Diapositiva 1 - Docenti.unina

SICSI VII CICLO
CHIMICA DEGLI ELEMENTI
NELL’AMBIENTE
PROF. ANDINI
La lezione può essere proposta ad una seconda classe di un istituto
tecnico. In particolare la lezione si colloca all’interno della
trattazione degli elementi della tavola periodica.
PREREQUISITI
1. La costituzione e proprietà della
materia; gli stati della materia ed i
passaggi di stato
2. Le proprietà periodiche
3. Differenza tra molecole organiche e
inorganiche
4. Tipologie e proprietà dei legami
5. Definizione del numero di
ossidazione
6. Che cosa è una reazioni chimica
7. Definizione degli acidi e delle basi
OBIETTiVI
1. Le proprietà del Silicio
2. I principali composti contenenti il
silicio
3. I principali impieghi dei composti
silicei
Il silicio (25.7% in peso) è l’elemento più abbondante della crosta terrestre dopo
l’ossigeno (45.5%); questi due elementi assieme costituiscono i 4/5 di tutti gli
atomi presenti sulla superficie del pianeta.
Il silicio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi
che ha come simbolo Si e come numero atomico il 14. E’ un
metalloide del IV gruppo.
Un po’ di storia …
Il silicio fu isolato per la prima volta nel 1824 dal chimico svedese Berzelius che aveva
seguito il consiglio del grande chimico francese Lavoisier il quale, avendo studiato il
quarzo, affermò che era composto da un elemento molto importante.
Na2SiF6 + 4Na
6NaF + Si
Ma il silicio non ha trovato alcun utilizzo fino alla fine del secolo scorso quando il
Mendeleyer ha scoperto che, se unito al ferro, sviluppava proprietà magnetiche e così è
stato impiegato per gli elettromagneti e trasformatori. Da quel momento in poi è stato
prodotto chimicamente in una forma ragionevolmente pura, pari forse al 98%".
Caratteristiche
Nella sua forma cristallina, il silicio ha colore
grigio e una lucidità metallica
nella forma amorfa quella di polvere marrone.
E’ l’elemento elettropositivo più abbondante della crosta terrestre.
Ha le proprietà fisiche dei metalloidi.
Anche se è un elemento relativamente inerte, reagisce con gli alogeni e gli alcali
diluiti, ma la maggior parte degli acidi (tranne l’acido fluoridrico), non lo
intaccano.
E’ un buon conduttore di elettricità e la sua conducibilità aumenta con la
temperatura.
Isotopi
Isotopo
28Si
29Si
30Si
@ In generale si intende per isotopi, atomi dello stesso
elemento che presentano massa differente. Sono chiamati
in questo modo perché occupano lo stesso posto nella
Tavola periodica.
Percentuale in peso (%)
92.23
4.67
3.10
Oltre a questi isotopi naturali stabili, sono noti vari isotopi artificiali radioattivi .
Produzione
Il silicio viene preparato commercialmente tramite riscaldamento di silice ad
elevato grado di purezza, in una fornace elettrica usando elettrodi di carbonio.
A temperature superiori a 1900°C, il carbonio riduce la silice in silicio secondo
l'equazione chimica
SiO2 + C → Si + CO2
Il silicio liquido si raccoglie in fondo alla fornace, e viene quindi prelevato e
raffreddato.
Il silicio prodotto tramite questo processo viene chiamato silicio di grado
metallurgico(MGS) ed è puro al 98%.
Il silicio non si trova mai come tale, ma sempre combinato con l’ossigeno come
ossido SiO2 comunemente chiamato silice (sabbia, quarzo)
o silicato (argilla, granito, asbesto, mica ecc.).
o alluminosilicati
(composti contenenti
Si, O e metalli)
Silice
Lo stato fisico più comune in natura è quello solido cristallino, in minerali come il
quarzo e i suoi polimorfi,
Cristobalite
Tridimite
e più raramente quello amorfo, come nell'opale
la silice cristallina è il costituente principale
di diverse rocce sedimentarie
Opale
(ad es. sabbia, radiolariti e quarzareniti).
Talvolta si rinviene cristallizzata da fluidi di segregazione all'interno di rocce
metamorfiche e magmatiche
e all'interno di rocce carbonatiche sotto forma di selce
Selce
La silice della sabbia è un componente principale del vetro
Il vetro comune è costituito quasi esclusivamente da
diossido di silicio (SiO2), silice e dalla sua forma
policristallina, la sabbia.
