La Chimica è Dovunque (a bassa T!)

(1)

Introduzione alla Chimica

Prof. ATTILIO CITTERIO

Dipartimento CMIC “Giulio Natta”

http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/general-chemistry-lessons/

Insegnamento di: Chimica Generale 083424 - CCS CHI , MAT

A.A. 2017/2018 (I° Semestre) Dal 19/09/2017 al 22/12/2017

(2)

La Chimica è Dovunque (a bassa T!)

www.cefic.org

http://www.federchimica.it/

Index.aspx

2

(3)

Attilio Citterio

La Chimica è Dovunque e Molto Trasversale

Chimica

3

Chimica

Astronomia

Fisica

Materiali Tecnologia

Geologia

Scienze ambientali

Cultura

Farmacia

Scienze della salute

Matematica Informatica

(micro)biologia biotecnologia

(4)

4

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?

• Quanti composti di quattro elementi hanno un peso molecolare minore di 700 u.m.a ?

15,000,000,000,000,000,000,000,000 ≈ 15×10

²⁴

4

10

³⁶

(5)

Odorare un Fiore

 L’aroma è Chimica

Vedere un Fiore

 I Colori sono Chimica

Toccare un Fiore

 La Struttura è Chimica

Chimica dei Fiori

5

(6)

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.

Chimica nella Casa

6

(7)

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

Prestazioni Migliorate

7

(8)

Il passato

 Tubi a raggi catodici

Il presente

 Cristalli Liquidi

 Schermi al Plasma

Il futuro

 Polimeri che emettono luce

 Inchiostri elettronici

Schermi Piatti

8

(9)

Arte e Scienze Chimiche sono legate Conservazione dei beni artistici

La Chimica è arte

 Architettura/Pittura

 Elementi Visivi

Nuovi materiali per l’arte

Capolavori Moderni

9

(10)

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,

10

(11)

Coloranti Sintetici

Colori desiderati su un’ampia gamma Persistenza dei colori. Nuove proprietà Pigmenti

 Particelle che danno colore

Vernici opache

 Particelle che danno consistenza

Vernici che non gocciolano

 Polimeri che variano di consistenza

11

(12)

Fotografia/digitale

La Chimica fa i film

La Chimica sviluppa immagini La Chimica stampa immagini La Chimica stampa oggetti 3D

12

(13)

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.

Combustione Elettrolisi + Energia

- Energia

Miscela di idrogeno e ossigeno

Acqua Reazione

spontanea

Reazione non spontanea

13

(14)

Cucinare è Chimica

Le trasformazioni chimiche sono respon- sabili 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!

14

(15)

La Chimica sta nei Gelati

Struttura Complessa

 Ghiaccio

 Grasso

 Aria

 Zucchero

Stabilità e durabilità

15

(16)

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.

16

(17)

Petrolio

Fluidi per trivellare;

Raffinazione;

Additivi per combustibili;

Convertitori Catalitici.

17

(18)

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 …

18

(19)

Agricoltura Organica (biologica)

Uso di pesticidi e fertilizzanti naturali;

I chimici li isolano, li sviluppano e li producono;

Anche i pesticidi organici sono chimica!

19

(20)

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.

20

(21)

21

L'Industria Chimica

Prof. Attilio Citterio

(22)

Settori Industriali Legati alla Chimica

Abbigliamento ;

6,3 Agricoltura; 6,4 Elettronica; 3,9

Macchine di ufficio; 0,7

Macchine Industriali; 1,9

Prodotti metallici;

2,5

Servizi; 16,4

Resto produzione; 6,1

Costruzioni; 5,4 Trasporti; 5,3

Carta e Stampa;

4,5 Prodotti di consumo; 30,3

Resto

dell'industria; 10,3

22

(23)

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

23

(24)

Branche della Chimica Industriale

Chimica di base

Chimica minerale

Chimica organica

Trasformazione delle materie prime disponibili:

acqua, aria, sale, zolfo, gas naturale, calcare, sabbia, minerali ...

