Nanotecnologie, tesina

Isotopi

Il carbonio (C) ha 15 isotopi conosciuti, dall'8C al 22C, due

dei quali (12C e 13C) sono stabili.

Solo tre isotopi (12C, 13C e 14C) possono essere trovati in

natura, tutti gli altri sono prodotti artificialmente.

Nel 1961 l'IUPAC International Union of Pure and Applied

Chemistry adottò l'isotopo carbonio-12 come base per la

misura del peso atomico.

Il carbonio-14 è un radioisotopo con tempo di

decadimento di 5730 anni ed è usato per la datazione

radiometrica. Cestaro Roberto

Allotropi Grafite:

• pressione normale

• piani di anelli esagonali

• n. 1-1,5 scala di Mohs

Diamante:

• pressione molto alta

• strutture tetraedriche

• n. 10 scala di Mohs

.

Fullerene o C60:

• icosaedro troncato

• anelli pentagonali Cestaro Roberto

Fullerene

Il fullerene è formato da una struttura planare di carbonio

che, a causa della presenza di alcune forme pentagonali

al suo interno, si è ripiegata e chiusa su se stessa fino ad

assumere la stessa forma di un pallone da calcio.

Il suo nome deriva dalle particolari cupole

geodesiche dell’architetto Richard

Buckminster Fuller, in quanto ne condivide

la simile struttura.

In nanotecnologia, la resistenza termica e la

superconduttività dei fullereni sono alcune delle

proprietà più studiate. Cestaro Roberto

Grafene, la “plastica del futuro”

Il grafene è un materiale costituito da uno strato

monoatomico di atomi di carbonio.

Proprietà: è il materiale più sottile mai ottenuto,il più

leggero, è più duro dell’acciaio e del diamante,

conduce calore, elettricità, è trasparente e

arrendevole Applicazioni: pannelli solari, filtri per

desalinizzare l’acqua degli oceani,

touch screen sottilissimi e super

flessibili, batterie che si caricano in

meno di 20 secondi.

Cestaro Roberto

Nanotubi di carbonio

I nanotubi di carbonio possono essere

considerati come dei cilindri di grafene; talvolta

alle estremità di questi nanotubi si possono

trovare delle strutture emisferiche che fungono

da "tappo". Essi costituiscono un materiale molto

resistente alla trazione, dal quale si

possono ottenere proprietà elettroniche

completamente diverse.

Cestaro Roberto

Approcci Per operare con le nanotecnologie si utilizzano

due tipi di approcci:

Top-down (dall'alto verso il basso)

Il processo procede da macro a nano,

riducendo progressivamente le dimensioni sino

al raggiungimento di nanostrutture.

Bottom-up (dal basso verso l'alto)

Si sintetizzano nanostrutture a partire da

singoli atomi, ottenuti tramite auto-

assemblaggio molecolare.

Cestaro Roberto

Forze e interazioni

I corpi interagiscono attraverso una molteplicità di forze ma l’impatto

con ciascuna varia con la scala.

Nella nanoscala la forza gravitazionale e l’inerzia diventano quasi

trascurabili rispetto alle forze elettromagnetiche e intramolecolari.

Un esempio è fornito dal geco: l’eccezionale capacità di

adesione delle zampe del geco è dovuta alle “debolissime”

forze di Van der Waals. Esse sono pari a circa 7 milionesimi

di newton ma dal momento che le zampe del geco

possiedono 14000 setole per millimetro quadrato, l’effetto

complessivo è una forza di attrazione pari a circa 20 newton!

Cestaro Roberto

Proprietà del “micro”

Le proprietà dei materiali cambiano a seconda delle dimensioni:

• la semplice riduzione dei grani nei metalli aumenta la loro

resistenza meccanica;

• l’introduzione nelle leghe di nanoparticelle ne modifica il

comportamento elettrico, la resistenza al calore e la resistenza

agli attacchi chimici;

• se la lunghezza d’onda diventa maggiore della grandezza delle

nanoparticelle, si attiva un nuovo tipo di eccitazione collettiva degli

elettroni (LSP). Nanoparticelle d’oro possono, dunque,

apparire di un colore rosso rubino anziché il

solito giallo lucente a cui noi associamo

questo materiale.

