Introduzione al corso - ISCaMaP

Insegnamento di: Chimica Generale
083424 - CCS CHI , MAT
A.A. 2016/2017 (I° Semestre)
Dal 03/10/2016 al 27/1/2017
Introduzione al Corso
Prof. ATTILIO CITTERIO
Dipartimento CMIC “Giulio Natta”
Ufficio: Sede Mancinelli (St. 5.1.15)
Telefono: 02-23993082
e-mail: [email protected]
2
Organizzazione del Corso
Orari lezioni/esercitazioni – laboratorio
Primo Semestre (03.OTT.16 – 27.GEN.17)
Giorno
Orario
MAR
MER
VEN
9.15-12.15
8.15-10.15
8.15-10.15
VEN
13.45-18.00
Aula
Lez/Es - Lab
S.1.2
EL.0
C.G.3
3 Lez
2 Es aula
2 Lez
Lab. Mancinelli
4 Es - Lab
Sito web di riferimento: (da cui scaricare i file pdf delle lezioni) :
• http://chimicaverde.vosi.org/citterio/it/ (sito provvisorio)
• http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/general-info/
• BEEP del Politecnico di Milano (modalità di accesso come
comunicato da presidenza)
Attilio Citterio
Organizzazione del Corso (A.A. 16/17)
3
Laboratori Sperimentali (Via Mancinelli 7)
Lab. n°
Giorno
7.10.2015 - ore 14.15-16.15
Argomento
Attribuzione 2 squadre
Sicurezza in laboratorio (in aula)
1
2
3
4
5
14/10–21/10 ore 13.45-18.00
28/10–04/11 ore 14.15-18.00
11/11–18/11 ore 14.15-18.00
02/12-16/12 ore 14.15-18.00
13/1–20/1/16 ore 14.15-18.00
Esperimenti multi-tecnica
Reazioni Acido-base
Cinetica
Equilibri Eterogenei
Pile ed elettrochimica
*secondo turno
Il laboratorio didattico costituisce parte integrante del corso, è obbligatorio e
l’attività svolta sarà considerata nella definizione del voto.
Gli studenti operano in gruppi di due studenti e per ogni esperienza dovrà
essere presentata una relazione per gruppo che sarà soggetta a valutazione.
Il laboratorio è organizzato su 2 turni [venerdì] (4 ore, 13.45-18.00) e preceduto
da un richiamo alla sperimentazione da effettuarsi.
Attilio Citterio
4
Localizzazione Aule
Complesso
Mancinelli
Aula EL0
Aula CG,3
Aula S1,2
Attilio Citterio
5
Pagina Web Generale del Corso
• BEEP (Politecnico Milano)
• [https://ISCAMP.polimi.it/citterio]
http://chimicaverde.vosi.org/citterio/it/ (sito provvisorio)
http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/general-info/
 Informazioni sul corso
 Programma
 Note alle Lezioni (PowerPoint)
 Note alle Esercitazioni (PowerPoint)
 Esami e test
 Esercizi
 Materiale supplementare
 Siti web di consultazione
Attilio Citterio
6
Sito del Corso: http://chimicaverde.vosi.org/citterio/it/
Attilio Citterio
7
Lucidi delle Lezioni
Attilio Citterio
POLITECNICO DI MILANO
Prof. Attilio Citterio
Corso di CHIMICA GENERALE
CCS di Ingegneria Chimica
8
INFORMAZIONI SUL CORSO
Note:
Informazion Contenuti Programm Laboratorio Esercita- Esempi di Supporti
i generali
corso i e link utili sperimentale
zioni
Esami
corso
Risultati finali e
voto Scritto
13/09/13
Politecnico di Milano, Scuola di Ingegneria Industriale e
dell’Informazione
A.A. 2016/2017
INFORMAZIONI GENERALI :
PREREQUISITI:
Esercitazioni:
(Segnalare immediatamente se si è in possesso di scarse conoscenze di
base di Chimica!)
Calendario Ufficiale (orari lezioni/esercitazioni: Martedì 9,15-12,15; Venerdì
8,15-9,15. (calendario)
Mercoledì 8,15-10,15;
ES. LABORAT.
Venerdì 13.45-18.00 (studenti suddivisi in due/tre squadre)
INSEGNANTE:
Prof. A. Citterio ([email protected]) tel. int. 3082
UFFICIO:
ORE UFFICIO :
Complesso Mancinelli Ed. 5 - stanza 5.1.15
Mercoledì 10:30-13:00
Se necessario su appuntamento (eventuali variazioni verranno comunicate
nel corso delle lezioni)
Programma,
Suddivisione attività didattica
"Chimica" di Kotz e Treichel, IV edizione, EdiSES (Napoli) - vedi inoltre la
voce Testi
LEZIONI:
PROGRAMMA:
ORGANIZZAZIONE:
TESTI:
https://ISCAMP.polimi.it/citterio
Supporti al Corso:
Lucidi in formato pdf (Adobe)
LEZIONE
TITOLO LEZIONE
Lezione 1
Introduzione – Chimica e sue peculiarità 15_0
Lezione 2
Materia, Energia – Unità di Misura – Fattori di
conversione – Cifre significative 15_01
Lezione 3
Elementi – Radioattività – Struttura della Terra
15_02: Atomi, isotopi, composti
15_03a: Nucleogenesi -> Lettura Nucleogenesi T1
15_03b: Radioattività e processi nucleari
15_03c: Tabella Periodica
15_03d: Pianeti
Composti e stechiometria
15_04a: Composti e Nomenclatura
15_04b: Stechiometria
15_04c: Soluzioni
15_04d: Metrica di reazione
Lezione 4
Lezione 5
Lezione 6
Principi di Reattività: Reazioni Chimiche
15_05a: Tipologie di reazioni
15_05b: Composti dell’idrogeno, ossigeno e cloro
15.05c: Elementi principali
Principi di Reattività: Energia
15_06a: Energia e Entalpia
15_06b: Termochimica
15_06c: Cicli termochimici
Attilio Citterio
9
15_0_introduzione.pdf
15_01_massa ed energia.pdf
15_02_composti.pdf
………..
Lucidi in formato pdf (cnt)
Lezione 7
Struttura Atomica
15_07a: Luce e Spettri atomici
15_07b: Teoria quantistica, Struttura atomica
15_07c: Atomi pluri-elettronici
Lezione 8
Fondamenti del Legame Chimico – Struttura e Geometria Molecolare
15_08a: Legami chimici
15_08b: Forma delle molecole
15_08c: Polarità molecolare e Orbitali Molecolari -> lettura Simmetria 15_08f
15_08d: Risonanza, Legami in Complessi di Transizione
15_08e: Acidi/Basi
15_08f: Acidi/Basi molli e duri -> lettura AB molli/duri T2
Lezione 9
Principi di Reattività – Cinetica Chimica e Termodinamica
15_09a: Cinetica
15_09b: Meccanismi
15_09c: Catalisi
15_09d: Termodinamica e Riassunto termodinamica (15_09e):
Lezione 10
Stati della materia ed equilibri eterogenei
15_10a: Equilibri Eterogenei
15_10b: Forze Intermolecolari
15_10c: Struttura dei Solidi
15_10d: Stato Gassoso
15_10e: Stato Liquido
15_11a: Metalli
Lezione 11
Equilibri multipli A/B e ox/red
15_11b: Acidi e basi
15_11c: Acidi-Basi Calcoli
15_12a: Elettrodi e Pile
15_12b: Elettrolisi
15_12c: Corrosione
Lezione 12
INORGANICA
I1_15: Elementi dei gruppi principali
I2_15: Metalli di Transizione
I3_15: Metalli di Transizione – Proprietà Ottiche e Magnetiche
I4_15: Complessi
I5_15: Quantomeccanica dei complessi
I6_15: Lantanidi
Attilio Citterio
10
11
Testi e Materiale per il Corso
Testi di riferimento
Materiale di supporto
Sul sito internet* sono disponibili:
Chimica Generale
• Kotz, Treichel, Townsend "Chimica",
EdiSES (Na) V Ed. (2013).
