Il Chimico Italiano - Consiglio Nazionale dei Chimici

More documents

Recommendations

Info

20 » DAGLI ISCRITTI Il Chimico Italiano • n. 5-6 • ott/nov/dic 2006 Tab. 2 - Case-study “punto di gelo”. Sviluppo della Matrice “Principi-Proprietà” Proprietà j Azioni IN S Strutture M k 2 Interazioni I k 3 Stati Ψ i 4 Proprietà λ j 5 (enunciati) (J Z 1 ) (sub-sistemi) (Ψie, Ψ it) (OUT j, κ j) Leggi L j-L jk punto di gelo soluzione acquosa secondarie equilibrio - abbassamento (es. “punto di gelo” di una soluzione) e quantificazione data dal parametrovalore λ j di interazione S/A (es. costante crioscopica, abbassamento crioscopico) venga associata la combinazione (IN, M k , I k , Ψ ik , OUT) j degli elementi unitari di sistema che la descrivono (Tab. 2). Ogni possibile “caso” di proprietà osservabile è così esplicitabile nei suoi elementi descrittivi in forma tabellare. “Proprietà”, quindi, nel significato più ampio di “processo”, concetto che comprende quello di trasformazione termodinamica o “cammino” Ψ 1 →Ψ 2 del sistema, dallo stato iniziale a quello finale; “proprietà”, cioè, come sequenza dei vari step della sua produzione, dall’ ingresso in S dello stimolo, alla sua interazione col sistema o corrispondente trasformazione Ψ 12 , all’uscita da S come risposta: j = = f j (IN, M k , I k ,Y ik , OUT-k) j proprietà unitaria (come funzione) Ogni proprietà va precisata come concetto duale, presentando sempre una doppia descrizione statica/dinamica di cui una complementare dell’ altra: 1) stato Ψ ke di equilibrio per le proprietà statiche, descritte dalle varie costanti di equilibrio strutturali K N o dalle costanti - solvatazione,ΔHSOLV c.te K Ne crioscopico ΔT c - cristallizzazione,ΔHCRIST - punto eutetticoT E - c.te crioscopica k c congelamento trasporto di Q - film limite - barriere al trasporto dinamica - c.te di adduzione h - molecole - vibrazioni/urti molecolari c.te k Nt - c. te conducibilità k - particelle - vibrazioni/urti particellari 1 Z = entità trasportata nella struttura: Q = calore, m = materia, n = moli, q = carica elettrica, mv = quantità di moto, NS = microrganismi; INS = operazioni unitarie della trasformazione (azioni termiche, diffusive, chimiche, elettriche, fluido-meccaniche, fermentative etc.); JZ = dZ/Adt flusso della grandezza Z, relazionato a “cause primarie” quali i gradienti dei potenziali motori (= “forze motrici” dei trasporti) o le ddp fra i “poli” dei campi (= “sorgenti generatrici”). 2 modelli iconici della struttura, informazioni di grandezze geometriche come distanze, linee, superfici/contorni, volumi etc., memorizzate come punti di immagini in scala del sistema o sub-sistema. 3 legami chimici della struttura, secondari (idrogeno etc.) o primari, descrivibili parametricamente come “intensità”/entalpie ΔH di formazione di legame o come funzioni di energia di legame Ep = Ep(x) variabile sulla distanza o ancora come energie di attivazione ΔHa(stati dinamici, di non-equilibrio o trasformazione), oppure come relazioni e rapporti fra e nelle varie strutture, gerarchici (dipendenza fra livelli strutturali), funzionali (interazioni organizzative) o quantitativi (rapporti fra le popolazioni) resi come stringhe alfabetiche di descrizione o numeriche di composizione. In stato dinamico, le interazioni interfase S/A e in S, se questo è una matrice eterogenea, includono anche quelle di resistenza opposta ai trasporti di materia ed energia, significate dagli strati limite stagnanti. 4 condizione, di equilibrio o dinamica, della trasformazione del sistema (Ψ12 = Ψe1 →Ψt→Ψe2), riferita al significato della proprietà quale prevalentemente e comunemente inteso, atteso che entrambi gli aspetti statici/dinamici ne concorrono se pur con diverso peso tecnologicoapplicativo,alla definizione fenomenica; viene generalmente resa,nei due casi,rispettivamente mediante diagrammi di stato o costanti di equilibrio KNe del sistema e sue curve cinetiche, costanti cinetiche kNt (N = Nk popolazione del sistema o del sub-sistema cui si riferisce la condizione), diagrammi degli stati dinamici etc. Diagrammi di stato e curve cinetiche sono entrambi funzioni matematiche; nel primo caso sono applicazioni DΨ che associano in corrispondenza biunivoca ad ogni stato æi del sistema la terna o quaterna delle possibili variabili di stato, es. funzione DΨ = DΨ( xB,T; P = cost) per il diagramma di fase di una soluzione acquosa binaria di componenti A e B di composizione xB in cui sono direttamente “leggibili”le proprietà del sistema (es.abbassamento crioscopico ΔTC, punto eutetticoTE); nel secondo caso sono funzioni del tipo Nk = Nk(t) o λj = λj (t). 