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Archive for the ‘Materie Prime’ Category

Il nuovo materiale forte come Superman

Alla Cornell University il composto titanato di europio (EuTi03) lo chiamano il Clark Kent della chimica: a prima vista lo sottovaluti, tipo Superman camuffato, ma se lo «solleciti» si trasforma in. super-materiale. I ricercatori hanno scoperto che «stirando la struttura» del titanato, ossia facendo

allungare i legami tra gli atomi come se questi fossero elastici, l'ossido misto diventa ferroelettrico (polarizzato elettricamente) e allo stesso tempo ferromagnetico (presenta un campo magnetico permanente). Per «stirarlo» basta posizionare un film di titanato su un supporto adatto e lui si allunga da solo. Addirittura le sue proprietà elettriche «quando è in tensione» diventano mille volte superiori di quelle di un normale materiale ferroelettrico. Questa caratteristica potrebbe rivoluzionare l'ingegneria di sensori e dispositivi elettronici.

Posted on novembre 22nd, 2010 by enrico  |  Commenti disabilitati

SILICIO

 silicio e l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Si e come numero atomico il 14.

Un semi metallo tetravalente, il Silicio e meno reattivo del suo analogo chimico, il carbonio. E il secondo

elemento per abbondanza nella crosta terrestre dopo l'ossigeno, componendone il 27,7% del peso Si trova in

argilla, feldspato, granito, quarzo e sabbia, principalmente in forma di biossido di silicio, silicati e alluminosilicati

(composti contenenti silicio, ossigeno e metalli). Il silicio e il componente principale di vetro, cemento,

semiconduttori, ceramica e silicone.

Caratteristiche

Nella sua forma cristallina, il silicio ha colore grigio e una lucidita metallica. Anche se e un elemento relativamente

inerte, reagisce con gli alogeni e gli alcali diluiti, ma la maggior parte degli acidi (eccetto l'acido fluoridrico) non lo

intaccano.

Il silicio elementare trasmette piu del 95% di tutte le lunghezze d'onda della luce infrarossa.

Il silicio e alla base di tutti i silicati, minerali formati da silicio e ossigeno piu altri elementi in forma ionica. I silicati

sono contenuti nei magmi e per la struttura tetraedrica della silice, il magma diventa piu viscoso, e capace di

trattenere maggiori quantita di gas. In base al contenuto di silice si determina l'acidita di un magma e delle rocce dal

quale derivano. Se e poco presente il magma si dira basico.

Applicazioni

Il silicio e un elemento molto utile, ed e vitale per molte industrie. Il diossido di silicio in forma di sabbia e argilla e

un importante ingrediente del cemento e dei mattoni, ed e molto importante per la vita animale e vegetale. Le

diatomee estraggono la silice dall'acqua per costruire i muri protettivi delle loro cellule; gli equiseti lo concentrano

nel fusto della pianta usandolo per conferirgli robustezza e notevole resistenza alla masticazione, per scoraggiare gli

erbivori. Altri usi:

• e un materiale refrattario usato nella produzione di materiali ad alte temperature, e i suoi silicati sono impiegati

nella fabbricazione di smalti e terraglie.

• Il silicio e un importante costituente di alcuni tipi di acciaio; il suo limite di concentrazione e del 5%, in quanto

oltre si ha un notevole abbassamento della resilienza a causa del suo potenziale di accrescimento della grana

cristallina. Rende inoltre possibile far separare grafite negli acciai anche gia a partire da concentrazioni di

carbonio maggiori di 0,50%. Si segnala la sua presenza (1-2%) negli acciai per molle, dove accresce il limite

elastico, avvicinandolo a quello di rottura, e favorisce la temprabilita.

• La silice della sabbia e un componente principale del vetro.

• Il carburo di silicio, chiamato anche carborundum, e uno dei piu importanti abrasivi.

• Il silicio ultrapuro e un semiconduttore intrinseco (o puro) e puo essere drogato con arsenico, fosforo, gallio o

boro per renderlo piu conduttivo e utilizzarlo in transistor, pannelli solari o celle solari (solar cells), e altre

apparecchiature a semiconduttori, che sono utilizzate in elettronica e altre applicazioni ad alta tecnologia.

