CHIMICA
CHIMICA (X, p. 100; App. II, 1, p. 575; III, 1, p. 363)
L'ultimo quindicennio ha visto per molti popoli un aumento generalizzato del tenore di vita, e la c. è stata una delle principali, se non la principale causa di questo miglioramento.
È migliorato il grado qualitativo e quantitativo del cibo, le fibre sintetiche hanno permesso l'uso del vestiario a popolazioni che non potevano, a causa del loro basso reddito, adire ai costosi materiali tradizionali, nuove medicine hanno annientato vecchie malattie. L'intera vita nei paesi industrializzati è basata sui composti chimici che l'industria produce e mette a disposizione in grandi quantità.
Per dare qualche indicazione quantitativa, nel decennio 1963-73 nei paesi della zona OCSE (Europa occid., Stati Uniti, Giappone, Canada, ecc.) la produzione chimica è aumentata a un tasso del 9,3% annuo. Una forte flessione, successiva all'aumento dei prezzi del petrolio (nella sua doppia veste di materia base per la petrolchimica e per l'energia) si è verificata nel 1974-75. Nei primi sei mesi del 1975 la produzione chimica è calata del 14% nei paesi europei, del 21% in Giappone (v. fig.).
Il consumo di prodotti chimici è stato nell'Europa occidentale di 105.000 milioni di dollari nel 1974, contro 81.000 nel 1973. Negli SUA sono stati spesi 61.000 milioni di dollari nel 1973, 75.500 nel 1974; tuttavia, l'aumento dei prezzi dei prodotti chimici nello stesso periodo è stato di circa il 30%.
Il consumo di composti chimici per abitante è aumentato dal 1963 al 1974 di un fattore assai elevato. L'italiano medio consumava prodotti chimici per 77 dollari nel 1963, per 255 nel 1974. Nella Rep. Fed. di Germania si è passati da 130 a 392 dollari nello stesso periodo (v. tabella).
Per entrare nel dettaglio, i principali settori nei quali l'industria chimica è attiva sono i seguenti.
Composti organici di base. - Circa la metà dell'intera produzione industriale chimica è dovuta a composti organici. Di questi, circa il 90% proviene dal petrolio o dal gas naturale. Il resto prende origine dai residui carboniosi delle cokerie, da grassi animali e vegetali, resine, semi vegetali. Le industrie che producono prodotti organici hanno spesso un elevato grado di verticalizzazione, nel senso che compiono diversi stadi successivi fino al prodotto finito.
L'etilene, una delle più importanti materie prime dell'industria chimica organica, viene prodotta come derivato dei processi di raffinazione del petrolio; la produzione statunitense di etilene si aggirava, nel 1970, sui 10 milioni di t, e si prevede per il 1980 una produzione di 38 milioni di tonnellate.
Circa il 35% dell'etilene prodotto è convertito in polietilene, il resto è trasformato in ossido di etilene e derivati (fra cui il glicol etilenico), in alcole etilico, e in etil-benzolo, precursore dello stirolo.
I gas di raffineria contengono, oltre all'etilene, una certa quantità di propilene. È questo un altro composto di grande importanza nell'industria petrolchimica. Negli SUA la produzione annua di propilene supera i 4 milioni di t, destinati per il 20% alla fabbricazione di alcole isopropilico, per il 17% all'acrilonitrile, per il 17% al polipropilene, per il 13% all'ossido di propilene. Altre applicazioni del propilene sono la produzione del cumolo, e quella della gomma etilene-propilene.
Lo stirene è alla base di una serie di alti polimeri. La produzione SUA di stirene superava nel 1973 i 3 milioni di t, destinati soprattutto a gomme stirene-butadiene, a polistirene, a materie plastiche del tipo ABS (acrilonitrile - butadiene - stirene).
Altri monomeri che in grande quantità entrano a far parte di gomme sintetiche sono il butadiene e l'isoprene. Il primo viene prodotto negli SUA in quantità superiori ai 2 milioni di t l'anno, ed entra a far parte dei copolimeri stirene-butadiene e polibutadiene. Una gomma praticamente identica a quella naturale viene prodotta dall'isoprene, del quale vengono consumate oltre 300.000 t/anno nei soli Stati Uniti.
