In breve: Studiamo se una reazione chimica può avvenire davvero e se conviene farla in fabbrica.
Cosa significa fattibilità
Un processo chimico trasforma sostanze in prodotti utili. Prima di costruire un impianto, dobbiamo capire se funziona.
La fattibilità ci dice se il processo può avvenire. Non tutte le reazioni sono possibili in pratica.
Esistono due domande chiave da porsi. La reazione può avvenire? E quanto velocemente avviene?
Aspetti chimico-fisici da controllare
Per valutare un processo guardiamo prima la termodinamica. Questa ci dice se la reazione è spontanea o no.
Una reazione spontanea libera o usa energia in modo favorevole. Se non lo è, dobbiamo fornire energia dall'esterno.
Poi studiamo la cinetica. Questa ci dice quanto tempo serve per ottenere i prodotti.
Una reazione spontanea potrebbe essere troppo lenta. In questo caso usiamo un catalizzatore per accelerarla.
Controlliamo anche temperatura, pressione e concentrazioni. Questi fattori cambiano il risultato finale del processo.
Infine valutiamo la sicurezza e la disponibilità delle materie prime. Un processo pericoloso o costoso non è fattibile.
Esempi pratici
Pensiamo alla sintesi dell'ammoniaca dal processo Haber-Bosch. La reazione tra azoto e idrogeno è spontanea a basse temperature.
Però a basse temperature è troppo lenta. Si alza la temperatura e si usa un catalizzatore di ferro.
Un altro esempio è la produzione di acido solforico. Si verificano gli equilibri di reazione e si scelgono le condizioni migliori.
Come si procede in pratica:
- Si scrive l'equazione chimica del processo.
- Si calcola la variazione di energia libera.
- Si studia la velocità di reazione.
- Si scelgono temperatura, pressione e catalizzatori.
- Si valutano costi, sicurezza e impatto ambientale.
Parole difficili
- Termodinamica: studia gli scambi di energia nelle trasformazioni chimiche.
- Cinetica: studia la velocità con cui avviene una reazione.
- Spontanea: reazione che avviene senza energia esterna continua.
- Catalizzatore: sostanza che accelera la reazione senza consumarsi.
- Equilibrio: stato in cui reagenti e prodotti restano costanti.
- Energia libera: grandezza che indica se la reazione è possibile.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-chimica-materiali-biotecnologie.tecnologie-chimiche-industriali.cl3.fattibilita-processo.01