STEP #26 - LA CHIMICA E GLI STRUMENTI SCIENTIFICI

Il rilevatore di gas è uno strumento complesso, di cui esistono numerose varianti, come illustrato nello step sulla tassonomia. Poiché, tra i tanti, ho scelto di concentrarmi sul rilevatore elettrochimico (oltre che su quello a infrarossi NDIR), spesso ho fatto riferimento nei post precedenti a processi legati alla chimica. In particolar modo ho accennato la storia dell' elettrochimica (step 4), ho presentato l'elettrolisi e le leggi di Faraday (step 5) e sono andata a indagare sul funzionamento della cella elettrolitica (step EXTRA). Nello step sui francobolli ho inoltre riportato le leggi chimiche che regolano il comportamento dei gas ideali; infine le proprietà chimiche dei materiali del rilevatore di gas elettrochimico sono state presentate nello step dedicato ai materiali. 

Sitografia: 

https://www.treccani.it/enciclopedia/elettrochimica/
https://it.wikipedia.org/wiki/Storia_dell%27elettrochimica

https://www.chimica-online.it/download/elettrolisi.htm

http://www.chimdocet.it/solido/PDF_Link/SENSORI_ELCH.pdf
http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm

Bibliografia:

Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni di Martin S. Silberberg e Patricia Amateis.

STEP #18 - IL FRANCOBOLLO

Data la difficoltà a reperire un francobollo che presenti direttamente un rilevatore di gas, ho deciso di mostrare alcuni francobolli che riguardano più generalmente la chimica dei gas. 

Il comportamento fisico di un campione di gas può essere descritto con quattro variabili legate tra loro da relazioni matematiche: pressione, temperatura, quantità di moli e volume. Queste espressioni matematiche, tuttavia, descrivono lo stato di un gas perfetto, cioè un gas che presenta relazioni lineari semplici tra le quattro variabili; questo gas non esiste in natura, ma a maggior parte dei gas semplici presenta un comportamento quasi ideale alle alte temperature e alle basse pressioni. Ecco le 4 leggi dei gas perfetti: 

Irlanda, 2012

Francia, 1951

Italia, 1956

1. la legge di Boyle afferma che il prodotto della pressione del gas per il volume da esso occupato è costante: p∙V = costante.
2. La prima legge di Gay-Lussac afferma che in una trasformazione isobara (pressione costante), il volume di un gas ideale è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta.
3. La seconda legge di Gay-Lussac è una legge che descrive come, in una trasformazione isocora (volume costante), la pressione di un gas sia direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.
4. La legge di Avogadro stabilisce che volumi uguali di gas diversi, alle medesime condizioni di pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di molecole di gas. 

Sitografia: 

https://biblescienceguy.wordpress.com/2013/02/06/13-famous-thinkers-chemist-is-a-creationist-3/boyle-postage-stamp/

https://colnect.com/en/stamps/stamp/26650-Gay-Lussac_1778-1830-Famous_people-France

https://www.pinterest.dk/pin/709457747534419729/

STEP #08 - I MATERIALI (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

Il rilevatore di gas elettrochimico possiede svariate componenti; qui di seguito sono riportati quelli di maggior rilievo dal punto di vista dei materiali di cui sono costituiti.

ELETTRODI

Generalmente i sensori elettrochimici sono realizzati con elettrodi attivi. Essi, a differenza di quelli inerti, sono costituiti da elementi che partecipano alle semireazioni (ossidazione e riduzione) perciò si modificano nel corso dell'utilizzo perdendo o acquistando massa; il materiale di cui sono composti non è univoco in quanto dipende dal gas da rilevare. Per questa ragione, sebbene i rilevatori abbiano un consumo di energia molto basso, il fatto che reagiscano con il gas da rilevare risulta nella trasformazione/consumo di materiale degli elettrodi, la quale infine si traduce in una variazione di sensibilità che richiede frequenti interventi di ritaratura, che hanno un costo non indifferente.

ELETTROLITA

Interessante è anche la composizione dell'elettrolita: se inizialmente si trattava di una soluzione acquosa, negli ultimi anni è stata sostituita da un elettrolita solido a conduzione ionica. Molti elettroliti solidi, conduttori anionici (F, Cl, O2) o cationici (H, Li, Na, Ag), sono stati studiati per varie applicazioni elettrochimiche grazie alla straordinaria conducibilità ionica in determinati intervalli di temperatura. Questa ricerca è molto rilevante in quanto una grande limitazione del rilevatore di gas è il fatto che temperature inferiori a -15 °C inibiscono l'azione dell'elettrolita.