• Oxtoby, Gills, Campion «Chimica Moderna»,
Edises, 2012.
a) lucidi lezioni
b) lucidi esercitazioni
b) sperimentazioni laboratorio
*da
BEEP – POLIMI o da sito
Chimica Inorganica
•
A. Earnshaw, N. Greenwood The Chemistry of the Elements, ButterworthHeinemann (1997) ISBN: 0750633654
•
Cotton, Wilkinson, Gans Principi di Chimica Inorganica, Ambrosiana, (Mi)
•
John Hartwig Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis
(2009), University Science books - ISBN-13: 978-1891389535
Chimica Analitica
• Charlot, Le Razioni Chimiche in Soluzione, Piccin, (Mi) (Analitica inorganica)
• Skoog, Leary, Chimica Analitica Strumentale EdiSES (Na).
Attilio Citterio
12
Esame e Valutazione
Verifiche
Esame
Sono previsti :
• L’esame è superato con una
• uno scritto intermedio (giorno 18-25/11
valutazione almeno C in
ore 8.15 aula x.x.x).
entrambe le prove.
• uno scritto finale
• Se utile si effettuerà una prova
• gli scritti consistono di almeno 30
orale.
domande (teoria, esercizi numerici,
laboratorio).
Definizione voto
• Le due prove sono obbligatorie.
Valutazione Laboratorio
• Punteggio dei responsabili su
assiduità e correttezza operativa
• Valutazione relazioni (consegna
settimanale, meglio se via computer
– attenzione: no copiature!!!!)
Attilio Citterio
G=
x−x
σ
Quattro
scaglioni di
valutazione
x = voto ottenuto
x = media di classe
σ = dev. standard
A ≥ 1.2
0.4 E B E 1.2
-0.8 E C E 0.4
D < -0.8
13
Argomenti del Corso
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Chimica: fondamenti
La Materia
Stechiometria e Bilanci di massa
Termochimica e Bilanci
energetici
Teoria Atomica
Periodicità
Legami chimici
Struttura molecolare
Legami intermolecolari
Materiali e relazione tra chimica
e proprietà dei materiali
Cinetica
Attilio Citterio
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Termodinamica chimica
Equilibri chimici
Stato Gassoso e sue leggi
Stato Solido
Stato Liquido
Reazioni acido base: Ka, pH,
idrolisi, anfoliti
Equilibri eterogenei
Pile
Elettrolisi
Chimica degli elementi principali
(individuare gli argomenti sul
libro di testo scelto)
14
Supporti al Corso
ESERCITAZIONI d’aula (occorrente): (mercoledì 08.15-10.15)
Calcolatrice / Tabella elementi (Tabelle dati
chimico-fisici) / Testo
ESERCITAZIONI di laboratorio (Tenute presso l’edificio 2 - Complesso
Mancinelli, ingresso da Via Lambrate 4 o Mancinelli 7).
Occorrente:
Testi sperimentazioni, quaderno con fogli staccabili,
camice, [guanti], spatola
Dotazione:
Vetreria, attrezzature e DPI fornite per coppia di studenti
all’ingresso del laboratorio
COLLOQUI / SPIEGAZIONI :
Dipartimento CMIC Mancinelli (1° Piano, Stanza 5.1.15)
Orario: Mercoledì (10.30-12.30).
TUTORING:
Orari da stabilirsi: [prima mezz’ora dei laboratori, 2 ore
prima degli scritti, 12 ore nel corso del 1° semestre].
BIBLIOTECA :
Dipartimento CMIC, P.za L. da Vinci 32 (ore 9.00–17.00).
Attilio Citterio
15
Particolarità dello Studio della CHIMICA
• Elevato numero di principi e nozioni (chimica descrittiva).
• Linguaggio simbolico molto specifico e sintetico (Fe, NaCl,
(CH2CH2)n , O=C=O, ecc.). Uso di numerose convenzioni.
• Nomenclatura particolare d'uso e/o soggetta a regole internazionali
(Sale o cloruro di sodio, Anidride carbonica o biossido di carbonio)
• Ricorso a rappresentazioni visive e modelli semplificati.
• Necessità di sperimentazioni dirette (laboratori) ed esemplificazioni.
• Ampio ricorso alla termodinamica per prevedere l'andamento delle
trasformazioni, ma l'evoluzione temporale è dominata dalla cinetica.
• Letteratura molto vasta, sempre più specialistica e interdisciplinare.
• Campi e settori di applicazione in espansione (Materiali innovativi,
Analitica, Biotecnologie, Ecologia, etc.) oltre ai tradizionali
(Produzione di composti chimici inorganici e organici, Materiali
organici e inorganici, fonti energetiche, tecnologie biochimiche, ecc.)
• Supporti software per semplificare scrittura, visualizzazioni, processi.
Attilio Citterio
16
Strategie per Imparare la Chimica
Studio del testo
Diapositive del
corso
Letture attive
(web) domande
Indicazioni studio
del Docente
Studente
Esperimenti di
Laboratorio
Quiz/esami
Test standard
Docente
Tutoring
Attilio Citterio
Esercizi/studio
a casa
17
CHIMICA: Ambiti e Ruolo
• E’ la branchia della scienza che studia le proprietà
delle sostanze e le trasformazioni che subiscono
quando vengono a contatto
 (le reazioni chimiche si spiegano quasi interamente prendendo
in considerazione le particelle elettroni di atomi e molecole).
• Usa tali informazioni per:
• descrivere il mondo che ci circonda
• preparare nuove sostanze/materiali con proprietà utili,
• è implicata in ogni cosa facciamo o usiamo (a bassa T).
• Svolge un ruolo centrale nella maggior parte della scienza
e della tecnologia, fondendosi da un lato nella fisica, matematica
ed ingegneria e dall’altro nelle scienze della terra e in quelle della vita.
• Ha l’obiettivo di connettere il mondo macroscopico del nostro
mondo con quello microscopico che lo fa funzionare.
Attilio Citterio
18
La Chimica è Dovunque (a bassa T!)
www.cefic.org
http://www.federchimica.it/
Index.aspx
Dove siamo ...
Attilio Citterio
... e dove vorremmo
19
La Chimica è Dovunque e Molto Trasversale
Matematica
Informatica
Astronomia
Scienze
della salute
Cultura
Fisica
Chimica
Chimica
Materiali
Tecnologia
Geologia
Farmacia
Scienze
ambientali
Attilio Citterio
(micro)biologia
biotecnologia
20
L’Universo Chimico
• La Chimica è lo studio degli atomi
• Gli atomi sono i mattoni della natura a
basse temperature
• Quanti atomi ci sono in un piatto di pasta?
