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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Melatonina
Set20

Melatonina

La melatonina ovvero la N-acetil-5-metossitriptammina è un ormone e viene prodotta dalla ghiandola pineale posta alla base del cervello a partire dal triptofano in base all’alternanza luce-buio e la sua secrezione influenza il ritmo sonno-veglia. La molecola presenta un gruppo N-acetile e un gruppo indolico legato a un gruppo metossi; quando ne fu scoperta la struttura fu smentita la teoria in base alla quale nei mammiferi non esistessero indoli legati a gruppi metossi. La produzione della melatonina è infatti influenzata dalla rilevazione della luce da parte della retina dell’occhio: la presenza di luce inibisce la secrezione dell’ormone quindi nel corso della giornata i livelli di melatonina sono bassi in quanto la retina rileva grandi quantità di luce mentre aumenta gradualmente nel corso della notte seguendo quindi un ritmo circadiano. Negli anni ’50 dello scorso secolo Aaron Lerner e il suo team di ricercatori erano interessati alle patologie che provocavano la pigmentazione cutanea come ad esempio la vitiligine e alle affezioni della pelle. Nell’ambito delle loro ricerche gli scienziati riuscirono per la prima volta ad isolare la melatonina dalla ghiandola pineale nel 1958 sperando, inutilmente, che potesse essere utile per raggiungere i loro obiettivi. Fu solo negli anni ’90 dello scorso secolo che fu scoperto che la melatonina ha potere antiossidante e poteva essere impiegata nel trattamento dell’insonnia. Sulle potenzialità della molecola sono stati fatti molti studi accompagnati da un entusiasmo incredibile e si ritenne che la melatonina potesse essere una vera e propria panacea in grado di curare gravi patologie dall’AIDS, al cancro e dall’ Alzheimer al Parkinson ma in breve tempo si è compreso che purtroppo era inefficace per tali patologie. Tuttavia la melatonina costituisce un principio attivo di molti integratori alimentari e largamente usata, senza prescrizione medica, per la cura dell’insonnia. Essa tuttavia non è priva di effetti collaterali specialmente nei consumatori abituali ed inoltre sebbene la melatonina sintetica sia chimicamente identica alla melatonina naturale, gli integratori alimentari commercialmente disponibili possono contenere riempitivi, inerti e altri ingredienti che possono causare effetti non facilmente prevedibili. Secondo molti studi la melatonina sarebbe scarsamente inefficace nella cura dell’insonnia e, nei soggetti che dichiarano di trovarne beneficio, avrebbe un effetto placebo. La melatonina avrebbe una certa efficacia in casi particolari ovvero in soggetti costretti a lavorare di notte, in persone che viaggiano cambiando continuamente il fuso orario e negli anziani in quanto la secrezione dell’ormone tende a diminuire con l’avanzare dell’età. In sintesi sarebbe meglio assumere melatonina pura onde evitare gli effetti di altre sostanze eventualmente aggiunte, stare attenti al dosaggio evitando l’assunzione per periodi prolungati e seguire le indicazioni del...

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Metodo delle approssimazioni successive
Set19

