Concetti principali per l'esame di Scienza e tecnologia dei materiali

Acque

Generalità e classificazione

Le acque naturali non sono mai chimicamente pure ma sono costituite da soluzioni di sostanze diverse, solide, liquide gassose e inoltre contengono quasi sempre in sospensione quantità di sost. estranee.

In base alla loro origine si classificano in:

1. Acque meteoriche

Sono le più pure. Derivano da un processo ciclico di evaporazione, condensazione e precipitazione.

• Tengono in soluzione i costituenti gassosi dell'atmosfera, di cui sono sature: i principali sono azoto, ossigeno, CO₂. La percentuale di CO₂ nelle acque meteoriche è notevolmente più alta di quella presente in atmosfera.

2. Acque superficiali

Esercitano un'azione solubilizzante più o meno intensa sui costituenti del terreno con cui vengono a contatto ed aumentano così la quantità di sostanze da sciogliere.

Quando le acque meteoriche si trasformano in acque superficiali è l'elevato livello dell'anidride carbonica (CO₂ disciolta nell'atmosfera).

• Si può ammettere che questa su, pervenire in parte, combini in forma di acido carbonico (H₂CO₃), la quale esercita una lenta azione solubilizzatrice su alcuni minerali, in particolare i carbonati di calcio e magnesio, pressoché insolubili in acqua pura.

Int: CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca (HCO₃)₂

• Attivi sono argilla (da origine alla torbidità)
• Gesso: CaSO₄ 2 H₂O → Ca⁺⁺ + SO⁺₄

Acque Sotterranee

Si raccolgono in corrispondenza di zone impermeabili, forma- no delle falde, dalle quali l'acqua può ritornare in superficie o spontaneamente, acqua di sorgente, o artificialmente, acqua di pozzo. In genere sono ricche di sost. disciolte.

Analisi Dell'Acqua

• Bisogna conoscere la natura e la quantità delle sostanze disciolte e sospese
• Bisogna distinguere se l'acqua è destinata ad uso industriale (prend questo in considerazione) o ad uso potabile
• Nel caso più generale l'analisi viene limitata alle determi- nazioni di :

• Sostanze in Sospensione = Si raccolgono per litro d'acqua su un filtro tarato
• Residuo Fisso = È quello che rimane dopo la completa evaporazione dell'H₂O e rappresenta l'insieme di sostanze di natura organica e inorganica disciolte
• Analisi Quantitativa Delle Sostanze Disciolte = Si determinano la silice (come SO₃^--), gli ioni Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Na⁺, K⁺, Ce^--, HCO₃^-, Mg²⁺
• Analisi Dei Gas Disciolti = La determinazione viene eseguita sfruttando il fatto che la solubilità dei gas nei liquidi si annulla alla temperatura di ebollizione, facendo bollire l'acqua si determina l'espues- dei gas disciolti, che possono venire raccolti in recipienti graduati, misurati e analizzati.

Osservazioni:

• I terreni di sedimenti pura e limpida sono di solito insufficaci ad allontanare completamente le particelle solide. Quelle di dimensioni minori, per la legge di Stokes, hanno velocità di caduta estremamente lente.
• Inoltre queste particelle (esempio la silice SiO₂) sono spesso dotate di carica elettrica dello stesso segno, la quale si respingono a vicenda impedendo quindi la formazione di aggregati di dimensioni maggiori e ostacolando così il processo di precipitazione.

Per sopperire a ciò è necessario ricorrere a trattamenti di Chiaroflocculazione

• Si divide in:

1. Coagulazione

Consiste nell'aggiungere all’acqua da trattare un elettrolita che neutralizzi la carica delle particelle colloidali ed ha allo stesso tempo origine a sostanze insolubili di natura flocculante. Queste, precipitando, portano con sé per effetto meccanico le sostanze sospese.