In forma pura, la silice ha un punto di fusione di circa
2000°C ma spesso durante la produzione del vetro
vengono aggiunte altre sostanze per abbassare questa
temperatura. Una di queste è la soda (carbonato di sodio
Na2CO3) oppure la potassa (carbonato di potassio K2CO3)
che abbassano il punto di fusione a circa 1000°C.
Purtroppo la presenza di soda rende il vetro solubile in
acqua (caratteristica certo non desiderabile), per cui viene
aggiunta anche calce (ossido di calcio, CaO) per ripristinare
l'insolubilità.
Un lento raffreddamento di una massa fusa di
SiO2 o il riscaldamento di una delle forme
solide sino alla temperatura di
rammollimento, dà un materiale amorfo
dall’aspetto vetroso che è proprio un vetro
Silice molto importante per la vita animale e vegetale
Equiseto
Gusci di Diatomee
Radiolari
Graminacee
I silicati sono una classe di minerali composti prevalentemente da ossigeno e silicio
La formula chimica di base comune a tutti è SiO4.
I silicati sono i minerali più diffusi sulla Terra : costituiscono, nelle diverse forme in cui
si presentano - rocce magmatiche, sedimentarie, metamorfiche - più del 90% della
crosta terrestre
Tonalite della Val Nambrone (Tn), una
roccia magmatica intrusiva
Calcare a Bositra buchii, una roccia
sedimentaria caratteristica del
Giurassico
Il silicio è sempre tetraedricamente
legato a quattro atomi di ossigeno ma i
legami hanno considerevole carattere
ionico
Cornubianite di Monte Cadino (Bs), una
roccia metamorfica di contatto
Emimorfite - Sorosilicato
Feldspato - Tectosilicato
Olivina - Nesosilicato
Orneblenda (Anfiboli) - Inosilicato
Berillo - Ciclosilicato
Mica - Fillosilicato
Applicazioni
Il silicio è un elemento molto utile, ed è vitale per molte industrie.
Il diossido di silicio in forma di sabbia e argilla è un importante ingrediente del
cemento
dei mattoni
delle ceramiche
Il silicio è un importante costituente di alcuni tipi di acciaio
Acciaio al Silicio
Acciaio magnetico
Il silicio ultrapuro è un semiconduttore
Può essere drogato con arsenico, fosforo, gallio o boro per renderlo più
conduttivo e utilizzarlo in transistor, pannelli solari e altre apparecchiature a
semiconduttori, che sono utilizzate in elettronica e altre applicazioni ad alta
tecnologia.
R'
|
(-Si-O-)n : polisilossano
|
R‘’
I siliconi sono composti flessibili contenenti legami silicioossigeno o silicio-carbonio; sono ampiamente usati in forma
di gel per impianti artificiali del seno e per le lenti a contatto.
Il carburo
di silicio, chiamato anche carborundum, è
uno dei più importanti abrasivi.
Il Carburundum si sintetizza secondo la seguente reazione redox
SiO2 + 3C  SiC + 2CO
2000°C
Silicio e Alimenti
… nei cereali integrali …
… nella buccia dei frutti …
… nel pane integrale …
… in aglio e cipolla …
… nel cavolfiore …
… nei piselli freschi e fagiolini …
… nei frutti di mare …
Effetti del Silicio sulla Salute
E' presente in piccole quantità, 7 g, nei tessuti della pelle, delle unghie, delle
ossa, nei polmoni, nella trachea, nei linfonodi, nei tendini, nell'aorta.
Si elimina attraverso i reni.
E’ l’elemento base per la crescita e la senescenza
• Contribuisce alla formazione e al mantenimento sano dei tessuti connettivi come
i tendini,
la cartilagine,
vasi sanguigni,
unghie,
la pelle,
i capelli,
in combinazione
Il silicio
è tossico
se inalato,i SILICOSI,
che è le
una
malattia
polmonare
caratterizzata
da
con
il
calcio
rafforza
le
ossa
una eccessiva produzione di collagene nei polmoni, in genere la contraggono i
• Importante
nel può
trattamento
decalcificazione,
minatori
di silicio,
causare ladell'osteoporosi,
formazione di tumori
maligni demineralizzazione
• Alcuni studiosi lo considerano un agente ANTITUMORALE
• E’ utile nella prevenzione delle malattie cardiovascolari: coronaropatie e arteriosclerosi
• Ha un ruolo di controllo nei confronti degli effetti tossici dell'alluminio
• Protegge dal morbo di Alzheimer.
AMIANTO … Cos’è?
L'amianto (o asbesto) è un minerale naturale a struttura microcristallina e di
aspetto fibroso appartenente alla classe chimica dei silicati e alle serie
mineralogiche del serpentino e degli anfiboli.