Sitografia:

http://www.chimdocet.it/solido/PDF_Link/SENSORI_ELCH.pdf

http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm

STEP #EXTRA - FOCUS SUL FUNZIONAMENTO DELLA CELLA ELETTROLITICA

 Come funziona una cella elettrolitica?

Esempio di elettrolisi: elettrolisi del cloruro di sodio

Le celle elettrolitiche utilizzano l’energia elettrica proveniente da una sorgente esterna per far avvenire una reazione non spontanea. Una cella elettrolitica è costituita da un recipiente contenente una soluzione di elettrolita nella quale sono immersi due elettrodi metallici. Se si collegano i due elettrodi ad un generatore di corrente continua, applicando un’opportuna differenza di potenziale si ha passaggio di corrente attraverso la soluzione. La corrente è dovuta ad un flusso di elettroni nel circuito esterno e di ioni positivi e negativi all’interno della soluzione elettrolitica. Come conseguenza del passaggio di corrente, ai due elettrodi avvengono processi redox (riduzione al catodo, ossidazione all’anodo).

Sitografia:

https://www.chimica-online.it/download/elettrolisi.htm

Bibliografia:

Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni di Martin S. Silberberg e Patricia Amateis. 

STEP #05 - IL PRINCIPIO FISICO (ELETTROLISI E LEGGI DI FARADAY)

Il rilevatore di gas elettrochimico si basa sul funzionamento della cella elettrolitica. 

Ma cos'è l'elettrolisi?

L'elettrolisi è la scissione di una sostanza per effetto dell’energia elettrica ed è spesso utilizzata per decomporre un composto nei suoi elementi. La stechiometria del processo di elettrolisi è stata studiata da Michael Faraday, che ha enunciato:

Sitografia:

https://www.chimica-online.it/download/elettrolisi.htm

Bibliografia:

Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni di Martin S. Silberberg e Patricia Amateis. 

STEP #04 - LA SCIENZA (ELETTROCHIMICA)

L'elettrochimica è una parte della chimica fisica che tratta dei processi di trasformazione dell’energia chimica in energia elettrica e viceversa. Si occupa in particolare delle reazioni chimiche che provocano un movimento di cariche elettriche o che sono provocate da esso.

Cenni Storici sulla nascita dell'elettrochimica

Le prime osservazioni degli effetti fisiologici della corrente elettrica furono dimostrati da Luigi Galvani durante esperimenti sulla muscolatura delle rane nel tardo '700; una prima applicazione di tali scoperte si ebbe però solo nel 1799 con l'invenzione della pila da parte di Alessandro Volta.

Grandissima importanza ebbe inoltre Michael Faraday che nel 1832 coniò termini basilari per l'elettrochimica quali elettrolita, elettrodo, anodo, catodo, catione, anione ed enunciò le leggi fondamentali dell'elettrolisi che portano il suo nome.

Sitografia:

https://www.treccani.it/enciclopedia/elettrochimica/

https://it.wikipedia.org/wiki/Storia_dell%27elettrochimica

STEP #03 - UN GLOSSARIO (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

La struttura di un rilevatore elettrochimico può essere schematizzata come segue:

1. 

   elettrodi (3): oggetti che conducono la corrente tra la cella elettrolitica (nel nostro caso il rilevatore stesso) e un microamperometro. In genere ve ne sono tre: Reference, Sensing e Counter. Il gas a contatto con la superficie di questi provoca delle reazioni di ossídoriduzione, le quali comportano una variazione dei parametri elettrici rilevata dall'amperometro;
2. microamperometro: strumento per la misurazione dell’intensità di correnti elettriche nel quale la misura è direttamente indicata da un indice su di una scala graduata in un sottomultiplo dell' Ampere (μA );
3. elettrolita: una miscela di ioni, solitamente in soluzione acquosa, che sono coinvolti nelle reazioni o nel trasporto di cariche (elettroni); gli elettrodi sono immersi in tale soluzione;
4. membrana semipermeabile: una membrana che permette il trasporto selettivo del materiale, essa è posta a rivestimento degli elettrodi e dell'elettrolita.

Sitografia:

http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm

https://www.treccani.it/enciclopedia/amperometro/#:~:text=amperometro%20Strumento%20per%20la%20misurazione,Un%20a.

http://www.intlsensor.com/pdf/electrochemical.pdf

Bibliografia:

Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni di Martin S. Silberberg e Patricia Amateis.