Coltan: il costo dei cellulari
Mag27

Coltan: il costo dei cellulari

Con il termine coltan si indica una miscela di columbite e tantalite minerali che contengono rispettivamente ossidi di niobio il cui nome antico era columbio e di ossidi di tantalio. Il tantalio è un elemento raro e scarsamente disponibile che viene utilizzato nella realizzazione di condensatori al tantalio caratterizzati da efficienza volumetrica elevata e stabilità nel tempo e in temperatura per il mondo dell’elettronica ed in particolare negli smartphone per ottenere componenti miniaturizzati. Stante la domanda sempre crescente di dispositivi elettronici ed in particolare di telefoni cellulari i paesi in cui sono presenti giacimenti di coltan o di tantalite godono di un’incredibile fonte di ricchezza. Il coltan si trova in alcuni paesi come l’Australia, il Brasile e il Canada ma anche in nel nord-est della Repubblica Democratica del Congo in cui si perpetua una terrificante violazione dei diritti umani. Nelle miniere lavorano in uno stato disastroso donne e bambini in condizioni di sfruttamento e riduzione alla schiavitù in cambio di salari irrisori e spesso i bambini vengono sottratti alle loro famiglie e costretti a lavorare gratis. I piccoli corpi dei bambini che a volte hanno solo 5 anni costituiscono un valido mezzo di accesso ai punti più angusti e impervi delle miniere ed è su di essi che si attua un vero e proprio crimine. Costretti a lavorare per 15 ore di media al giorno e fino a 72 ore consecutive a mani nude la maggior parte dei bimbi che sopravvivono ai gas che si sprigionano e agli stenti non arrivano al compimento del trentesimo anno di età. Il coltan contiene inoltre piccole quantità di uranio e quindi lavorando senza alcuna protezione si verificano anche negli adulti numerosi casi di tumore. Il controllo delle zone minerarie che porta a guadagni immensi ha innescato una lotta tra fazioni di gruppi armati che si contendono i lauti guadagni e hanno interesse a mantenere una situazione di precarietà e violenza per poter affliggere con le loro angherie le popolazioni poverissime e inermi che subiscono i conflitti generati che sono costati negli ultimi decenni circa 5 milioni di morti. Una volta estratto il coltan viene trasportato dalla miniera ai punti di raccolta e ciò avviene grazie ai “portatori” costretti a camminare a piedi per lunghi tratti con enormi carichi che portano a spalla e, a causa di queste condizioni disumane spesso muoiono di stenti o di incidenti lungo il percorso. Si suppone inoltre che questo scempio avvenga con la connivenza delle forze governative corrotte ed in particolare dell’esercito. Gli Stati Uniti d’America hanno vietato già dal 2010 alle industrie americane l’acquisto di coltan proveniente da zone in cui non vengono rispettati i diritti umani...

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Schermo dello smartphone che si autoripara
Mag24