Esistono due tipi di drogaggio legati al silicio che permettono di dare eccesso di elettroni alla banda di conduzione

(semiconduttore di tipo n) o lacune di elettroni alla banda di valenza (semiconduttore di tipo p).

• Il silicio puo essere usato nei laser per produrre luce coerente con una lunghezza d'onda di 4560 angstrom.

• I siliconi sono composti flessibili contenenti legami silicio-ossigeno o silicio-carbonio; sono ampiamente usati in

forma di gel per impianti artificiali del seno e per le lenti a contatto.

Silicio 4

• Il silicio idrogenato amorfo si e mostrato promettente per la produzione di celle solari e apparati elettronici a

basso costo.

• La silice e uno dei principali ingredienti dei mattoni a causa della sua bassa attivita chimica.

Biologia

E dimostrato che il silicio (come silicato organico) e un costituente dei tessuti animali, inclusi quelli umani. E stato

riscontrato in concentrazioni maggiori nei tessuti connetivi, e di sostegno (ossa, matrici proteiche delle arterie,

cartilagini) e nella regione extracellulare delle cellule cerebrali. E stato riconosciuto come un fattore di sviluppo

negli animali giovani e nei bambini. L'organismo unamo ne contiene in totale una quantita stimata sui 250

milligrammi. A livello cutaneo e maggiormente presente negli strati connettivi profondi ed e dotato di proprieta

idratanti ed acceleranti della cicatrizzazione delle ferite.

A livello osseo, e provato che supplementi alimentari di silicio organico (proveniente soprattutto da equiseto, avena

ed ortica) possono accelerare la saldatura delle fratture, mentre a livello sanguigno esistono studi fornenti prove che i

silicati organici possano indurre il differenziamento dei granulociti neutrofili e stimolare la fagocitosi. Studi

preliminari indicherebbero come i silicati abbiano una certa influenza sul sistema endocrino generale umano. I

meccanismi di come cio possa verificarsi sono pero sconosciuti. L'erboristeria, comunque, non raccomanda una

fitoterapia a base i piante troppo remineralizzanti (ed in particolare ricche di silicio), quando sono presenti lesioni

osse di tipo degenerativo (es. artrosi).

Approvvigionarsi silicati organici tramite la dieta non e tuttavia difficile. Il silicio e abbondante nell'acqua potabile,

nelle cipolle, nei cavolfiori, nei fagioli, nei piselli, nelle mele e nelle fragole. Tra le piante comuni, ricche di silicati

organici sono la polmonaria, l'equiseto, la piantaggine, l'arnica, l'ortica e la gramigna.

Storia

Il silicio (dal latinosilex, silicis che significa selce) venne identificato per la prima volta da Antoine Lavoisier nel

1787, e venne successivamente scambiato per un composto da Humphry Davy nel 1800. Nel 1811 Gay Lussac e

Thenard probabilmente prepararono del silicio amorfo impuro attraverso il riscaldamento di potassio con

tetrafluoruro di silicio. Nel 1824 Berzelius preparo del silicio amorfo usando all'incirca lo stesso metodo di Lussac.

Berzelius inoltre purifico il prodotto attraverso successivi lavaggi.

Disponibilità

Il silicio e il principale componente degli aeroliti, che sono una classe di meteoroidi nonche della tectite, che e una

forma naturale di vetro.

Calcolando in base al peso, il silicio compone il 27,7% della crosta terrestre e dopo l'ossigeno e il secondo elemento

piu abbondante sul pianeta Il silicio elementare non si trova in natura, appare in genere come ossido (ametista,

agata, quarzo, rocce cristalline, selce, diaspro, opale) e silicati (granito, amianto, feldspato, argilla, hornblenda, mica

e altri).