15,000,000,000,000,000,000,000,000 ≈ 15×1024
• Quanti composti di quattro elementi hanno un
peso molecolare minore di 700 u.m.a ? 1036
Attilio Citterio
21
Chimica dei Fiori
Odorare un Fiore
 L’aroma è Chimica
Vedere un Fiore
 I Colori sono Chimica
Toccare un Fiore
 La Struttura è Chimica
Attilio Citterio
22
Chimica nella Casa
Ogni parte di una casa è Chimica:
Detersivi, Stoviglie, Pane, Lampade …
Il fondo delle pentole in Teflon™
Efficienza energetica, edifici e materiali
da costruzione, moda e estetica.
Attilio Citterio
23
Prestazioni Migliorate
Il nostro tempo libero è stato cambiato
dalla Scienza Chimica
Parti di computer, attrezzature sportive
La fibra di Carbonio e i nanotubi di
Carbonio sono più robusti dell’acciaio,
Migliori schemi piatti per le immagini
Attilio Citterio
24
Schermi Piatti
Il passato
 Tubi a raggi catodici
Il presente
 Cristalli Liquidi
 Schermi al Plasma
Il futuro
 Polimeri che emettono luce
 Inchiostri elettronici
Attilio Citterio
25
Capolavori Moderni
Arte e Scienze Chimiche sono legate
Conservazione dei beni artistici
La Chimica è arte
 Architettura/Pittura
 Elementi Visivi
Nuovi materiali per l’arte
Attilio Citterio
26
Moda
Il fascino è legato alla scienza chimica
Profumi e shampoo, camicie ingualcibili,
impermeabili
Dentifrici e cosmetici hanno molti simili
ingredienti
Vestiti a prestazione: auto-pulenti, idro- e
oleorepellenti,
Attilio Citterio
27
Coloranti Sintetici
Colori desiderati su un’ampia gamma
Persistenza dei colori
Nuove proprietà e usi
Attilio Citterio
28
Pitture e Vernici
Pigmenti
 Particelle che danno colore
Vernici opache
 Particelle che danno consistenza
Vernici che non gocciolano
 Polimeri che variano di consistenza
Attilio Citterio
29
Fotografia/digitale
La Chimica fa i film
La Chimica sviluppa immagini
La Chimica stampa immagini
La Chimica stampa oggetti 3D
Attilio Citterio
30
Chimica e Reazioni Chimiche
Le reazioni chimiche sono trasformazioni della materia che implicano la
riaggregazione di atomi e portano alla formazione/rottura di legami
chimici (con rilascio/acquisizione di energia) in tempi tipici (cinetica).
Per esempio: Combinazione di elementi
 Il composto H2O è una combinazione degli elementi H e O.
L’opposto della formazione di un composto è la sua decomposizione.

Esempio: La decomposizione dell’acqua in fase gas.
Reazione
spontanea
+ Energia
Combustione
Elettrolisi
- Energia
Miscela di idrogeno
e ossigeno
Reazione non
spontanea
Attilio Citterio
Acqua
31
Cucinare è Chimica
Le trasformazioni chimiche sono responsabili dei cambi di aroma e consistenza
La Chimica mantiene i cibi freschi e salubri
I coloranti “E” sono molecole naturali
Cibi dietetici! Cibi per celiaci! Functional
foods!
Attilio Citterio
32
La Chimica sta nei Gelati
Struttura Complessa
 Ghiaccio
 Grasso
 Aria
 Zucchero
Stabilità e durabilità
Attilio Citterio
33
Una Componente dell’Energia è Chimica
Si può usare la Chimica per immagazzinare
l’energia;
Le batterie sono chimica;
I razzi solidi delle Navette Spaziali bruciano
10 tonnellate di combustibile al secondo;
Fonti energetiche più pulite.
Attilio Citterio
34
Petrolio
Fluidi per trivellare;
Raffinazione;
Additivi per combustibili;
Convertitori Catalitici.
Attilio Citterio
35
Salute
Tutte le medicine usano la scienza chimica
La depurazione delle acque usa la Chimica
Noi viviamo mediamente il doppio di 100
anni fa;
Cure per il Cancro, l’AIDS, l’Influenza …
Attilio Citterio
36
Agricoltura Organica (biologica)
Uso di pesticidi e fertilizzanti naturali;
I chimici li isolano, li sviluppano e li
producono;
Anche i pesticidi organici sono chimica!
Attilio Citterio
37
Chimica Verde e Sostenibile
La Scienza Chimica è compatibile con
l’ambiente;
Produzione più efficiente dei prodotti
chimici che ci necessitano;
Si ricicla la carta per il 53% – la plastica
per il 30-50% a seconda della tipologia;
Automobili alimentate a idrogeno,
biodiesel, biogas.
Attilio Citterio
38
Chimica, Motore di Sviluppo
Attilio Citterio
39
La Scienza Chimica ...
... è importante per tutti noi
… è il mondo attorno a noi
… è più di quello che si può pensare
… guarda sempre al futuro
Attilio Citterio
Industria e Chimica
Settori Industriali Legati alla Chimica
40
Abbigliamento ; 6,3
Resto
dell'industria; 10,3
Agricoltura; 6,4
Elettronica; 3,9
Macchine d'ufficio;
0,7
Macchine
Industriali; 1,9
Prodotti di
consumo; 30,3
Prodotti metallici;
2,5
Servizi; 16,4
Carta e Stampa; 4,5
Resto produzione;
6,1
Trasporti; 5,3
Attilio Citterio
Costruzioni; 5,4
41
I Grandi Settori della Chimica Industriale
Chimica di base (organica e minerale)
Ottenimento degli intermedi fondamentali della chimica minerale e organica a partire da
poche materie preme (per es.: fertilizzanti, solventi, monomeri ... da aria, acqua, petrolio ...)
• CHIMICA PESANTE
•
•
•
•
•
Produzione di materie prime di base,
Molecole semplici, polimeri semplici
Grosso tonnellaggio
Produzione in continuo
Bassi prezzi, basso valore aggiunto
• CHIMICA FINE (organica e minerale)
• Produzione di molecole complesse (molecole polifunzionali …)
• Intermedi di sintesi
• Materiali complessi
• Prodotti di specialità (parachimica), produzione in quantità
limitate in continuo e in discontinuo
• Prodotti a prestazione (formulazione per assolvere a funzioni)
• Prezzi maggiori, alto valore aggiunto
Attilio Citterio
42
Branche della Chimica Industriale
Trasformazione delle materie
prime disponibili:
acqua, aria, sale, zolfo, gas naturale,
calcare, sabbia, minerali ...
Chimica minerale
Chimica di base
Chimica organica
Acidi e Basi inorganiche
Fertilizzanti
Gas tecnici
Pigmenti …..
Composti del carbonio ottenuti da:
vegetali, petrolio, gas naturale
Biochimica
Carbochimica
Petrolchimica
Attilio Citterio
43
Peculiarità dei Due Settori
ORGANICA
MINERALE
 Chimica organica
 Composti del C (+ H, O, N) +
non metalli Cl, Br, I, S, P ...