Gl'intermedi per fibre sintetiche costituiscono una delle attività più importanti dell'industria chimica organica. Acido adipico, esametilendiammina, caprolattame, acidi ftalici, acrilonitrile sono i principali monomeri per la produzione delle fibre sintetiche (v. oltre).
Gl'intermedi per detersivi organici hanno assunto negli ultimi quindici anni un'enomne importanza. Anche a seguito della diffusione delle macchine lavatrici, la produzione di detergenti si è accresciuta in maniera spettacolare. In una prima fase, detti detergenti erano costituiti da solfonati di alchilbenzene (ABS) facilmente preparabili dal benzene e da tetrameri del propilene (entrambi ottenibili dalla petrolchimica) per solfonazione. Tali composti sono stati più recentemente sostituiti dagli alchilbenzeni solfonati lineari (LAS) per motivi ecologici. Ci si era infatti resi conto che gli ABS, avendo una catena alchilica ramificata, non venivano degradati dai microorganismi ambientali delle acque superficiali, e pertanto si accumulavano nei corsi d'acqua, raggiungendo addirittura le falde freatiche. I LAS sono invece prontamente degradati nell'ambiente.
Altri prodotti industriali organici sono i fluorocarburi, utilizzati in tutto il mondo come veicolo termico per frigoriferi, e come propellenti nelle bombolette-spray. Di questi composti si è molto parlato recentemente: essi, infatti, sembra non vengano degradati nell'atmosfera. Possono pertanto interagire nella stratosfera con lo strato di ozono, determinandone una certa degradazione, le cui possibili conseguenze sono attualmente oggetto di studio. L'attuale produzione di fluorocarburi nel mondo si aggira sul milione di tonnellate.
Un altro composto che viene prodotto in quantità che si aggirano sui 2 milioni di t è l'ossido di etilene, derivato immediato dell'etilene e precursore di molti composti di larghissimo impiego. Il più importante di questi è il glicol etilenico, del quale si producono annualmente nei soli Stati Uniti oltre un milione di t, ed è usato come liquido per miscele antigelo, e come precursore di fibre poliestere, polietilenglicoli, ecc.
Il metanolo viene prodotto in grandissime quantità: se ne calcola in circa 10 milioni di t la produzione mondiale. Esso viene impiegato come solvente e come reagente in numerose sintesi organiche, e in massicce quantità per la preparazione della formaldeide. Quest'ultima è alla base delle resine fenolo-formaldeide, o bacheliti, che sono largamente usate nella fabbricazione dei più svariati oggetti domestici.
Composti inorganici di base. - Costituiscono circa un quinto del fatturato dell'intera industria chimica. Sono prodotti sia per essere commerciati, sia per essere utilizzati come reattivi all'interno dell'industria produttrice. Si può affermare che non vi sia produzione nella quale non intervenga in qualche misura uno di questi composti.
L'acido solforico viene prodotto ovunque su larghissima scala. Esso prende parte a numerosissime reazioni industriali come disidratante, catalizzatore, solvente, adsorbente, oltre che per le sue proprietà di acido.
L'industria dei fertilizzanti assorbe la maggior parte dell'acido solforico prodotto. Circa il 40% dell'intera disponibilità viene impiegato nella produzione dei fosfati, il 10% nella fabbricazione del solfato ammonico. Il 20% entra nella produzione chimica industriale generale, il 10% ancora nella petrolchimica.
L'ammoniaca è, per quantità, il secondo composto industriale. viene prodotta in decine di milioni di t, ed è la fonte dei fertilizzanti azotati. Viene adoperata anche per la fabbricazione di altri composti, come l'acido nitrico, e come reagente nell'industria del carbonato sodico.