Silicio 5

Produzione

Il silicio viene preparato commercialmente tramite riscaldamento di silice ad elevato grado di purezza, in una fornace

elettrica usando elettrodi di carbonio. A temperature superiori a 1900 °C, il carbonio riduce la silice in silicio

secondo l'equazione chimica

SiO2 + C Si + CO2

Il silicio liquido si raccoglie in fondo alla fornace, e viene quindi prelevato e raffreddato. Il silicio prodotto tramite

questo processo viene chiamato silicio di grado metallurgico (MGS) ed e puro al 98%. Per raggiungere gradi di

purezza superiori necessari ad esempio per realizzare dispositivi elettronici a semiconduttore, e necessario praticare

un ulteriore purificazione ad esempio con il metodo Siemens. Nel 2006, il silicio di grado metallurgico costava circa

2,23 $/kg.

Purificazione

L'uso del silicio nei semiconduttori richiede una purezza piu elevata di quella fornita dal silicio di grado

metallurgico. Storicamente sono stati usati un numero di metodi diversi per produrre silicio ad alta purezza.

Metodi fisici

Barra monocristallina di

Silicio

Le prime tecniche di purificazione del silicio erano basate sul fatto che quando il silicio

viene fuso e risolidificato, l'ultima parte di silicio che solidifica contiene la maggior parte

delle impurita. Il primissimo sistema di purificazione, descritto nel 1919 e usato su scala

limitata per la fabbricazione di componenti dei radar durante la seconda guerra mondiale,

richiedeva la polverizzazione del silicio di grado metallurgico e la sua parziale

dissoluzione in acido. Quando veniva polverizzato, il silicio si spezzava in modo che le

zone piu deboli e ricche di impurita restassero all'esterno del risultante grano di silicio.

come risultato, il silicio ricco di impurita era il primo a disciogliersi quando trattato con

l'acido, lasciando un prodotto piu puro.

Nella fusione a zona, il primo metodo di purificazione del silicio ad essere utilizzato su

scala industriale, sbarre di silicio di grado metallurgico venivano riscaldate partendo da

una delle sue estremita, fino a quando questa iniziava a fondersi. Il riscaldatore quindi

veniva lentamente spostato lungo la barra mantenendo una piccola porzione fusa mentre

il silicio si raffreddava e risolidificava dietro di essa. Poiche la maggior parte delle

impurita tendeva a rimanere nella parte fusa piuttosto che risolidificarsi, alla fine del

processo queste si erano spostate nell'ultima parte della barra ad essere fusa. Questa

estremita veniva quindi tagliata e gettata, ripetendo il processo se una purezza piu elevata

era necessaria.

Metodi chimici

Oggigiorno il silicio viene purificato convertendolo in un composto che puo essere purificato piu facilmente del

silicio stesso, e quindi convertito di nuovo in silicio puro. Il triclorosilano e il composto di silicio piu comunemente

usato in questo processo, anche se a volte si utilizzano anche il tetracloruro di silicio e il silano. Questi composti,

liquidi o gassosi, vengono purificati per distillazione frazionata fino ad ottenere una miscela di composti di solo

silicio. Dopodiche questi gas vengono soffiati sopra a del silicio ad alta temperatura e si decompongono, depositando

silicio policristallino ad alta purezza.

Silicio 6

Nel processo Siemens, sbarre di silicio ultrapuro sono esposte al triclorosilano a 1150 °C; il gas di triclorosilano si

decompone e deposita dell'altro silicio sulla barra, allargandola secondo la reazione chimica

2 HSiCl3 Si + 2 HCl + SiCl4

Il silicio prodotto da questo e da processi simili viene chiamato silicio policristallino. Il silicio policristallino ha un

livello di impurita pari a 1 parte per miliardo o inferiore.

A un certo punto, la DuPont produsse silicio ultrapuro facendo reagire il tetracloruro di silicio con vapori di zinco ad

alta purezza a 950 °C, producendo silicio secondo la formula

SiCl4 + 2 Zn Si + 2 ZnCl2

Comunque questa tecnica era afflitta da problemi pratici (come il cloruro di zinco, un sottoprodotto, che si

solidificava bloccando le linee) e venne abbandonata a favore del processo Siemens.

Cristallizzazione

Il processo Czochralski viene usato per creare cristalli singoli di silicio ad alta purezza, che vengono impiegati nei

semiconduttori a stato solido.

