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Biodegradabilità

Ogni giorno facciamo uso di polimeri. Dal tessuto dei vestiti alla plastica delle penne, essi costituiscono una parte importante della nostra vita quotidiana. Ma cosa succede ai polimeri dopo averli utilizzati?

Abbiamo diverse opzioni per lo smaltimento dei polimeri. Ciò dipende in larga misura da se il polimero in questione sia biodegradabile o meno.

  • Questo articolo tratterà della biodegradabilità in chimica.
  • Inizieremo con la definizione di biodegradabilità, prima di esaminare come alcuni polimeri si biodegradano.
  • Considereremo anche il motivo per cui altri tipi di polimeri non si biodegradano.
  • Infine, esploreremo metodi alternativi per lo smaltimento dei polimeri. Sarai in grado di valutarne i pro e i contro.

Significato di biodegradabile

Le sostanze biodegradabili sono quelle che possono essere scomposte naturalmente dagli organismi viventi.

Prendiamo ad esempio un polimero. È composto da molte parti diverse chiamate monomeri. Idealmente, dopo aver utilizzato un polimero, vogliamo recuperare il maggior numero possibile di monomeri e di atomi che li compongono, in modo da non sprecare nulla. In questo modo si risparmiano soldi e risorse. Ma per recuperare questi monomeri e atomi, dobbiamo rompere i legami che questi ultimi formano all'interno del polimero. Un modo per farlo è la biodegradazione.

La biodegradazione consiste nel far sì che altri organismi viventi, chiamati decompositori, facciano il lavoro duro per noi e scompongano queste sostanze in parti più piccole. Le sostanze che possono essere scomposte in questo modo sono dette biodegradabili. Alcuni polimeri comunemente utilizzati in chimica sono biodegradabili, ma altri non lo sono. Cominciamo ad analizzare i polimeri biodegradabili.

Polimeri biodegradabili

In chimica si incontrano due tipi principali di polimeri: i polimeri di addizione e i polimeri di condensazione. I polimeri di addizione non sono biodegradabili e ne vedremo il motivo più avanti. Prima di tutto, esaminiamo i polimeri che sono invece biodegradabili: i polimeri di condensazione.

Per saperne di più su queste strutture, consulta Reazioni di polimerizzazione e Polimeri di condensazione.

I polimeri di condensazione sono prodotti in reazioni di condensazione tra monomeri con due gruppi funzionali diversi. Questa reazione forma una lunga catena polimerica e nel processo rilascia una piccola molecola, di solito l'acqua. Possiamo scomporre un polimero di condensazione nei suoi singoli monomeri attraverso la reazione inversa, nota come idrolisi.

L'idrolisi consiste nell'aggiungere acqua ad un polimero di condensazione. Di per sé, è una reazione molto lenta. Ma se si aggiunge un catalizzatore, in genere un acido o una base, la reazione avviene molto più rapidamente. Alcuni organismi viventi possiedono già questi catalizzatori e sono quindi in grado di biodegradare i polimeri di condensazione.

Concentriamoci ora su due gruppi principali di polimeri di condensazione, i poliesteri e le poliammidi. Analizzeremo anche un esempio specifico di poliammide biodegradabile, il nylon.

Biodegradabilità delle poliammidi

Le poliammidi sono un tipo di polimero ottenuto dalla reazione di condensazione tra un'ammina e un acido carbossilico. Questa reazione rilascia acqua. Il polimero risultante contiene il gruppo funzionale ammidico, -NHCO-. Il polimero può essere scomposto nei suoi monomeri in una reazione di idrolisi come quella descritta sopra, utilizzando un acido o una base come catalizzatore.

Biodegradabilità reazione sintesi poliammidi StudySmarterFigura 1. Reazione di sintesi delle poliammidi.

Nylon

Il nylon è una poliammide. Viene prodotto industrialmente a partire da 1,6-diamminoesano e acido esandioico. Come tutte le poliammidi, è biodegradabile e può essere scomposto tramite una reazione di idrolisi. La reazione è lenta, ma viene notevolmente accelerata utilizzando un catalizzatore acido.

Biodegradabilità reazione sintesi nylon StudySmarterFigura 2. Reazione di sintesi del nylon.

Biodegradabilità dei poliesteri

I poliesteri sono un altro tipo di polimero ottenuto dalla reazione di condensazione tra un alcol e un acido carbossilico. Contengono il gruppo funzionale estereo, -COO-. Anche in questo caso, la reazione di condensazione rilascia acqua. Il polimero può essere scomposto tramite una reazione di idrolisi con un catalizzatore acido o alcalino.