Gl'impianti cloro-soda producono grandi quantità di questi due reagenti, che trovano vaste applicazioni industriali. La soda è essenziale nella produzione del rayon, del cellofan, nell'industria della carta, dei saponi, dei fenoli, nella raffinazione dei metalli.
Il cloro trova applicazione nell'industria tessile, nella preparazione degl'insetticidi, nei processi di sbianca della carta, nella disinfezione dell'acqua, nell'industria degli alti polimeri.
L'acido cloridrico trova applicazione nell'industria dell'acciaio, nei processi industriali in genere, nella raffinazione di molti metalli. Ipocloriti, cloriti e clorati sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione dei fiammiferi, di esplosivi, di diserbanti, ecc.
Il carbonato di sodio è alla base dell'industria del vetro, e di una serie di altre produzioni estremamente differenziate. Altrettanto dicasi per i silicati.
Materie plastiche e resine (v. plastiche, materie, in questa Appendice). - Lo sviluppo dell'industria delle materie plastiche negli ultimi trent'anni è stato immenso, e attualmente nei soli Stati Uniti il fatturato supera i 5 miliardi di dollari. Tale successo è dovuto al fatto che i materiali base sono di origine petrolchimica, relativamente abbondanti e a buon mercato, e possono essere trasformati in prodotti di alta qualità, di elevate prestazioni, che possono molte volte sostituire materiali tradizionali come legno, metalli, vetro, colla, ecc. A vantaggio delle materie plastiche vi è assai spesso, oltre che una decisa convenienza economica, anche una maggiore resistenza e leggerezza (App. III, 11, p. 428).
Gli sviluppi delle materie plastiche sono molto ampi. Ci si attende da esse un forte contributo alla soluzione dei problemi connessi con gl'incendi: è molto sviluppata la ricerca di polimeri non infiammabili, che permettano di costruire oggetti esposti al pericolo d'incendio.
Più di recente, si è sviluppata l'applicazione delle materie plastiche in discipline biomediche, sia per quanto riguarda la fabbricazione di organi artificiali, protesi, ecc., sia per quanto riguarda la possibilità di un lento rilascio dei medicamenti all'interno degli organismi. Sono già in commercio alcuni medicinali incapsulati in materiale polimerico che ha la proprietà di rilasciare lentamente nell'organismo il principio attivo. Si può in tal modo raggiungere un dosaggio continuo e idoneo, ed evitare tutti gl'inconvenienti connessi con una somministrazione una tantum dei medicamenti (sovradosaggi, discontinuità di concentrazione, ecc.).
Nel settore della ricerca, un notevole impulso è stato dato di recente alla reattività di reagenti e catalizzatori fissati su matrice polimerica. Molti reagenti e catalizzatori tradizionali, in tal modo modificati, presentano alcuni vantaggi soprattutto per quanto riguarda la facilità di purificazione delle miscele di reazione e la selettività dell'azione.
Fibre tessili. - Nel marzo 1960, la Federal Trade Commission degli Stati Uniti d'America ha fissato 17 denominazioni per altrettanti tipi di fibre usate nell'industria tessile. Esse sono il rayon, l'acetato (cellulosa acetilata all'80%), la gomma naturale o sintetica, il vetro, il nailon, il vinyon (> 85% cloruro di vinile), il saran (cloruro di vinilidene), il metallico (metallo, o fibre rivestite di metallo), il modacrilico (acrilonitrile 35 ÷ 85%), l'acrilico (> 85% acrilonitrile), il poliestere, il triacetato (cellulosa acetilata al 97%), lo spandex (poliuretano), l'olefinico (polietilene, polipropilene, ecc.), l'anidex (poliacrilato).
Il rilevante sviluppo di questa industria ha fatto sì che il consumo medio per abitante di fibre tessili, naturali e sintetiche, sia passato nei paesi a elevata industrializzazione da circa 6 kg nel 1870 a 24 kg nel 1970.
È cambiata la disponibilità e la qualità; sono cambiate le prestazioni, delle fibre naturali, a seguito di un generale affinamento delle tecnologie, e della possibilità di miscelare le varie fibre (per es., ottenimento di tessuti no-iron, ecc.). Rayon, poliesteri, poliammidi e acetati di cellulosa sono le fibre che, per livello di produzione, occupano i primi quattro posti.
