chimica

ARIA ACQUA, IL CICLO DEL CARBONIO, IL CICLO DALL'ACQUA, LE ACQUE NATURALI, REAZIONI DI ADDOLCIMENTO, POTABILIZZAZIONE

ARIA ACQUA

la terra differisce dagli altri pianeti per:

Ø la composizione dell'atmosfera, che è composta dall'aria, un miscuglio gassoso, formato da:

Azoto, per il 78%;

Gas nobili, come ad esempio l'Argo;

Ossigeno, per il 21%;

Vapore acqueo e diossido di carbonio.

Ø l'abbondanza di acqua, che copre i 7/10 della superficie terrestre, sulla quale la troviamo sottoforma di:

Stato solido, come ad esempio ghiacciai e nevi;

Stato liquido, come ad esempio mari e laghi;

Stato gassoso, come ad esempio nell'aria.

IL CICLO DEL CARBONIO

L'anidride carbonica (CO₂), che si trova nell'atmosfera, è regolata dai processi di:

Fotosintesi, è un processo con cui le piante, utilizzando l'energia solare, costruiscono carboidrati assorbendo l'acqua dal terreno e anidride carbonica nel terreno, immettendo contemporaneamente ossigeno nell'atmosfera;

Respirazione, è un processo di combustione con cui gli organismi assorbono ossigeno e immettono nell'aria H₂O e CO₂;

Solubilizzazione.

IL CICLO DALL'ACQUA

L'acqua è un componente essenziale delle cellule ed è il solvente in cui avviene la maggior parte delle reazioni chimiche.

L'azione del calore e della forza di gravità provocano l'evaporazione delle acque, e in condizioni opportune di temperature e di pressione, avviene la precipitazione

I due fenomeni principali del ciclo naturale dell'acqua sono:

l'evaporazione

la precipitazione

LE ACQUE NATURALI

Le acque naturali possono essere:

Ø Meteoriche, le quali contengono:

- piccole quantità di gas;

- sali provenienti dai mari;

- sostanze inquinanti.

Ø Superficiali, hanno composizione variabile a seconda:

- della provenienza;

- della solubilità.

Ø Sotterranee, che si raccolgono nelle falde:

- acquifere;

- freatiche;

- profonde.

L'acqua presente sulla terra contiene sali, la cui concentrazione si esprime in:

Ø DUREZZA TOTALE, che è il contenuto di sali di Ca e di Mg. Espresso come granuli di carbonato di Ca contenuti in 100 l. è data dalla:

- durezza temporale, nella quale i sali subiscono alterazioni durante il riscaldamento (carbonati acidi di Ca e Mg);

- durezza permanente, nella quale i sali non subiscono alterazioni durante il riscaldamento (cloruri e solfati).

Ø SALINITÀ, che è la massa complessiva di sali contenuta in un determinato volume di H₂O.

La qualità dell'acqua è data da:

Ø Temperatura, pH, colore e odore;

Ø B.O.D. la domanda biochimica di O₂;

Ø C.O.D. la domanda chimica di O₂;

Ø T.O.C il carbonio organico totale.

Inoltre l'acqua potabile dev'essere:

Ø Inodore, insapore ed incolore;

Ø Limpida, aerata e fresca;

Ø Con una salinità inferiore a 1500 mg/l, e un pH neutro;

e non deve contenere:

Ø Ammoniaca;

Ø Nitriti e nitrati.

L'acqua di approvvigionamento è quell'acqua destinata agli usi:

Ø Civili, che si dipartisce in :

Uso pubblico;

Uso domestico;

Ø Industriali, ha dei requisiti più restrittivi, in quanto i processi tecnologici possono produrre fenomeni di corrosione o di incrostazione; quindi, deve avere, oltre alle caratteristiche dell'acqua potabile, anche una durezza minima;

Ø Agricoli.

REAZIONI DI ADDOLCIMENTO

Ca (HCO₃) + Ca (OH)₂ Þ 2 Ca CO₃¯ + H₂O

Ca SO₄ + Na₂ SO₄ Þ Na₂ SO₄ + Ca Co₃

POTABILIZZAZIONE

Le acque superficiali devono essere potabilizzate attraverso una serie di trattamenti, quali:

DECANTAZIONE, consiste nella deposizione delle particelle grosse;

SETACCI, in cui vengono eliminati la maggior parte dei batteri, funghi, alghe e muffe;

CHIARIFICAZIONE, in cui si eliminano le particelle in sospensione e che non sedimentano, si aggiungono dei flocculanti (di Fe³⁺ o di Al³⁺ ), che riducono la repulsione elettrostatica attirando le particelle a se, che prendono peso e sedimentano;

DIDINFEZIONE, effettuata col cloro. L'impiego sostitutivo di ozono , evita all'acqua l'odore del cloro e consente l'eliminazione anche di virus

Le acque di falda può richiedere i trattamenti qui sotto illustrati:

2. ROCCE E MATERIALI LAPIDEI DA COSTRUZIONE

PREREQUISITI

Litosfera: è uno strato superficiale della terra il cui spessore medio è di 35 km sotto i continenti e di 6 km sotto i fondi marini.

