Brembilla Simone 5 A CHI Anno Scolastico Ne abbiamo pieni i POLMONI

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1 Brembilla Simone 5 A CHI Anno Scolastico Ne abbiamo pieni i POLMONI 1

2 INDICE: -Mappa concettuale pag 3 -Introduction pag 4 -Danni dell inquinamento pag 6 -L inquinamento ieri -Le rivoluzioni industriali ed Il positivismo pag 7 -L inquinamento oggi -La petrolchimica pag 14 -purificazione iniziale,inizio lavorazioni pag 15 -ulteriore purificazione e Diagramma di Francis pag 16 -Cracking termico,steam cracking pag 17 -Cracking catalitico,reforming pag 18 -Alcune analisi sull aria -Materiale particellare pag 19 -Monossido di carbonio pag 20 -Anidride solforosa pag 22 -Composti organici volatili pag 24 -Normative pag 25 -Protocollo di Kyoto pag 27 -Bibliografia pag 29 2

3 Introduction Petrolchimica Normative e Protocollo di Kyoto Rivoluzioni industriali e positivismo Particelle in sospensione Gravimetria Danni dell inquinamento ANALISI SULL ARIA CO Iodometria SO2 Spettrofotometria VOC Gascromatografia 3

4 Introduction: air pollution: the accumulation of harmful substances in the atmosphere Breathing is really vital for human beings and all living things as well. The gas which we breathe is called AIR, where we take Oxygen from. Air isn t composed only of Oxygen (~21%), in fact it contains several other gases as shown below: Chemical Composition Of The Air gas Chemical symbol % in volume Molecular weight (g/mol) Nitrogen N Oxygen O Argon Ar Carbon dioxide CO Neon Ne Helium He Methane CH Krypton Kr Hydrogen H Xenon Xe Chemical Composition Of The Air O2 Ar Altro N2 O2 Ar Altro N2 4

5 The air around us can become polluted as a result of our own activities as well as due to natural disasters which have a destructive effect at almost every level into the environment. When coal is burnt gases and smoke are produced; they can make the air we breathe dirty, unpleasant and poisonous. Sulphur dioxide from power stations still pollutes city air so do exhaust fumes which contain carbon monoxide and oxides of nitrogen, invisible gases, with lead as the most dangerous because of its tiny particles. Even small amounts can affect the brain and the nervous system of people, with children particularly vulnerable. There are some effects of air pollution on the environment, like: Ozone Depletion, which is the destruction of Ozone(O3) Layer, allows more ultraviolet radiation to reach the Earth; Greenhouse Effect: some long wave radiations, emitted from Earth s surface, are absorbed by greenhouse gases and re-emitted to the earth; Photochemical Reactions: in the presence of sunlight, reactions between volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NO2) can lead to the formation of smog (SMOKE + FOG); Acid Rain is the release of acid substances into the atmosphere; these substances will eventually fall on the Earth in form of precipitations; We can prevent these serious problems in different ways; like walking, biking more and driving less just to mention some; using less products coming from air-polluting factories, recycling and using renewable energy sources, namely Solar Panels, Wind Turbines, Hydropower, Geothermal Energy, etc 5

