Fertilizzanti
Ott19

Fertilizzanti

I fertilizzanti sono sostanze di origine naturale o sintetica che forniscono alle piante i nutrienti necessari per la loro crescita. Per crescere un modo sano una pianta ha bisogno di alcuni elementi quali carbonio, idrogeno e ossigeno di cui hanno in genere una offerta abbondante, di macronutrienti ovvero azoto, fosforo e potassio, di nutrienti secondari ovvero zolfo, calcio e magnesio e di micronutrienti costituiti da boro, cobalto, rame, ferro, manganese, molibdeno e zinco. Poiché il terreno su cui crescono le piante possono essere carenti in particolare dei macronutrienti si rende necessario una sostanza o un insieme di sostanze che possa fornirli. L’azoto, infatti, è uno dei componenti fondamentali delle proteine, degli acidi nucleici e di altri costituenti cellulari; il fosforo entra nella composizione sia degli acidi nucleici che dell’ATP da cui la pianta trae l’energia per svolgere le sue funzioni vitali tra cui la fotosintesi clorofilliana; il potassio gioca un ruolo per la sintesi degli zuccheri ed è coinvolto nella traspirazione delle piante. La carenza di uno solo di questi tre elementi determina forti problematiche per lo sviluppo e la crescita della pianta infatti per la legge di Liebig o legge del minimo la crescita viene determinata dalla disponibilità dell’elemento più carente: infatti la somministrazione di sostanze già disponibili non migliora la crescita della pianta. I fertilizzanti possono essere diretti se contengono quell’elemento necessario alla pianta o complessi se contengono almeno due nutrienti. L’azoto viene assorbito dalle piante sotto forma di nitrato NO3– o sotto forma di ione ammonio NH4+ che viene trasformato in nitrato pertanto i fertilizzanti azotati si suddividono in fertilizzanti nitrici costituiti, in genere, da nitrato di sodio, calcio o potassio, ammoniacali come solfato, cloruro o carbonato acido di ammonio, nitroammoniacali come il nitrato di ammonio e concimi azoto organici costituiti da urea e calciocianammide . Tra i fertilizzanti contenenti fosforo vi è il diidrogenofosfato di calcio Ca(H2PO4)2 che viene ottenuto dal fosfato di calcio presente nei minerali per trattamento con acido solforico concentrato: Ca3(PO4)3 + H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4 I fertilizzanti potassici sono di varia natura differenziandosi per l’anione in essi contenuto e vengono quindi usati, a seconda del tipo di terreno e di coltura il cloruro, il solfato e il nitrato di potassio. I fertilizzanti complessi contengono due o tutti e tre i macronutrienti come il diammonio idrogenofosfato (NH4)2HPO4, il nitrato di ammonio e il fosfato di ammonio. Alcuni di questi fertilizzanti complessi vengono ottenuti tramite il processo Odda in cui dapprima il fosfato di calcio viene trattato con acido nitrico con formazione di acido fosforico e nitrato di calcio: Ca3(PO4)3 + 6 HNO3 → 2 H3PO4 + 3 Ca(NO3)2 La miscela...

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Fosfuri
Ott18

Fosfuri

I fosfuri sono composti in cui è presente l’anione P3- legato a un elemento meno elettronegativo e quindi tipicamente a un metallo. I fosfuri possono essere di tipo binario che, a seconda del rapporto stechiometrico metallo/fosforo si distinguono in fosfuri ricchi di metallo, monofosfuri e fosfuri ricchi di fosforo, e polifosfuri in cui è presente un legame P-P che sono costituiti da catene o cluster di fosforo. I fosfuri ricchi di fosforo in cui il rapporto metallo/fosforo è minore di 1 presentano una minore stabilità termica e temperature di fusione minori rispetto agli altri fosfuri. A seconda della loro struttura i fosfuri presentano diverse proprietà fisiche e chimiche presentando solubilità e reattività diverse. La maggior parte dei fosfuri binari presentano un’analogia con gli analoghi arseniuri sia per quanto attiene le proprietà che la struttura. Alcuni fosfuri metallici sono usati come semiconduttori mentre altri mostrano superconduttività o una vasta gamma di proprietà magnetiche e possono essere usati nei LED o in materiali nanostrutturati. Per ottenere i fosfuri binari generalmente utilizzate quantità stechiometriche del metallo e di fosforo rosso ad elevate temperature e in atmosfera inerte o nel vuoto come ad esempio: 12 Li + P4 → 4 Li3P 4 Ge + P4 → 4 GeP In alcuni casi i fosfuri possono essere preparati facendo a partire dalla fosfina che può essere fatta reagire con un metallo alcalino: 6 Na + 2 PH3 → 2 Na3P + 3 H2 oppure con un ossido del metallo: Ge2O3 + 2 PH3 → 2 GeP + 3 H2O oppure con un cloruro metallico: 3 ZnCl2 + 2 PH3 → Zn3P2 + 6 HCl In alternativa si può effettuare, in opportune condizioni, la riduzione di un fosfato in presenza di carbonio: Ca3(PO4)2 + 8 C → Ca3P2 + 8 CO Altri metodi prevedono la reazione del fosfuro di calcio con polvere di metalli come Ti, V, Mn, Co, Cr, Nb, Ta, Mo, W alla temperatura di circa 1200°C: Ca3P2 + 2 Ta → 2 TaP + 3 Ca Il fosfuro di calcio può essere fatto reagire anche con un cloruro del metallo di cui si vuole ottenere il fosfuro: Ca3P2 + 2 CrCl3 → 2 CrP + 3 CaCl2 Tra i fosfuri più noti vi è il fosfuro di alluminio AlP che trova utilizzo sia nel campo dei semiconduttori che come insetticida in quanto reagisce sia in acqua che in ambiente acido rilasciando fosfina che  è un gas altamente tossico secondo le reazioni: AlP + H2O → 3Al(OH)3 + PH3 AlP + 3 H+ → Al3+ + PH3 Analoghe reazioni sono date dal fosfuro di calcio, di magnesio e di zinco. Il fosfuro di indio,...

