Liceo Scientifico “A. Pacinotti” La Spezia

TiO₂ Si presenta in RutiloAnatasioBrookite

I due processi più utilizzati per ottenere il TiO₂ allo stato puro sono : 1)Processo al cloruro TiO₂ + 2C + 2Cl₂ --> TiCl₄ + 2CO TiCl₄ + O₂ --> TiO₂ + 2Cl₂ Il rutilo viene scaldato con cloro e carbon coke a 900°C con formazione di TiCl₄ Il TiCl₄ viene riscaldato con O₂ a °C; si forma TiO₂ puro e Cl₂, che viene riutilizzato

2)Processo al solfato L'ilmenite, FeTiO₃, viene fatta reagire con acido solforico concentrato, si ottengono: Solfato ferroso; Solfato ferrico; Solfato di titanile (TiOSO₄) La soluzione di TiOSO₄ viene idrolizzata mediante Ebollizione e la soluzione viene seminata con cristalli di rutilo o anatasio

UTILIZZI DEL BIOSSIDO DI TITANIO Il biossido di titanio (TiO₂) è un materiale chimicamente inerte, semiconduttore e fotocatalizzatore. Queste caratteristiche permettono numerose applicazioni che, unite al costo relativamente basso del materiale di partenza, ne hanno ampliato l’uso in maniera considerevole. All'incirca il 95% del biossido di titanio viene impiegato nelle vernici, nella carta, nelle plastiche e nei cementi per renderli più brillanti.

VERNICI IN TITANIO Le vernici fatte con il biossido di titanio sono eccellenti riflettori della radiazione infrarossa e sono quindi usate estensivamente dagli astronomi, sostituendo i pigmenti in piombo. Rispetto ai composti di piombo ha maggiore potere coprente, non è tossico e non annerisce se esposto all'acido solfidrico.

FILTRI PER SIGARETTE Troppa gente deteriora i propri polmoni con l'utilizzo delle sigarette. Possiamo limitare questi danni? Recentemente una ricerca ha dimostrato che l'utilizzo di filtri in TiO₂ ridurrebbe le sostanze tossiche inalate. Il TiO₂ decompone le sostanze tossiche trattenendole nel filtro.

COSMETICI Il biossido di titanio è ampiamente utilizzato nei cosmetici, soprattutto nell’ambito del make-up, per conferire al prodotto una colorazione bianca e per aumentarne l’opacità.

CREME SOLARI La polvere di biossido di titanio possiede un elevato indice di rifrazione ed è in grado di assorbire, riflettere e disperdere la luce solare. Per questo motivo, il biossido di titanio è uno dei filtri fisici più utilizzati nei prodotti solari. È in grado di offrire protezione sia nei confronti dei raggi UVA che UVB.

DVD IN TiO₂ Secondo recenti studi è possibile realizzare, grazie al biossido di titanio, un supporto ottico per il deposito dati 200 volte più capiente di un Blu-ray disc. Una volta prodotti dei microscopici cristalli del composto pentossido di titanio, ne sono state esaminate le proprietà: le particelle nere che lo compongono conducono bene l'elettricità

Ma quando la luce laser è applicata su di esse, la loro struttura cambia rendendone difficile il passaggio. Questa reazione è stata confermata reversibile. Inoltre è stato sviluppato un modo semplice per produrre questi cristalli utilizzando biossido di titanio: basta riscaldare in una fornace minuscole particelle di quest'ultimo, aggiungendo al contempo idrogeno.

BIOSSIDO DI TITANIO COME ARMA CONTRO L'INQUINAMENTO Il biossido di titanio è un catalizzatore di una reazione che avviene a causa dell'energia portata da un fotone, a sua volta emesso dal sole o da una lampada a raggi UV, sulla lunghezza d'onda nm. Il titanio tuttavia non interviene nella reazione, non cambia la propria struttura, né il suo stato. Il TiO₂ favorisce soltanto la reazione fotocatalitica prestando i suoi elettroni che successivamente riacquista dall'ambiente.

La fotocatalisi trasforma le sostanze inquinanti in sali (nitrati di sodio e di calcio) ed anidride carbonica (CO₂). I sali si depositano al suolo e vengono rimossi per la semplice azione del vento e della pioggia, mentre l'anidride carbonica si disperde naturalmente nell'atmosfera. La conversione degli agenti inquinanti in sostanze non pericolose, è tanto più efficace quanto minore sono le dimensioni delle particelle di biossido di titanio (TiO₂).