 Chimica minerale
 Chimica dei composti degli altri
elementi + CO, CO2, RCN
 Composti organici
 Composti minerali
 formati da legami ionici/covalenti
 elettroliti solubili in acqua
 p.f. e p.e. alti; in maggioranza
sono cristallini a T e P ambiente
 ρ variabile e spesso elevata
 raramente combustibili
 grande stabilità termica
 formati da legami covalenti
 spesso insolubili in acqua
 p.f. e p.e. bassi: in maggioranza
sono liquidi a T e P ambiente
 ρ vicina a 1
 decompongono termicamente
 quasi tutti combustibili
 Reazioni organiche
 spesso lente, reversibili e
incomplete
 spesso deboli effetti termici
Attilio Citterio
 Reazioni minerali
 spesso rapide e totali
 forti effetti termici (eso-,
endotermici)
Struttura della Chimica Industriale Organica
Tradizionale (prevalentemente da Petrolio)
Numero approssimato
di Sostanze
3
Attività generica
Fonti
Naturali
Separazione
10
Materie Prime
Trasformazione
50
Materiali di Base
Funzionalizzazione
500
Intermedi e Monomeri
Sintesi
70000
Prodotti fini e polimeri
Attilio Citterio
45
Attività Industriale e Economica in Chimica
Materie
prime
Trasformazione
Utilizzo
ENERGIA
Carbone, GN, PETROLIO
Inorganici
PARACHIMICA
INDUSTRIE
Attilio Citterio
BIOMASSA
CHIMICA DI BASE
FARMACI
CONSUMATORI
AGRICOLTURA
Petrolio e Gas Naturale come Fonte di
Composti Chimici di Base ed Intermedi
Industria di
raffinazione idrocarburi
Industria
Gas
Naturale
Alimentazione
Industria di base
petrolchimica
Rottura a
Etilene
Etano
Propano
Butano
Nafta
Gasolio
Olio Grezzo
Separazione
Etilene/
Propilene
Composti
chimica di base
Olefine
Separazione/
Conversione
Butadiene
Etilene
Propilene
Butadiene
Raffineria
olefine
Aromatici
Raffinazione
petrolio
Pirolisi Benzina
Pretrattamenti
Pirolisi
benzina
Estrazione e
Conversione
Aromatici
Benzene
Toluene
Xilene
Raffinato
Nafta/LPG
Ammoniaca
Gas di sintesi
Sintesi della
Ammoniaca
Gas Naturale
Metanolo
Gas di sintesi
Sintesi della
Metanolo
Prodotti da
Gas di sintesi
Ammoniaca
Metanolo
Source:[EC DGXI, 1993 #8
Attilio Citterio
Pressioni sull’Industria Chimica lungo il
Ciclo di Vita di un Prodotto
Materie Prime
Aumento
prezzi
petroliferi
Aumento
costi dello
smaltimento
degli scarti
(ricicli)
Produzione Chimica
47
Uso/Fine Prodotto
Aumento
preoccupazione
pubblico/NGO
Aumento
costi
dell’energia
Aumento pressione
di utilizzatori finali/
rivenditori
Nuova legislazione
(per es. REACH)
Legislazione
più stringente
Problemi di forniture
per le diminuite risorse
e le distorsioni del
mercato
Aumento dei costi
per stoccare e usare
sostanze pericolose
Attilio Citterio
Impatto ambientale (p.es.
degradabilità) è parte del
processo di approvazione
48
Principali Complessi e Produttori di Etilene.
I MAGGIORI 10 COMPLESSI DI ETILENE*
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Società
Localizzazione
Capacità tpy
Formosa Petrochemical Corp.
Nova Chemicals Corp.
Arabian Petrochemical Co.
ExxonMobil Chemical Co.
ChevronPhillips Chemical Co.
Dow Chemical Co.
Ineos Olefins & Polymers
Equistar Chemicals LP
Yanbu Petrochemical Co.
Equate Petrochemical Co.
Mailiao, Taiwan, China
Joffre, Alta.
Jubail, Saudi Arabia
Baytown, Tex.
Sweeny, Tex.
Terneuzen, Netherlands
Chocolate Bayou, Tex.
Channelyiew, Tex.
Yanbu, Saudi Arabia
Shuaiba, Kuwait
2,935,000
2,811,792
2,250,000
2,197,000
1,865,000
1,800,000
1,752,000
1,750,000
1,705,000
1,650,000
*Al 1 Gen. 2012
I MAGGIORI 10 PRODUTTORI DI ETILENE*
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Società
Siti
Saudi Basic Industries Corp.
Dow Chemical Co.
ExxonMobil Chemical Co.
Royal Dutch Shell PLC.
Sinopec
Total AS
ChevronPhillips Chemical Co.
LyondelBasel
National Petrochemical Co.
Ineos
15
21.
20
13
13
11
8
8
7
6
*Al 1 Gen. 2012 **Totale più parziale proprietà
Attilio Citterio
--------------- Capacità tpy --------------totale proprietà parziale proprietà
13,392,245
13,044,841
12,515,000
9,358,385
7,895,000
5,933,000
5,607,000
5,200,000
4,734,000
4,656,000
10,273,759
10,529,421
8,550,550
5,946,693
7,275,000
3,471,750
5,352,000
5,200,000
4,734,000
4,286,000
49
Economia di un Barile di Petrolio
carburante
per un viaggio
di 1000 Km
glicoletilenico
etilene
polietilene
poliestere
21 magliette
260 m di tubi di protezione
per cavi elettrici
240 bottiglie per detersivo (2L)
2 paraurti per auto
polipropilene
2 valigie
3 sedie da giardino
propilene
acrilonitrile
21 maglioni
5 coperte
1 pneumatico da auto
72 litri
di nafta
butadiene
buteni
elastomeri
aromatici
caprolattame
13 pneumatici da bici
17 camere d’aria da bici
500 paia di collant
Fonte: Federchimica, BP chemicals anno 2006
Attilio Citterio
50
Il Contenuto di Chimica di un’Automobile
BATTERIA,CAVI
Elettroliti
Materiali polimerici
per rivestimento
CARROZZERIA
Vernici
(pigmenti e coloranti)
Plastificanti/ Cere
Prodotti antirombo
TRATTAMENTO METALLI
Additivi
Acidi e solventi
Gas tecnici
PNEUMATICI
Elastomeri
Nero di carbonio
Ausiliari per gomma
Fibre artificiali
GUARNIZIONI
FRENI E MOTORE
Gomme siliconiche Liquidi refrigeranti
Liquidi di lavoro
Fluoro polimeri
Lubrificanti
Poliolefine
CINTURE
DI SICUREZZA
SEDILI
Fibre sintetiche
Poliuretano espanso
Ausiliari per cuoio e pelle
MARMITTA
CATALITICA
Catalizzatori
Materiali ceramici
VETRI
FARI
Totale:
1500-5000 euro
Sali silicati/Soda
Film polimerici
Adesivi per il fissaggio
Detergenti
Gas tecnici
CARBURANTE
Additivi
Gas tecnici speciali
Antidetonanti
AIRBAG
Inneschi
Polimeri
Gas tecnici
Fibre sintetiche
PARAURTI
GRIGLIE VOLANTE
CRUSCOTTO
ARREDO INTERNO
Plastiche Fibre sintetiche
Tecnopolimeri
Poliuretano
Additivi/Vernici
Fonte: Federchimica, anno 2007
Attilio Citterio
Industria Bio-organica – Competitiva alla
C.I.O. da petrolio «Filiera Bio-»
MATERIE PRIME
51
Piante e semi (amido, lignocellulose)
Lignocellulose (cellolosa, emicellulosa, pectina)
Rifiuti urbani e scarti agroforestali
TECNOLOGIE DI
PROCESSO
varie combinate
Bio-processi
Processi chimici
Processi termici
Processi fisici
Conbustibili (solidi, liquidi e gassosi)
PRODOTTI
Composti chimici (specialità, commoditi)
Materiali (polimeri)
etanolo
intermedi
bioplastiche tensioattivi
biodiesel oli, acidi grassi detergenti adesivi
biogas
lubrificanti colori, pigmenti, inch.