Acidi e Basi inorganiche Fertilizzanti

Gas tecnici Pigmenti …..

Composti del carbonio ottenuti da:

vegetali, petrolio, gas naturale

Biochimica Carbochimica Petrolchimica

24

(25)

Peculiarità dei Due Settori

ORGANICA

 Chimica organica

 Composti del C (+ H, O, N) + non metalli Cl, Br, I, S, P ...

 Composti organici

 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

MINERALE

 Chimica minerale

 Chimica dei composti degli altri elementi + CO, CO₂, RCN

 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

 Reazioni minerali

 spesso rapide e totali

 forti effetti termici (eso-, endotermici)

25

(26)

Struttura della Chimica Industriale Organica Tradizionale (prevalentemente da Petrolio)

Numero approssimato

di Sostanze Attività generica

Separazione

Trasformazione

Funzionalizzazione

Sintesi Fonti

Naturali

Materie Prime

Materiali di Base

Intermedi e Monomeri

Prodotti fini e polimeri

3

10

50

500

70000

(27)

Attività Industriale e Economica in Chimica

ENERGIA Carbone, GN, PETROLIO BIOMASSA Inorganici

PARACHIMICA CHIMICA DI BASE

INDUSTRIE CONSUMATORI

Materie prime

Trasfor- mazione

Utilizzo

27

FARMACI

AGRICOLTURA

(28)

Petrolio e Gas Naturale come Fonte di Composti Chimici di Base ed Intermedi

Industria Gas Naturale

Raffina- zione petrolio

Alimentazione Etano

Propano Butano Nafta Gasolio Olio Grezzo

Raffineria olefine

Pirolisi Benzina

Raffinato

Nafta/LPG

Gas Naturale

Rottura a Etilene

Industria di raffinazione idrocarburi

Industria di base petrolchimica

Pretrattamenti Pirolisi benzina

Ammoniaca Gas di sintesi

Metanolo Gas di sintesi

Estrazione e Conversione Aromatici

Sintesi della Ammoniaca

Sintesi della Metanolo Separazione

Etilene/

Propilene

Separazione/

Conversione Butadiene

Composti chimica di base

Olefine

Etilene Propilene Butadiene

Aromatici

Benzene Toluene Xilene

Prodotti da Gas di sintesi Ammoniaca Metanolo

(29)

Pressioni sull’Industria Chimica lungo il Ciclo di Vita di un Prodotto

Materie Prime Produzione Chimica Uso/Fine Prodotto

Nuova legislazione (per es. REACH)

Legislazione più stringente

Aumento dei costi per stoccare e usare

sostanze pericolose Aumento

costi dell’energia

Impatto ambientale (p.es.

degradabilità) è parte del processo di approvazione Aumento

preoccupazione

pubblico/NGO Aumento pressione di utilizzatori finali/

rivenditori

Problemi di forniture per le diminuite risorse

e le distorsioni del mercato Aumento

prezzi petroliferi

Aumento costi dello smaltimento

degli scarti (ricicli)

29

(30)

Principali Complessi e Produttori di Etilene.

30

I MAGGIORI 10 COMPLESSI DI ETILENE*

Società Localizzazione Capacità tpy 1 Formosa Petrochemical Corp. Mailiao, Taiwan, China 2,935,000 2 Nova Chemicals Corp. Joffre, Alta. 2,811,792 3 Arabian Petrochemical Co. Jubail, Saudi Arabia 2,250,000 4 ExxonMobil Chemical Co. Baytown, Tex. 2,197,000 5 ChevronPhillips Chemical Co. Sweeny, Tex. 1,865,000 6 Dow Chemical Co. Terneuzen, Netherlands 1,800,000 7 Ineos Olefins & Polymers Chocolate Bayou, Tex. 1,752,000 8 Equistar Chemicals LP Channelyiew, Tex. 1,750,000 9 Yanbu Petrochemical Co. Yanbu, Saudi Arabia 1,705,000 10 Equate Petrochemical Co. Shuaiba, Kuwait 1,650,000