Esperimento: TiO₂ come materiale disinquinante in H₂O Utilizzando il biossido di titanio (TiO ₂ ) e il Blu di Bromotimolo come colorante si è verificato come il TiO ₂ reagisca alla luce solare, ai raggi UV e al buio. Abbiamo inserito in tre becker distinti un’eguale quantità di una soluzione composta da: Blu di Bromotimolo, TiO ₂ e acqua. Successivamente abbiamo esposto alla luce solare uno dei tre becker, un altro alla luce UV e l’ultimo è stato coperto in modo tale che fosse completamente schermato da ogni tipo di fonte luminosa. Blu di Bromotimolo: è un composto organico; nella sua forma normale acida si presenta in colore giallo mentre la sua base coniugata è blu, per questa caratteristica viene usato come indicatore di pH. Composizione chimica Blu di Bromotimolo

… DOPO QUALCHE MINUTO … Luce solareBuioRaggi UV Decolorazione parziale Nessuna variazione di colore Decolorazione totale Ecco quindi dimostrato che il TiO₂ è un materiale fotocatalitico poiché agisce scolorando il Blu di bromotimolo solo in presenza di una fonte luminosa.

TiO₂: un alleato per un mondo più pulito! Il biossido di titanio potrebbe essere impiegato anche nell’ambito delle energie verdi. Infatti alcuni catalizzatori prodotti a partire dal TiO₂ sono in grado di separare l’idrogeno dall’acqua: questa proprietà permetterebbe di giungere ad un metodo estremamente economico ed ecologico per estrarre l’idrogeno da ogni tipo di soluzione acquosa. Lo scopo dell’utilizzo di questi procedimenti sarebbe quello di utilizzare l’idrogeno come carburante per una grande varietà di motori e raggiungere dunque tutti quei benefici garantiti dall’economia ad idrogeno: ricordiamo infatti che l’unico scarto derivante dalla combustione dell’idrogeno è rappresentato da acqua sottoforma di vapore!

Pannelli fotovoltaici e TiO₂ Cos’è un pannello fotovoltaico? Un pannello fotovoltaico permette di convertire l’energia solare incidente in elettrica La produzione energetica non è sempre uguale in quanto tutto dipende dai raggi solari, dalla loro inclinazione e dall’assenza/presenza di ombreggiamenti. In media in Italia si producono ca kWh/anno.

Il rendimento medio dipende anche dal materiale utilizzato nella fabbricazione dei pannelli. Recentemente si è pensato all’utilizzo di biossido di titanio al posto del silicio (elemento da sempre utilizzato durante la fabbricazione). Il biossido di titanio infatti è un semiconduttore e possiede un alto indice di rifrazione. Ma non solo per questo motivo il TiO₂ è usato per i pannelli. Fra le proprietà di questo ossido vi è quella di essere un radicale (cioè molto semplicemente, tende ad ossidare ciò che trova) e con la luce degrada tutti gli elementi organici. L’accoppiata pannello solare – biossido di titanio risulta perciò vincente. Non solo, da come abbiamo appreso, è un progetto “multitasking” ma è fondamentale per incrementare il disinquinamento ambientale.

Una possibile nuova applicazione del biossido di titanio Durante lo sviluppo del progetto,abbiamo pensato ad un nuovo impiego per il TiO₂: Depurazione acqua delle piscine.

Funzionamento I pannelli solari (gialli nella foto) producono la corrente elettrica che mette in funzione le lampade a UV (viola) disposte sulle pareti della piscina (ciano), tramite i collegamenti elettrici (rosso). La luce prodotta attiva il TiO₂, con cui vengono rivestite le piastrelle della piscina (blu), che svolge un'azione purificante, battericida e virucida nei confronti dell'acqua della piscina.

Ciò avviene grazie all'azione fotocatalitica del TiO₂, che se sottoposto ad una fonte luminosa (raggi UV), forma delle specie reattive dell'ossigeno (ROS), quali HO e H₂O₂, che essendo forti ossidanti vanno ad intaccare, distruggere e decomporre la parete cellulare dei batteri e l'involucro dei virus. Ciò permetterebbe di evitare l'uso di cloro o di utilizzarlo solo nei momenti di massima affluenza, in quanto è stato dimostrato che il TiO₂ ha un'azione battericida pari a 3 volte quella del cloro.

Linda Bizzarro Eleonora Giovanardi Giordano Odone Matilde Sani Lara Zoppi