Schermo dello smartphone che si autoripara

La ricerca di materiali innovativi, dotati di particolari proprietà da utilizzare nei campi più svariati, ha pervaso l’umanità fin dalla preistoria. La scoperta di nuovi materiali ha condizionato lo sviluppo della società favorendo il progresso ad iniziare dal bronzo fino ai polimeri e ai materiali in 2D. Di recente è stato presentato alla American Chemical Society un lavoro rivoluzionario che potrebbe avere, nei prossimi anni, applicazioni al limite dell’immaginazione. Un team di ricercatori dell’Università della California e dell’Università del Colorado coordinato dal chimico Chao Wang ha ottenuto un nuovo materiale trasparente, estremamente elastico, conduttore di elettricità che ha la caratteristica di autoripararsi una volta rotto che potrebbe essere sfruttato per il touch screen. Il materiale costituito da un polimero estensibile e un sale ionico in cui è presente un legame ione- dipolo che può “ricucirsi” in meno di 24 ore sfruttando l’attrazione tra ioni e molecole polari. Questo materiale potrebbe quindi risolvere l’annoso problema della rottura dello schermo dello smartphone che comporta elevati costi per la riparazione oltre che alla rinuncia per svariati giorni dell’accessorio che è diventato praticamente insostituibile. Gli scienziati sono partiti dal presupposto che i legami covalenti sono forti ma non si ripristinano una volta rotti mentre gli altri legami come, ad esempio il legame a idrogeno è più debole ma può riformarsi: ad esempio il legame a idrogeno è il legame intermolacolare presente nelle molecole di acqua e si rompe e si riforma in modo dinamico. Sebbene esistano polimeri che si autoriparano formano legami a idrogeno o legami di coordinazione ma non sono adatti per essere utilizzati nei conduttori ionici. I ricercatori hanno quindi appuntato la loro attenzione a un tipo di legame diverso ovvero un’interazione ione-dipolo che si verifica tra ioni e molecole polari che non era mai stato preso in considerazione nella realizzazione di polimeri che si autoriparano. Si è quindi considerato un polimero estensibile costituito da fluoruro di polivinilidiene-esafluoropropilene di tipo polare e da un sale ionico che stabilisce con il polimero interazioni ione-dipolo. Il nuovo materiale ottenuto conduttore di elettricità può allungarsi 50 volte rispetto alla sua dimensione iniziale ed è in grado di autoripararsi entro un giorno. La ricerca ora si rivolge all’ottimizzazione del materiale manipolando i legami covalenti presenti e testandolo in particolari condizioni come la presenza di particolare...

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Tantalio
Mag23

Tantalio

Il tantalio è un metallo di transizione appartenente al Gruppo 5B e al 6° Periodo avente configurazione elettronica [Xe] 4f145d36s2. Il tantalio fu scoperto dal chimico svedese Anders Gustaf Ekeberg nel 1802 e il suo nome deriva da Tantalo figura mitologia che dopo la sua morte fu sottoposto a un supplizio e si ritenne che il tantalio avesse attinenza con il comportamento dell’elemento che non si scioglie negli acidi. Fu solo nel 1864 che il chimico francese Jean Charles Galissard de Marignac riuscì ad isolare il tantalio presente in alcune rocce come la tantalite, la columbite e il coltan riducendo il cloruro di tantalio in atmosfera di idrogeno. Il tantalio è un metallo scuro dotato di elevata densità e ottimo conduttore di calore e elettricità noto per la sua resistenza agli acidi; esso non viene attaccato neanche dall’acqua regia a temperature minori di 150°C ma viene attaccato dall’acido fluoridrico o dall’idrossido di potassio. Il tantalio presenta numeri di ossidazione +5, +4, +3, +2, +1, -1, e -3 sebbene il numero di ossidazione più stabile è +5. Il tantalio reagisce a caldo con gli alogeni dando alogenuri di tantalio in cui esibisce il numero di ossidazione +5; il pentafluoruro di tantalio TaF5 così come il pentacloruro di tantalio TaCl5 sono di colore bianco, il pentabromuro di tantalio TaBr5 è di colore giallo mentre il pentaioduro di tantalio TaI5 è nero. Il tantalio forma con gli alogeni composti in cui presenta anche il numero di ossidazione +4 e +3. Il pentafluoruro di tantalio viene usato insieme all’acido fluoridrico come catalizzatore nell’alchilazione di alcani e alcheni e nella protonazione di composti aromatici. Il tantalio non reagisce con l’aria e con l’acqua in condizioni normali in quanto tende a ricoprirsi di un sottile film di ossida di tantalio Ta2O5. Il pentossido di tantalio costituisce il materiale di partenza per ottenere gli altri composti del tantalio che vengono ottenuti per dissoluzione dell’ossido in soluzioni basiche. Tra i composti più importanti del tantalio vi sono i tantalati derivanti formalmente dall’ipotetico acido tantalico HTaO3. Tra i tantalati più importanti vi è il tantalato di litio LiTaO3 che presenta proprietà ottiche, piezoelettriche e piroelettriche che lo rendono fondamentale per molti dispositivi tra cui i sensori di movimento. Tra i composti del tantalio vi è la famiglia dei carburi di tantalio avente formula TaCx con x compreso tra 0.4 e 1 materiali appartenenti alla famiglia delle ceramiche refrattarie dotati di conducibilità elettrica. In particolare il carburo di tantalio TaC ha una durezza superiore a quella del diamante che viene usato come additivo per leghe di carburo di tungsteno, utensili e attrezzi da taglio. Il tantalio viene utilizzato nei...