Minerali: sono i componenti inorganici delle rocce ed hanno struttura cristallina caratteristica.

Rocce: sono aggregati naturali di minerali.

CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE avviene:

in base al numero dei costituenti:

semplici: formate da un solo minerale (rocce calcaree);

composte: formate da più minerali (graniti).

in base all'origine:

magmatiche

intrusive: solidificazione è avvenuta all'interno della litosfera (lenta);

effusive: solidificazione è avvenuta all'esterno della litosfera (rapido);

sedimentarie

clastiche, sono formate per erosione da frammenti che possono essere cementati o no e quindi si dividono in:

incoerenti: sabbie e ghiaie usate per malta e calcestruzzo, argille per laterizi e ceramiche e marne per calce idrauliche;

coerenti: brecce (spigoli vivi), puddinghe (spigoli arrotondati), arenarie (sabbie cementate).

chimiche, formate in seguito a reazioni chimiche;

organogene, derivano da spoglie di origine vegetale o animale;

piroclastiche, derivano dall'accumulo di materiali proiettati in aria da esplosioni vulcaniche.

metamorfiche, sono formate dalle rocce magmatiche o sedimentarie per processi di ricristallizzazione dovuti a T e P elevate

I POLIMERI

Le materie plastiche sono composte da lunghe catene di polimeri, che a loro volta sono formati da piccole parti che si ripetono dette monomeri.

I primi tipi di materie plastiche sono:

Ø la celluloide, preparata nel 1969 è un materiale plastico duro ma fragile (come un guscio d'uovo), oggi si usa poco e soprattutto per la costruzione di bambole.

Ø la Bachelite, preparata nel 1907, è una plastica nera con cui venivano fatti i vecchi telefoni; era opaca per la sua struttura ordinatissima, invece in natura le sostanze trasparenti sono molto disordinate, come ad esempio il vetro (che è un liquido ad alta viscosità composta da silicio). Adesso si fanno delle plastiche con struttura disordinata.

I primi tipi di plastica erano opachi perché avevano una struttura ordinatissima, invece in natura troviamo materiali con struttura disordinata, come il vetro, che è un liquido ad alta viscosità, composto da silice. Adesso si fanno delle plastiche con struttura disordinata e quindi trasparenti.

I polimeri si ottengono con due tipi di reazione:

Ø POLICONDENSAZIONE: è una fusione di molecole che si legano tra di loro con fuoriuscita di molecole semplice come acqua o acido cloridrico

Esempi di policondensazione:

Il PET (polietilentereftalato) si forma da una molecola di glicole etilenico: HO-CH₂-CH₂-OH e dall'acido tereftalico:

Mettendo insieme le due molecole si trova questa reazione acido base:

Un altro tipo di plastica è il fenolo:

Ø POLIADDIZONE: è una reazione che porta alla formazione di un polimero senza espulsione di molecole

PROPRIETA' DEI POLIMERI

Ø CRISTALLINITÀ E TRASPARENZA: tanto più una sostanza presenta una struttura ordinata, tanto è minore la sua trasparenza. Il vetro ha una struttura amorfa non cristallina, per cui è trasparente.

Ø COMPORTAMENTO AL CALORE:

le sostanze termoplastiche rammolliscono al calore più volte, in quanto hanno legami deboli

le sostanze termoindurenti, rammolliscono al calore e successivamente induriscono irreversibilmente, in quanto hanno legami forti.

Ø RESISTENZA MECCANICA:

Le sostanze termoplastiche sottoposte ad un carico si presentano cedevoli

Le sostanze termoindurenti sono più rigide perché hanno legami forti e quindi si spaccano

Ø SOLUBILITÀ, entrambe le sostanze sono insolubili in acqua:

Le sostanze termoplastiche sono solubili in solventi apolari, come l'acetone.

Le sostanze termoindurenti sono insolubili in qualsiasi tipo di solvente.

Ø REAZIONE AL FUOCO, tutti i polimeri contengono carbonio, quindi sono altamente infiammabili.

