la chimica nella vita domestica

Adesivi e sigillanti: una classe eclettica di sostanze per usi e applicazioni quotidiane

di Silvia Barra

In questo articolo scoprirete la composizione e le funzioni di adesivi e sigillanti, categorie di sostanze che trovano molte applicazioni nella nostra vita quotidiana.

Reparto colle e sigillanti in un supermercato

Reparto colle e sigillanti in un supermercato

Adesivi e sigillanti sono due categorie merceologiche che si trovano spesso accoppiate. Entrambe le categorie sono costituite da polimeri comuni.  Ciò che rende le due categorie – e i vari prodotti all’interno di ogni categoria – diversi, sono in realtà gli additivi che vengono aggiunti ai polimeri. Inoltre, in base ai polimeri di base utilizzati, si ha un’ampia gamma di prestazioni diverse, e per questo motivo adesivi e sigillanti trovano impiego in numerosi settori, dall’imballaggio al settore dell’edilizia, dalle calzature alla fabbricazione di mobili.  I produttori di adesivi offrono attualmente oltre 250.000 prodotti differenti destinati alle più svariate applicazioni e questi prodotti sono personalizzabili, potenzialmente per qualsiasi utilizzo.

Nella preparazione degli adesivi e dei sigillanti sono coinvolti più di 40 polimeri diversi, che possono essere raggruppati in cinque classi.
1) adesivi naturali, comprendenti materiali di origine animale o vegetale (amido, destrina, proteine, colle animali e di pesce, caseina, colofonia, gomma lacca), in pratica i primi adesivi conosciuti nella storia;
2) adesivi termoplastici, comprendenti resine naturali e sintetiche;
3) adesivi termoindurenti, comprendenti solo resine sintetiche;
4) adesivi elastomerici, comprendenti materiali di tipo gommoso di origine naturale o sintetica;
5) adesivi bipolimerici, generalmente costituiti da elementi delle categorie (2), (3) e (4).

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Un’introduzione ai Materiali Polimerici

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Che cosa è un ‘Materiale’ ed in particolare un ‘Materiale Strutturale’?  In un certo senso, tutta la materia può essere considerata un materiale strutturale in quanto resiste ad almeno la forza di gravità. Tuttavia, si parla di materiale strutturale quando la funzione di resistere alle sollecitazioni meccaniche, forze e momenti, gioca il ruolo primario. In questo senso un materiale strutturale va a costituire una ‘Struttura Meccanica’ il cui scopo è quello di resistere agli sforzi applicati. E che dire dei ‘Materiali Polimerici’? Ovviamente si tratta di quei materiali strutturali costituiti da macromolecole, di origine naturale o di sintesi. Per i Biopolimeri la resistenza meccanica è la conseguenza di una lunga selezione operata dall’evoluzione biologica, per i polimeri di sintesi è il risultato dello sviluppo storico delle reazioni di polimerizzazione.
granuli di materiale polimerico di sintesiMetalli, ceramici e polimeri sono le tre classi fondamentali in cui sono classificati i materiali strutturali. Dunque, definiamo ‘materiale strutturale’ la materia di cui sono fatte le ‘strutture meccaniche’. Inoltre, le proprietà viscoelastiche dei fluidi polimerici (resistenza allo sforzo di taglio) sono d’interesse della reologia, la scienza che studia il comportamento meccanico dei materiali allo stato liquido.

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Radon: un vicino di casa da tenere d’occhio

di Silvia Barra

Abbiamo scoperto (vedasi articolo sull’inquinamento indoor) che la casa, e in generale i luoghi chiusi, non sono sicuri dal punto di vista dell’inquinamento, ma che anzi ospitano categorie di inquinanti che possono essere pericolosi in alcune circostanze. In questo articolo parleremo più approfonditamente del radon, gas radioattivo presente in natura, responsabile anch’esso dell’inquinamento indoor. Vedremo dove si trova, perché è pericoloso e cosa possiamo fare per limitare l’esposizione.

 

Radioattività e radon

Quando pensiamo alla radioattività ci vengono in mente centrali nucleari e bombe atomiche, insieme al timore di guerre e attentati. Esiste tuttavia anche una radioattività naturale, presente ovunque e da sempre e derivante dalla Terra stessa. Ognuno di noi infatti è esposto a radioattività derivante dalle rocce, dai raggi cosmici e dal radon.