Isotopi

Il silicio ha nove isotopi, con numero di massa che varia tra 25 e 33. Il 28Si (l'isotopo piu abbondante, con il

92,23%), il29Si (4,67%), e il 30Si (3,1%) sono stabili; il 32Si e un isotopo radioattivo prodotto dal decadimento dell'argon.

 La sua emivita, dopo un lungo dibattito, e stata determinata in circa 276 anni, e decade per emissione beta

in 32P (che ha emivita di 14,28 anni) e quindi in 32S.

Composti

Esempi di composti del silicio sono il monossido di silicio (SiO), il diossido di silicio (SiO2), l'acido silicico

(H4SiO4), i silicati, le ceramiche di silice come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di silicio (Si3N4), alogenuri di

silicio come il tetracloruro di silicio (SiCl4) e il tetrafluoruro di silicio (SiF4), i siliconi.

Precauzioni

Una seria malattia dei polmoni chiamata silicosi e molto frequente tra i minatori, i tagliatori di pietre e altri lavoratori

che sono impegnati in lavori dove polvere di silicati viene inalata in grandi quantita.

La Silicon Valley

Poiche il silicio e un importante elemento dei semiconduttori e di tutta l'industria elettronica, la regione di Silicon

Valley in California, nota per le numerose aziende di informatica ed elettronica, prende il suo nome da questo

elemento (Silicon in inglese).

Arte

Un tema che ricorre nel filone dell'arte di fantascienza e l'ipotesi dell'esistenza di forme di vita basate sul Silicio

invece che sul Carbonio; evidentemente il tema e da attribuirsi all'affinita atomica dei due elementi ed al fatto che il

Silicio e un buon conduttore di elettricita, presente in ogni sistema elettronico e quindi presenza latente di molte

opere di fantascienza. L'espediente (creatura basata sul silicio) e spesso utilizzato per proporre il tema dell'alieno

come "qualcosa che non puo essere compreso", qualcosa di alternativo ed incompatibile, talmente diverso da essere

addirittura basato su elementi chimici differenti. La serie manga Blame! ad esempio sviluppa notevolmente il tema

facendo degli esseri a base di silicio alcuni tra gli antagonisti principali con capacita fisiche estremamente maggiori a

Silicio 7

quelle di un comune essere umano, forse ad ipotizzare la superiorita dell'elemento, rispetto al Carbonio, nel generare

forme di vita resistenti.

Posted on novembre 6th, 2010 by eugenio  |  Commenti disabilitati

Artico, un forziere pieno di petrolio

 

L’oceano intorno al Polo Nord contiene un quinto delle riserve di olio e gas naturale del pianeta, non ancora portate alla luce. La stima è del Geological survey americano, che ha svolto un lavoro di rilevamento dei fondali marini, durato 4 anni, al Circolo polare artico. Da tempo si ipotizzava che le aree attorno all’Artico potessero contenere molti idrocarburi; negli ultimi anni, grazie al ritiro dei ghiacci, sono state condotte campagne di studio da parte di Stati Uniti, Canada e Russia. Ora lo scenario si va delineando con maggiore chiarezza.

<<Gli idrocarburi si trovano in prossimità delle coste dei paesi che si affacciano sull’Artico>> ha spiegato Donald Gautier, il capogeologo che ha guidato le ricerche. Questo rende l’estrazione più semplice, perchè le aree al confine con i continenti sono quelle che si stanno liberando dai ghiacci per prime. <<Dai dati risulta che si possono estrarre con una certa facilità 90 miliardi di barili di olio grezzo e 50 mila miliardi dimetri cubi di metano. Cifre che corrispondono a circa il 13 per cento del petrolio e al 30 per cento di gas non ancora scoperti>> continua Gautier. Quando si parla di petrolio o gas <<non ancora scoperti>> i geologi intendono gli idrocarburi di cui si sa che esistono ma non è ancora definita con precisione la caratteristica delle trappole geologiche che li contengono, quindi che non sono ancora conteggiati come riserva mondiale.