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Riciclaggio della plastica
Ott16

Riciclaggio della plastica

Sin dalla seconda metà dell’800 la comunità scientifica si adoperò per ottenere nuove sostanze che avessero caratteristiche specifiche e prezzi contenuti. Si deve tuttavia attendere la metà degli anni ‘30 del XX secolo prima che fossero sintetizzate sostanze polimeriche quali nylon, polietilene e plexiglass. La rivoluzione della plastica che ha modificato gli usi, i costumi, le abitudini e lo stile di vita delle persone avviene a metà degli anni ‘50 grazie agli studi di Giulio Natta a cui si deve la sintesi del polipropilene isotattico. Da allora sono stati ottenuti un numero incredibile di polimeri e copolimeri destinati ai più svariati utilizzi ma, come sempre, la medaglia ha il suo rovescio. La maggior parte della plastica infatti non è degradabile e quindi nel giro di qualche decennio si è verificato un accumulo di prodotti plastici nell’ambiente con gravi conseguenze sugli ecosistemi che attualmente costituisce il maggior fattore di inquinamento del nostro pianeta. Per ridurre l’impatto ambientale della plastica la ricerca si è rivolta all’ottenimento di materie plastiche degradabili e al riciclo della plastica. Il riciclaggio della plastica costituisce infatti una grande opportunità per ridurre sia l’impatto ambientale che l’esaurimento delle risorse essendo la plastica ottenuta da derivati del petrolio. Ad oggi solo il 14% della plastica viene riciclato e non si potranno ottenere percentuali molto maggiori se non si ipotizzano migliori e più efficienti metodi di raccolta e diversi metodi di confezionamento. Nella maggior parte dei casi non si procede al riciclaggio in quanto il materiale o è di dimensioni troppo ridotte e ha quindi un valore economico molto basso come ad esempio le confezioni di caramelle o è non è separabile da altri materiali come ad esempio le capsule del caffè. Le materie plastiche che vengono raccolte hanno inoltre composizione diversa e vanno preventivamente separate. Questo processo può essere eseguito manualmente da personale specializzato ma può essere effettuato sfruttando tecniche spettroscopiche: innanzi tutto la spettrometria IR che viene utilizzata per distinguere la plastica trasparente da quella translucida, poi un sensore di colore che identifica le plastiche colorate. La spettrometria a raggi X viene utilizzata per rilevare la presenza di cloro in polimeri come il PVC ed infine uno spettrometro che lavora nel vicino infrarosso rileva il tipo di resina e serve principalmente a separare vari tipi di polimeri come il polietilene e il poliestere. Recentemente sono stati sviluppati metodi di separazione delle materie plastiche in base alla loro densità per flottazione che consente di prelevare la plastica in punti diversi di un tubo. Dopo la separazione si procede alla riduzione della plastica in pezzi piccoli e al lavaggio con opportuni detergenti per rimuovere corpi estranei come le etichette sulle...

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Inquinamento dell’aria
Ott15

