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relazione sul petrolio e sul polistirene - Classificazione, Formazione e composizione, Paesi produttori e consumatori, Il polistirene, Sintesi, Propri

relazione sul petrolio e sul polistirene - Classificazione, Formazione e composizione, Paesi produttori e consumatori, Il polistirene, Sintesi, Propri


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relazione sul petrolio
e sul polistirene



















Introduzione


Il Petrolio è un liquido oleoso più o meno denso, infiammabile, di colore variabile da giallastro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi fossili. Si trova in grandi quantità sotto la superficie terrestre ed è la principale materia prima dell'industria petrolchimica.

Nelle moderne società industrializzate, la gran parte dei derivati del petrolio viene utilizzata come carburante per motori a combustione interna e, in diverse forme, come combustibile per il riscaldamento domestico, per gli impianti industriali, per la produzione di energia elettrica. I derivati del petrolio costituiscono anche buona parte delle materie prime impiegate nell'industria delle materie plastiche e nell'industria chimica in generale, per la produzione di fertilizzanti, materiali da costruzione, fibre tessili, vernici e coloranti, sostanze e additivi alimentari.

L'attuale civiltà industriale dipende in larga misura dai derivati del petrolio: l'insediamento delle comunità suburbane intorno alle grandi città è il risultato della mobilità permessa dai mezzi di trasporto moderni, e quindi della disponibilità di grandi quantità di petrolio a basso costo. Anche le principali strategie economiche dei paesi in via di sviluppo, mirate a sfruttare le risorse naturali per fornire derrate alimentari alle popolazioni in rapida crescita demografica, sono basate sul presupposto della disponibilità di petrolio.

Solo negli anni Settanta del Novecento, quando, in seguito ai conflitti in corso nei paesi arabi, le forniture petrolifere si fecero molto più ridotte, i paesi industrializzati hanno iniziato a cercare prodotti alternativi al petrolio, sia nel settore della produzione di energia sia in quello industriale. Al sensibile aumento del prezzo del greggio venutosi a determinare in quel periodo seguì, dopo alterne vicende, un periodo – verso la fine degli anni Ottanta – di forte ribasso dei prezzi, fino all’assestamento intorno ai 10 dollari al barile, prezzo in seguito destinato a crescere nuovamente. Oggi, nonostante la relativa abbondanza di petrolio, le politiche dei governi di tutto il mondo, volte a reperire fonti alternative di energia e di prodotti primari per l’industria non si sono arrestate, anche alla luce di numerosi altri problemi (inquinamento atmosferico e la provata tossicità di alcuni derivati) che si sono rivelati connessi all’uso del petrolio.

Classificazione

Tutti i tipi di petrolio sono costituiti principalmente da una miscela di idrocarburi (sostanze chimiche organiche, le cui molecole sono formate esclusivamente da atomi di carbonio e di idrogeno, variamente legati fra loro), anche se solitamente contengono anche zolfo, in quantità variabile dallo 0,1% al 5% circa, e ossigeno. I costituenti del petrolio sono liquidi e solidi, in varia percentuale: la consistenza dei derivati è dunque molto variabile, e va da liquidi fluidi, come la benzina, a liquidi densi, come il bitume, spesso di difficile manipolazione. Nel petrolio si trovano disciolte anche quantità rilevanti di particelle gassose, specialmente quando il giacimento petrolifero è associato a un giacimento di gas naturale.

Per comodità si distinguono tre classi principali di petroli, a seconda del tipo di idrocarburo prevalente: i petroli a base paraffinica, costituiti prevalentemente da paraffine (idrocarburi a catena aperta saturi, detti anche alcani); quelli a base naftenica, costituiti prevalentemente da nafteni (idrocarburi a catena chiusa saturi, detti anche cicloalcani); e quelli a base mista, nei quali le percentuali dei due tipi precedenti di idrocarburi sono pressoché uguali.

Molto più rari e pregiati sono i petroli della 'quarta classe', detti a base aromatica perché costituiti prevalentemente da idrocarburi aromatici (formati da uno o più anelli benzenici, detti anche areni).

Formazione e composizione

La teoria biogenica, supportata dalla maggior parte dei geologi petroliferi, dice che il petrolio deriva da materia organica rimasta sepolta, che si scompone in un materiale ceroso noto come pirobitume o cherogene, che sotto l'influenza di elevato calore e pressione si trasforma in idrocarburi. La differenza di densità e la ridotta viscosità consentono agli idrocarburi di migrare dalla roccia madre, più profonda, alla roccia serbatoio dove permane per effetto di trappole sedimentarie (luoghi in cui si trovano dei depositi di petrolio a grande profondità) dando luogo ai giacimenti petroliferi attuali.

Il petrolio deriva da depositi di carbonio ed idrogeno esposti ad elevate pressioni e ad elevato calore. Sia la fase liquida oleosa (petrolio) che la fase gassosa (gas naturali) tendono a migrare attraverso le rocce porose finché incontrano strati impermeabili del terreno dove tendono a raccogliersi. Dopo il processo di estrazione, il petrolio greggio viene raffinato attraverso la distillazione. Il prodotto finale include cherosene, benzene, benzina, paraffina, asfalto, ecc



Propriamente parlando, il petrolio consiste per la maggior parte di idrocarburi alifatici sia lineari che ramificati e di idrocarburi aromatici (mono-, bi- e poli- ciclici) composti quasi esclusivamente da idrogeno e carbonio. Sono tuttavia presenti quantità di composti solforati (solfuri e disolfuri), azotati (chinoline e piridine) e ossigenati (acidi grassi, acidi naftenici e fenoli) anche se la loro percentuale, complessivamente, difficilmente supera il 7 %. Nel petrolio si trovano anche metalli come Ni, V, Co, Cr, Cd, Pb, As, Hg, ecc.