Tutto ciò spinge in avanti di almeno 3-5 anni la fine degli idrocarburi e di una decina d’anni quella del gas. <<Siamo all’inizio delle ricerche, ci aspettiamo di trovare altre riserve. Il petrolio potrebbe terminare, secondo stime, tra una sessantina d’anni. Spostare il termine di 5 anni non è poco>> continua il geologo.

Ci si chiede ora a chi appartengano tali idrocarburi. Il 30 per cento del petrolio si trova di fronte alle coste dell’Alaska, mentre due terzi del gas sarebbero della Russia, Danimarca, Groenlandia, Norvegia e Canada si spartirebbero il resto. Intanto, nel 2008, le compagnie petrolifere di varie nazioni hanno già speso 2,6 miliardi di dollari per acquisire le concessioni ed esplorare in profondità le aree ritenute più redditizie.

Posted on dicembre 1st, 2008 by Giudy  |  Commenti disabilitati

ALLUMINIO

 

ALLUMINIO
di Eugenio Belotti
 
NUMERO ATOMICO:                  13
SIMBOLO:                                           AL          
DENSITA’:                                   2.70
PUNTO DI FUSIONE:                           660° C
PUNTO DI EBOLLIZIONE:                   2030° C
ELETTRONEGATIVITA’:                     1.5
PESO ATOMICO:                                26.9815
 