Attilio Citterio
Bio-Raffineria – Nuova Fonte di Prodotti Chimici
Combustibili
Solventi
Composti
Chimici
Piante
Plastiche
Fibre
Chimica fine
Semi
Oli
Attilio Citterio
53
L’Industria Chimica
In Italia
In Europa
• Fatturato dell’industria
(circa € 100 miliardi)
• Fatturato, domanda e
esportazioni superiori agli
USA o Giappone / Asia
• Impiega direttamente
300,000 persone
• Le esportazioni circa 2
volte le importazioni, ma si
• 1700 studenti iscritti a corsi
prevedono in diminuzione
correlati alla Chimica e 650
in Ingegneria Chimica nel
• La domanda di prodotti
2011 (in crescita del 5% dal chimici cresce del ~2%
2005 e stabili negli ultimi
all’anno (≥ 5% in Asia, Cina
due anni).
e India)
Attilio Citterio
Produzione Chimica in Italia per Settore
54
(quota percentuale)
Chimica per il consumo
17.5%
Profumi
e cosmetici 8.0%
Saponi
e detergenti 9.5%
Plastica e gomma sintetica 27.4%
Agrofarmaci 1.7%
Fertilizzanti 2.2%
Chimica di base e fibre
45.7%
Principi attivi
e intermedi farmaceutici
5.4%
Chimica fine
e specialità 36.8%
Petrolchimica 6,8%
Vernici, adesivi
e inchiostri 11.2%
Inorganici di base 3.4%
Gas tecnici 5.4%
Chimica fine
e specialità 16.3%
Fonte: Federchimica su dati Istat, anno 2008
Attilio Citterio
Fibre 2.8%
55
Produzione e Occupazione Chimica in Italia
Distribuzione geografica
dei principali Poli chimici
Distribuzione dell’occupazione chimica (%)
1.0
0.0
48.8
6.8
1.0
6.7
6.9
1.5
6.3
1.7
0.8
1.2
12.1
0.2
0.8
1.8
0.5
0.2
0.4
Quota %
Chimica e farmaceutica
Fonte: Federchimica, Istat, anno 2005
Attilio Citterio
Nord
Centro
Sud
72.2
22.6
5.3
ITALIA
100.0
1.4
Produzione Chimica Mondiale e Saldo
Commerciale Europeo
Evoluzione della produzione chimica
per area geografica (var. %)
Saldo Commerciale Europeo
(Milioni di Euro)
131
131
120
125
120
99
85
82
90
94
70
88
55
18
22
26
22
28
10
34
Chimica
37
41
41
39
37
39
35
56
39
Altri settori manifatturieri
43
47
2008-2009
2010-2011
Area Euro
-10.7
+11.8
- Germania
-14.0
+17.2
- Francia
-9.6
+10.8
- Italia
-12.0
+8.0
Nord America
-12.4
+4.6
America Lat.
-5.5
+ 8.3
Asia
+0.7
+19.4
Europa c.ori.
-18.6
+16.4
Africa e M.O.
-0.8
+10.2
Mondo
-5.8
+12.2
Fonte: Federchimica, rapporto 2010-2011
Attilio Citterio
Le Principali Imprese Chimiche Italiane
57
Risultati 2010 (milioni di euro)
vendite
mondiali
produzione
in Italia
vendite produzione
mondial
in Italia
i
6138
4821
Gruppo Intercos
267
134
Gruppo Mossi & Ghisolfi 1970
383
Gruppo Zobele
258
54
Mapei
1832
744
Radici Group
1161
605
Gruppo Bracco
719
527
Gruppo P & R
692
487
Polynt
614
483
Sadepan Chimica
Gruppo Desa
Gruppo Isagro
Gruppo Esseco
Montefibre
255
210
204
203
190
185
210
104
104
-
Gruppo C.O.I.M.
550
327
Gruppo SOL
519
302
Gruppo Colorobbia
470
211
Gruppo Siad
Gruppo Aquafil
452
265
178
165
157
154
145
178
80
93
81
115
432
249
Gruppo Sapio
Gruppo Lamberti
431
368
414
253
FIS
Faci
3V Partecipazioni Industriali
Reagens
Indena
Inver
ICR
128
121
91
121
Dobfar Holding
315
271
Gruppo Sipcam-Oxon
310
142
Alcea
Sinterama
Index
120
117
116
80
62
116
Polimeri Europa
Nota: imprese con capitale a maggioranza italiano; i valori si riferiscono ai prodotti chimici (senza farmaci)
Fonte: Federchimica, anno 2011Attilio Citterio
58
Principali Regioni Chimiche Europee
In Europa
addetti
chimici
% sulla
popolazione
1. Renania-Westfalia (GER)
111 678
0.62
75 regioni su 116
2. LOMBARDIA (*)
95 949
1.02
con più di 100 unità locali
3. Ile de France (FR)
81 189
0.71
Le prime 15 regioni
sono diffuse in molte nazioni
- 7 in Germania
- 2 in Italia (Lombardia e Lazio)
- 2 in Francia
- 2 nel Regno Unito
- 1 in Spagna
- 1 in Belgio
4. Catalogna (SPA)
62 188
0.92
5. Baviera (GER)
60 248
0.48
6. Assia (GER)
59 572
0.98
7. Baden-Wuttemberg (GER)
57 818
0.54
8. Palatinato (GER)
55 464
1.37
9. North West (GB)
46 522
0.68
44 803
0.74
50 regioni su 116
con più di 10 mila addetti
In Italia
388 comuni
con più di 100 addetti
10. Fiandre (BE)
(*) La Lombardia è prima regione chimica per numero di imprese,
più di 900 escludendo quelle con meno di 10 addetti
Fonte: Eurostat, anno 2005
Attilio Citterio
La Situazione dell’Industria Chimica nel
Mondo
59
Saldo commerciale per area
Evoluzione del saldo extra Ue15
(milioni di euro)
(milioni di euro)
Anno 2006
Mondo
Intra
Ue15
Chimica di base e fibre
-10711
-9880
-830
Chimica fine e specialità
-590
-2431
1842
Chimica per il consumo
1234
86
1148
1.000
Industria chimica
Farmaceutica
Chimica e farmaceutica
Extra
Ue15
2.000
Chimica fine
e specialità
1.500
-10067
-12226
2159
500
-1824
-2171
347
0
-11891
-14397
2506
Chimica
per il consumo
-500
-1.000
Chimica di base
e fibre
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Fonte: Istat, anno 2007
Attilio Citterio
Andamento della Capacità Produttive e della
Esportazioni
Esportazioni di petrolchimica
dal Medio Oriente
(milioni di tonnellate)
Nuova capacità produttiva istallata
di etilene
(milioni di tonnellate/anno)
40
2003
