH3)2C=N-N=C(CH3)2 + 2 H2O La reazione può avvenire anche in senso inverso pertanto dall’idrolisi della chetazina si può ottenere il chetone e l’idrazina: quest’ultima prodotta in situ viene utilizzata per numerose reazioni. Dalla reazione di un’azina in presenza di idrazina a 100°C si ottengono gli idrazoni R2C=N-NH2. Gli idrazoni, in ambiente basico e in presenza di HgO, danno luogo alla formazione di diazocomposti. Per estensione appartengono alla classe delle azine le ossazine ovvero composti eterociclici insaturi a sei membri contenenti un atomo di ossigeno e un atomo di azoto e le tiazine ovvero composti eterociclici insaturi a sei membri contenenti un atomo di zolfo e un atomo di azoto. Sia le ossazine che le tiazine si presentano sotto diverse forme isomere a seconda della posizione reciproca degli...

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I colori dell’autunno
Set25

I colori dell’autunno

“Come varia il colore delle stagioni, così gli umori e i pensieri degli uomini. Tutto nel mondo è mutevole tempo. Ed ecco, è già il pallido, sepolcrale autunno, quando pur ieri imperava la rigogliosa quasi eterna estate.” Vincenzo Cardarelli Il perenne avvicendarsi delle stagioni offre la possibilità di assistere ai cambiamenti dell’ambiente, ma forse per nessun’altra stagione come l’autunno la natura dà più spettacolo. Il verde delle foglie degli alberi lascia spazio ad un’esplosione di colori che vanno dal giallo all’arancione, dal rosso al bruno. Dietro questo caleidoscopio di colori affascinanti c’è ovviamente la chimica che determina questi ineguagliabili fenomeni della natura che possono essere compresi esaminando i pigmenti contenuti nelle foglie. Dall’equinozio d’autunno in poi le giornate si accorciano, le radiazioni luminose variano di intensità e le temperature iniziano a calare e ciò induce le piante a prepararsi per l’inverno spogliandosi delle foglie che costituiscono un peso inutile in quanto sono in grado di trattenere la neve e potrebbero compromettere la stabilità dell’albero. La caduta delle foglie è preceduta dalla loro variazione di colore dovuta alla degradazione della clorofilla: quest’ultima assorbe le radiazioni verde e blu dalla luce bianca e riflette le altre radiazioni che, componendosi al nostro occhio, danno la tipica colorazione verde della clorofilla. Nei cloroplasti la luce assorbita dalla clorofilla fornisce energia che viene usata dalle piante per trasformare il biossido di carbonio e l’acqua in ossigeno e carboidrati secondo la reazione: x CO2 + x H2O → Cx(H2O)x + x O2 In questa reazione endotermica l’energia della luce assorbita dalla clorofilla viene convertita in energia chimica che viene immagazzinata sotto forma di carboidrati. Questa energia chimica è necessaria per far avvenire reazioni biochimiche che consentono alla pianta di crescere, fiorire e produrre semi. La clorofilla non è un composto stabile e tende a decomporsi in presenza di luce solare e quindi viene continuamente sintetizzata in presenza di luce e calore. Durante l’estate la clorofilla viene quindi continuamente decomposta e rigenerata. Un’altra classe di pigmenti che si trova nelle nelle foglie di molte piante sono i carotenoidi. Questi pigmenti assorbono la luce verde e blu dalla  luce bianca e rifletteno le altre radiazioni che, componendosi al nostro occhio, danno la colorazione giallo-arancio. I carotenoidi contenuti anch’essi nei cloroplasti sono di due tipi: alcuni contengono solo carbonio e idrogeno come il carotene mentre altri detti xantofille come la luteina presentano la struttura chimica del carotene ma contengono anche ossigeno. I carotenoidi che proteggono la clorofilla dall’ossidazione sono presenti in misura molto minore rispetto alla clorofilla e quindi fino a quando quest’ultima è presente non influenzano significativamente il colore delle foglie. Durante l’estate, nelle foglie degli alberi avviene la...