La produzione mondiale di alluminio, in assoluto il più abbondante componente metallico delle rocce della Terra è valutabile in circa 15 milioni di tonnellate all’anno.
Questo metallo è duttile e di colore argenteo.
Per la sua leggerezza (pesa circa 1/3 dell’acciaio o del rame) e buona resistenza viene impiegato in molte industrie per la fabbricazione di innumerevoli prodotti diversi, tanto da essere di importanza primaria per l’economia mondiale.
I componenti strutturali in alluminio sono richiesti ovunque occorra coniugare leggerezza, durata, resistenza ed economicità.
L’alluminio non è magnetico, non produce scintille, è uno degli elementi più diffusi della Terra, secondo per abbondanza solo ad ossigeno e silicio, e si presta in modo eccezionale alla costituzione di leghe metalliche, soprattutto; rame, magnesio, manganese e silicio.
L’alluminio forma delle leghe metalliche con in comune delle importanti particolarità: bassa temperatura di fusione (tra i 500°C e 700°C), basso peso specifico (tra 2.65 e 2.85 grammi per centimetro cubo), conducibilità elettrica molto elevata.
L’alluminio è ottenuto soprattutto per elettrolisi dell’ossido di alluminio (allumina) ottenuto per estrazione e purificazione dalla bauxite,  una roccia sedimentaria argillosa.
Nonostante l’alluminio sia un elemento tra i più abbondanti della crosta terrestre (più dell’8%) è molto raro in forma libera, tanto che un tempo lo si considerava un metallo prezioso.
Il suo uso come metallo industriale è piuttosto nuovo, infatti la produzione di massa è iniziata solamente un centinaio di anni fa.
Inizialmente la lavorazione dell’alluminio era alquanto laboriosa e difficile, pertanto, l’alluminio, per un certo periodo costò perfino più dell’oro, almeno fino al 1890, dopo di allora le quotazioni crollarono, soprattutto perché fu inventato un metodo di isolamento particolarmente facile.
 Paul Heroult in Francia e Charles Hall in America furono i primi a mettere a punto il metodo elettrolitico di produzione del metallo a partire da allumina. (Anno 1886).
L’estrazione avviene mediante il processo Hall-Heroult, la bauxite viene frantumata e spruzzata d’acqua per rimuovere residui di silicati ed argilla, la bauxite rimanente viene essiccata in forno, con aggiunta di carbonato di sodio e ossido di calcio, la miscela viene trattata in un convertitore, quindi per pressione viene ridotta ed inviata ad un decantatore, dove le ultime impurezze vengono eliminate.
La miscela ottenuta viene filtrata, raffreddata e trattata ulteriormente in un separatore, dopo viene agglomerata e filtrata ulteriormente e per ultimo riscaldata in un forno di calcificazione.
Il risultato è: ALLUMINA, ovvero ossido di alluminio, che si presenta sotto forma di un materiale pulverulento.
In apposite celle, SMELTER, che contengono un bagno fuso di criolite (il criolite è un minerale che viene fuso mediante energia elettrica) l’allumina viene fusa.
L’allumina, sotto forma di polvere, viene immessa nel bagno di criolite, dove viene fusa e ridotta ad alluminio, questi si deposita sotto la criolite.
La fusione di alluminio viene prelevata dal fondo delle celle e trasferita in un crogiolo, da dove avverrà la colata in forma di PANI o LINGOTTI.
Come si può vedere l’estrazione dell’alluminio dalla bauxite è molto complessa e articolata, pertanto il riciclaggio di questo metallo è altamente economico e vantaggioso.
Oggi il recupero di questo metallo dai rifiuti (riciclaggio) è diventato una parte importante dell’industria dell’alluminio.
C’è da dire che l’attività del riciclaggio esplose negli anni Sessanta, quando iniziò la produzione di massa delle lattine delle bibite e questo richiamò un interesse economico più sostanziale.
Il riciclaggio comprende anche altri settori ; quello delle automobili, quello dei serramenti, degli elettrodomestici, dei contenitori, ecc.
Il riciclaggio è molto conveniente: produrre un chilo di alluminio pronto all’uso a partire da scarti costa, in termini energetici, circa un chilowattora, mentre sono necessari dai 13-14 chilowattora per la produzione da materia prima.
Tale produzione necessita di grandi quantitativi di energia perché in termini energetici è dispendioso il processo di elettrolisi, infatti sovente i grandi impianti di produzione di alluminio sono abbinati a centrali elettriche dedicate.
La bauxite è una roccia sedimentaria che costituisce la principale fonte per la produzione dell’alluminio.
La sua composizione è caratterizzata dalla presenza di diverse specie mineralogiche tra cui prevalgono gli ossidi di alluminio e di ferro.
La quantità di ossido di alluminio varia nei differenti depositi tra il 30% e il 75%, la bauxite, che si presenta come un materiale rosso cupo con macchie biancastre irregolari, prende nome dalla località di Les-Baux-de-Provence, nel sud della Francia, nei pressi della quale iniziarono le prime attività di estrazione nel 1822.
La bauxite è dunque la materia prima più importante per la produzione industriale dell’alluminio e nel quale si trova la maggior concentrazione di alluminio, da 65% a 85%.
I maggiori giacimenti di bauxite si trovano nelle aree tropicali e sub-tropicali come Australia, Guinea, Giamaica, Guyana inglese, India, ma se ne trovano anche negli USA, in Russia, in Ungheria, in Serbia e in Montenegro.
In Italia si hanno giacimenti di piccole dimensioni, soprattutto nel Meridione; Puglia, Basilicata e Abruzzo.
Per la produzione di 1 tonnellata di allumina sono necessari tra i 3000 e 4000 chilowattora e circa 2-2,5 tonnellate di bauxite.
Per la produzione di 1 tonnellata di alluminio sono necessarie 2 tonnellate di allumina e circa 14.000 chilowattora di energia.
Le riserve conosciute della bauxite consentirebbero di proseguire all’attuale tasso di consumo per almeno un migliaio di anni, (sicuro), qualcuno stima forse anche tremila anni, peraltro i nuovi giacimenti vengono scoperti ad un ritmo vertiginoso, praticamente ad ogni giacimento esaurito se ne scoprono altri due. 
La pratica del riciclaggio è particolarmente vantaggiosa, soprattutto con l’alluminio, il quale praticamente si può riciclare all’infinito.
Il riciclaggio dell’alluminio consente il risparmio del 95% dell’energia necessaria per produrre nuovo materiale dal minerale, inoltre, poiché occorrono 4 kg di bauxite per produrre 1 kg di alluminio, il riciclaggio di 1 kg di alluminio consente il risparmio di 4 kg di bauxite.
 
 

Posted on aprile 12th, 2008 by eugenio  |  Commenti disabilitati

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