6 DANNI DELL INQUINAMENTO -Danni sull ambiente: L impatto che l inquinamento provoca sull ambiente è di notevole importanza; in base agli agenti inquinanti si può classificare l impatto in locale, nazionale, continentale o planetario (in base alla vastità della zona colpita dall agente inquinante emesso). Alcune tipologie di inquinamento dell aria sono: -Piogge Acide: alcuni composti a base di zolfo e azoto, liberati nell atmosfera, venendo a contatto con l acqua presente in essa si trasformano in acidi e ricadono sulla terra creando notevoli danni, soprattutto sulla vegetazione. -Buchi dell Ozono (O3): l ozono è presente nell atmosfera e funge da schermo per le radiazioni UV dannose del sole; in questi ultimi anni, però la quantità di ozono è diminuita a causa dell emissione nell atmosfera di alcuni agenti inquinanti (esempio i CFC) che distruggono le molecole d ozono. Conseguenza diretta di ciò è l arrivo sulla terra di molte più radiazioni UV. -Effetto Serra: è un fenomeno naturale grazie al quale non sarebbe possibile la vita sulla Terra; alcuni gas (per esempio CO2) contribuiscono a mantenere la giusta temperatura sul nostro pianeta. Ultimamente l uomo introduce nell atmosfera quantità sempre più elevate di gas ad effetto serra e ciò provoca il surriscaldamento del pianeta con conseguenze di notevole interesse: scioglimento dei ghiacciai, aumento delle zone aride, diminuzione delle terre emerse, etc... -Danni sull uomo: L esposizione prolungata a questi agenti inquinanti, provoca effetti dannosi anche sull uomo, soprattutto nei bambini. Si riscontra infatti, nelle persone che abitano in zone molto inquinate, l aumento delle malattie polmonari e cardiovascolari; anche il numero di decessi per queste malattie è in costante aumento. Per tutelare la popolazione sono stati messi dei limiti di emissioni, ma spesso non vengono rispettati. 6

7 L INQUINAMENTO IERI Le rivoluzioni industriali e il positivismo Come è stato già precedentemente affermato, i danni che l inquinamento dell aria provoca sull ambiente e sull uomo sono molteplici. Questo può essere causato da diversi fattori, raggruppati principalmente in 2 categorie: -Fenomeni naturali, come eruzioni vulcaniche e terremoti che liberano nell aria diversi gas e sostanze tossiche; -azioni umane, come la produzione industriale senza controllo, l utilizzo eccessivo di carburante, etc Mentre i primi influiscono minimamente e sono da sempre presenti sulla Terra, i secondi influiscono notevolmente sulla qualità dell aria del nostro pianeta e sono diventati un serio problema a partire dalle rivoluzioni industriali. Con il termine di rivoluzione industriale si intende un processo di evoluzione economica della società che dal prediligere un sistema agricolo-artigianalecommerciale porta allo sviluppo di un sistema industriale, caratterizzato dall'uso di macchine e nuove fonti energetiche (ad esempio i combustibili fossili), il tutto permesso dall'innovazione tecnologica; essa porta anche a uno sviluppo di carattere socio-culturale. Inoltre il termine rivoluzione non sta ad indicare un cambiamento repentino ma identifica il carattere irreversibile e radicale. Con la prima rivoluzione industriale si fa convenzionalmente corrispondere l inizio di una nuova età, quella contemporanea, caratterizzata dall uscita dalla penuria alimentare e dalla povertà (nei paesi industrializzati e in quelli da essi dipendenti). 7

8 Alla fine del 600 l Inghilterra aveva molte caratteristiche comuni a tutti gli altri stati europei, quali: attività economica basata principalmente sull agricoltura, attività industriali su scala domestica, dove l unità produttiva era la famiglia, la produzione era pressoché finalizzata all autoconsumo poiché la popolazione era dispersa nelle campagne e le vie di comunicazione erano scarse. Nella seconda metà del 1700 però iniziò a differenziarsi dal resto d Europa incrementando la popolazione, sviluppando le tecniche agricole e il commercio. Quest ultimo, in particolare, è stato fondamentale per l industrializzazione, poiché, grazie al commercio d oltremare, non solo si facilitarono le esportazioni ma anche le importazioni, soprattutto di cotone grezzo (nascita dell industria tessile); importante fu anche la rivoluzione agricola, con il fenomeno delle enclosures, della privatizzazione delle terre comuni e con lo sviluppo di nuove tecniche agricole. Anche le vie di comunicazione migliorarono con l espansione dei canali navigabili (per il trasporto di materie prime) e di nuovi sistemi di pavimentazione che rendevano percorribili le strade anche durante la cattiva stagione; inoltre, a seguito dell aumento della disponibilità di cibo, aumentò anche la natalità, diminuì la mortalità, si abbassò l età media del matrimonio e aumentarono i matrimoni stessi, portando ad un notevole incremento demografico. Nella rivoluzione industriale non fu molto importante l invenzione (scoperta di una tecnica) ma l innovazione (la sua applicazione); i principali settori innovativi furono quelli delle macchine utensili e della generazione di forza motrice (Macchina a vapore, James Watt-1769), dell estrazione e lavorazione delle materie prime. Nel settore tessile fu inventata e applicata la navetta volante (John kay-1733) ed in seguito il telaio meccanico (Edmund Cartwright-1787). Con l invenzione della locomotiva più perfezionata (George Stephenson) venne costruita un efficiente rete ferroviaria nazionale in Gran Bretagna e la locomotiva divenne simbolo del progresso, stimolando il commercio e la produzione siderurgica. 8