Inquinamento dell’aria

L’inquinamento dell’aria è dovuto alla presenza di sostanze a una concentrazione tale da produrre effetti indesiderati sulle persone, animali e vegetazione o da alterare un ecosistema. Gli inquinanti possono essere solidi, liquidi o gassosi e possono essere di origine antropica o provenire da fonti naturali come eruzioni vulcaniche, incendi boschivi e decomposizione di sostanze organiche. I danni dell’inquinamento dell’aria sono notevoli e il peggioramento della qualità dell’aria comporta un alto prezzo sia in termini di vite umane che di patologie che colpiscono i bambini e i soggetti più deboli. Gli agenti inquinanti si suddividono in primari ovvero quelli immessi direttamente nell’atmosfera e quelli secondari ottenuti dalla reazione di inquinanti primari. Tra gli inquinanti primari vi sono: monossido di carbonio, biossido di azoto, monossido di azoto, biossido di zolfo, particolato, ammoniaca e composti organici volatili. Il monossido di carbonio CO è un gas inodore, incolore, insapore, non irritante e tossico che si forma nel corso di combustioni incomplete e viene prodotto in genere nelle reazioni di combustione di legna, carbone, benzina, gasolio e altri combustibili quando la combustione avviene in carenza di ossigeno. Il monossido di carbonio è pericoloso per gli esseri umani in quanto una volta inalato compete con l’ossigeno nel legarsi all’emoglobina dando luogo alla formazione di carbossiemoglobina e impedisce all’emoglobina di trasportare ossigeno con conseguente ipossia anemica. Gli ossidi di azoto indicati con la formula generica NOx costituiscono i sottoprodotti delle combustioni ed in particolare dal traffico delle autovetture specialmente di quelle con motore diesel. Gli ossidi di azoto vengono emessi a livello industriale dagli impianti di produzione di acido nitrico e dalle industrie in cui si utilizzano composti azotati come quelle dei fertilizzanti. Il monossido di azoto si forma principalmente per reazione dell’azoto contenuto nell’aria con l’ossigeno in processi che avvengono ad elevata temperatura come la combustione: N2 + O2 → 2 NO Il monossido di azoto ottenuto reagisce in eccesso di ossigeno formando il biossido di azoto: 2 NO + O2 → 2 NO2 Il biossido di azoto, gas dall’odore pungente che può provocare irritazione oculare, nasale o a carico della gola e tosse è tra gli inquinanti più comuni dell’aria indoor nelle abitazioni in cui vi è uso di gas per il riscaldamento e per la cucina. Il biossido di azoto ha effetti a lungo termine che includono alterazioni polmonari a livello cellulare e tessutale, e aumento della suscettibilità alle infezioni polmonari batteriche e virali. Gli ossidi di zolfo indicati con la formula generica SOx derivano dalla combustione di combustibili fossili di cui lo zolfo costituisce un’impurezza. Dei due ossidi dello zolfo il biossido di zolfo è quello maggiormente presente nell’atmosfera; esso ad alte concentrazione ha un...

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Tipi di processi termodinamici
Ott14

Tipi di processi termodinamici

Lo stato termodinamico di un sistema è caratterizzato da alcuni parametri come pressione, volume e temperatura. La variazione di uno o più di questi parametri porta alla variazione dello stato del sistema che viene indicata come processo termodinamico. Per poter esaminare i processi termodinamici si possono fare delle ipotesi che consentono di analizzare un dato sistema descrivendo i processi termodinamici come processi ideali ovvero processi in cui una o più proprietà vengono mantenute costanti. In tabella vengono riportati i tipi di processi termodinamici e la grandezza che viene mantenuta costante: Tipo di processo Proprietà che vengono mantenute costanti Adiabatico Energia termica Isoentalpico Entalpia Isoentropico Entropia, energia termica, equilibrio Isobaro Pressione Isocoro Volume Isotermo Temperatura Politropico PVn = C Reversibile Entropia, equilibrio Processo adiabatico In un processo adiabatico non vi è scambio di calore e di materia con l’ambiente esterno e l’energia viene trasferita dal sistema all’ambiente solo sotto forma di lavoro. Il processo adiabatico è frequentemente una semplificazione di processi che avvengono in modo così rapido in cui si può assumere che il trasferimento di calore dal sistema all’ambiente o viceversa possa essere considerato pari a zero. Un esempio di processo adiabatico è la compressione o l’espansione di un gas all’interno di un cilindro di un motore che, nonostante i cilindri non siano isolati, avvenendo in modo repentino, l’energia trasferita all’ambiente circostante può essere considerata trascurabile. Per un processo adiabatico reversibile vale l’equazione pVγ = costante essendo γ il rapporto tra il calore specifico a pressione costante e il calore specifico a volume costante. Processo isoentalpico In un processo isoentalpico non vi è variazione di entalpia ovvero la trasformazione avviene in assenza di scambi termici con l’esterno e senza che vi sia lavoro di volume. Si differenzia dal processo adiabatico in quanto quest’ultimo avviene in presenza di lavoro di volume e la temperatura finale è diversa da quella iniziale. In un processo isoentalpico avviene una trasformazione spontanea con aumento di entropia e, se il gas, si comporta da gas ideale la temperatura rimane costante. Processo isoentropico In un processo isoentropico non vi è variazione di entropia; in un tale tipo di processo non vi è scambio di calore e di materia con l’ambiente esterno che pertanto è un processo adiabatico reversibile. Processo isobaro In un processo isobaro non vi è variazione di pressione ed è abitualmente ottenuto con aumento o diminuzione di volume in modo che non si verifichi un aumento o una diminuzione di calore a seguito di un trasferimento di calore. In un processo isobaro si hanno variazioni di energia interna e il lavoro fatto può essere calcolato dall’equazione W = pΔV. Poiché la pressione è positiva...

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