Biodegradabilità sintesi poliesteri StudySmarterFigura 3. Reazione di sintesi dei poliesteri.

I poliesteri e le poliammidi si degradano anche sotto l'influenza della luce. Questo fenomeno è noto come fotodegradazione ed è dovuto alle radiazioni UV del sole. Le radiazioni interagiscono con i legami del polimero, creando radicali liberi altamente reattivi che reagiscono con l'ossigeno dell'atmosfera. Questo indebolisce il polimero, rendendolo più fragile. Alla fine, il polimero si scompone in tanti piccoli pezzi.

Ma il fatto che le poliammidi e i poliesteri possano biodegradarsi non significa che il processo sia facile o veloce. Gli organismi viventi responsabili della biodegradazione per idrolisi richiedono determinate condizioni, come livelli specifici di luce, acqua, ossigeno e temperatura. Se si getta un pezzo di tessuto di nylon sul pavimento all'aperto e lo si lascia per un paio di mesi, è probabile che sia ancora lì quando si torna. Anche la biodegradazione attraverso la luce è un processo lento.

Polimeri non biodegradabili

Abbiamo imparato che i polimeri di condensazione sono biodegradabili. Tuttavia, un altro tipo di polimero, noto come polimero di addizione, non è biodegradabile. Vediamo perché.

I polimeri di addizione sono costituiti da moltissimi monomeri che si uniscono in una lunga catena. In genere hanno una catena carboniosa C-C. Il legame C-C è forte e non polare e non può essere scisso facilmente da nessun organismo vivente, nemmeno con un catalizzatore. Ciò significa che i polimeri di addizione sono resistenti alla biodegradazione.

Polialcheni

I polialcheni sono un tipo di polimero di addizione. Sono costituiti a partire da monomeri (gli alcheni) e si basano su numerosi e forti legami C-C e C-H. Per questo motivo, non possono essere scomposti facilmente e non si biodegradano.

Biodegradabilità polietene sintesi polialcheni StudysmarterFigura 4. Polietene, un esempio di sintesi di un polialchene.

Smaltimento di polimeri

La conoscenza dei polialcheni e della loro resistenza alla biodegradazione fa sorgere una grande domanda: in che altro modo possiamo smaltire i polimeri? Lo smaltimento può avvenire in tre modi principali.

  • Smaltimento in discarica
  • Incenerimento
  • Cracking
  • Riciclaggio

Purtroppo, nessuno di questi metodi è ideale e ognuno ha i suoi pro e i suoi contro. Cominciamo con le discariche.

Smaltimento in discariche

Sapevi che nel 2016 il 24% dei rifiuti del Regno Unito è stato inviato alle discariche? Si tratta di grandi aree di terreno deserte dove vengono scaricati i rifiuti, in enormi cumuli o in buche nel terreno. Sono utili perché tengono i rifiuti insieme in un'unica area e perché qui i poliesteri e le poliammidi si biodegradano lentamente. Tuttavia, le condizioni sono anaerobiche e questo comporta il rilascio di molto metano da parte dei decompositori. Inoltre le discariche rovinano esteticamente il territorio, sono maleodoranti e occupano molto terreno. In più, le sostanze chimiche tossiche presenti nei polimeri di scarto talvolta si diffondono nell'ambiente, inquinando il suolo, l'acqua e l'aria circostanti.

Incenerimento

Un altro modo per sbarazzarsi dei rifiuti è bruciarli: l'incenerimento. L'incenerimento è veloce, fa risparmiare spazio e rilascia anche energia utile, ma ha anche i suoi svantaggi. Per esempio, la combustione dei polialcheni rilascia anidride carbonica, un gas a effetto serra, mentre la combustione di altri polimeri può rilasciare sostanze chimiche tossiche come i vapori di stirene o l'acido cloridrico.

Cracking

Nell'articolo Cracking (Chimica), esploriamo il modo in cui gli alcani a catena lunga possono essere scomposti in alcani e alcheni più corti e più utili in un processo chiamato cracking. Questo è uno degli usi dei polialcheni, che in fondo sono solo catene di alcani molto lunghe!

Il cracking ha i suoi vantaggi. Secondo gli scienziati, il processo è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto all'incenerimento e, a differenza del riciclaggio, può essere utilizzato per miscele di polimeri sporchi o impuri.

Riciclaggio

Infine, esaminiamo il riciclaggio. Si tratta di fondere e rimodellare i polimeri, trasformandoli in un nuovo prodotto.