La serie di decadimenti dell’uranio, da cui deriva il radon, che a sua volta decade in altri elementi “figli”

La serie di decadimenti dell’uranio, da cui deriva il radon, che a sua volta decade in altri elementi “figli”.

Il radon, elemento numero 86 della tavola periodica, è un gas nobile, radioattivo, incolore ed inodore, generato da alcune rocce della crosta terrestre come lave e graniti, in seguito al decadimento dell’uranio 238. Il radon si trasforma spontaneamente in altre sostanze radioattive dette “figli”, emettendo particelle alfa. La catena di decadimenti termina con un elemento stabile, il piombo 206.

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Inquinamento indoor: se la nostra casa è inquinata come l’ambiente esterno

di Silvia Barra

Quando vediamo immagini di città avvolte dall’inquinamento o respiriamo a fatica in mezzo al traffico, ci viene da pensare che per fortuna abbiamo la nostra casa, nella quale siamo al sicuro da sostanze tossiche e inquinamento.

Siete proprio sicuri che sia così? Purtroppo anche la nostra casa ospita e rilascia “veleni”, sostanze inquinanti presenti nelle pareti e negli oggetti che abbiamo in casa.

inquinamento indoorSenza allarmismi e facili accuse verso la chimica, proviamo a capire quali sostanze nascoste nella nostra casa sono fonte di quello che si chiama “inquinamento indoor”, cioè inquinamento di ambienti interni, in contrapposizione all’inquinamento dell’ambiente che tutti ben conosciamo. Nel secondo articolo dedicato all’argomento impareremo invece a conoscere il radon, gas radioattivo responsabile della radioattività indoor.

L’inquinamento indoor riguarda in realtà tutti i luoghi confinati, ad esclusione dei luoghi di lavoro industriali, per i quali esistono normative specifiche. Sono considerati luoghi confinati le abitazioni, gli uffici, le scuole, i centri commerciali e anche gli automezzi (ad esempio il trasporto pubblico, ma anche le automobili).

Nei luoghi di lavoro una normativa riferita alla salute e sicurezza delle persone esiste già dagli anni ‘50. Per quanto riguarda le abitazioni e i luoghi confinati in genere, come gli uffici, i primi episodi di interesse risalgono agli anni ’70 negli Stati Uniti.

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Breve storia della gomma: da Faraday a Natta

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

La gomma è utilizzata dall’Uomo dalle epoche più remote: abbiamo prove che gli Indios d’America ne facevano manufatti già 4000 anni fa! E’ nota agli europei dal 1496, importata durante il secondo viaggio di Cristoforo Colombo. Tuttavia, in questo excursus ci occuperemo dell’evoluzione propriamente chimica della gomma a partire dall’800.
cis-1,4-polisopreneLa gomma naturale si ottiene dall’Hevea brasiliensis (albero della gomma) sotto forma di un lattice ricco di cis-1,4-poliisoprene.

Si deve al genio di Michael Faraday nel 1826 la determinazione della sua formula minima, C5H8. Faraday era consapevole che anche C10H16, C15H24, … potevano essere le formule molecolari tuttavia, mai avrebbe pensato che la formula corretta era del tipo C50000H80000 (infatti, la gomma ha un peso molecolare medio di circa 5 x 105), l’idea di macromolecola non era ancora stata scoperta!
struttura molecolare della gomma vulcanizzata, con evidenziati i ponti disolfuroNel 1839 Charles Goodyear scoprì la reazione di vulcanizzazione, in cui la gomma naturale trattata con zolfo, biacca (carbonato basico di piombo, 2PbCO3·Pb(OH)2) e calore è trasformata in un materiale elastico e tenace, resistente all’invecchiamento. Si tratta di una reazione di reticolazione in cui le catene macromolecolari sono unite da forti legami disolfuro (detti cross-link) mediante un accelerante ad alta temperatura:

Fino al 1920 per spiegare l’alto peso molecolare dei polimeri naturali o di sintesi era in auge la ‘Teoria micellare’, sviluppata a partire dagli studi di Graham del 1861.