2010
35
Arabia Saudita
Iran
Qatar
60
30
60
50
Altri
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
Ue-15
USA
Medio Oriente
Asia
Fonte: ICIS Chemical Business, BASF, anno 2007
Attilio Citterio
0
2004
2005
2006
2007
2008
61
Ristrutturazione dell’Industria Chimica
Fonte: BASF, anno 2007
Attilio Citterio
Materie Prime Naturali:
Elementi Disponibili sulla Crosta Terrestre
Ossigeno
Silicio
Alluminio
Ferro
Calcio
Magnesio
Sodio
Potassio
Titanio
Idrogeno
Fosforo
Manganese
Fluoro
Bario
Stronzio
Zolfo
Carbonio
Zirconio
455 000
272 000
83 000
62 000
46 600
27 640
22 700
18 400
6 320
1 520
1 120
1 060
544
390
384
340
180
162
Vanadio
Cloro
Cromo
Nichel
Rubidio
Zinco
Rame
Cerio
Neodimio
Lantanio
Ittrio
Cobalto
Scandio
Niobio
Azoto
Gallio
Litio
Piombo
62
136
126
122
99
78
76
68
66
40
35
31
29
25
20
19
19
18
13
Ordine d’abbondanza degli elementi il cui tenore è superiore a 10 grammi/tonnellata nella crosta
terrestre (30 km di spessore)
Attilio Citterio
Andamento Relativo dell’Estrazione di
Alcuni Metalli prima e dopo il 1973 (= 100)
63
PGM = platinum group metals
Alluminio
Rame
Zinco
B. A. ANDERSSON, Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, 61-76 (2000)
Attilio Citterio
64
Tabella Periodica degli Elementi
IA
IIA
IIIB
IVB
VB
VIB
VIIB
IB
VIII (Transizione)
IIB
IIIA
IVA VA
VIA VIIA VIII
2
1
He
H
4,003
1,007
1,008
3
5
4
Li
6,939
11
Be
24,31
19
20
K
40,08
37
38
Rb
21
Ca Sc
39,10
Sr
44,96
39
Y
22
23
Ti
25
24
V
Cr
47,90
50,94
52,00
40
41
42
Zr
26
27
Fe
Mn
54,94
43
Nb Mo Tc
28
29
Co Ni
30
55,85
58,93
58,71
63,54
44
45
46
47
Ru Rh Pd
63,37
48
88,91
91,22
92,91
95,94
98
101,07
102,91
106,4
107,87
55
56
57
72
73
74
75
76
77
78
79
Ba
La
132,90
137,34
138,91
87
88
89
Fr
223
Ra
226
Hf
Ta
W
178,49
180,95
183,85
58
59
60
Re
Os Ir
186,2
190,2
192,2
Pt
112,4
80
Au
Hg
14,007
15
9
O
15,999
16
10
F
18,998
17
Ne
20,179
18
Si
P
S
Cl
Ar
26,981
28,09
30,97
32,06
35,45
39,95
31
32
33
34
35
36
Ga Ge As
Se
Br
Kr
69,72
72,59
74,92
78,96
79,91
83,80
49
50
51
52
53
54
Ag Cd
87,62
14
8
N
Al
Cu Zn
85,47
Cs
12,011
13
12
Na Mg
7
C
10,81
9,012
22,99
6
B
In
Sn
Sb
114,82
118,69
121,75
127,6
126,90
131,29
81
82
83
84
85
86
Tl
195,09
196,97
200,59
204,37
64
65
66
67
Pb
207,2
Bi
208,98
Te
Po
209
I
Xe
At
Rn
210
222
Ac
227
Ce
Pr
61
62
63
Nd Pm Sm Eu
Gd Tb
Dy
68
69
70
Ho Er Tm Yb
71
Lu
140,12
140,91
144,24
147
150,35
151,96
157,25
158,9
162,5
164,93
167,26
168,94
173,04
174,97
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
Th
232,04
Pa
231,04
U
238,03
Np Pu Am Cm
237
242
243
Attilio Citterio
247
Bk
247
Cf
251
Es Fm Md
254
253
256
No Lw
254
257
Materie Prime:
Abbondanza e Fonti degli Elementi
65
Litio
Carbonio
Univ. 6×10-8 %
Terra 10-7 %
Uomo 3×10-9 %
Reattivo, Tossico
Univ. 0.08 %
Terra 0.09 %
Uomo 18 %
Inerte
Varie fonti:
naturali (C) e
sintetiche (Polimeri)
Organismi Viventi
Unica fonte:
LiAlSi2O6
Univ. : 10-4 %
Terra : 0.1 %
Uomo: 1 %
Pericoloso
Unica fonte: fosfati (Ca3PO4)
Derivati tutti a partire da P4
Presente nel DNA e fonte energetica ATP
Fosforo
Attilio Citterio
Abbondanza degli Elementi
sulla Crosta Terrestre
% in massa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
49.2
25.7
7.5
4.7
3.4
2.6
2.4
1.9
0.9
0.6
0.2
0.1
0.1
0.09
0.05
0.05
0.51
Ossigeno
Silicio
Alluminio
Ferro
Calcio
Sodio
Potassio
Magnesio
Idrogeno
Titanio
Cloro
Fosforo
Manganese
Carbonio
Zolfo
Bario
Tutti gli altri
}74.9%
Attilio Citterio
% in peso dei composti
inorganici sulla crosta
terrestre, esclusa l’acqua,
(1) SiO2 55
(2) Al2O3 15
(3) CaCO3 8.8
(4) MgO* 1.6
(5) Na2O* 1.6
(6) K2O* 1.9
Abbondanza sulla crosta terrestre
log abbondanza crostale
Ordine Elemento
66
Z
Elementi Presenti nella Crosta Terrestre,
Oceano e Atmosfera
Crosta Terrestre
(% in peso)
Ossigeno 49.2%
Silicio
25.7%
Alluminio 7.5%
Ferro
4.7%
Calcio
3.4%
Sodio
2.6%
Potassio 2.4%
Magnesio 1.9%
Titanio
0.6%
Cloro
0.2%
Oceani
(% in peso)
Ossigeno
Idrogeno
Cloro
Sodio
Magnesio
Tutti gli altri
85.79%
10.67%
2.07%
1.14%
0.14%
0.19%
Attilio Citterio
67
Atmosfera
(% in volume di aria secca)
Azoto
78.084%
Ossigeno 20.948%
Argon
0.934%
CO2
0.0314%
Neon
0.00182%
Elio
0.00052%
Metano
0.0002
Cripto
0.00011%
H 2 e N 2O
0.00005%
Xeno
0.000008%
68
Elementi nel Corpo Umano
Ordine
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Elemento
% in massa
Ordine
Elemento % in massa
Ossigeno
Carbonio
Idrogeno
Azoto
Calcio
Fosforo
Magnesio
Potassio
Zolfo
65 .0
18.0
10.0
3.0
1.4
1.0
0.50
0.34
0.26
10
11
12
13
14
15
16
…..
Sodio
Cloro
Ferro
Zinco
Arsenico
Cromo
Cobalto
altri
0.14
0.14
0.004
0.003
tracce
tracce
tracce
tracce
Tramite le forze geofisiche, il contatto della crosta terrestre con l'acqua può
fornire virtualmente ogni minerale che il nostro corpo richiede (direttamente o
indirettamente come cibo) per mantenersi in salute. L’acqua è un mezzo ideale
per trasportare le sostanze nutrienti nelle cellule e per sostenere le reazioni
chimiche del metabolismo cellulare.