Oltre a un grande progresso sul piano della qualità e della quantità di fibre prodotte, si è avuto negli anni Sessanta e Settanta un grande sviluppo nella c. e nella tecnologia di una serie di prodotti che possono essere considerati accessori dell'industria tessile. Questo sviluppo ha ampliato a dismisura le prestazioni delle fibre tessili, aprendo a esse un mercato enorme.
La c. e la tecnologia dei coloranti ha avuto un grande sviluppo, sia per quanto riguarda la colorazione di fibre naturali come il cotone, sia per quanto riguarda le esigenze poste dallo sviluppo delle nuove fibre di sintesi. Talvolta, come nel caso del nailon, le difficoltà poste dal problema della colorazione portavano i tecnici di grosse industrie come Du-Pont e Monsanto ad apportare modifiche alla fibra, per permettere una maggiore affinità verso coloranti particolarmente adatti.
Importanti progressi sono stati compiuti nel settore della repellenza, sia per quanto riguarda l'impermeabilizzazione all'acqua, sia per quanto riguarda una maggiore resistenza allo sporco, una maggiore facilità di lavaggio e la possibilità di evitare operazioni di stiratura.
Questa repellenza è ottenuta con sali quaternari di piridinio, derivati fluorocarburici, siliconi, emulsioni di resine del tipo melamminico, ecc.
È stato in pratica risolto anche il problema connesso con la necessità di avere tessuti antistatici (v. antistatico, agente, in questa App.), ossia tali da disperdere rapidamente l'energia elettrostatica, evitando quindi quelle spiacevoli scosse che spesso si verificano dopo un prolungato contatto con un tessuto di fibra sintetica.
Molta attenzione viene data nell'ambito delle industrie tessili all'infiammabilità dei tessuti. Il fuoco è la terza causa di morte accidentale, negli SUA, dopo gl'incidenti automobilistici e le cadute. In molti di questi episodi i tessuti giuocano un ruolo determinante, donde la necessità di trovare tessuti che non brucino, o di additivare i tessuti con idonei materiali che ne ritardino la combustione.
Molte fibre sintetiche sono altamente infiammabili: rayon, acetato di cellulosa, cotone, la stessa lana (che pure presenta una certa inerzia al fuoco), le poliammidi. L'additivazione di cere policlorurate, la miscelazione con cloruro di polivinile, sono i rimedi usati spesso nella pratica per ottenere fibre non infiammabili. Più, di recente grande successo commerciale è stato decretato per il cloruro di tetrakis (idrossimetil) fosfonio, prodotto dalla Hooker Chemical Co., che è attualmente alla base della maggior parte dei tessuti resistenti all'infiammabilità.
Composti farmaceutici. - La vita media per un bambino nato in paesi industrializzati nel 1900 era di 47 anni. Nel 1920, tale limite era salito a 56, e nel 1970 a circa 70 anni. Questo aumento, così importante, è dovuto in misura sostanziale al miglioramento dell'organizzazione sanitaria e dei farmaci, delle condizioni igieniche, del livello di vita e dell'alimentazione. Un importante contributo è stato dato alla diffusione dei vaccini contro alcune importanti malattie, dalle vitamine, dai sulfamidici, dagli antibiotici. Le malattie infettive uccidono 50 persone su 100.o00 adesso, mentre ne uccidevano 500 nel 1900, e così la mortalità per influenza e polmonite si è ridotta a un settimo, tifo, difterite e paratifo sono calati di fattori ancora superiori. Per contro, nello stesso periodo 1900-70, sono aumentate del 50%, come causa di morte, le malattie cardiovascolari, e del 300% è aumentato il cancro.