9 Grazie all introduzione di tutti questi macchinari, costruiti in ferro, si sviluppò anche l industria siderurgica introducendo anche nuove tecnologie, per esempio il puddellaggio (ossigenazione del carbonio e rimescolamento) ottenendo così metalli più duttili e malleabili. La lavorazione di questi metalli richiedeva fonti di calore; inizialmente fu utilizzata la legna, in seguito il carbone. Quest ultimo però favorì l inquinamento delle zone circostanti; simbolo di ciò, il caso della farfalla Biston Betularia che nelle regioni industriali dell Inghilterra diventò nera, perdendo il suo originario colore bianco: esso era un arma di difesa, poiché le rendeva difficili da individuare da parte dei predatori, una volta appoggiate sulla corteccia della betulla. Nelle zone limitrofe alle fabbriche, la corteccia delle betulle divenne di colore nero e ciò rendeva facilmente visibili queste farfalle che, come arma di difesa mutarono il loro corredo genetico sino a diventare anch esse nere, per favorire la mimetizzazione. Prese piede inoltre la cotoneria poiché la sua lavorazione industriale si basava su tecnologie innovative, ma di costo limitato e non serviva manodopera specializzata (potevano lavorarlo tutti, bambini compresi); infine i prodotti potevano essere venduti a basso costo e quindi anche alla popolazione con un basso reddito. Il lavoratore divenne così un operaio salariato e abbandonò tutte le altre attività (compresa quella agricola) (urbanesimo); inoltre cominciò ad eseguire solo l operazione parziale affidatagli, semplificata, di un prodotto finito complesso. L avvento del sistema di fabbrica impose condizioni di lavoro durissime; 12/16 ore giornaliere, sfruttamento anche di donne e bambini, occupazione precaria, nascita e diffusione più rapida di alcune malattie. Nacque il luddismo (da Ned Ludd, giustiziato nel 1779 per aver distrutto il telaio su cui lavorava), artigiani che, in segno di protesta, distruggevano le macchine introdotte nel settore tessile dagli imprenditori. Nel 1812 venne introdotta la pena di morte contro i Luddisti che lasciarono il posto a nuove forme di protesta organizzate, che cercavano la legalizzazione da parte dello stato; Nel 1824 vennero legalizzate e nacquero così le Trade Unions, nucleo originario di un movimento sindacale. 9