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Inquinamento da PFAS
Set23

Inquinamento da PFAS

Le sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche note con il termine PFAS sono composti organici di origine sintetica costituiti da catene carboniose formate in genere da 4 a 16 atomi di carbonio il cui il fluoro si trova al posto dell’idrogeno. Il forte legame tra carbonio e fluoro dà a questo tipo di molecole una elevata stabilità e resistenza pertanto tali sostanze hanno una scarsa degradabilità, tendono a persistere nell’ambiente e possono passare con facilità negli esseri viventi. L’organismo umano assorbe queste sostanze prevalentemente per via orale con il consumo di acqua e alimenti sia tramite i residui presenti nei contenitori che con il consumo di pesci e crostacei provenienti da acque inquinate. Un’altra fonte è costituita dalla inalazione di aria contaminata o con il contatto di polveri o suolo che contiene i PFAS. Questi composti vengono largamente usate in ambito industriale ed in particolare rendere resistenti ai grassi e all’acqua molti materiali tra cui tessuti, carta e rivestimenti per contenitori di alimenti. I PFAS, a cui appartiene anche il teflon, si trovano in molti tensioattivi, come rivestimenti di pentole antiaderenti, sui rivestimenti protettivi resistenti alle macchie applicati ai tappeti e ai tessuti di tappezzeria e per impermeabilizzare gli indumenti. Sebbene gli studi sulla tossicità dei PFAS effettuati sull’uomo siano ancora controversi, quelli fatti sugli animali mostrano una tossicità con effetti a carico di diversi organi. Negli anni ’90 a Parkersburg, città degli Stati Uniti e capoluogo della Contea di Wood, nello Stato della Virginia una perdita di PFAS provenienti dalla fabbrica chimica DuPont provocò la contaminazione di acque con sostanze perfluorurate. Ciò provocò gravi disturbi in particolare ai bambini e ai bovini e i lavoratori della fabbrica segnalarono di aver avuto nausea e vomito. Le indagini effettuate rivelarono che grossi quantitativi di acido perfluoroottanoico CF3(CF2)6COOH erano state sversate in una discarica vicina a pozzi da cui la città si approvvigionava. La DuPont, sebbene negò ogni fonte di errore, fu condannata al pagamento di una multa e istituì una task force che realizzò opportuni impianti di filtrazione. Questa triste esperienza indusse molti fast food ad utilizzare contenitori che non contenevano PFAS visto che l’opinione pubblica era sufficientemente sensibilizzata Anche in Italia, nel 2013  a seguito di ricerche dal Ministero dell’Ambiente fu riscontrata la presenza di PFAS in acque superficiali, sotterranee e potabili in alcune regioni italiane tra cui il Veneto. Il problema è giunto agli onori della cronaca in questi giorni provocando contrapposizioni tra gli organi istituzionali. Parrebbe comunque che da molti anni questi composti siano stati sversati nelle acque superficiali da cui sono percolati nelle falde contaminando una vasta area. Si auspica una soluzione a tale problema anche alla luce del fatto...

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Nanodiamanti
Set22

Nanodiamanti

Il diamante è una forma allotropica del carbonio costituito da un reticolo cristallino in cui sono presenti atomi di carbonio disposti con una simmetria tetraedrica. Il diamante è il minerale più duro che si conosce ed ha la massima durezza nella scala di Mohs pari a 10 ed è dotato di elevata tenacità e scarsa comprimibilità. Oltre che nel campo della gioielleria il diamante è molto richiesto per usi industriali a causa della sua durezza che lo rende indispensabile per la costruzione di seghe circolari, punte di perforatrici, componenti elettrici, smerigliatrici oltre che per il taglio e la lucidatura di pietre, vetro, marmo e granito. Il diamante, tuttavia, all’aria si ossida a una temperatura di 800°C pertanto gli utensili diamantati vanno incontro a una rapida usura. Sono quindi stati preparati diamanti sintetici con una maggiore stabilità termica che mostrano tuttavia una maggiore fragilità o, in alternativa, può essere utilizzato il nitruro di boro. Negli ultimi decenni gli scienziati si sono interessati a diamanti di dimensioni nanometriche rinvenute in meteoriti, nelle nebulose protoplanetarie e in sedimenti terresti risalenti a circa 15000 anni fa. Oltre che all’interesse nel campo geologico e astrofisico, i nanodiamanti hanno destato l’interesse anche di quanti si occupano di nanotecnologie per la loro eccezionale durezza, resistenza alla frattura e per il loro potenziale utilizzo in dispositivi miniaturizzati. Recenti studi hanno confermato che è possibile utilizzare i nanodiamanti per la produzione di nanocompositi, catalizzatori selettivi e adsorbenti, componenti elettronici e materiali utilizzati in biologia e medicina grazie alla assenza di tossicità.  Si ritiene che i nanodiamanti possano essere utilizzati in futuro per il trasporto di farmaci in zone particolari di cellule danneggiate, dove nanoparticelle di maggiori dimensioni potrebbero non entrare. I nanodiamanti sono in grado di migliorare la qualità dei sistemi di registrazione magnetica, composizioni polimeriche, attrezzi abrasivi, lubrificanti e composti microabrasivi e usati come componenti per la lucidatura. Tra i metodi sintetici per la preparazione di nanodiamanti vi è una tecnica che consiste nel detonare alcuni esplosivi contenenti carbonio ottenuti mescolando, ad esempio,  il 2,4,6-trinitrotolunene noto come TNT con la  ciclotrimetilentrinitroammina, conosciuta anche come RDX o con il  triamminotrinitrobenzene ovvero TATB all’interno di una camera metallica in atmosfera inerte. Durante l’esplosione, la pressione e la temperatura nella camera di sintesi raggiungono valori sufficientemente elevati da convertire il carbonio in diamante. La camera dopo l’esplosione viene immersa in acqua dove si raffredda rapidamente impedendo la conversione del diamante appena formato in grafite più stabile I  nanocristalli ottenuti con questa tecnica sono chiamati nanodiamanti da detonazione; altre tecniche impiegano il carbonio, in genere sotto forma di grafite, sottoponendolo a pressioni elevatissime dell’ordine di 3.5 GPa e temperature di circa...

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