I quattro idrocarburi più leggeri sono il: CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) e C4H10 (butano) ; sono gas ed hanno una temperatura di ebollizione rispettivamente di -l07°C, -67°C, -43°C, e -l8°C.

Paesi produttori e consumatori

Qui di seguito vengono elencati i primi 10 paesi produttori di petrolio nel mondo nell'anno 2005 :

Paese

Milioni di barili (bbl)

% sul totale


Arabia Saudita




Russia




USA




Iran




Messico




Cina




Canada




Venezuela




Norvegia




Emirati Arabi Uniti






Resto del mondo




Totale



Il polistirene

Il polistirene, o polistirolo, è il polimero dello stirene.

È un polimero termoplastico, ovvero può essere fuso e rimodellato, dalla struttura lineare. A temperatura ambiente è una plastica rigida trasparente; oltre i 70°C, al crescere della temperatura diviene sempre più plastico e scorrevole, inizia a decomporsi alla temperatura di 270°C.

Il polistirolo espanso si presenta in forma di schiuma bianca leggerissima, spesso modellata in sferette o chips, e viene usato per l'imballaggio e l'isolamento.

Chimicamente inerte verso molti agenti corrosivi, è solubile nei solventi organici clorurati (ad esempio diclorometano e cloroformio) e in alcuni solventi aromatici (benzene, toluene).

Fu ottenuto per la prima volta casualmente nel 1839, dalla polimerizzazione spontanea di un campione di stirene lasciato esposto alla luce, ma la reazione non fu compresa e descritta fino al 1845.

Con la messa a punto della sintesi industriale dello stirene (1869), fino ad allora ottenuto solo da fonti vegetali, il polistirolo cominciò ad essere proposto come sostitutivo del vetro e di altre materie usate all'epoca per produrre manufatti (celluloide, ebanite, legno).

In seguito allo sviluppo delle tecniche di stamgio per iniezione, il polistirene divenne rapidamente una delle materie plastiche più diffuse ed utilizzate nel mondo.

Sintesi

La polimerizzazione dello stirene è una reazione di polimerizzazione per addizione che viene spesso iniziata da prodotti (detti iniziatori) capaci di produrre radicali, quali ad esempio i perossidi.

polimerizzazione del polistirene


La reazione è esotermica e la regolazione della temperatura deve essere tale da non permettere il surriscaldamento del reattore. Viene condotta in diverse modalità, in funzione del tipo di impianto e dei volumi di produzione coinvolti:

  • in massa: il reattore contiene solo lo stirene e l'iniziatore, la temperatura viene mantenuta tra i 50°C ed i 150°C;
  • in sospensione: lo stirene viene mantenuto sospeso in acqua per agitazione continua; l'aggiunta dell'iniziatore provoca la polimerizzazione delle gocce di stirene, che si trasformano in sferette di polimero;
  • in emulsione: lo stirene viene mantenuto in emulsione in acqua attraverso opportuni prodotti tensioattivi.

In funzione delle condizioni di reazione è possibile regolare la lunghezza delle catene polimeriche, che solitamente consistono di un numero di residui di stirene compreso tra 500 e 2000.

Il polistirene viene generalmente venduto in forma di sferette o piccoli chips, adatti per essere fusi ed iniettati negli stampi.

Proprietà e applicazione

Il polistirene è un polimero leggero (peso specifico: 40 kg/m3), trasparente, duro, rigido, di discrete proprietà meccaniche e resistente a molti agenti chimici acquosi. È un ottimo isolante elettrico, ed è praticamente anigroscopico.

Una prerogativa che lo rende estremamente versatile è la facilità con cui può essere colorato, sia con tinte lucide che opache. L'aggiunta del colore può essere fatta al momento dello stamgio,  fondendo il polistirolo nello stampo del pezzo insieme al pigmento colorante, oppure prima dello stamgio inglobando il pigmento nella massa del polimero prima di ridurlo in chips per lo stamgio.

Con il polistirene viene realizzato un numero enorme di manufatti, contraddistinti dalla sigla PS, nei più disparati settori applicativi: domestico, industriale, alimentare. Il polistirolo si è sostituito negli anni ad altri materiali quali il vetro, l'alluminio, il legno per le sue proprietà meccaniche ed elettriche.

Mescolando gas compresso al polistirolo fuso e raffreddando rapidamente la miscela si ottiene il polistirolo espanso (sigla: EPS), spugnoso e friabile, di volume generalmente 35-40 volte superiore a quello del polistirolo normale. L'espanso trova ampio uso nella produzione di imballaggi. Inoltre, essendo un isolante termico con un ottimo rapporto prezzo/prestazioni ed essendo facile da installare è molto usato in edilizia per l'isolamento degli edifici.


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