10 Al concetto di ceto, legato alla posizione occupata per nascita, si venne sostituendo quello di classe, definito in rapporto al ruolo svolto nel processo produttivo; l antagonismo tra aristocratico e popolo veniva soppiantato così da quello tra borghese e proletario. La rivoluzione industriale non prese piede, inizialmente, nel resto dell Europa perché essa era basata su un agricoltura arretrata ed i cambiamenti si limitavano al perfezionamento di tecniche già note; questa, inoltre, era legata a lenti trasporti e ad alte barriere doganali. Tuttavia, ci fu un incremento demografico, dovuto al calo della mortalità. Un altro fattore di crescita della società europea furono le innumerevoli scoperte in vari ambiti: Carnot in termodinamica, Farady sui campi magnetici, Liebig in chimica organica; la scoperta applicata maggiormente fu la macchina a vapore, come strumento di locomozione e trasporto. A partire dagli anni 30 del XIX secolo, le conseguenze della rivoluzione industriale attecchirono anche in Europa, fino a causare una crisi di sovrapproduzione nel 1873 che portò ad un calo dei prezzi e quindi ad un maggior potere d acquisto da parte dei lavoratori salariati; questa era la conseguenza dello sviluppo di questi anni che portò ad una costante diminuzione dei costi di produzione. Per contrastare questo calo dei prezzi, numerosi paesi (prima fra tutti la Germania) vararono nuovi dazi, fortemente protezionistici (nell intento di proteggere la produzione nazionale). Solo l Inghilterra restò estranea al protezionismo, mantenendo la politica del liberismo (del libero scambio), che fino ad allora le aveva portato benefici; diminuirono così i suoi sbocchi commerciali e vide svilupparsi l industria tedesca e quella americana, sino a superare quella inglese. Il calo dei prezzi si fece sentire in tutta Europa, soprattutto nel settore agricolo, anche a causa dello sviluppo dei trasporti negli Stati Uniti che permise loro il commercio d oltremare di prodotti alimentari a prezzi competitivi. Conseguenza immediata fu l emigrazione verso le aree industrializzate, soprattutto in America del Nord. 10

11 Accanto a queste situazioni però, in questi anni ( ) vi fu l applicazione di numerose scoperte scientifiche ai vari campi dell industria. Per esempio nell industria siderurgica si svilupparono nuovi metodi di produzione dell acciaio che consentirono di produrre più materiale con minor costi e trovò applicazione in diversi ambiti: soppiantò il ferro nei binari del treno, venne utilizzato per le corazze delle navi da guerra etc Nell industria chimica: vennero prodotti saponi, coloranti, le prime fibre tessili artificiali e soprattutto la soda caustica e l acido solforico (reagenti intermedi di alcune lavorazioni). Nell industria alimentare, per la conservazione del cibo fu introdotta la sterilizzazione e le prime tecniche di refrigerazione. Nell industria farmaceutica, vennero sintetizzati nuovi farmaci (Aspirina). Venne inoltre utilizzata l elettricità come fonte di energia; Thomas Edison inventò la lampadina che, sfruttando l energia elettrica, permetteva l illuminazione artificiale. Infine vi fu l invenzione del motore a scoppio che, sfruttando la combustione di un distillato del petrolio (benzina o nafta-diesel), generava abbastanza lavoro da poter muovere un automobile; In generale si distinguono 2 rivoluzioni industriali (Anche se alcuni studiosi, indicano con il termine di "terza rivoluzione industriale", l'introduzione massiccia dell'elettronica delle telecomunicazioni e dell'informatica nell'industria e si fa partire convenzionalmente nel 1970): 1. La prima, sviluppatasi prevalentemente in Inghilterra nel XVIII secolo, fondata sull'utilizzazione della macchina a vapore, sulla diffusione delle fabbriche tessili per la lavorazione del cotone proveniente dalle colonie, sulle industrie metallurgiche per la produzione di ghisa, sulla costruzione delle prime reti di trasporto ferroviario; 11

12 2. La seconda, sviluppatasi in tutta Europa alla fine del XIX secolo, caratterizzata da altre e più avanzate innovazioni tecnologiche e scientifiche; vennero scoperte e applicate nuove fonti di energia, come il petrolio e l'elettricità, che permisero di realizzare il motore a scoppio e il motore elettrico per generare forza motrice (ora le industrie potevano sorgere dovunque e non solo in prossimità dei giacimenti di carbone); inoltre si svilupparono altri settori come: il chimico (coloranti tessili e prime sostanze plastiche), il farmaceutico (creazioni di nuovi medicinali sintetici), il siderurgico (largo impiego dell'acciaio come materiali da costruzione). Tutte queste invenzioni furono causa e conseguenza della nascita di una nuova corrente di pensiero, il positivismo, che ebbe ricadute in ambito letterario nel naturalismo (soprattutto in Francia) e nel verismo (in Italia). Si venne a creare un circolo virtuoso, dove l effetto della causa era la causa stessa; in altre parole con lo sviluppo della scienza nacque una fiducia di fondo nel progresso che permise l invenzione e l innovazione di nuove tecniche di produzione che, a loro volta, consolidarono la fiducia nella scienza che, a sua volta, permise lo sviluppo di ulteriori tecniche scientifiche, e così via. Il positivismo si sviluppò in un periodo di pace, la Belle Époque, tra la fine del 1800 ed il 1914 (con l avvento della Grande Guerra). In questo clima di pace, è stato possibile un notevole sviluppo tecnologico e scientifico con la conseguente acquisizione di una fiducia di fondo nel progresso. 12