Metodo delle approssimazioni successive

Per risolvere problemi relativi all’equilibrio chimico spesso ci si avvale di metodi matematici come il metodo delle approssimazioni successive che consentono di ottenere il risultato senza fare molti calcoli o calcoli particolarmente complessi. In molti casi può capitare che si presenti un’equazione di 2° e ovviamente il metodo più semplice consiste nel risolverla secondo la regola di risoluzione dell’equazione. Tuttavia sia nel caso di equazioni di 2° che nel caso di equazioni di 3° ci si può avvalere del metodo delle approssimazioni successive in cui la soluzione può essere ottenuta per iterazioni. Esempio Calcolare il pH di una soluzione 0.010 M di HF (Ka = 7.2 ∙ 10-4) Costruiamo una I.C.E. chart:   HF ⇌ H+ F– Stato iniziale 0.010   // // Variazione -x   +x +x All’equilibrio 0.010-x   x x L’espressione della costante di equilibrio è: Ka = 7.2 ∙ 10-4 = [H+][F–]/[HF] Sostituendo i valori ottenuti dalla I.C.E. chart si ha: 7.2 ∙ 10-4 = (x)(x)/0.010-x Non potendosi trascurare la x sottrattiva presente al denominatore in quanto la concentrazione iniziale dell’acido è bassa e la Ka è alta la soluzione può essere trovata risolvendo l’equazione di 2°. Con il metodo delle approssimazioni successive si ammette che la x sottrattiva presente al denominatore sia trascurabile e si risolve l’equazione: 7.2 ∙ 10-4 = x2/0.010 Ovvero 7.2 ∙ 10-6 = x2 Estraendo la radice quadrata e scartando la soluzione negativa si ottiene x = 0.0027 Il valore della x ottenuto si sostituisce al denominatore dell’equazione iniziale: 7.2 ∙ 10-4 = x2/0.010 – 0.0027 = x2/0.0073 Da cui x2 = 5.3 ∙ 10-6 Estraendo la radice quadrata e scartando la soluzione negativa si ottiene x = 0.0023 Il valore della x ottenuto si sostituisce al denominatore dell’equazione iniziale: 7.2 ∙ 10-4 = x2/0.010 – 0.0023 = x2/0.0077 Da cui x2 = 5.5 ∙ 10-6 Estraendo la radice quadrata e scartando la soluzione negativa si ottiene x = 0.0023 Poiché questo valore coincide con quello trovato nella precedente approssimazione si può dire che x = [H+] = 0.0023 e quindi pH = 2.6 Per le equazioni di grado superiore al secondo può presentarsi la possibilità di poter trascurare un termine rendendo l’equazione più facilmente risolvibile. Esempio Alla temperatura di 298 K la costante Kc relativa all’equilibrio: 2 NH3(g) ⇌ N2(g) + 3 H2(g) vale 2.4 ∙ 10-9. Calcolare la concentrazione delle specie all’equilibrio se la concentrazione iniziale di NH3 è 0.25 M Costruiamo una I.C.E. chart:   2 NH3 ⇌ N2 3 H2 Stato iniziale 0.25   // // Variazione – 2x   +x +3 x All’equilibrio 0.25 -2x   x 3 x L’espressione della costante di equilibrio è:...

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Analisi presuntive delle droghe
Set17

Analisi presuntive delle droghe

Nell’ambito della prevenzione e repressione di traffici di sostanze stupefacenti gli operatori addetti possono effettuare test presuntivi che vengono successivamente confermati da specifiche analisi di laboratorio. I test presuntivi hanno il vantaggio di fornire una risposta rapida e di essere economici al contrario dei test di conferma che devono essere effettuati in laboratorio e che richiedono tempi più lunghi e apparecchiature sofisticate. I test presuntivi o spot test sfruttano reazioni colorimetriche tra alcuni reagenti e la sostanza sospetta che può essere sia liquida che in polvere. I principi attivi tipici delle droghe più comuni reagiscono infatti con alcuni reagenti per dare colorazioni rappresentative. I test presuntivi possono essere effettuati in laboratorio ma sono largamente diffusi dei kit che possono essere utilizzati con facilità dagli addetti ai controlli. I test presuntivi più comuni sono i seguenti: Il test al tiocianato di cobalto per l’identificazione della cocaina; il reagente è preparato solubilizzando dieci grammi di tiocianato di cobalto Co(SCN)2  in 490 mL di acqua e 500 mL di glicerina. Un quantitativo che va dai 2 ai 4 mg di sostanza sospetta viene messo in una provetta a cui si aggiungono 5 gocce del test al tiocianato. Si aggiungono 1-2 gocce di acido cloridrico concentrato e 10 gocce di cloroformio agitando dopo ogni aggiunta. La provetta viene poi inserita in un miscelatore vortex e poi si aspetta che avvenga la separazione della soluzione in due strati. Nel caso sia presente la cocaina la fase organica risulterà di colore blu. Un’ulteriore conferma viene ottenuta con l’aggiunta 1-2 gocce di acido cloridrico a seguito della quale la soluzione appare rosa. Il test Marquis per l’identificazione di alcaloidi quali eroina, morfina, droghe a base di oppiacei e anfetamine. Questo test, scoperto dal chimico russo Eduard Marquis alla fine del XIX secolo, viene effettuato unendo la sostanza sospetta al reagente Marquis costituito da una soluzione ottenuta mescolando 100 mL di acido solforico concentrato a 5 mL di formaldeide al 40% e metanolo che rallenta la reazione consentendo di osservare le variazioni di colore. L’esito del test è molto rapido a causa dell’ossigeno atmosferico e quindi non si tengono in considerazione le colorazioni che si presentano 60 secondi dopo l’inizio. Le colorazioni che possono presentarsi sono molteplici e ciascuna è tipica di una determinata sostanza. L’eroina, la morfina e le droghe a base di oppiacei danno una colorazione rossa mentre le anfetamine di colore arancio scuro. Il test di Dille-Koppanyi viene usato per identificare i barbiturati. Il reagente di Dille-Koppanyi è costituito da due soluzioni: la prima soluzione contiene 0.1 g di acetato di cobalto (II) diidrato (CH3COO)2Co∙ 2 H2O solubilizzato in 100 mL di metanolo e unito a...