*Al 1 Gen. 2012

--- Capacità tpy --- Società Siti totale proprietà parziale proprietà 1 Saudi Basic Industries Corp. 15 13,392,245 10,273,759 2 Dow Chemical Co. 21. 13,044,841 10,529,421 3 ExxonMobil Chemical Co. 20 12,515,000 8,550,550 4 Royal Dutch Shell PLC. 13 9,358,385 5,946,693

5 Sinopec 13 7,895,000 7,275,000

6 Total AS 11 5,933,000 3,471,750

7 ChevronPhillips Chemical Co. 8 5,607,000 5,352,000

8 LyondelBasel 8 5,200,000 5,200,000

9 National Petrochemical Co. 7 4,734,000 4,734,000

10 Ineos 6 4,656,000 4,286,000

I MAGGIORI 10 PRODUTTORI DI ETILENE*

(31)

carburante per un viaggio

di 1200 Km

72 litri di nafta

etilene

propilene

butadiene buteni aromatici

glicoletilenico

polietilene

polipropilene

acrilonitrile

elastomeri

caprolattame

21 magliette 260 m di tubi di protezione 240 bottiglie per detersivo (2L)

2 valigie

3 sedie da giardino 21 maglioni

5 coperte

500 paia di collant poliestere

Fonte: Federchimica, BP chemicals anno 2016

per cavi elettrici

2 paraurti per auto

13 pneumatici da bici 17 camere d’aria da bici 1 pneumatico da auto

Economia di un Barile di Petrolio

31

(32)

Il Contenuto di Chimica di un’Automobile

32

Sali silicati Soda

Film polimerici Detergenti Gas tecnici

Adesivi per il fissaggio BATTERIA E CAVI Elettroliti

Materiali polimerici per rivestimento

pneumatici in materiali che riducono l’attrito vernici

che si rimarginano da sole

in caso di graffi

6 5

2

parabrezza in plastica indistruttibile

1

parti del motore in plastica, più leggera del metallo

4

additivi e catalizzatori che abbattono le emissioni inquinanti

vernici all’acqua che sostituiscono quelle a solvente

3

PNEUMATICI Elastomeri Nero di carbonio Ausiliari per gomma Fibre chimiche Gas tecnici GUARNIZIONI Gomme siliconiche Fluoropolimeri Poliolefine PARAURTI, GRIGLIE, VOLANTE, CRUSCOTTO, ARREDO INTERNO Plastiche

Fibre sintetiche Tecnopolimeri Poliuretano Additivi

Vernici per plastiche CARBURANTE Gas tecnici speciali Antidetonanti CINTUREDI

SICUREZZA E SEDILI Fibre sintetiche

Poliuretano espanso Ausiliari per cuoio

AIRBAG Inneschi Polimeri Gas tecnici Fibre sintetiche CARROZZERIA

Vernici

Pigmenti e Coloranti Plastificanti

Cere

Prodotti antirombo

TRATTAMENTO METALLI Additivi

Acidi e solventi Gas tecnici

MARMITTA CATALITICA Catalizzatori

Materiali ceramici VETRI E FARI

(33)

"Filiera Bio"

L’albero della Chimica da Fonti Rinnovabili

33

MATERIE PRIME:

biomasse

agricoltura scarti alimentari rifiuti organici alghe silvicoltura

BIORAFFINERIA chimica di base plastiche e fibre

catalizzatori e additivi oleochimica e lubrificanti Solventi

amidi e derivati

chimica fine e specialità agrofarmaci

tensioattivi e detergenti cosmetici e farmaci

Prodotti

Energia

(34)

Bio-Raffineria – Nuova Fonte di Prodotti Chimici ed Energia

Semi

Oli

Chimica fine Fibre

Plastiche Composti

Chimici Solventi

Combustibili

Piante

(35)