13 In questa corrente di pensiero vengono riprese le teorie di due personalità: -Charles Darwin, uno scienziato inglese che scrisse l origine della specie (1859); in essa teorizzava che tutti gli esseri viventi a contatto con l ambiente trasformano le caratteristiche biologiche trasmesse ereditariamente al fine della sopravvivenza e le specie inadatte vengono eliminate; questa teoria viene ripresa per legittimare il colonialismo e la ricerca della ricchezza da parte della borghesia -Auguste Comte, personalità di spicco del Positivismo, filosofo francese che scrisse Corso di filosofia positiva. In esso afferma che l umanità e ogni settore della conoscenza umana passano attraverso tre stadi: -Stadio Teologico, dove i fatti vengono giustificati dall intervento di forze sovrannaturali; -Stadio metafisico, dove i fatti sono spiegati attraverso ragionamenti astratti e deduttivi; -Stadio scientifico o positivo, dove la conoscenza dei fatti viene acquisita attraverso l osservazione dei fenomeni, la loro misurazione e la loro verifica sperimentale (metodo scientifico). Comte afferma però che non è possibile conoscere nulla circa la metafisica e la teologia, in quanto affrontano problemi appartenenti ad un mondo che non potrà mai essere osservato. L unico stadio che può arrivare alla conoscenza della realtà, del fenomeno, è quello positivo e si viene quindi a creare un rapporto tra scienza e progresso. 13

14 L INQUINAMENTO OGGI La petrolchimica Come abbiamo già visto, nella prima rivoluzione industriale l inquinamento era dovuto solamente alle nascenti industrie che sfruttavano il calore prodotto dalla combustione del carbone; durante la seconda rivoluzione industriale, nascono le prime automobili ma rimangono pressoché acquistabili solo da un ristretto numero di persone. Attualmente, le industrie si sono munite di filtri e metodi di abbattimento, delle sostanze di scarto tossiche o dannose, sempre più efficaci. Ora il problema dell inquinamento non riguarda più solamente le industrie, ma in primo luogo le autovetture; nei centri maggiormente urbanizzati, con un alta densità di popolazione, l inquinamento prodotto dai trasporti raggiunge anche il 70% dell inquinamento totale. I motori a scoppio utilizzano la combustione di un derivato del petrolio (in genere benzina, gasolio, GPL o metano) per produrre lavoro. Il petrolio appena estratto è di colore nero, denso ed oleoso; al suo interno sono disciolti degli idrocarburi gassosi. Può essere diviso in vari tagli, in base al peso molecolare degli idrocarburi che li compongono: 1) gas incondensabili (CH4, H2, etano ed etilene); 2)GPL (Gas Petrolio Liquefatti) (C3-C4) che compressi liquefanno; 3)Benzine (C5-C10); 4)cheroseni (C10-C12); 5)gasoli (C12-C20); 6)oli combustibili; 7)oli lubrificanti; 8)oli pesanti; 9)bitume; 10)Coke (struttura esagonale planare simile alla grafite). All aumentare del numero di carboni cresce il punto di ebollizione, la viscosità e la densità (che rimane sempre inferiore a quella dell acqua). 14