Attilio Citterio
Minerali nel Latte Umano e Vaccino
69
(per 100 millilitri)
Elemento (mg) Latte umano* Latte vaccino
Rame
Ferro
Zolfo
Potassio
Cloro
Magnesio
Calcio
Sodio
Fosforo
0.04
0.10
14.0
57.0
40.0
4.0
35.0
15.0
15.0
0.014
0.07
30.0
145.0
108.0
12.0
130.0
58.0
120.0
Umano/Vaccino
2.86
1.43
0.47
0.39
0.37
0.33
0.27
0.26
0.13
* Inoltre: Manganese 0.006 - 0.120, Cromo 0.00043 - 0.080, Selenio 0.007 0.06, Molibdeno 0 - 0.002, Cobalto 0 - 0.44, Nichel 0.01 - 0.15 mg/l.
Attilio Citterio
Organi e Tessuti Influenzati da
Livelli Tossici di Elementi
70
• Alluminio (Al)
Stomaco, Ossa, Cervello
• Arsenico (As)
Cellule (metabolismo cellulare)
• Cadmio (Cd)
Reni, Cuore, Capillari cerebrali,
Centri cerebrali dell’appetito e
dell’odore; Ogni processo noto di
sviluppo del Cancro.
• Piombo (Pb)
Ossa, Fegato, Reni, Pancreas,
Cuore, Cervello, Sistema nervoso
• Mercurio (Hg)
Sistema nervoso, Centri cerebrali
dell’appetito e dell’odore, Sistema
Immunitario, Membrane cellulari
Attilio Citterio
71
Benefici sulla Salute di Alcuni Elementi
Calcio
Essenziale nello sviluppo e mantenimento di ossa e denti.
Favorisce la coagulazione del sangue, la contrazione dei
muscoli, la trasmissione nervosa. Riduce i rischi di osteoporosi.
Cromo
Metabolismo del glucosio, regola lo zucchero nel sangue.
Cobalto Promuove la formazione dei globuli rossi. Vitamina B12.
Rame
Coadiuva nella formazione dei globuli rossi e del tessuto
connettivo e nel funzionamento del sistema nervoso centrale.
Catalizza l’accumulo e il rilascio di ferro (emoglobina).
Iodio
Richiesto dall’ormone tiroideo per sostenere il metabolismo.
Ferro
Necessario per la formazione e funzionamento dei globuli rossi.
Importante per le funzioni cerebrali.
Magnesio Attiva più di 100 enzimi e aiuta le funzioni di nervi e muscoli.
Molibdeno Contribuisce al normale sviluppo.
Fosforo Sviluppa e mantiene ossa e denti. Facilità l’uso di altri nutrienti.
Costituente del DNA. Componente della riserva energetica ATP.
Potassio Regola il battito cardiaco, mantiene il bilancio dei fluidi.
Selenio Componente essenziale di un enzima chiave antiossidante.
Zolfo
Necessario per le proteine di muscoli e capelli.
Zinco
Costituente essenziale di più di 200 enzimi implicati nella
digestione, metabolismo, riproduzione e cicatrizzazione.
Attilio Citterio
Speciazione di un Minerale –
CaCO3
72
calcare
CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
dolomite
calcite
Attilio Citterio
Ca2+(aq) + 2 HCO3‾(aq)
aragonite
73
Zolfo: Fonti e Usi
S Elementare: forma stabile S8(s)
Sorgenti:
- desolforazione gas naturale
- S8 naturale (processo Frasch)
- arrostimento solfuri metallici
2 ZnS(s) + 2 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
Ossidi di S :
SO2(g) e SO3(g) - importanti nell’inquinamento atmosferico
Industrialmente: Ossidi generati quando servono; ‘stoccati’ come idrato
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
L’acido solforico è il composto chimico a
MAGGIOR VOLUME di produzione (sintesi)
(75·106 ton.) (usato per fertilizzanti, raffinazione,
produzione di composti chimici)
Attilio Citterio
Composti Chimici Maggiormente Prodotti
74
(Produzione Annua in 106 ton.)
N°.
Nome
Prod./a. Materie Prime
Usi
1
Ac. solforico (H2SO4)
75
S8, O2, H2O
2
3
Azoto (N2)
Etilene (C2H4)
63
48
Aria
Petrolio
4
Ammoniaca (NH3)
45
Aria, H2O, gas
fertilizzanti, acido nitrico, esplosivi
5
Ossigeno (O2)
45
Aria
acciaio, comburente, usi medici,
respirazione, deriv. ossigenati di C
6
7
Calce (CaO)
Idrossido Na (NaOH)
42
31
CaCO3
NaCl, H2O
vetri, cemento, insetticidi, base
8
9
Cloro (Cl2)
30
Ac. fosforico (H3PO4) 29
NaCl
Ca3(PO4)2
pesticidi, pulizia, sterilizzazione
Attilio Citterio
detergenti, esplosivi, plastiche,
pesticidi, farmaceutici, coloranti,
accumulatori, e metalli
ammoniaca, acido nitrico, deriv. N
glicol etilenico, etanolo, cloruro di
vinile, ossido di etilene, polietilene
rayon, cellofan, carta, detergenti,
produzione alluminio
fertilizzanti, detergenti, farmaceutici,
bevande
75
Stati Fisici della Materia
H2
Rb
solido
liquido
Attilio Citterio
gas
Applicazioni Industriali di Solidi
(Relazioni Struttura-Proprietà dei Materiali)
Aspetto:
⇒ Pietre preziose
Proprietà
meccaniche: ⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Proprietà
elettriche:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Proprietà
magnetiche: ⇒
Metalli - leghe, Ti, Fe, Cu/Zn
Cementi, Calcestruzzi, CaSiO3
Materiali Ceramici, BN, SiC, Clay
Lubrificanti, Grafite, MoS2
Abrasivi, Diamante, SiO2, Al2O3 3
Conduttori, Cu, Ag, Au
Semiconduttori, Si, GaAs
Superconduttori, Nb3Sn, YBa2Cu3O7
Elettroliti, LiI, Al2O3
Piezoelettrici, SiO2, BaTiO3
LCD Ito, In2O3/SnO2
Registrazioni, CrO2, Fe3O4
Attilio Citterio
76
Applicazioni Industriali di Solidi
77
(Relazioni Struttura-Proprietà dei Materiali) 2
Proprietà
ottiche:
Catalizzatori:
Sensori:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Pigmenti, TiO2, Pb3O4
Vetri, SiO2/CaCO3/Na2CO3/Na2SO4
Laser, Cr3+ in Al2O3 - rubino
Duplicatori di frequenza, LiNbO3
Fibre ottiche, SiO2/GeO2
Fosforescenza, Eu3+ in Y2O3 (rosso in TV)
⇒ Raffinazione petrolio, zeoliti
⇒ Ossidazioni, V2O5,
⇒ Idrogenazioni, Ni, Pd e Pt/C
Pd/C
⇒ ossigeno (ZrO2/CaO)
⇒ Sensori di pH e ioni selettivi
Attilio Citterio
78
La Scala delle Cose – Nanometri e Altro
Sistemi fatti dall’uomo
Sistemi Naturali
Attilio Citterio
79
Rischi e Benefici della Chimica
Poiché la Chimica coinvolge l’aggregazione di atomi essa rappresenta,
alle basse temperature, il motore della trasformazione della materia.