Industria Chimica:

Scenario Mondiale e Europeo

Distribuzione geografica

della produzione chimica dell’UE

(miliardi di euro, anno 2015)

UE = 520 miliardi di euro

148 74

52 Germania

Francia Italia Regno Unito Paesi Bassi Spagna Belgio Austria 13 Polonia 11 Irlanda 9 Svezia 8 Finlandia 8 Rep. Ceca 6

Ungheria 6 Altri 22

45 42 39 37

Distribuzione geografica

della produzione chimica mondiale

(miliardi di euro, anno 2015)

Note: Europa

= UE e non UE (Russia, Turchia, Svizzera, Norvegia, Ucraina) Resto Asia

= Asia esclusi Cina, Giappone e Corea del Sud

Il dato dei Paesi Bassi include molte attività puramente commerciali

Mondo = 3.534 miliardi di euro

Resto Giappone Asia

Cina Europa USA America

Latina Corea Altri del Sud

1.409

615 519

136 135 108

497

115

http://www.federchimica.it/docs/default-source/la-chimica-in-cifre/l'industria-chimica-in-cifre_giugno-2017.pdf

(36)

Evoluzione delle Quote di Produzione Chimica Mondiale

(% sul valore della produzione)

36

2005 2010 2015

Unione europea 28% 21% 15%

USA 22% 16% 15%

Cina 12% 24% 40%

Altri 38% 39% 31%

69%

54% 41%

31% 46%

59%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Emergenti

Avanzati -15

-13

2005 2010 2015

(37)

L'Industria Chimica Europea (2016)

Numero di aziende

28,221

Turnover

€520.2

^miliardi

Occupazione diretta

1,155,000

Spese per R&D

€9.14

^miliardi

(38)

Dimensioni della chimica in Italia, anno 2016

(miliardi di euro, salvo diversa indicazione)

38

Imprese (numero) Occupati (migliaia) Investimenti Spese R&S

Industria Chimica

Chimica e Farmaceutica Produzione

Esportazioni Importazioni

Saldo commerciale Domanda Interna

Incidenza sull’industria manifatturiera Fatturato

Export

51,6 27,5 34,6 -7,1 58,6

2.810 108,1 1,7 0,5

3.256 172,1 2,8 1,2 81,6 48,8 57,4 -8,6 90,2

6%

7%

9%

12%

Note: spese R&S e investimenti, ultimo anno disponibile 2014 Fonte: Federchimica / elaborazioni e stime su Istat

Germania 28,5%

Francia 14,3%

Belgio 7,0%

Spagna 7,5%

Paesi Bassi 8,0%

Regno Unito 8,7% Italia 10,0%

Altri 16,0%

(39)

Produzione chimica in Italia per settore

(quote % in valore)

39

Vernici, adesivi e inchiostri 10,9%

Chimica fine e specialistica 41,7%

Inorganici di base 4,0%

Agrofarmaci 2,2%

Profumi e cosmetici 8,6%

Detergenti casa 6,8%

Altri prodotti di chimica fine e specialità 20,7%

Chimica per il consumo 15,3%

Intermedi e principi attivi farmaceutici 7,9%

Chimica di base e fibre 43,0%

Organici di base 11,0%

Fibre chimiche 2,4%

Fertilizzanti 3,4%

Coloranti e pigmenti 3,0%

Plastica e gomme sintetiche 15,4%

Gas tecnici 3,8%

Fonte: Federchimica su Istat, 2014

(40)

Distribuzione della Produzione Chimica in Italia

40

Piccole e medie imprese italiane

38%

Imprese a capitale estero

38%

Medio-grandi gruppi italiani

24%

Rilevanza dei gruppi di imprese nell’industria chimica e dimensione media aziendale effettiva

Totale imprese

Imprese autonome e gruppi di imprese

Addetti (migliaia)

Dimensione media effettiva

Totale 2.810 2.391 108 45

di cui:

- gruppi a capitale estero 270 200 33 166

- gruppi a capitale italiano 686 337 46 138

- altre imprese a capitale italiano 1.854 1.854 28 15

In Italia l’industria chimica vede la presenza bilanciata di 3 tipologie di attori: le imprese a capitale estero (38% del valore della produzione), i medio-grandi gruppi italiani (24%) e le PMI (38%).