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Un excursus di storia delle macromolecole: dai poliesteri al kevlar

di Vincenzo Villani
Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata


Leo Baeckeland
nel 1907 inventò il primo materiale polimerico di sintesi, la resina fenolo-formaldeide battezzata (con molta modestia!) ‘Bachelite’; si tratta di un polimero termoindurente in cui le catene sono legate in una struttura a rete. Tuttavia, ancora non vi era consapevolezza della natura macromolecolare del materiale prodotto: il concetto di macromolecola fu introdotta solo trent’anni dopo grazie all’opera di Hermann Staudinger in Germania e Wallace Carothers in America.
Fino al 1920 per spiegare l’alto peso molecolare dei polimeri naturali e di sintesi era in auge la ‘Teoria micellare’, sviluppata da Graham e Ostwald che ipotizzava l’esistenza dei ‘colloidi’, aggregati di molecole a basso peso molecolare tenute insieme da deboli forze di non-legame (aggregati supramolecolari, diremmo oggi), in modo analogo a come un lungo filo di lana è tenuto assieme dall’aggrovigliamento di fibre corte.
teoria di Harries sulla struttura molecolare della gommaGli alti pesi molecolari stimati mediante le proprietà colligative (abbassamento crioscopico, innalzamento ebulloscopico e pressione osmotica) erano ritenuti una conseguenza di quest’aggregazione.
Anche sulla struttura della gomma naturale il dibattito era molto intenso, veniva stimato un peso molecolare M>100 000 uma (oggi sappiamo che il peso molecolare medio della gomma naturale è di circa 5·105).

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Insieme al polipropilene la rivoluzione della plastica a firma italiana compie 60 anni

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

11 marzo 1954, Giulio Natta e i suoi collaboratori scoprono il polipropilene isotattico: il primo e più importante polimero stereoregolare di sintesi.  Oggi, il polipropilene compie sessanta anni ma…  ne mostra venti, sempre giovane e al centro di un’intensa attività di ricerca.

conformazione della catena di polipropilene isotattico

conformazione della catena di polipropilene isotattico

Come si arrivò alla sua scoperta che apparve sin dall’inizio come rivoluzionaria? Quali furono le intuizioni, gli imprevisti incontrati, la logica seguita e il contesto storico che ne rese possibile ’l’invenzione’?
In Natura, o meglio, tra i viventi, i polimeri stereoregolari sono la norma. Infatti, il requisito di una ben determinata stereochimica è indispensabile affinché le macromolecole biologiche possano svolgere la loro funzione biochimica.  Ecco allora che la gomma naturale (presente nel lattice di innumerevoli piante, con la funzione di antiparassitario) è poliisoprene-1,4-cis (rigorosamente cis…).   La cellulosa è un polisaccaride in cui il glucosio è legato mediante specifici legami 1,4-β-glicosidici (che ce lo rendono non commestibile…). Invece, nell’amilosio il glucosio è concatenato mediante legami 1,4-α-glicosidici (che ce lo rendono appetitoso…). Le stesse proteine soddisfano una rigorosa stereochimica che impone legami peptidici di tipo trans e amminoacidi di tipo L…Tutto ciò è il risultato di una specifica attività enzimatica, patrimonio esclusivo dei viventi.

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Non è tutta neve quella che luccica

di Felicita Quagliozzi

fiocco di neve: immagine fotografica e poesia

Il più crudele dei mesi sarà anche aprile per il poeta ma, per chi un po’ ne mastica di chimica, il titolo spetta a dicembre.  Solo a dicembre ho udito perle come: “Papà, perché spargono il sale sulla strada?” “Perché il sale sciogliendosi scalda, vedi che quando si butta in pentola l’acqua bolle di più?”. Oppure: “Mamma, guarda che luci…” ”Sì, mi piace tanto il neon!” ”E cos’è?” ”Una roba fosforescente”. O anche, a un cenone: “I carboidrati danno energia perché sono lo stesso degli idrocarburi!”. La botta vera però viene dal freddo. Non quello addosso: il cappotto basta. Ma dalla bufera di sedicenti fiocchi di neve con un numero di punte impossibilmente vario: quattro, cinque, sette, otto, nove, undici… e qualche volta, che sollievo, anche sei.