15 -Purificazione iniziale Il petrolio appena estratto è impuro (presenta frammenti rocciosi, gocce d acqua in emulsione); viene messo in vasche di decantazione, dove i solidi ad alta densità si depositano sul fondo e vengono separati dal petrolio grezzo; quest ultimo poi viene scaldato a T= C, per diminuirne la viscosità e viene immessa al suo interno dell acqua calda, che intrappola le gocce d acqua e viene poi separata per differenza di densità. -Inizio lavorazioni: La parte organica viene mandata in una colonna di rettifica (Topping), colonna con molti piatti, riempita fino ad ¼ della sua altezza. Si invia il petrolio Topping preriscaldato dal basso; I vapori, ricchi di componenti bassobollenti risalgono la colonna ed incontrano il liquido, ricco di alto bollenti che scende e si arricchiscono a vicenda (il vapore di bassobollenti ed il liquido di altobollenti) In testa escono i gas incondensabili ed i GPL; dai lati si fanno vari prelievi, inviati poi alle colonne di stripping, dove si invia vapore per eliminare i componenti più volatili ed ottenere così tagli più puri (la benzina viene sottoposta ad un processo di stabilizzazione, una distillazione ma senza vapore (altrimenti non potrebbe più essere utilizzata nei motori a scoppio)). Il residuo dello Stripping viene rinviato al Topping; La coda del Topping, formata dalle frazioni più pesanti del petrolio, subisce una distillazione sottovuoto (Vacuum), per non avere temperature troppo alte che romperebbero le molecole. I tagli ottenuti non soddisfano però le richieste del mercato (per esempio la produzione annua di etilene richiesta è di oltre 100,000,000 di tonnellate); essi, quindi, vengono sottoposti a lavorazioni chimico-fisiche che portano a scissioni molecolari (infatti sono eseguite maggiormente sui tagli pesanti del petrolio). 15

16 -ulteriore purificazione Le reazioni che si eseguono in questi trattamenti sono ad alte temperature ed i catalizzatori utilizzati sono sensibili all avvelenamento di S, N, P, presenti in piccole quantità nel petrolio; inoltre se nei combustibili per autotrazione è presente molto S, si producono SO2, SO3, che sono agenti inquinanti. Per eliminare S, N, P, si utilizza il metodo dell Hydrotreating (idrogenazione); grazie ad un catalizzatore a base di Co e Mb ed all aggiunta di H2 si trasforma NNH3, SH2S, P PH3; I gas prodotti vengono mandati in due docce (la prima con NaOH per abbattere l H2S formando Na2S; la seconda con HCl per abbattere NH3 e PH3, formando NH4Cl e PH4Cl); -Diagramma di Francis E un diagramma che mette in relazione il G f con la Temperatura; all aumentare di quest ultima, aumenta in ogni caso il G f, ma in modo differente; le rette degli idrocarburi saturi hanno pendenza maggiore e quindi si può trovare un punto d intersezione al di sotto del quale sono più stabili i saturi, ma al di sopra di esso gli insaturi e le molecole piccole; Prendendo per esempio etano-etilene: inizialmente è più stabile l etano, ma superando i ~1100 K diventa più stabile l etilene; 16

17 inoltre a questa temperatura, si può vedere anche che l etilene (peso molecolare minore) è più stabile del propilene (peso molecolare maggiore); Su questo grafico si basano le lavorazioni di Cracking; esistono vari tipi di Cracking tra cui termico, Steam Cracking e Cracking catalitico. -Cracking termico: E la scissione delle molecole idrocarburiche ad alte T; la scissione C-C è più facile di quella C-H per via dell energia di legame; il meccanismo è radicalico: vi è la rottura omolitica del legame C-C, con la formazione del radicale; in seguito vi è la β-scissione: la rottura della molecola in β al radicale; infine il distacco di H con la formazione di insaturazione. Si agisce a bassa pressione perché la reazione avviene con l aumento del numero di moli; viene aggiunto vapore acqueo che garantisce la bassa pressione, diluisce gli idrocarburi, inibendo la polimerizzazione e trasporta bene il calore; in base ai prodotti che si vogliono ottenere vi sono principalmente due tipologie di condizioni principali: -Low Severity (T=800 C-produzione di C4) -High Severity (T=900 C-produzione di C2-C3) -Steam Cracking: E il cracking che sfrutta il vapore; avviene principalmente in 3 fasi: -Pirolisi: si utilizzano forno tubi riscaldati a 1000 C, il gasolio viene miscelato con il vapore in rapporto 2:1 (gasolio:vapore); le pareti interne dopo un numero di cicli vanno sottoposte a decoking (lavaggio con vapore e combustione del carbone con aria calda secca, utilizzato anche per la rigenerazione dei catalizzatori); -Quenching: grazie ad un raffreddamento rapido avviene la condensazione degli idrocarburi dal C5 in su (separati poi tra loro con distillazione); I Gas (dal C4 in giù), passano in doccia con NaOH per eliminare CO2 e H2S; in seguito in colonna di adsorbimento con materiale disidratante per togliere l H2O che formerebbe ghiaccio nel passaggio successivo. 17