L’ambiente della crosta terreste evolve proprio tramite trasformazioni
chimiche naturali. L’uomo intervenendo nel controllare a fini di suo
interesse tali trasformazioni o inventandone di nuove ha così un impatto
rilevante sull’ambiente.
La Chimica impiegata nelle industrie può avere conseguenze positive o
negative in dipendenza dell’attenzione posta al controllo delle
conseguenze delle modifiche introdotte sull’intero ambiente (dalla
sicurezza e salute degli addetti alla produzione e trasformazione alle
alterazioni dirette o indirette dell’ambiente circostante).
Ogni attività umana presenta benefici per qualcuno e rischi per altri, e la
Chimica (dopo il Nucleare) è tra i settori industriali ad impatto ambientale
più rilevante per cui non sorprende l’attenzione sempre crescente alla
regolamentazione in questo settore. Soluzioni attente a queste
problematiche costituiscono le basi della Chimica Verde.
Attilio Citterio
80
Rifiuti e Industria Chimica
Da dove provengono i rifiuti?
Farmaceutica
Segmento Industria Tonnellaggio
Raffinazione Petrolio
Chimica di Base
Chemica Fine
Farmaceutici
106 - 108
104 - 106
102 - 104
10 - 103
Rapporto Kg
Sottoprodotti/Kg Prodotto
<0.1
Chimica di base
1-5
Raffineria 5 - 50
25 - 100+
Chimica fine
0
20
40
60
80
100
kg rifiuto/kg prodotto
• Le aree tradizionalmente ritenute essere sporche (raffinazione petrolio
e produzione chimica di base) sono relativamente pulite (rispetto alle
elevata quantità trattate – ciò è dettato da necessità economiche, visti i
bassi margini di guadagno per ogni Kg di petrolio).
• Le industrie più nuove con margini di profitto più alto e che usano una
chimica più complessa producono in proporzione molti più scarti.
R A Sheldon J. Chem. Tech. Biotechnology. 1997, 68, 381
Attilio Citterio
81
Crescita delle Leggi Ambientali
EPACT
FFCA
CERFA
CRAA
AMFA
ARPAA
AJA
ASBCAA
ESAA -AECA
FFRAA
FEAPRA
IRA
NWPAA
CODRA/NMSPAA
FCRPA
MMPAA
120
110
100
NAWCA
RCRAA
WLDI
APA
SWDA
CERCLA
CZMIA
COWLDA
FWLCA
MPRSAA
CAAA
CWA
SMCRA
SWRCA
SDWAA
90
Numero di leggi
AQ
A
80
70
BLBA
FWPCA
MPRSA
CZMA
NCA
FEPCA
PWSA
MMPA
60
50
40
AQA
FOIA
WQA
NWPA
ARPA
SDWAA
SARA
MPRSAA
HMTA
ESA
TAPA
FRRRPA
SOWA
DPA
FCMHSA
WRPA
AFCA
30
TA
FWCA
BPA
20
10
RHA
WA
NBRA
IA
AA
NPS
MBCA
YA
0
1870 1880 1890 1900
1910 1920
AEPA
FHSA
NFMUA
FIFRA PAA
FAWRA
NLRA
WPA
AEA
NHPA
WLDA
FWCAA
FWA
WSRA
EA
RCFHSA
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Attilio Citterio
PPA
PPVA
IEREA
ANTPA
GLCPA
ABA
CZARA
WRDA
EDP
OPA
RECA
CAAA
GCRA
GLFWRA
HMTUSA
NEEA
BLRA
ERDDAA
EAWA
NOPPA
PTSA
UMTRCA
ESAA
QGA
NCPA
TSCA
FLPMA
RCRA
NFMA
CZMAA
NEPA
EQIA
CAA
EPA
EEA
OSHA
FAWRAA
NPAA
2000
82
Rischio e Esposizione ai Prodotti Chimici
Le leggi ambientali per anni hanno riguardato l’inquinamento dopo
che è stato prodotto, focalizzandosi su trattamenti o abbattimenti e
sono perciò note come leggi di “imposizione e controllo”. Spesso
pongono limiti e tempistiche di adeguamento, con poca attenzione
alla possibilità che scienza/tecnologia possano raggiungerli.
Il Rischio associato ai composti chimici tossici è una funzione del
Pericolo e dell’Esposizione. Le leggi “di fine processo” tentano di
controllare il Rischio operando sulla prevenzione dell’Esposizione
ai composti dannosi e tossici. Ma spesso la prevenzione ha fallito.
Rischio = f(Pericolo, Esposizione)
Si sta cercando di superare i problemi tentando di ridurre e meglio
eliminare il Pericolo evitando di controllare l’Esposizione.
Rischio = f(Pericolo, Esposizione)
Attilio Citterio
Conoscere e Applicare Meglio la Chimica e
l’Ingegneria Chimica (due materie complesse)
83
• Progettare composti chimici più salubri
• Sviluppare solventi ed ausiliari più sicuri
• Massimizzare l’efficienza rispetto a massa, energia, tempo e
spazio
• Utilizzare materie prime rinnovabili (riciclare, cura ciclo di vita)
• Ridurre o eliminare le derivatizzazioni (semplificare i processi)
• Uso intensivo della catalisi (omogenea, eterogenea, enzimatica)
• Progettare prodotti e materiali per la degradazione dopo l’uso
• Analizzare in tempo reale per prevenire l’inquinamento
• Minimizzare il potenziale di incidenti
• Sviluppare soluzioni ingegneristiche innovative e compatibili
Attilio Citterio
84
Trasformazioni Chimiche e Sostenibilità
Energia sicura:
nuova chimica per
la conversione
tecnologica dalle
varie fonti
Materie Prime rinnovabili:
a) sviluppo di materie
prime economiche
dalle piante
b) sviluppo
di sistemi
di riciclo
Gli
obiettivi
chimici della
Sostenibilità
Riduzione dell’Inquinamento: Spostare la
composizione elementare della tecnologia più
vicino alla biochimica per ridurre gli inquinanti
persistenti e i persistenti/bioaccumulabili.
Terry Collins, Science, 207, 48-49 (2001)
Attilio Citterio
85
Settori e Conoscenze
I Chimici e gli Ingegneri Chimici trovano impiego in industrie che
producono cibo, energia, beni di consumo, nelle strutture predisposte alla
protezione della salute e dell’ambiente, e in strutture di ricerca che
forniscono nuovi materiali e tecniche per il futuro In altre parole, la Chimica
occupa una parte essenziale nella vita moderna, fornendo risposte a molte
domande, quali:







Questo materiale è adatto per una costruzione?
Come si possono realizzare fibre più robuste?
Come si può progettare una cella a combustibile?
Come si producono composti farmaceutici o coloranti?
Come si sintetizzano dei composti dal petrolio o dal gas naturale?
Qual è la concentrazione di certi contaminanti nell’ambiente?
Che impatto può avere un nuovo processo sull’ambiente e sulla salute?

Quali sono le concentrazioni naturali dei metalli pesanti nelle acque?
 Quali materie prime sono rinnovabili o meno.
Attilio Citterio