(41)

Produzione e Occupazione Chimica in Italia

Distribuzione geografica dei principali Poli chimici

Distribuzione dell’occupazione chimica ^(%)

1.4

0.1 0.5 2.2

12.5

4.0 41.4

1.8

0.6 9.8

1.7 1.4

2.4 5.3

0.9 9.8

1.4

0.0 1.5

1.3

Nord Centro Sud ITALIA

77.8 12.0 10.2 100.0 Quota %

Chimica e farmaceutica

Fonte: Federchimica, Istat, anno 2016

41

×

× ×

(42)

I 33 principali gruppi chimici italiani –

Risultati 2016 (milioni di euro)

Versalis

3V Partecipazioni Industriali 185 Gruppo Mapei 2280

Gruppo Zobele 306

Gruppo SOL 703 Indena 221

Radici Group 946

Gruppo Desa

218 C.O.I.M. Group 737

Reagens

232

Gruppo Colorobbia 528 Mirato Group

Polynt Group 635

Novamont

Gruppo Siad 548

479

ACS Dobfar 376

Gruppo Sipcam-Oxon 449 Gruppo Intercos 448

FIS 383

Italmatch chemicals 319

176 169

Gruppo Lamberti 460 Gruppo Bracco 1021 Gruppo Mossi & Ghisolfi 1699

Gruppo Isagro 150

Adriatica 165

4196

Fluorisil Group 144 485

331 567 372

198 499 434

446

371

227 239

383

253 692 228

120 71

185 232

92 118

173 169

99 131

113

produzione in Italia vendite

mondiali

produzione in Italia vendite

mondiali

3300

151 151

Esseco Group 333 206

Faci Group 215 84

Sabo

Nota: imprese con capitale a maggioranza italiano; i valori si riferiscono ai prodotti chimici (senza farmaci) 167 102 Sadepam Chimica

Gruppo Aquafill 476 183 P & R Group 675 645

42

Gruppo Sapio

(43)

Principali Regioni Chimiche Europee

LOMBARDIA (*))

121.884 68.914

67.667 67.366

49.878 Baden-Wuttemberg (GER)

Renania-Westfalia (GER) Assia (GER)

Ile de France (FR)

Rodano-Alpi (FR) Fiandre (BE)

43.470 40.475 36.004 addetti chimici

1.

2.

4.

5. Renania Palatinato (GER)

7.

8.

9.

10.

% sulla popolazione 50 regioni su 116

con più di 10 mila addetti 75 regioni su 116

con più di 100 unità locali Le prime 15 regioni

sono diffuse in molte nazioni - 7 in Germania

- 2 in Italia (Lombardia e E.R) - 2 in Francia

- 2 in Spagna - 1 in Belgio - 1 in Polonia

In Europa

0,69 1,14

0,68 1,68

0.67 2.60 0,63 0,55

388 comuni

con più di 100 addetti

In Italia

Fonte: elaborazioni su Eurostat, Istat, INSEE 2014

Baviera (GER) 68.563

3. 0,54

65.416

6. 0.61

(*) La Lombardia è prima regione chimica per numero di imprese, più di 900 escludendo quelle con meno di 10 addetti

43

Catalogna (SPA

(44)

44

Materie Prime ed Economia Circolare

Prof. Attilio Citterio

(45)

Materie Prime Naturali:

Elementi Disponibili sulla Crosta Terrestre

Ossigeno 455 000 Vanadio 136

Silicio 272 000 Cloro 126

Alluminio 83 000 Cromo 122

Ferro 62 000 Nichel 99

Calcio 46 600 Rubidio 78

Magnesio 27 640 Zinco 76

Sodio 22 700 Rame 68

Potassio 18 400 Cerio 66

Titanio 6 320 Neodimio 40

Idrogeno 1 520 Lantanio 35

Fosforo 1 120 Ittrio 31

Manganese 1 060 Cobalto 29

Fluoro 544 Scandio 25

Bario 390 Niobio 20

Stronzio 384 Azoto 19

Zolfo 340 Gallio 19 Carbonio 180 Litio 18

Zirconio 162 Piombo 13

Ordine d’abbondanza degli elementi il cui tenore è superiore a 10 grammi/tonnellata nella crosta terrestre (30 km di spessore)

45

(46)

Andamento Relativo dell’Estrazione di

Alcuni Metalli prima e dopo il 1973 (= 100)

46

B. A. ANDERSSON, Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, 61-76 (2000)

Alluminio Rame Zinco

PGM = platinum group metals

(47)

3 6,939

Li

1,007 1

H

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII (Transizione) IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIII

11 22,99 Na

37 85,47

Rb

19 39,10

K

55

132,90 Cs

87 223

Fr

4 9,012

Be

12 24,31

Mg

38 87,62

Sr

20 40,08

Ca

56

137,34 Ba

88 226

Ra

39 88,91

Y

57

138,91 La

89 227

Ac

40 91,22

Zr

22 47,90

Ti

72 178,49 Hf Sc

21 44,96 1,008

41 92,91

Nb

23 50,94

V

73 180,95 Ta

42 95,94

Mo

24 52,00

Cr

74 183,85 W

43 98

Tc

25 54,94

Mn

75 186,2 Re

44 101,07

Ru

26 55,85

Fe

76 190,2 Os

45 102,91

Rh

27 58,93

Co

77 192,2 Ir

46 106,4

Pd

28 58,71

Ni

78 195,09 Pt

47 107,87

Ag

29 63,54

Cu

79 196,97 Au

48 112,4

Cd

30 63,37

Zn

80 200,59

Hg

5 10,81

B

13 26,981

Al

49 114,82

In

31 69,72

Ga

81 204,37 Tl

6 12,011

C

14 28,09

Si

50 118,69

Sn

32 72,59

Ge

82 207,2 Pb

7 14,007

N

15 30,97

P

51 121,75

Sb

33 74,92

As

83 208,98 Bi

8 15,999

O

16 32,06

S

52 127,6

Te

34 78,96

Se

84 209 Po

9 18,998

F

17 35,45

Cl

53 126,90

I

35 79,91

Br

85 210 At

10 20,179

Ne

18 39,95

Ar

54 131,29

Xe

36 83,80

Kr

86 222 Rn

2 4,003

He

61 147

Pm

62 150,35 Sm

63 151,96 Eu

64 157,25 Gd

65 158,9 Tb

66 162,5 Dy

67 164,93 Ho

68 167,26 Er

69 168,94

Tm

70 173,04 Yb

71 174,97 Lu

58 140,12 Ce

59 140,91 Pr

60

144,24 Nd

93 237 Np

94 242 Pu

95 243

Am

96 247

Cm

97 247 Bk

98 251 Cf

99 254 Es

100 253 Fm

101 256 Md

102 254 No

103 257 Lw

90 232,04 Th

91 231,04 Pa

92 238,03 U

Tabella Periodica degli Elementi

47

(48)

Litio

Univ. 6×10^-8% Terra 10^-7% Uomo 3×10^-9% Reattivo, Tossico

Unica fonte:

LiAlSi₂O₆

Carbonio

Univ. 0.08 % Terra 0.09 % Uomo 18 % Inerte

Varie fonti:

naturali (C) e

sintetiche (Polimeri) Organismi Viventi

Fosforo

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

Materie Prime:

Abbondanza e Fonti degli Elementi

48

(49)