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Gomma arabica
Mag22

Gomma arabica

La gomma arabica nota come gomma di acacia è un biopolimero edibile ottenuto dall’essudato di due specie di acacia, l’acacia senegal e l’acacia seyal che crescono nell’Africa Subsahariana ed in particolare nel Sudan. Viene ottenuta a seguito di incisioni praticate sull’albero che, per rimarginare la ferita arrecatale, essuda un liquido poco viscoso che, tramite un processo che dura da uno a due mesi detto “gommosi” si rapprende dando luogo alla formazione della gomma. L’uso della gomma arabica risale ai tempi degli antichi Egizi che la utilizzavano per ottenere i papiri e nei processi di mummificazione. La gomma arabica veniva inoltre usata insieme al nero fumo per ottenere gli inchiostri. La gomma arabica viene largamente utilizzata quale condensante, emulsionante, strutturante, fissatore del sapore, gelificante e stabilizzante nella produzione di beni di largo consumo nei settori più svariati che vanno dalla produzione di bevande, caramelle gommose, prodotti farmaceutici, vini, condimenti, mangimi per animali, sciroppi. snack e formaggi oltre che nella preparazione di pastelli e acquerelli e come adesivo per carta e cartoni. La gomma arabica è costituita in prevalenza da carboidrati ed in particolare da D-galattosio e L-arabinosio in ragione del 97% circa e da glicoproteine La composizione della gomma arabica è influenzata da moli fattori quali la sua origine, le condizioni climatiche e l’età dell’albero da cui sono state ottenute. La composizione della gomma arabica varia a seconda che sia ottenuta dall’acacia senegal piuttosto che dall’acacia seyal: quest’ultima ha un minor contenuto di ramnosio e di acido glucuronico, un minor contenuto di azoto e un maggior contenuto di arabinosio e di acido 4-O-metil-glucuronico rispetto all’acacia senegal; le due gomme presentano inoltre diverso potere ottico rotatorio. Per questi motivi gli utilizzi dei due tipi di gomma sono diversi: la gomma estratta dall’acacia senegal viene utilizzata nel settore alimentare, farmaceutico, del beverage mentre quella estratta dall’acacia seyal trova maggiori applicazioni nel campo enologico e nelle biotecnologie. La gomma arabica ha un’elevata solubilità in acqua e una bassa viscosità se paragonata ad altre gomme: la gomma arabica può raggiungere una solubilità in acqua fino al 50% m/V  formando una soluzione fluida  con proprietà acide e agisce da idrocolloide. Le soluzioni contenenti gomma arabica sono in grado di stabilizzare soluzioni colloidali formando film sottili alla superficie delle particelle in sospensione agendo come un colloide protettore e impedendo l’ingrossamento e la flocculazione delle particelle. Per le sue caratteristiche strutturali la gomma arabica viene usata con la sigla E414 in campo alimentare per prevenire la cristallizzazione degli zuccheri presenti nelle bevande, l’intorpidimento del vino, agisce da emulsionante dei grassi favorendone la distribuzione omogenea evitando che affiorino in superficie con il rischio di una loro ossidazione, stabilizza...