18 -Frazionamento (Dei gas): si porta il sistema a T= -100 C, in leggera sovrappressione in una torre di distillazione (Demetanatore); in testa esce CH4 e H2; la coda viene separata ulteriormente. Il C2 (etilene) contiene anche etino: vengono mandati in una colonna d idrogenazione con catalizzatore di Lindlar (Pt+CaCO3/BaSO4); infine si separa l etilene dall etano per ottenere etilene puro. -Cracking Catalitico: Temperature non troppo elevate (500 C) grazie all uso di catalizzatori eterogenei (SiO2 e Al2O3); il meccanismo è carbocationico che permette la formazione di ramificazioni (grazie alla trasposizione di gruppi H, -CH3 per formare carbocationi più stabili). Questo cracking forma benzine ad alto numero di ottani (indice della presenza di ramificazioni: 0 n-eptano, 1002,2,4-trimetileptano); un basso numero di ottani innescherebbe la combustione prima del dovuto e ciò diminuirebbe la resa e rovinerebbe il motore; Prima per aumentare il numero di ottani si aggiungeva Pb-tetraetile ma con la combustione formava gli ossidi di piombo (polveri sottili); ora si aggiunge MTBE (metil-terzbutil-etere). Con il Cracking si forma carbone che avvelena il catalizzatore; esso viene eliminato periodicamente col lavaggio con vapore surriscaldato e combustione con aria secca calda. Il catalizzatore può essere disposto in modi diversi: -Letto fisso (3 colonne:1 in esercizio, 1 in lavaggio, 1 in combustione); -Letto mobile (nello stesso reattore si ha una zona di reazione ed una di rigenerazione ed il catalizzatore si sposta in esse); -Letto fluidizzato: il catalizzatore è polverizzato, sospeso nel reagente ed esce con i prodotti; viene separato e rigenerato; (alta superficie di contatto). -Reforming: I processi di reforming sono utilizzati per aumentare le ramificazioni (senza l aggiunta di altre sostanze); il più utilizzato è il reforming catalitico, che avviene a temperature moderate (500 C) con catalizzatori quali zeoliti. Le uniche reazioni che avvengono sono d isomerizzazione. 18

19 ALCUNE ANALISI SULL ARIA -Determinazione del materiale particellare in sospensione nell aria: La determinazione è gravimetrica ed è riferita al volume di aria filtrato; si pesa il filtro prima e dopo il passaggio di aria attraverso esso e, grazie alla differenza di massa, si ricava la quantità di materiale particellare rimasta sul filtro. Il filtro deve avere pori del diametro di 0,4-0,5µm; Per calcolare la concentrazione delle particelle sospese si divide la massa ottenuta per il volume di aria filtrata, ovvero: C = (M-m) / V Dove: -C = concentrazione materiale particellare sospeso in aria (µg / m 3 ) -M = massa del filtro dopo la filtrazione (µg) -m = massa del filtro prima della filtrazione (µg) -V = volume di aria filtrata (m 3 ) Ovviamente la bilancia utilizzata deve avere un alta sensibilità (± 0,02 µg). 19