Coagulante più usato :

• Solfato idratato di alluminio
• Al₂(SO₄)₃ . 18 H₂O

Il solfato di alluminio Al₂(SO₄)₃ reagisce con l’acqua per formare:

Al(OH)₃

• Idrossido di alluminio
• Sostanza avuta di cariche negative ed è pochissimo solubile
• I fiocchi di Al(OH)₃ esercitano anche un’azione di assorbimento di eventuale bario presenti nell'H₂O

Gas Disciolti: Legge di Henry, Degasaggio Meccanico e Termico

Sfruttando della capacita' dell'acqua di assorbire i gas con cui e' a contatto, ovvero, i gas dell'atmosfera:

• Azoto - N₂ 78%
• Ossigeno - O₂ 21%
• Anidride Carbonica - CO₂ 0,03%
• Gas vari - restante parte

I gas nell'atmosfera si dissolvono nell'H₂O e le molecole di gas per potersi sciogliere devono entrare in contatto con l'acqua stessa la pressione totale di un gas sviluppato e' la somma dei contributi delle singole componenti gassose (pressioni parziali):

• P_i = P_t x X_i

P_t = pressione totale X_i = fraz. molare del gas

Quindi la pressione totale e'

P_t = 1 atm = Σ P_i = P_N₂ + P_O₂ + P_CO₂ + P_gassosi + P_H₂O (dovuta all'umidita')

Vedemmo che la quantita' di gas che si scioglie e' direttamente proporzionale alla quantita' di gas presente nell'aria o alla specie gassosa a contatto con l'H₂O e' secondo un coeff. di assorbimento che varia da gas a gas

[ G I ]_H₂O = k P_G pressione parziale quantita' di gas disciolta in H₂O (mol/litro)

coeff. di assorbimento [mol/e atm]

Legge di Henry

OSS: ad una opportuna distanza dal punto di scarico (h) la quantità

di O2 disciolto nell'acqua è tornata al precedente valore:

è l'equilibrio biologico è stato ristabilito

OSS:

Se aumenta la quantità di inquinamento la curva dell'O2 consuma

tocca camba ma la curva di riossigenazione e’ la stessa perchè

la superfi di contatto e’ la stessa

l'O2 viene riossigenato ma diviene più basso come quantità e

quindi si ha un punto di minimo della curva a sacco più basso di

quello precedente

NOTA: Gli scarichi devono essere tenuti sotto rigoroso controllo

e il legislatore stabilisce che l’H2O deve essere trattata chim-

icamente prima di essere scaricata

Serve, quindi, un sistema per far sì che queste curve non si abbassino

al di sotto dei valori critici

Per la valutazione, quindi, del grado di inquinamento di un’acque

si utilizza:

BOD₅: come si misura la quantità di O2 consumata dai batteri

Biochemical oxigen demand (quantitá bisognata che i batteri

consumano)

Quindi il calcolo della durezza a partire dai dati dell'analisi chimica è molto semplice. Poiché però l’analisi richiede operazioni complesse, sono stati messi a punto metodi che permettono di determinare la durezza con “rapidità”, operando direttamente sull'acqua in esame.

2 metodi

1. Metodo dell’EDTA
2. Metodo di Boutron - Boudet

Premessa: se ho una soluzione acida e voglio sapere quanto è acida, aggiungo una base

Risolvendo le variazioni del pH posso conoscere le variazioni che avvengono nella soluzione (da che prodotto ricevevo posso sapere quanto ne avevo utilizzato)

Titolazione

Inserisco un cilindro graduato e in base a quanto additivo viene utilizzato posso capire che quantità di prodotto c’era in soluzione

ne l'additivo è detto titolante

Dato questo:

1. Metodo dell’EDTA

È basato sulle proprietà dell’acido (titolante)

che è un composto che ha la proprietà di potersi unire a cationi inorganici b, t,u, tetravalenti, che vanno a sostituire i 2 atomi di idrogeno acido.