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA

Il petrolio è un liquido oleoso nero, contenuto in rocce sedimentarie impermeabili.

E' composto da idrocarburi, che sono sostanze organiche. Essi sono formati da lunghe catene di carbonio.

Gli elementi che compongono gli idrocarburi, oltre al carbonio e all'idrogeno, sono l'ossigeno, l'azoto e lo zolfo.

LAVORAZIONE DEL PETROLIO

Ø DISSALAZIONE: consiste nell'eliminazione dei sali contenuti nel petrolio tramite campi elettrici o sostanze chimiche che rompono le emulsioni.

Ø TOPPING: è un processo di distillazione che separa i vari componenti del petrolio sfruttando i diversi punti di ebollizione.

Benzine 120°-210° C

Cherosene 200°-300° C

Le frazioni del petrolio sono: Gasolio 230°-340° C

Oli lubrificanti >350° C

Oli combustibili >350° C

Il petrolio preriscaldato viene immesso, vaporizzato nella torre di topping.

I vapori salendo nella torre, incontrano zone a temperature decrescente, quindi condensano e si separano a seconda del punto di ebollizione. Il residuo alto bollente (quello che non si è condensato) viene sottoposto ad una ulteriore distillazione sottovuoto (VACUUM).

Si ottengono gli oli pesanti più in residuo. Questo residuo è detto BITUME DI PETROLIO.

DIFFERENZE TRA BITUMI, ASFALTI E CATRAMI

BITUME: sono residui dell'evaporazione del petrolio

ASFALTI: sono miscele di bitume più rocce sminuzzate

CATRAME: deriva dalla distillazione in assenza d'aria del litantrace (carbonato fossile)

I BITUMI

I bitumi hanno caratteristiche leganti; sono solidi con tendenza a diventare fluidi tra i 30° e i 35° C, sono impermeabili e plastici. Chimicamente sono gli idrocarburi. Nei catrami ci sono i fenoli, sostanze aromatiche, che conferiscono al catrame l'odore caratteristico.

BITUMI MODIFICATI E TRATTATI

I bitumi si irrigidiscono e si screpolano per sbalzi termici, quindi per ovviare a questo problema, vengono modificati.

Ø BITUMI SOFFIATI: sono bitumi tenuti a contatto con aria corrente per 5-l5 ore a temperatura di 200° C. Si ha l'ossidazione del materiale. I bitumi ossidati risultano meno sensibili alle variazioni di temperatura.

Ø EMULSIONI BITUMINOSE: le emulsioni sono miscele eterogenee tra una fase oleosa e una acquosa. Le emulsioni sono instabili, quindi vengono addizionate di agenti emulsionanti (che ne impediscono la rottura). Il bitume usato per asfaltare il manto stradale può venire a contatto, durante la posa, con acqua. L'aggiunta di emulsionanti in % di circa l'1% facilita la posa. L'acqua poi evaporerà dando origine ad uno strato bituminoso impermeabile.

Ø MANTI BITUMINOSI: i manti bituminosi impermeabili servono a proteggere le coperture dell'azione della pioggia, grandine, neve, ed acque stagnanti. Devono resistere alle escursioni termiche ed all'usura. Di solito per l'impermeabilizzazione si usano materiali accoppiati (plastica più malta asfaltica).

DEGRADAZIONE DEI LEGANTI BITUMINOSI

Ø OSSIGENO: aumenta la resistenza meccanica e diminuisce l'adattabilità ai supporti. Si possono staccare dalla plastica.

Ø MUFFE, LICHENI, ERBE: Si possono insinuare nel manto bituminoso formando spaccature. Si può ovviare a questo problema mescolando al bitume del catrame.

Ø ACIDI: Provocano corrosione.

Ø ACQUA: Tende a formare emulsioni soprattutto in presenza di tensioattivi (saponi, shampoo ecc.).

Ø SOLVENTI: Rendono il bitume più fluido.

Ø GELO E DISGELO: Provocano fessure.

Ø TEMPERATURA: Alte temperature aumentano la fluidità.

RISCHI CONNESSI CON I LEGANTI BITUMINOSI

I leganti bituminosi sono ricchi di composti aromatici (idrocarburi ciclici), alcuni cancerogeni. Tali composti sono inalati soprattutto nella fase di produzione ed in quella di applicazione del prodotto finito.

IMPATTO AMBIENTALE

L'uso dei materiali bituminosi comporta modifiche del territorio. La copertura delle strade, dei cortili ecc. incanala le acque piovane e quindi non si alimentano le falde.

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