Nel campo dei farmaci, significativi progressi si sono avuti negli ultimi quarant'anni. I più importanti riguardano:
- una varietà di sulfamidici, come la sulfanilammide, il sulfatiazolo e la sulfadiazina, antibiotici come penicillina, streptomicina, tetracicline, cloramfenicolo, per il trattamento delle infezioni;
- l'isoniazide (sola, o associata con streptomicina) per il trattamento della tubercolosi;
- gli adrenocorticoidi per il trattamento delle artriti reumatoidi, delle infiammazioni e delle allergie;
- gli alcaloidi della Rauwolfia, del veratro, e vari sali ammonici quaternari, per il trattamento dell'ipertensione;
- organomercuriali e triazidi per eliminare l'eccesso di liquido nel trattamento di malattie dei reni, del cuore e del fegato;
- la cloropromazina e altri tranquillanti per malattie mentali, depressioni, stati ansiosi;
- gli antistaminici tipo difenidramina per il trattamento di stati allergici;
- gli antidiabetici orali, in parziale sostituzione dell'insulina;
- estrogeni e progestinici come contraccettivi orali;
- clorochine per il trattamento della malaria e delle parassitosi da amebe;
- anestetici locali (lidocaina, ecc.) e rilassanti dei muscoli, utili nelle operazioni chirurgiche.
A questo sviluppo nella qualità dei farmaci corrisponde un grande sviluppo nell'industria farmaceutica e nell'organizzazione sanitaria. Negli SUA sono stati spesi nel 1970 circa 67 miliardi di dollari nei vari settori connessi con la salute. Produrre e vendere medicine e altri prodotti, provvedere ai servizi sanitari e sviluppare la ricerca medica ha impegnato nel 1970 negli SUA circa 11.000 fra chimici e ingegneri chimici.
La c. è coinvolta nei problemi connessi con la salute in maniera talvolta indiretta, ma talvolta invece in maniera assai diretta.
Nel caso della progettazione o della produzione industriale di un farmaco, la c. è coinvolta in maniera diretta. La ricerca di un nuovo principio attivo, inoltre, implica una strettissima collaborazione fra il chimico e studiosi di altre discipline (farmacologi, enzimologi, fisiologi, ecc.) in un'attività tanto più proficua quanto più essa è integrata.
Rischi-benefici della chimica. - Ai progressi sostanziali cui abbiamo sopra accennato, sono legati aspetti negativi rilevanti. La diffusione così generalizzata di una varietà di prodotti chimici ha portato a una notevole serie di controindicazioni. Non tutti i composti sono esenti da tossicità, si può anzi dire che ogni composto presenta un pericolo potenziale. I lavoratori delle industrie chimiche sono esposti in misura maggiore a un rischio occupazionale talvolta ingente: numerosi, purtroppo, sono i casi in cui studi epidemiologici condotti su operai di fabbriche chimiche hanno permesso di evidenziare la tossicità, quando non la cancerogenicità, di un composto. Le ammine aromatiche, l'asbesto, il cloruro di vinile, l'arsenico, sono i prodotti per i quali più di recente sono state messe in evidenza le proprietà nocive.
Secondo agenzie sanitarie americane, il cancro sarebbe causato, in una percentuale che va dal 60 al 90%, da motivi ambientali. Fra questi, in prima linea, il fumo da sigarette, le radiazioni naturali, e composti chimici naturali (per es. tipo asbesto) o industriali (cloruro di vinile).
L'orientamento attuale di molti governi del mondo industrializzato è quello di aumentare i controlli sui prodotti che vengono immessi sul mercato, a evitare il diffondersi di prodotti non sufficientemente studiati da un punto di vista tossicologico.
È tuttavia da notare che in molti casi un certo rischio è connesso strettamente con l'uso di una materia prima, e che tale uso è inevitabile. Per es., la produzione di energia da combustibili fossili è legata inevitabilmente alla diffusione di SO2, di metalli pesanti, di CO2 in enormi quantità. E non si vede, a tempi brevi, una sostituzione del petrolio o del carbone con fonti di energia meno nocive.
Bibl.: Autori vari, Chemistry in the economy, Washington 1973; id., L'industrie chimique 1974-75, Parigi 1976.