Chimica e sostenibilità ambientale

Laboratorio di aggiornamento 2016
Chimica e sostenibilità ambientale
La Commissione Orientamento dei corsi di laurea Chimici dell’Università degli Studi di Milano organizza anche
quest’anno il Laboratorio di aggiornamento per insegnanti delle scuole secondarie superiori.
Verranno proposte attività di diversa durata e complessità nell’arco di 5 giorni dal 19 al 23 settembre 2016
secondo il seguente prospetto schematico.
Giorno
19/09/2016
Seminario:
“Dai
polimeri
convenzionali
ai
biopolimeri: fonti
rinnovabili
e
biodegradabilità”,
Dott. A. Silvani
Esperienza tipo B:
“Idrolisi basica di
polietilene
tereftalato (PET)”,
Dott. A. Silvani
21/09/2016
Seminario: “Cinetica
e
termodinamica
della degradazione
di
materiali
biodegradabili”,
Prof. I. Rossetti
22/09/2016
Seminario:
“Aspetti sintetici
nella
preparazione di
un
Biodiesel”,
Prof. A. Caselli
23/09/2016
Seminario: “Proprietà
chimico-fisiche
di
combustibili
e
biocombustibili”, Prof.
G. Cappelletti
Esperienza tipo A:
“Utilizzo di fogli di
calcolo Excel per la
previsione
del
tempo
di
degradazione
di
materiali
biodegradabili
”,
Prof. I. Rossetti
Esperienza tipo B:
“Aspetti sintetici
nella
preparazione di
un
Biodiesel”,
Prof. A. Caselli
Esperienza
tipo
B:
“Misura e confronto di
proprietà
chimicofisiche di combustibili e
biocombustibili”, Prof.
G. Cappelletti
La descrizione di ciascuna presentazione/esperienza è fornita di seguito.
Le aule ed i laboratori verranno comunicati successivamente. Tutte le iniziative avranno inizio alle ore 14:45
e termineranno entro le ore 18. Il materiale didattico verrà caricato sul sito della commissione orientamento
qualche giorno prima dell’esperienza. Sarà comunicato in seguito il link da cui scaricare il materiale.
Note esplicative
Esperienze di tipo A: esperimenti di semplice realizzazione, che prevedono l’uso di comune vetreria o
attrezzature (anche informatiche), senza necessità di laboratori attrezzati.
Le presentazioni e le esperienze di tipo A verranno effettuate in aula o aula informatica, non prevedono
limitazioni significative di partecipazione. L’iscrizione è comunque obbligatoria al fine di prevedere un’aula
sufficientemente capiente.
Esperienze di tipo B: esperimenti di durata relativamente lunga, che prevedono l’uso di reagenti ed
attrezzature da laboratorio.
Le esperienze di tipo B saranno condotte in laboratorio a banco singolo o piccoli gruppi (max 3 persone). È
essenziale limitare il numero dei partecipanti in modo da consentire l’occupazione dei laboratori in sicurezza.
Si raccomanda l’iscrizione tempestiva, poiché si andrà ad esaurimento dei posti disponibili, comunque entro
e non oltre il 31/07/2016.
Eventuali defezioni per le esperienze di tipo B andranno comunicate entro e non oltre il 31/08/2016.
Per le esperienze di tipo B si raccomanda di munirsi di camici ed occhiali di protezione. I guanti monouso
saranno forniti in laboratorio.
Dai polimeri convenzionali ai biopolimeri: fonti rinnovabili e biodegradabilità (presentazione in aula)
Idrolisi basica di polietilene tereftalato (PET)
(esperienza tipo B)
Relatore: D.ssa A. Silvani, Dip. Chimica, Università degli Studi di Milano
La presentazione ha lo scopo di illustrare alcuni materiali polimerici di uso comune, la loro struttura chimica
e le reazioni per sintetizzarli, focalizzando l'attenzione sulle diverse possibili classificazioni di questi materiali.
Verranno analizzate le più importanti proprietà di un polimero, anche in relazione alle diverse applicazioni
tecnologiche.
Particolare risalto sarà dedicato al mondo dei biopolimeri, termine ampio che comprende sia i polimeri basati
su materie prime rinnovabili che i polimeri biodegradabili.
Entrambe queste due categorie di materiali
presentano elevati vantaggi ambientali, ma rappresentano a tutt'oggi solo una piccola frazione dei materiali
effettivamente utilizzati a livello industriale.
Dopo la presentazione, si procederà ad eseguire in laboratorio la reazione di idrolisi basica di polietilene
tereftalato (PET), un poliestere leggero, resistente, trasparente e facilmente maneggiabile, ad oggi
ampiamente utilizzato nel confezionamento di alimenti e bevande (es. bottiglie d'acqua). L'idrolisi basica
costituisce una modalità di riciclo chimico del PET, consentendo la sua riconversione nel monomero acido
tereftalico.
Materiale occorrente:
specifici reattivi (PET da bottiglie di plastica, finemente tagliuzzato, pentanolo, potassio idrossido, acido
cloridrico diluito), comune vetreria di laboratorio, piastra agitante riscaldante o termomanto, sistema di
filtraggio sotto vuoto, ghiaccio.
Cinetica e termodinamica della degradazione di materiali biodegradabili (presentazione in aula)
Utilizzo di fogli di calcolo Excel per la previsione del tempo di degradazione di materiali biodegradabili
(esperienza tipo A)
Responsabile: Prof. I. Rossetti, Dip. Chimica, Università degli Studi di Milano
La presentazione in aula (ca. 45 minuti), configurata come seminario di cui verrà fornito il materiale didattico,
tratterà i principali fondamenti termodinamici e cinetici alla base della degradazione termica, chimica o
biologica di rifiuti organici. Particolare attenzione verrà dedicata a due aspetti. Da un lato si approfondiranno
i processi chimici e biochimici volti a valorizzare i rifiuti in ambito energetico. Dall’altro si introdurranno alcuni
esempi di degradazione di materiali particolarmente refrattari alla degradazione quali quelli polimerici.