In greco la parola Amianto significa immacolato e incorruttibile e Asbesto
significa perpetuo e inestinguibile.
L'amianto è presente in natura in diverse parti del globo terrestre e si ottiene
facilmente dalla roccia madre dopo macinazione e arricchimento, in genere in
miniere a cielo aperto.
Per la normativa italiana (decreto legislativo 277/91) sotto il
nome di amianto sono comprese 6 diverse specie
mineralogiche appartenenti a due grandi gruppi: anfiboli
(inosilicati) e serpentino (fillosilicati), e precisamente:
il SERPENTINO (silicati di magnesio), il quale comprende:
•
crisotilo (amianto bianco)
Mg3Si2O5(OH)4
Dal greco: fibra d'oro
gli ANFIBOLI (silicati di calcio e magnesio), i quali comprendono:
•
•
amosite (amianto bruno)
(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Acronimo di "Asbestos Mines of South Africa"
Nome commerciale dei minerali grunerite e cummingtonite
Crisotilo – Cava di San Vittore
crocidolite (amianto blu)
Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2 Dal greco: fiocco di lana
Varietà fibrosa del minerale riebeckite
Riebeckite dal Sud Africa.
Amosite
•
tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2
Dal nome della Val Tremola in Svizzera
•
antofillite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Dal greco: garofano
•
actinolite Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
Dal greco: pietra raggiata
Actinolite
Tremolite
Antofillite
IMPIEGHI DELL'AMIANTO
Industria
Edilizia
Prodotti di uso
domestico
Mezzi di trasporto
come materiale spruzzato per il in alcuni elettrodomestici
materia prima per produrre innumerevoli rivestimento (ad es. di strutture (ad es. asciuga-capelli,
nei freni
manufatti ed oggetti
metalliche,
travature)
per forni e stufe, ferri da
aumentare la resistenza al fuoco
stiro)
isolante termico nei cicli industriali con nelle coperture sotto forma di
alte temperature (es. centrali termiche e lastre piane o ondulate, tubazioni e
termoelettriche,
industria
chimica, serbatoi, canne fumarie, ecc.. in cui nelle prese e guanti da
nelle frizioni
siderurgica, vetraria, ceramica e laterizi, l'amianto è stato inglobato nel forno e nei teli da stiro
alimentare,
distillerie,
zuccherifici, cemento per formare il cementofonderie)
amianto (eternit)
nei cartoni posti in
come elementi prefabbricati sia
genere a protezione degli
isolante termico nei cicli industriali con sottoforma
di
cemento-amianto
impianti di riscaldamento Negli
basse
temperature
(es.impianti (tubazioni
per
acquedotti,
come
stufe,
caldaie, parafiamma
frigoriferi, impianti di condizionamento) fognature, lastre e fogli) sia di
termosifoni,
tubi
di
amianto friabile
evacuazione fumi
schermi
nella preparazione e posa in opera di
isolante termico e barriera antifiamma
intonaci con impasti spruzzati e/o
nelle condotte per impianti elettrici
applicati a cazzuola
nelle guarnizioni
materiale fonoassorbente
nei pannelli per controsoffittature
nelle vernici e mastici
"antirombo"
nei pavimenti costituiti da vinilamianto in cui tale materiale è
mescolato a polimeri
nella coibentazione di
treni, navi e autobus
come sottofondo di pavimenti in
linoleum
La semplice presenza di amianto in un edificio
comporta rischi per la salute?
ASSOLUTAMENTE NO!!!
L’amianto è pericoloso
solo in caso di:
• deterioramento
• insufficiente manutenzione
• danneggiamento volontario
L'amianto è costituito da fibre che hanno la caratteristica di dividersi longitudinalmente, per cui
mantiene questo suo aspetto fino alla dimensione di alcuni centesimi di micron.
Per questo è così pericoloso se inalato, infatti può entrare in profondità negli alveoli
polmonari. L'amianto è pericoloso solo quando le fibre di cui è composto vengono inalate.
L'amianto non emette radiazioni o gas tossici.
Quali sono gli organi colpiti?... E gli effetti
prodotti dall’esposizione ad amianto?
Gli organi – bersaglio principali sono:
• i polmoni
• la pleura
Silicon Valley
Silicon Valley, in italiano "valle del silicio", è il nome corrente, coniato nel 1971
dal giornalista Don C. Hoefler, per indicare la parte meridionale della San Francisco
Bay Area. Fu chiamata "Silicon" per la fortissima concentrazione di industrie legate ai
semiconduttori e ai computer, basati sul silicio, e "Valley" dal nome della Santa Clara
Valley