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Effetto del pH sulla solubilità. Esercizi
Set16

Effetto del pH sulla solubilità. Esercizi

La solubilità di sali poco solubili derivanti da base forte e acido debole come i solfuri, i cianuri e i fluoruri aumenta al diminuire del pH ovvero all’aumentare della concentrazione dello ione H+. Consideriamo, ad esempio, la solubilità del fluoruro di calcio al variare del pH. In acqua si tiene conto dell’equilibrio eterogeneo di dissoluzione del fluoruro di calcio: CaF2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 F–(aq) Regolato dal prodotto di solubilità Kps= 5.3 ∙ 10-9 = [Ca2+][F–]2 Pertanto in acqua detta s la solubilità del sale si ha che all’equilibrio: [Ca2+] = s [F–] = 2s Sostituendo questi valori nell’espressione del Kps si ha: Kps= 5.3 ∙ 10-9 = (s)(2s)2 = 4s3 Da cui s = solubilità = ∛5.3 ∙ 10-9 /4 = 0.0011 M Se la soluzione è acida avviene la protonazione dello ione F– quindi la concentrazione di F– diminuisce e affinché il valore di Kps rimanga lo stesso deve aumentare la concentrazione di Ca2+. Esercizi 1) Calcolare la solubilità del benzoato di argento in acqua e a pH = 3.19  (Kps= 2.5∙ 10-13; Ka= 6.46 ∙10-5) In acqua si tiene conto dell’equilibrio eterogeneo di dissoluzione del benzoato di argento: C6H5COOAg(s) ⇌ C6H5COO–(aq) + Ag+(aq Regolato da un prodotto di solubilità Kps= 2.5∙ 10-13= [Ag+][ C6H5COO –] Pertanto in acqua detta s la solubilità del sale si ha che all’equilibrio: [Ag+] = s [C6H5COO–] = s Sostituendo questi valori nell’espressione del Kps si ha: Kps= 2.5∙ 10-13; = (s)(s) = s2 Da cui s = solubilità = 5.0 ∙ 10-7 M Per calcolare la solubilità del benzoato di argento a pH = 3.19  consideriamo quindi i due equilibri: C6H5COOAg(s) ⇌ C6H5COO–(aq) + Ag+(aq) in cui K = Kps C6H5COO–(aq) + H3O+(aq) ⇌ C6H5COOH(aq) + H2O(l)     in cui K = 1/Ka Sommando membro a membro e semplificando si ha che l’equilibrio complessivo è: C6H5COOAg(s) + H3O+(aq) ⇌ Ag+(aq) +C6H5COOH(aq) + H2O(l)     Per il quale la costante di equilibrio K = Kps / Ka  = 2.5∙ 10-13/6.46 ∙10-5 = 3.9 ∙ 10-9 3.9 ∙ 10-9 = [Ag+] [C6H5COOH]/[H3O+] A pH = 3.19  si ha che [H3O+] = 10-3.19 = 6.46 ∙ 10-4 M Costruiamo una I.C.E. chart   C6H5COOAg(s)  H3O+ ⇌ Ag+ C6H5COOH(aq) Stato iniziale   6.46 ∙ 10-4 M       Variazione   -x   +x +x All’equilibrio   ~ 6.46 ∙ 10-4 M   x x Sostituendo nell’espressione della costante di equilibrio: 3.9 ∙ 10-9 = (x)(x)/ 6.46 ∙ 10-4 x = solubilità molare =1.6 ∙ 10-6 M Si noti che la solubilità del benzoato di argento a pH = 3.19 è aumentata di un ordine di grandezza rispetto a quella calcolata in acqua   2) Calcolare la...

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