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Diet Coke e Mentos
Mag21

Diet Coke e Mentos

Fin dalla sua prima apparizione alla fine degli anni ’90 sul web il video che mostra la reazione tra la Diet Coke e le Mentos ha costituito un vero a proprio fenomeno al punto che ancora oggi, a distanza di anni, vengono messi in rete nuovi video che riscuotono sempre grande successo e un elevato numero di visualizzazioni. Questa reazione è diventata un vero e proprio fenomeno e di essa si sono occupati programmi televisivi ed è stata oggetto di studi per spiegare l’origine di quella che viene definita “eruzione” che può raggiungere un’altezza di 10 m. Diverse sono state le teorie per giustificare questo fenomeno e nel 2006 fu suggerito che le sostanze chimiche coinvolte nella reazione fossero la gomma arabica e la gelatina presenti nelle Mentos e la caffeina, l’aspartame e il benzoato di potassio presenti nella bevanda ma non si avevano riscontri scientifici. Nel giugno 2008 presso l’Appalachian State University furono compiuti studi su questa reazione e i risultati pubblicati sull’ American Journal of Physics. I ricercatori eseguirono numerosi esperimenti usando sia altre bevande gasate che altri tipi di sostanze solide. Essi esclusero sia che si trattasse di una reazione acido-base in quanto il pH prima e dopo la reazione non variava sia che fosse coinvolta la caffeina in quanto la reazione avveniva anche nella Diet Coke nella formulazione caffeine-free. Inoltre fu notato che la reazione il fenomeno si verificava in misura molto ridotta nella formulazione tradizionale della Coca Cola e che non si verificava per nulla variando la sostanza solida. Alla luce di tutti i dati sperimentali raccolti sono stati identificati i fattori che favoriscono la rapidissima formazione delle bolle di anidride carbonica. Innanzi tutto le molecole di acqua presenti in ogni soluzione sono legate tra loro tramite legami a idrogeno quindi ogni perturbazione arrecata a questo sistema come un oggetto che viene lasciato cadere agisce come sito di accrescimento delle bolle. E’ stata poi considerata la superficie delle Mentos che presenta molti pori e rugosità che costituiscono ottimi siti di nucleazione dell’anidride carbonica e ne favoriscono l’aggregazione in grandi bolle che fuoriescono rapidamente. Un altro fattore che favorisce l’eruzione dell’anidride carbonica è la tensione superficiale ovvero la forza di coesione che si esercita tra le molecole superficiali di un liquido. La presenza di aspartame utilizzato quale dolcificante nella Diet Coke e della gomma arabica che ricopre le Mentos abbassano notevolmente la tensione superficiale favorendo la fuoriuscita dell’anidride carbonica. L’ultimo ma non meno importante fattore che contribuisce alla spettacolarità della reazione è la densità delle Mentos che è sufficientemente elevata da consentire il loro affondamento nella bevanda e ciò provoca una maggiore interazione con il...

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Variazione di entalpia con la temperatura
Mag20

Variazione di entalpia con la temperatura

Nell’ambito delle sue ricerche che spaziarono in molti ambiti scientifici il fisico e matematico tedesco Gustav Kirchhoff trovò una correlazione tra la variazione di entalpia di una reazione calcolata a una determinata temperatura con la variazione di entalpia della reazione calcolata a un’altra temperatura. La variazione di entalpia uguaglia il calore assorbito o ceduto sotto il vincolo della pressione costante. Trasferendo energia sotto forma di calore a un sistema a pressione costante l’entalpia del sistema aumenta ovvero H2 >H1 quindi ΔH > 0 Se è invece il sistema a fornire calore a pressione costante l’entalpia del sistema diminuisce ovvero H2   < H1 ovvero ΔH < 0. Il calore specifico a pressione costante è dato da: cp = ΔH/ΔT  (1) dove ΔH è la variazione di entalpia e ΔT è la variazione di temperatura. L’entalpia di una reazione dipende dalle condizioni in cui è stata misurata. I dati che vengono riportati nelle tabelle termodinamiche si riferiscono alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 25°C. Se la reazione avviene a una temperatura diversa e il calore specifico non varia al variare della temperatura allora la variazione di entalpia è data dal prodotto tra il calore specifico a pressione costante e la variazione di temperatura. L’entalpia a una temperatura Tf è data dalla somma dell’entalpia calcolata alla temperatura Ti e il risultato derivante dall’integrale definito tra Ti e Tf di cp in dT. Se cp è indipendente dalla temperatura nel range di temperature tra Ti e Tf allora la (1) diventa: HTf = HTi + cp (Tf – Ti) Questa relazione nota come legge di Kirchhoff è valida per variazioni di temperature inferiori a 100°C in quanto per una variazione di temperatura maggiore il calore specifico cp non può essere più considerato...

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