Sulla scorta della presentazione, verranno proposti alcuni set di dati tratti da esperienze di degradazione
termica di polimeri e di degradazione biochimica di polimeri biodegradabili in diverso ambiente (compost
solido, condizioni aerobiche, anaerobiche, ambiente marino). Tali dati verranno elaborati applicando modelli
cinetici appropriati e calcolando tramite Excel i parametri cinetici essenziali, al fine di determinare il tempo
atteso di degradazione finale.
Materiale occorrente:
PC
Licenza OFFICE.
ASPETTI SINTETICI NELLA PREPARAZIONE DI UN BIODIESEL
Relatori: Dr. Dario Formenti, Prof. Alessandro Caselli
Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano
Negli ultimi decenni la comunità internazionale ha rivolto la sua attenzione verso fonti energetiche
alternative a quelle tradizionalmente basate su fonti fossili. Da tale momento in poi è stato coniato il termine
energie rinnovabili come sinonimo di fonti energetiche a relativamente basso impatto ambientale ed in grado
di rigenerarsi in un tempo paragonabile al loro consumo. La bassa emissione inquinante necessaria al loro
utilizzo e la loro inesauribilità fanno delle energie rinnovabili un punto chiave nella svolta energetica del XX
secolo. Tra le svariate forme di energie rinnovabili, i biocombustibili o biocarburanti occupano una posizione
rilevante in quanto candidati a sostituire i classici carburanti per autotrasporto. All’interno di tale classe, il
biodiesel è stato oggetto di sempre più crescenti attenzioni data la sua capacità di emissioni ridotte di gas
inquinanti e serra (SOx, CO e CO2), idrocarburi aromatici e particolati solidi (PM). Il biodiesel è una miscela di
esteri metili o etilici di acidi grassi a catena lunga derivanti da un processo di transesterificazione. La miscela
finale di tale processo contiene glicerolo e biodiesel. Differentemente dall’olio di partenza, il biodiesel così
prodotto possiede proprietà combustibili paragonabili al diesel ricavato dal petrolio.
Nella lezione teorica (1h), oltre ad una introduzione sulle fonti energetiche rinnovabili sui biocarburanti,
verrà discusso il processo chimico di produzione del biodiesel (transeterificazione di oli vegetali con alcoli)
enfatizzando sia gli aspetti pratici (origine dell’olio e dell’alcol e separazione del glicerolo prodotto) così come
quelli più strettamente chimici (reversibilità della reazione di transesterificazione e natura dell’agente
alcalino).
L’esercitazione pratica (2h) consisterà nella sintesi di un biodiesel a partire da un olio vegetale mediante
transesterificazione con etanolo e idrossido di sodio e la sua successiva separazione e purificazione.
Materiale occorrente:
Specifici reattivi forniti per l’esercitazione: etanolo, NaOH, olio vegetale, acido acetico (0,1 M), cloruro di
calcio.
Comune vetreria di laboratorio: beute, beaker, cilindri graduati, pipette, provette, termometro, spatola,
piastra agitante e riscaldante, ancoretta, cartina con indicatore pH.
Proprietà chimico-fisiche di combustibili e biocombustibili (presentazione in aula)
Misura e confronto di proprietà chimico-fisiche di combustibili e biocombustibili
(esperienza tipo B)
Responsabile: Prof. G. Cappelletti, Dip. Chimica, Università degli Studi di Milano
Il biodiesel è un biocombustibile prodotto attraverso una reazione di transesterificazione con alcool metilico
di olii vegetali. Il prodotto di questa reazione è una miscela di metil esteri, a bassissimo tenore di zolfo e
composti aromatici, idonea all'impiego come combustibile per autotrazione e riscaldamento. Tra le varie
caratterizzazioni chimico fisiche che comunemente vengono effettuate per soddisfare i requisiti minimi sotto
il profilo merceologico, verranno effettuate misure di densità e viscosità cinematica a temperatura
controllata; verranno poi valutate le proprietà a freddo dei combustibili liquidi (pour point). Le proprietà del
biodiesel sono comparabili con quelle del diesel petrolifero, pur presentando delle variazioni in relazione alla
composizione degli acidi grassi e all’insaturazione degli oli vegetali di partenza. Quindi, i risultati ottenuti
saranno poi paragonati a classici diesel commerciali e benzine.
L’attività sperimentale verrà preceduta da un seminario sulla caratterizzazione di combustibili liquidi per
autotrazione.
Materiale occorrente:
Comune vetreria di laboratorio, buretta, bilancia analitica, termometro
MODULO DI ISCRIZIONE
Da compilare ed inviare a [email protected] entro e non oltre il 31/07/2016.
Desidero partecipare alle seguenti presentazioni/esperienze.
Mi impegno a comunicare l’impossibilità a prendere parte alle esperienze di tipo B entro il 31/08/2016 in
caso di sopraggiunto impedimento, o comunque a comunicare quanto prima una defezione per cause di forza
maggiore all’indirizzo [email protected].
Nome ____________________ Cognome __________________________
Indirizzo e-mail ____________________________________
Numero di tel. _____________________________________
Istituto scolastico ___________________________________
Materia/e insegnata/e ___________________________________
Laurea ______________________________
Giorno
19/09/2016
21/09/2016
22/09/2016
Presenza
presentazione
(x)
Presenza
esperienza in
laboratorio (x)
Firma __________________________________________
23/09/2016