Cestaro Roberto

Applicazioni nel quotidiano

Schermi ultrapiatti e deformabili

che sono composti da diversi

finissimi strati di nanopolimeri

organici.

Questo calzino è stato

trattato con

nanoparticelle di

argento (Ag) per

eliminare i batteri e

cancellare gli “odori L'aerogel è uno dei materiali più

molesti”. leggeri e resistenti al mondo. E'

costituito dal 99,8% di aria e dal

Nanoparticelle di 0,2% di diossido di silicio (silice). E'

biossido di titanio un ottimo isolante termico, resiste

(TiO2) sono utilizzate ad elevate temperature e possiede

nell'industria cosmetica enorme capacità di carico.

per “schermare” la luce

solare. Cestaro Roberto

Applicazioni nella scienza

Sono già stati realizzati composti costituiti

da frammenti di DNA, di virus o di batteri

su nanostrutture metalliche. Iniettati nel

paziente, questi 'nanomotori' sono in grado

di individuare le cellule malate e di

rilasciare direttamente su di esse il

farmaco.

“Sunny”, primo nanomotore

ecologico realizzato dall'equipe

del Prof. Vincenzo Balzani

dell'Università di Bologna. Cestaro Roberto

Rischi e timori

Tra i circa 300 prodotti nanotecnologici in commercio almeno un terzo è

costituito da nanoparticelle che vengono spalmate sulla pelle, respirate o

ingerite.

Una delle preoccupazioni principali è che

queste nanostrutture, grazie alle loro

ridottissime dimensioni, possano superare la

barriera chimica che protegge il cervello e

causare danni al sistema nervoso. Cestaro Roberto

Ma si può rinunciare a qualcosa di potenzialmente utile per il

solo fatto che ciò può portare anche svantaggi e pericoli?

Saremmo noi oggi disposti a rinunciare all’automobile per il rischio di un

incidente o all’energia elettrica per evitare folgorazioni accidentali o l’uso

perverso della corrente per la sedia elettrica o per le torture con

l’elettroshock? Cestaro Roberto

“Historia magistrae vitae” cit: Cicerone

Sri Lanka Sud Africa India

N. di decessi per

malaria all’anno

Prima del DDT 80.000 22.000 800.000

Introduzione 17 Meno di 50 Quasi 0

DDT

Ritiro DDT dal 600.000 35.000 950.000

commercio Cestaro Roberto

Primo Levi

(Torino 1919-Torino 1987)

Scrittore, partigiano, chimico e poeta italiano,

autore di racconti, memorie, poesie e romanzi.

L’uomo che avvertì la potenzialità e il pericolo delle nuove tecnologie.

“Se comprendere vale farsi un’immagine, non ci faremo mai un’immagine di uno

happening la cui scala è il milionesimo di millimetro, il cui ritmo è il milionesimo di

secondo, ed i cui attori sono per loro essenza invisibili. Ogni descrizione verbale

sarà mancante, ed una verità varrà l’altra”.

Primo Levi, Il sistema periodico. Cestaro Roberto

Il sistema periodico

« La nobiltà dell'uomo, acquisita in cento secoli di prove e di errori, era consistita nel

farsi signore della materia, e io mi ero iscritto a Chimica perché a questa nobiltà mi

volevo mantenere fedele. Vincere la materia è comprenderla, e comprendere la

materia è necessario per comprendere l'universo e noi stessi: e quindi il Sistema

Periodico di Mendeleev [...] era una poesia. »

(Il sistema periodico)

Il sistema periodico è una raccolta di racconti edita nel 1975.

Ognuno dei 21 racconti porta il nome di un elemento della tavola periodica

ed è ad esso in qualche modo collegato.

I temi sono numerosi, incentrati sulla vita professionale di chimico e

contenuti in una cornice autobiografica.

Il 19 ottobre 2006 la Royal Institution del Regno Unito scelse quest'opera

come il miglior libro di scienza mai scritto. Cestaro Roberto