5 parametrizzazione della proprietà nelle costanti Îj del sistema (c.te = coefficiente/costante delle relazioni IN/OUT tipo OUT = λj IN) o nei valori numerici OUTj in uscita che la quantificano. k j fenomenologiche; 2) stato dinamico Ψ kt per le proprietà cinetiche, descritte dalle varie costanti di velocità k N . • Case-study: punto di gelo, proprietà collegata alle tecnologie del surgelamento. Il punto di gelo di un ortofrutto (= proprietà j) è una sua proprietà osservabile in seguito ad un tr(asporto) termico operato da una diminuzione esterna ΔT di temperatura (IN S = trasporto di Q), collegata alla frazione di sostanza liquida in esso presente, corrispondente alla sua soluzione fisiologica (= struttura M k ), fra i cui componenti molecolari o elettrolitici sono attive interazioni secondarie a corto e lungo raggio (= I k ), e quantitativamente descrivibile, in condizioni di equilibrio del sistema (= stato Ψ ik ), come punto eutettico T E in un diagramma di stato bifasico acqua-componenti e come punto crioscopico ΔT c (= risposta OUT j ) in base alla legge di abbassamento crioscopico ΔT c = k c m (= L j ) con costante crioscopica k c (= parametro di sistema κ j ; κ j ≡λ j ) e concentrazione molale m caratteristica del sistema. I parametri ΔT c e T E segnano gli estremi dell’ intervallo di solidificazione che più correttamente va considerato al posto del “punto” di gelo. Argomenti e concetti gestiti: proprietà come “processo”, proprietà resa in termini “unitari”, “matrice principi-proprietà”, proprietà come “riga”di matrice,“sintassi” {IN j , M k , I k , Ψ ik , OUT j -κ j } della proprietà come “regola termodinamica” di trasformazione del sistema. » Analisi ed identificazione di un problema tecnico: problem setting, problem solving. Utilizzo di grafi di descrizione S/A E’ possibile applicare all’ investigazione di un “fatto tecnico”(caso in studio, problema, evento, anomalia, trasformazione tecnologica etc.) l’ approccio del problem setting basato sull’ identificazione del sistema e delle proprietà coinvolte (cfr. punti 1 e 2) e quello del problem solving basato su un diagramma “causa-effetto”, o più correttamente “grafo”, di sistema. A tal fine è conveniente strutturare lo studio del problema secondo lo schema dei quesiti cruciali di Fig. 3, le cui risposte sono appunto decodificabili in base alla descrizione sistemica e alle 5 classi fondamentali di elementi unitari. Un grafo causa-effetto S/A aiuta a selezionare le combinazioni in maniera strutturata: si seleziona l’ effetto (= stato finale del sistema Ψ 2 ) e si ritorna indietro nel grafo esaminando tutte le combinazioni di cause che lo determinano o condizionano. In tutte le configurazioni applicative di Figg. 4-6, il diagramma causa-effetti si presenta come uno strumento di contestualizzazione della conoscenza, espressamente prodotta ed utilizzata in un particolare contesto (ambiente A) o “caso”di studio (sistema S, interazione S/A in direzione A → S). Esso si presta come schema di informazioni strutturate per la diagnosi di anomalie, incidenti, difetti o eventi da cause ignote o senza cause apparenti. • Eventi problematici. Un primo ambito applicativo è quello dell’ analisi, condotta in chiave sistemica, delle proprietà articolate che presiedono ad eventi problematici. Case-study n. 1, Evento di contaminazione-migrazione. E’ un “fatto”, osservato in un determinato contesto (specifico oggetto-sistema S esposto ad una specifica situazione al contorno o ambiente A), riconducibile alle proprie-