20 -Determinazione CO in aria Il metodo utilizzato per l analisi del monossido di carbonio in aria è una Iodometria (titolazione indiretta), ovvero si basa sulla liberazione in modo proporzionale, da parte del CO, di iodio molecolare (I2) titolato in seguito grazie a tiosolfato (Na 2 S 2 O 3 ) 0.001N fino a colore giallo-paglierino; a questo punto si aggiunge salda d amido che dà un colore scuro, blu intenso e si titola fino ad incolore. La reazione grazie alla quale si libera iodio è la seguente: 5CO + I 2 O 5 5CO 2 + I 2 Il monossido di carbonio viene fatto gorgogliare in acqua distillata nella quale è disciolto I 2 O 5 e si libera I2. Lo iodio molecolare è molto volatile; per mantenerlo nell ambiente di reazione e titolarlo si aggiunge I - in eccesso: I2 + I - I 3 - I 3 - è solubile in acqua; quando si aggiunge l agente titolante, (Na2 S 2 O 3 ) esso reagisce con I2, spostando l equilibrio verso sinistra e quindi verso la formazione di altro I2. La reazione tra I2 e il tiosolfato è un ossidoriduzione nella quale avviene uno scambio di elettroni; la reazione globale è la seguente: 4S 2 O I2 2I - + 2S 4 O

21 La salda d amido è utilizzata per facilitare la determinazione del punto di viraggio. Per il calcolo della concentrazione di CO si utilizza la seguente formula: C = N V1 PE 10 6 / V2 Dove: -C = concentrazione di CO in aria (µg / m 3 ) -N = Normalità Na 2 S 2 O 3 (0.001 eq/l) -V1 = Volume Na 2 S 2 O 3 (L) -PE = Peso equivalente CO = PM/Z = 28,01 g/mol / 2 eq/mol = 14,005 g/eq = Fattore di conversione tra g e µg (1g = 10 6 µg) - V2 = Volume di aria insufflata in soluzione (m 3 ) Il valore di Z si può facilmente ricavare dalla semireazione del CO: H2O + CO CO2 + 2e - + 2H + Nelle ossidoriduzioni, Z è dato dal numero di elettroni scambiato per ciascuna molecola di reagente nella sua semireazione di ossidazione/riduzione; In questo caso il CO, passando da un valore di numero di ossidazione = 2 ad un valore di numero di ossidazione = 4 (trasformandosi in CO2) e quindi ossidandosi, scambia esattamente 2 elettroni per cui Z = 2 eq/mol. 21

22 -Determinazione SO2 in aria L SO2 presente nell'atmosfera viene insufflato in una soluzione di tetracloromercurato di sodio e si forma un complesso diclorosolfitomercurato che non viene ossidato dall'ossigeno dell'aria. Questo complesso, per aggiunta di aldeide formica e di pararosanilina (composto formato da aldeide formica e anilina) in soluzione acida forma l'acido pararosanilinmetilsolfonico di colore rosso. Questo complesso viene misurato spettrofotometricamente a 548 nm; l intensità del segnale determinato è proporzionale alla concentrazione del diossido di zolfo. Il metodo è applicabile nell'intervallo di concentrazione tra 3 e 500 µg/m 3 di SO2 in aria insufflata. La concentrazione di diossido di zolfo viene ricavata inserendo il valore di assorbanza ricavato nell equazione di una retta di taratura preparata precedentemente grazie a gas standard a concentrazione nota di SO2/m 3. Come già detto quest analisi ha dei limiti di rilevabilità, tra 3 e 500 µg/m 3, in quanto per concentrazioni comprese tra queste la retta mantiene la propria linearità e segue quindi la legge fondamentale della spettrofotometria UV-Visibile, la legge di Lambert-Beer: Dove: A = ε b C -A = Assorbanza, quantità di energia assorbita dalla soluzione in esame; -ε = coefficiente di assorbimento molare, è funzione della lunghezza d onda, del solvente e della sostanza; mantenendo gli stessi parametri, ε rimane costante; -b = cammino ottico, spessore di soluzione che attraversa la luce; corrisponde allo spessore interno della cuvetta. -C = Concentrazione della soluzione; 22