Il riciclaggio è vantaggioso perché permette di produrre meno polimeri ex novo, che in genere provengono da una risorsa finita, il petrolio greggio. In questo modo si risparmiano materie prime. Inoltre, rilascia meno anidride carbonica rispetto all'incenerimento. Tuttavia, la maggior parte dei polimeri può essere riciclata solo poche volte, poiché le loro catene polimeriche si rompono ad ogni successiva fusione e rimodellazione. Inoltre, lo smistamento e il trattamento dei rifiuti da riciclare è un processo costoso e lungo.

Biodegradabilià simbolo riciclaggio StudySmarterFigura 5. Il famoso simbolo del riciclaggio. Fonte: commons.wikimedia.org

Biodegradabilità - Punti chiave

  • Le sostanze biodegradabili sono sostanze che possono essere scomposte naturalmente dagli organismi viventi.
  • I polimeri di condensazione, come le poliammidi e i poliesteri, sono biodegradabili. Ciò comporta una reazione di idrolisi. È un processo lento, ma può essere accelerato con l'aggiunta di un catalizzatore acido o alcalino.
  • I polimeri di addizione, come i polialcheni, non sono biodegradabili a causa dei loro forti legami C-C non polari.
  • I metodi alternativi di smaltimento dei polimeri includono lo smaltimento in discarica, l'incenerimento, il cracking e il riciclaggio.

Domande frequenti riguardo Biodegradabilità

La biodegradabilità è la capacità delle sostanze di essere scomposte naturalmente dagli organismi viventi.  

Un prodotto è biodegradabile quando si tratta di una sostanza che può essere scomposta naturalmente dagli organismi viventi.  

Il termine non biodegradabile indica quelle sostanze che non possono essere scomposte naturalmente dagli organismi viventi, come ad esempio i polimeri di addizione.

I polimeri di condensazione sono un esempio di sostanze biodegradabili. 

Quiz Finale Biodegradabilità

Domanda

Indicare quattro modi per smaltire i polimeri non biodegradabili.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Smaltimento in discarica
  • Incenerimento
  • Cracking
  • Riciclaggio

Visualizza la domanda

Domanda

Che cosa significa biodegradabile?

Visualizza la risposta

Risposta

Che può essere scomposto o degradato da organismi viventi.

Visualizza la domanda

Domanda

Quali delle seguenti sostanze sono biodegradabili?

Visualizza la risposta

Risposta

Solo le poliammidi

Visualizza la domanda

Domanda

I poliesteri vengono scomposti in una reazione di _______

Visualizza la risposta

Risposta

Eliminazione

Visualizza la domanda

Domanda

Le poliammidi vengono scomposte in una reazione di _______

Visualizza la risposta

Risposta

Condensazione

Visualizza la domanda

Domanda

Perchè i poliesteri e le poliammidi sono biodegradabili?

Visualizza la risposta

Risposta

Perchè possono essere scomposti tramite una reazione di idrolisi.

Visualizza la domanda

Domanda

Vero o falso? L'aggiunta di acqua alle poliammidi fà si che queste ultime si scompongano più velocemente.

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Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare un vantaggio del riciclaggio.

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Risposta

  • Risparmia materie prime
  • Rilascia meno anidride carbonica dell'incenerimento

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare un vantaggio dell'incenerimento.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Veloce
  • Utilizza meno spazio delle discariche
  • Rilascia energia utile

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare un vantaggio dello smaltimento in discarica.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Mantengono i rifiuti in un unico luogo
  • Poliesteri e poliammidi possono biodegradarsi naturalmente

Visualizza la domanda

Domanda

Prevedere i prodotti dell'incenerimento dei polialcheni.

Visualizza la risposta

Risposta

CO2 e H2O

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare uno svantaggio dell'incenerimento.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Rilascio di CO2
  • Rilascio di sostanze tossiche

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare uno svantaggio dello smaltimento in discarica.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Le condizioni sono anaerobiche e quindi rilasciano metano
  • Occupano molto spazio
  • Inquinano l'ambiente circostante

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare uno svantaggio del riciclaggio.

Visualizza la risposta

Risposta

  • La maggior parte dei polimeri può essere riciclata solo poche volte
  • È costoso e richiede molto tempo

Visualizza la domanda

Domanda

Come si chiama il processo di degradazione da parte della luce?

Visualizza la risposta

Risposta

Fotodegradazione

Visualizza la domanda

Domanda

Quali di questi gruppi funzionali possono essere scissi in una reazione di idrolisi?

Visualizza la risposta

Risposta

-COO-

Visualizza la domanda

Domanda

Indicare un vantaggio del cracking.

Visualizza la risposta

Risposta

  • Più efficiente dal punto di vista energetico rispetto all'incenerimento.
  • Può essere utilizzato per miscele di polimeri sporchi o impuri.

Visualizza la domanda

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