Nell’inconscio di chi progetta bigliettini, addobbi, luminarie, chiudipacco, carta regalo, cotillon all’uncinetto, i fiocchi di neve devono essere pressappoco uguali alle stelle. E siccome le seconde si rappresentano con punte ad libitum, dato che in realtà non ne hanno proprio — stavo per toscaneggiare: non ne hanno punte, ma temevo di sparire in un paradosso spaziotemporale — anche coi fiocchi si lascia la fantasia al potere. E la fantasia digiuna di chimica genera sovra- o sotto-gugliati mostriciattoli.  

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Composizione chimica e funzionalità dei cosmetici per i capelli

di Michele Suman
Articolo partecipante alla 1° ed. del concorso Parlar di Chimica
Titolo originale: “Ma che razza di polimeri vi siete messi in testa???”

capigliatura

Fig. 1

Quante volte vi siete alzati dal letto e guardandovi allo specchio avete notato ciuffi di capelli ribelli che si rifiutavano di obbedire ai colpi del pettine?  Da decenni oramai la chimica ci ha messo a disposizione un sacco di prodotti capaci di risolvere in pochi attimi questo piccolo problema quotidiano; essi consentono agli stilisti del capello le più stravaganti pettinature [Fig.1], per forme e\o per colori, sia per le signore che per i ragazzi, notoriamente attentissimi a seguire le mode del momento.   Ma vi siete mai chiesti letteralmente: “Cosa vi siete messi in testa???!!!”

Bene, cominciamo con il capire meglio cosa in testa abbiamo già, ovvero di che cosa sono fatti i nostri capelli, osservando questo breve elenco:
acqua (contenuto variabile dal 10 al 30% in peso a seconda delle condizioni climatiche cui si trovano sottoposti)
cheratina (proteina ottenuta dalla combinazione di diversi aminoacidi quali cisteina, cistina, acido glutammico, arginina, serina, glicina, tretionina, valina, leucina e isoleucina)
grassi (quali trigliceridi, cere, colesterolo, fosfolipidi, squalene)
minerali (zinco e rame – fondamentali per l’attivazione dei processi di crescita, magnesio – prevalente nei capelli scuri, ferro – prevalente nei capelli rossi, piombo – prevalente nei capelli castani)
melanina (che si trova nella corteccia ed è fatta da miscele di polimeri ed enzimi in una complessa matrice proteica)

Quando si parla di forma dei capelli modificata in modo duraturo con metodi chimico-fisici si intende indicare la cosiddetta “permanente a caldo”.   

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Gli insetticidi, dal DDT alla lotta biologica: una grande sfida per la chimica

di François Burgay
Articolo partecipante alla 1° ed. del concorso Parlar di Chimica

applicazione di insetticidi in fruttetoINTRODUZIONE

Prevenire, distruggere, respingere o controllare organismi non desiderati.   Questo è il ruolo dei pesticidi i quali stanno diventando sempre più importanti in un mondo che conta più di 7 miliardi di persone.   Come sarebbe possibile sfamare tutta la popolazione umana prescindendo dal loro utilizzo?
Sulla base di questi presupposti illustreremo come e dove agiscono gli insetticidi e quali sono le sfide per il futuro. Nell’impossibilità di elencare e di descrivere tutte le classi di pesticidi esistenti, abbiamo selezionato quelle più conosciute e famose in una scelta del tutto arbitraria.

 

I BERSAGLI DEGLI INSETTICIDI

Immaginiamo una serie di canali, uno in fila all’altro, costituiti da una vasca iniziale che prelude a un percorso intervallato da numerose dighe che si aprono e si chiudono in modo da lasciare defluire l’acqua.   All’origine di questi canali abbiamo una cascata (l’impulso nervoso) che, quando serve, riempie d’acqua la prima vasca che entra nel canale (assone) e, grazie alla presenza delle dighe (pompe sodio-potassio), lo attraversa fino alla fine.   Qui si trovano degli operai (acetilcolina) che, muniti di secchi, prendono l’acqua e, dopo un breve tratto, la riversano nella vasca successiva (acetilcolinesterasi).

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