materiali

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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Il sughero: un materiale naturale dalle proprietà sorprendenti

di Vincenzo Villani e Vito Lavallata

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

sughero e tappo di sughero Il sughero è un materiale molto diffuso e a tutti ben noto, ma non altrettanto ben conosciuto. L’uso che lo rende tanto comune è quello di sigillare bottiglie di vino, spumante, …, e nel periodo natalizio di risultare essenziale per la realizzazione del presepe. Ma il sughero è molto di più: la sua struttura microscopica e composizione è sorprendente, rendendolo campione di isolamento meccanico, acustico, termico ed elettromagnetico. In passato è stato largamente utilizzato per questi scopi e oggi viene riproposto, assieme a materiali polimerici di sintesi, in compositi dalle alte prestazioni tecnologiche.
Dal punto di vista microscopio è detto “materiale cellulare”, cioè costituito da una moltitudine di cellette simili all’alveare delle api. Le sue proprietà isolanti sono dovute alla capacità di dissipare energia, rendendolo quindi adatto a insonorizzare un ambiente, ad assorbire le vibrazioni di un motore, a coibentare degli apparati, e così via.

cataste di sughero grezzo appena raccolto

cataste di sughero grezzo appena raccolto

Con il termine ‘solidi cellulari’ si indicano quei materiali costituiti da un insieme di celle ovvero spazi contenenti gas delimitati da facce solide o da soli spigoli. Si tratta dunque, generalmente, di sistemi bifasici, tant’è che si può pensare ai materiali cellulari come ‘compositi’ costituiti da solido e gas.

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L’ottica non lineare ed i materiali a suo supporto

di Giuseppe Alonci

tecnologie basate sull'ottica non lineare nel laser di un Blu-Ray

tecnologie basate sull’ottica non lineare nel laser di un Blu-Ray

Molte delle tecnologie che ci circondano sono legate, a vario titolo, all’ottica e ai fenomeni ottici. Non parlo solamente di lenti, occhiali e binocoli, ma anche di strumenti modernissimi, come laser, fibre ottiche, satelliti, microscopi, ma anche televisori, schermi LCD o i banali lettori CD-DVD.  Lo stesso premio nobel per la fisica 2014 è stato assegnato a Akasaki, Amano e Nakamura per i loro lavori pioneristici su i primi LED a luce blu. Dagli sviluppi dell’ottica dipenderà fortemente la nostra tecnologia futura: usare i fotoni per trasmettere informazioni, invece degli elettroni, renderà i computer quantistici del futuro delle macchine dalle potenzialità immense.
Ma tra le varie branche che costituiscono l’ottica, particolare importanza sta acquistando negli ultimi anni la cosidetta “ottica non-lineare”, che oggi trova spazio in infinite tecnologie, dai blu-ray ai dispositivi medicali, e che è l’argomento principale di questo articolo. Ma prima di potervi mostrare le infinite potenzialità di una disciplina così complessa è necessario fare una piccola introduzione sulla natura della luce e sul concetto di non linearità.
La natura della luce è sempre stata un dilemma che ha contrapposto scienziati tra i più illustri.

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alla ricerca delle sostanze pure …nella chimica di casa (1° parte)

SOSTANZE SINGOLE E MISCELE IN NATURA ED IN CASA

chimica per la casa

Tanto nella nostra vita domestica quanto nel mondo “la fuori”, quello cosiddetto naturale, sono tutto sommato una netta minoranza i materiali chimicamente puri sui quali ci può capitare di mettere le mani.    Non sto parlando di purezza nel senso si assenza di contaminazioni ed impurità: in questo contesto con l’espressione puro intendo semplicemente parlare di sostanze chimiche singole, non in mescolate con altre.

In effetti tanto nel mondo biologico quanto in quello minerale, giusto per citare i due grandi filoni di appartenenza della materia non trasformata dall’uomo, quanto nel mondo dei prodotti sintetizzati o per lo meno “assemblati” dall’uomo, quello che si riscontra nella stragrande maggioranza dei casi sono soluzioni a più componenti, miscugli di sostanze fra loro immiscibili o, nei casi più complessi, addirittura compartimentazioni di miscele a loro distribuzione non uniforme dei minerali costituenti la roccia granitovolta complesse e spesso potenzialmente capaci di reagire le une con le altre, come capita nel caso-limite dell’organizzazione della cellula.
Nel mondo minerale i materiali in assoluto più diffusi sono certamente le rocce, che possono essere in qualche modo descritte come aggregati eterogenei, in pratica miscugli di sostanze chimiche virtualmente pure, i minerali appunto, che formano aggregati solidi di tipo cristallino, strettamente coesi gli uni con gli altri (vedasi gli esempi delle diverse qualità, dovute a differenti composizioni dei loro minerali costituenti, dei graniti riportati in figura).

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dall’orsetto di peluche alla ricerca pura: una e infinite storie di chimica

morespace

Il peluche della tua infanzia. Ricordi ancora i suoi occhi neri e profondi di una plastica senza nome, ed il suo pelo che profuma ancora di ricordi.
Pensavi a lui come a un compagno, un amico fedele: rimembri ancora la sua espressione, il suo aspetto, il suo odore e la sua morbidezza.    Ti ci vuole un certo distacco, la visione disincantata della maturità, orsetto di pelucheper riuscire a vedere in lui quello che “nonostante tutto” egli è pur sempre: un oggetto, fatto di qualcosa.   Non di sogni e polvere di stelle, ma di materia, ovvero sostanze chimiche. Ne più ne meno di noi.
Quando da bambino scopri attraverso un buchino aperto nella cucitura della pancia che il tuo orsetto dentro è imbottito di un materiale misterioso ed alieno, ti senti preso da un misto di incredulità ed orrore.   E ti domandi: oddio, cosè sta roba?

Questo materiale di riempimento può essere composto da gommapiuma: questo è il nome comune (in realtà brevettato) dato al poliuretano espanso: un materiale polimerico sintetico, sostanzialmente una plastica flessibile e ricchissima di pori.    Poco importa se l’azienda che ha confezionato il peluche l’ha comperata in grandi fogli arrotolati e se l’è poi triturata in casa, oppure se l’ha acquistata già sminuzzata in frammenti: qualcun altro, in precedenza e da qualche altra parte, deve avere prodotto questo poliuretano e per produrlo ha fatto ricorso ad una reazione chimica.  

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