Il Chimico Italiano • n. 5-6 • ott/nov/dic 2006 Fig. 3. Elementi unitari e termini della descrizione sistemica come componenti della trasformazione secondo un diagramma cause-effetti S/A (singolo blocco elementare). Evidenziata nel riquadro la chiave di lettura realizzativa (modalità, spazio-temporale e strutturale) dell' evento. R Z = R IN; cause circostanziali, remote o indirette (azioni di esecuzione, controllo o regolazione delle precedenti azioni (es.da automatismi, umane, manuali) oppure azioni fortuite) Ψ j*; stato merceologico del sistema (variabili di caratterizzazione … λ j -λ jk …) A; ambiente della trasformazione (ciclo di produzione, laboratorio, ciclo di vita) I k; interazioni nel sistema (struttura k); aspetti delle interazioni in S esaminati indirettamente in termini degli effetti osservabili; cioè stabilità e coesione di S nei loro vari aspetti: inerzia/ reattività chimica, rigidità/ resistenza meccanica, fluidità/consistenza reologica, stabilità fasica e volatilità etc. (x, y, z) A; spazio, collocazione spaziale del fenomeno in A (punto critico, origine, sorgente; punto di intervento) I(…) = “immagine” di …,“modello” di … Fig. 4. Diagramma cause-effetti S/A. Proprietà di trasporto collegate alla contaminazione-migrazione tà di apporto dall’ esterno e di diffusione all’ interno. Il fenomeno, sotto il profilo dei livelli di interazione, avviene a carico di una data specie molecolare “migrante” (componente critico della composizione n del sistema, ovvero popolazione molecolare M k in origine di A) che “viaggia” attraverso le varie specie molecolari (composizione n) e strutture (“cavità”, microfasi, discontinuità fra di esse, elementi anisotropi diversamente orientati come fibre, etc.) DAGLI ISCRITTI« 21 del materiale di S (varie M k ∈ S). Tale trasmissione, condizionata dall’ energia cinetica molecolare del sistema (T), avviene di sito attivo in sito attivo della matrice, con un meccanismo attivato (energia di attivazione E a ) di continua rottura e riformazione di legami secondari di coordinazione (I k ) fra la molecola migrante e le molecole componenti la matrice. Origine e causa prima di questa fenomenologia è la sorgente R IN = R IN (x, t) della contaminazione, definita spazio-temporalmente come sito e accadimento dell’ evento. A questa descrizione, di trasporto interno, va affiancata quella del trasporto esterno od “apporto” o “adduzione”, regolata dalla movimentazione dei fluidi di contatto col sistema o dal contatto con i solidi e dal conseguente trasferimento di materia attraverso gli stati limite alle interfasi (varie M k esterne ad S, come le fasi a contatto, e comuni sia ad S che ad A, come appunto gli strati limite). • Trasformazioni tecnologiche (processi). Un secondo ambito di impiego di tali costruzioni grafiche è anche quello della conoscenza tecnologica di processo dove, con riferimento ad un intero ciclo produttivo di trasformazione, dalla materia prima Ψ 1 al prodotto finito Ψ 2 attraverso i vari intermedi o semilavorati di stati Ψ A , Ψ B …, esse possono essere combinate in serie. Case-study n. 2. Processo tecnologico conciario. La trasformazione della pelle grezza in cuoio comporta il preventivo condizionamento e isolamento del reticolo dermico del collagene, la sua stabilizzazione chimica verso l’ attacco batterico, il conferimento di opportune proprietà funzionali (colore, compattezza, cedevolezza/elasticità e consistenza viscoelastica) e “copertura” protettiva. A parte va considerato il primo stadio, semitecnologico (allevamento, macellazione), della produzione della materia prima grezza. Ogni singolo step di trasformazione (aree tratteggiate in figura) va ulteriormente “esploso” in termini di elementi unitari e termini della descrizione sistemica, come nel grafo generale presentato all’ inizio: variabili di stato del sistema, di caratterizzazione spazio-tempo, di meccanismi di step, di leggi di sistema etc. • Formulazioni di prodotto. Un terzo ambito applicativo, infine, è quello della conoscenza tecnologica di formulazione di prodotto, o trasformazione
Page 1 and 2: Poste Italiane S.p.A. - Spedizione
Page 3 and 4: Il Chimico Italiano Bimestrale di i
Page 5 and 6: Il Chimico Italiano • n. 5-6 •
Page 21: Il Chimico Italiano • n. 5-6 •
Page 35 and 36: ELENCO delle COMMISSIONI CONSILIARI

Il Chimico Italiano - Consiglio Nazionale dei Chimici

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?