Ordine Elemento % in massa

1 Ossigeno 49.2 2 Silicio 25.7

3 Alluminio 7.5

4 Ferro 4.7

5 Calcio 3.4

6 Sodio 2.6

7 Potassio 2.4 8 Magnesio 1.9 9 Idrogeno 0.9 10 Titanio 0.6

11 Cloro 0.2

12 Fosforo 0.1 13 Manganese 0.1 14 Carbonio 0.09

15 Zolfo 0.05

16 Bario 0.05

Tutti gli altri 0.51

% 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

}

^74.9%

Abbondanza sulla crosta terrestre

log abbondanza crostale

Z

Abbondanza degli Elementi sulla Crosta Terrestre

49

(50)

Elementi Presenti nella Crosta Terrestre, Oceano e Atmosfera

Crosta Terrestre Oceani Atmosfera

(% in peso) (% in peso) (% in volume di aria secca) Ossigeno 49.2% Ossigeno 85.79% Azoto 78.084%

Silicio 25.7% Idrogeno 10.67% Ossigeno 20.948%

Alluminio 7.5% Cloro 2.07% Argon 0.934%

Ferro 4.7% Sodio 1.14% CO₂ 0.0314%

Calcio 3.4% Magnesio 0.14% Neon 0.00182%

Sodio 2.6% Tutti gli altri 0.19% Elio 0.00052%

Potassio 2.4% Metano 0.0002

Magnesio 1.9% Cripto 0.00011%

Titanio 0.6% H₂ e N₂O 0.00005%

Cloro 0.2% Xeno 0.000008%

50

(51)

Elementi nel Corpo Umano

Ordine Elemento % in massa

1 Ossigeno 65 .0 2 Carbonio 18.0 3 Idrogeno 10.0 4 Azoto 3.0 5 Calcio 1.4 6 Fosforo 1.0 7 Magnesio 0.50 8 Potassio 0.34 9 Zolfo 0.26

Ordine Elemento % in massa

10 Sodio 0.14

11 Cloro 0.14

12 Ferro 0.004 13 Zinco 0.003 14 Arsenico tracce

15 Cromo tracce

16 Cobalto tracce

….. altri 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.

51

(52)

Minerali nel Latte Umano e Vaccino

(per 100 millilitri)

Elemento (mg) Latte umano* Latte vaccino Umano/Vaccino

Rame 0.04 0.014 2.86

Ferro 0.10 0.07 1.43

Zolfo 14.0 30.0 0.47

Potassio 57.0 145.0 0.39

Cloro 40.0 108.0 0.37

Magnesio 4.0 12.0 0.33

Calcio 35.0 130.0 0.27

Sodio 15.0 58.0 0.26

Fosforo 15.0 120.0 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.

52

(53)

Organi e Tessuti Influenzati da Livelli Tossici di Elementi

• 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

53

(54)

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

54

(55)

CaCO

_3(s)

+ H

₂

O

_(l)

+ CO

_2(g)

Ca

²⁺_(aq)

+ 2 HCO

₃_‾_(aq)

calcite aragonite

dolomite

calcare Speciazione di un Minerale –

CaCO

₃

55

(56)

Sorgenti: - desolforazione gas naturale - S₈ naturale (processo Frasch) - arrostimento solfuri metallici

S Elementare: forma stabile S₈(s)

Ossidi di S : SO₂(g) e SO₃(g) - importanti nell’inquinamento atmosferico Industrialmente: Ossidi generati quando servono; ‘stoccati’ come idrato

SO

₃

(g) + H

₂

O(l) → H

₂

SO

₄

(aq)

L’acido solforico è il composto chimico a MAGGIOR VOLUME di produzione (sintesi) (75·10⁶ton.) (usato per fertilizzanti, raffinazione, produzione di composti chimici)

2 ZnS(s) + 2 O₂(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO₂(g)

Zolfo: Fonti e Usi

56