CHIMICA DEGLI ELEMENTI NELL’AMBIENTE IL SILICIO SICSI VII CICLO CHIMICA DEGLI ELEMENTI NELL’AMBIENTE PROF. ANDINI Si

PREREQUISITI OBIETTiVI 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 La costituzione e proprietà della materia; gli stati della materia ed i passaggi di stato Le proprietà periodiche Differenza tra molecole organiche e inorganiche Tipologie e proprietà dei legami Definizione del numero di ossidazione Che cosa è una reazioni chimica Definizione degli acidi e delle basi OBIETTiVI Le proprietà del Silicio I principali composti contenenti il silicio 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 Percentuale in peso (%) 28Si 92.23 29Si 4.67 30Si 3.10 @ 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. Isotopi Isotopo Percentuale in peso (%) 28Si 92.23 29Si 4.67 30Si 3.10 Oltre a questi isotopi naturali stabili, sono noti vari isotopi artificiali radioattivi .

Produzione SiO2 + C → Si + CO2 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, e più raramente quello amorfo, come nell'opale la silice cristallina è il costituente principale di diverse rocce sedimentarie (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 Tridimite Cristobalite Opale 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

La formula chimica di base comune a tutti è SiO4. 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 Cornubianite di Monte Cadino (Bs), una roccia metamorfica di contatto 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

Feldspato - Tectosilicato Emimorfite - Sorosilicato Olivina - Nesosilicato Berillo - Ciclosilicato Mica - Fillosilicato Orneblenda (Anfiboli) - Inosilicato

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‘’ Con il termine drogaggio, nell'ambito dei semiconduttori, si intende l'aggiunta al semiconduttore di piccole percentuali di atomi non facenti parte del semiconduttore stesso allo scopo di modificare le proprietà elettriche del materiale. Il drogaggio può essere di tipo n: l'atomo drogante ha un elettrone in più di quelli che servono per soddisfare i legami del reticolo cristallino e tale elettrone acquista libertà di movimento all'interno del semiconduttore. Il drogaggio può essere di tipo p: l'atomo drogante ha un elettrone in meno di quelli che servono per soddisfare i legami del reticolo cristallino e tale mancanza o vacanza di elettrone, indicata con il nome di lacuna, si comporta come una particella carica positivamente e si può spostare all'interno del semiconduttore. Riferendosi al silicio, il semiconduttore più utilizzato che è composto da atomi tetravalenti, il drogaggio di tipo n può essere effettuato mediante atomi di fosforo o arsenico, mentre il drogaggio di tipo p è generalmente effettuato mediante atomi di boro. I siliconi sono composti flessibili contenenti legami silicio-ossigeno 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, i vasi sanguigni, le unghie, la pelle, i capelli, in combinazione con il calcio rafforza le ossa Importante nel trattamento dell'osteoporosi, decalcificazione, 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. Il silicio è tossico se inalato, SILICOSI, che è una malattia polmonare caratterizzata da una eccessiva produzione di collagene nei polmoni, in genere la contraggono i minatori di silicio, può causare la formazione di tumori maligni

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 crocidolite (amianto blu) Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2 Dal greco: fiocco di lana Varietà fibrosa del minerale riebeckite Crisotilo – Cava di San Vittore Amosite Riebeckite dal Sud Africa.

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

Prodotti di uso domestico IMPIEGHI DELL'AMIANTO Industria Edilizia Prodotti di uso domestico Mezzi di trasporto materia prima per produrre innumerevoli manufatti ed oggetti come materiale spruzzato per il rivestimento (ad es. di strutture metalliche, travature) per aumentare la resistenza al fuoco in alcuni elettrodomestici (ad es. asciuga-capelli, forni e stufe, ferri da stiro) nei freni isolante termico nei cicli industriali con alte temperature (es. centrali termiche e termoelettriche, industria chimica, siderurgica, vetraria, ceramica e laterizi, alimentare, distillerie, zuccherifici, fonderie) nelle coperture sotto forma di lastre piane o ondulate, tubazioni e serbatoi, canne fumarie, ecc.. in cui l'amianto è stato inglobato nel cemento per formare il cemento-amianto (eternit) nelle prese e guanti da forno e nei teli da stiro nelle frizioni isolante termico nei cicli industriali con basse temperature (es.impianti frigoriferi, impianti di condizionamento) come elementi prefabbricati sia sottoforma di cemento-amianto (tubazioni per acquedotti, fognature, lastre e fogli) sia di amianto friabile nei cartoni posti in genere a protezione degli impianti di riscaldamento come stufe, caldaie, termosifoni, tubi di evacuazione fumi Negli schermi parafiamma isolante termico e barriera antifiamma nelle condotte per impianti elettrici nella preparazione e posa in opera di intonaci con impasti spruzzati e/o applicati a cazzuola   nelle guarnizioni materiale fonoassorbente nei pannelli per controsoffittature nelle vernici e mastici "antirombo" nei pavimenti costituiti da vinil-amianto 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 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