Testi ed informazioni di base

Il Database NOP affronta molti argomenti circa l’insegnamento moderno della chimica organica in forma di brevi testi: essi possono essere usati per approfondimenti personali o come base per le lezioni. Le sezioni Sostenibilità, NOP - Come? and Tecniche comprendono i seguenti argomenti:

• Sostenibilità;
• Leggi e regolamenti;
• Procedure di valutazione per sostanze chimiche, reazioni e rifiuti;
• Descrittori fisici, chimici, tossicologici ed eco-tossicologici;
• Fonti d’informazione su argomenti legati alla protezione ambientale ed alla sicurezza sul lavoro;
• Gestione ambientale (ad esempio: smaltimento dei rifiuti);
• Contenuti e realizzazione del bilancio ambientale;
• Utilizzo di energia nelle reazioni chimiche (ad esempio: le micro-onde);
• Misurazione ed indici energetici;
• Ottimizzazione delle reazioni e minimizzazione degli scarti.

Un approccio ad argomenti trattati nei classici corsi di laboratorio come:

• Metodi di lavoro in laboratorio,
• Cromatografia,
• Spettroscopia

si trova nelle raccolte di riferimenti bibliografici (in lingua inglese), i quali possono essere reperiti nella maggior parte delle librerie scientifiche e sono solitamente usati in molti corsi di laboratorio.

Il Glossario, (disponibile solo in lingua inglese o tedesca) prevede una funzione di ricerca, alcune abbreviazioni di termini e svariati collegamenti a testi esplicativi. Si possono trovare, ad esempio, termini come efficienza energetica, calore di reazione, nonché altre voci riferite ad inquinanti organici in tracce come diossine e policlorobifenili (PCB).

Caratteristiche dei prodotti chimici

Solo chi è a conoscenza delle informazioni circa proprietà ed effetti di un composto chimico, può condurre esperimenti veramente sostenibili; proprio per questo motivo, selezionando la voce Sostanze di uno specifico esperimento, è possibile trovare (in forma grafica) la Disponibilità di dati relativa ad ogni composto. In tal modo, si ha un’idea immediata di quanto sia a disposizione in letteratura circa le proprietà e gli effetti delle varie sostanze. Il menù Fattori di rischio riporta una visione d’insieme della potenziale pericolosità (per la salute umana) di tutti i composti usati o prodotti negli esperimenti. Cliccando quindi sul nome di una sostanza, alla voce Valori limite e classificazione, è possibile verificare se il composto stesso sia elencato o meno nella lista tedesca delle sostanze con limiti di esposizione (cfr. i valori MAK- Maximale Arbeitsplatz Konzentration). Inoltre, qualora la Umweltbundesamt (Agenzia tedesca per le persone e l’ambiente) avesse classificato questa sostanza come composto inquinante per le acque, assegnandogli una classe di inquinamento dell’acqua, in questa sezione del sito si troverebbero anche tutte le informazioni relative a questo aspetto (protezione ambientale). Un link diretto alle proprietà e agli effetti delle sostanze si trova nella homepage di NOP, alla sezione Sostanze. Queste ultime possono essere trovate grazie ad un motore di ricerca interno; sempre in questa parte del sito, sono stati inseriti link ad altri siti Internet per permettere una ricerca individuale sulle proprietà e gli effetti dei composti chimici.

Per i composti inseriti nel database NOP, i dati fisico-chimici, tossicologici ed eco-tossicologici possono essere visualizzati direttamente. In tal modo si possono comprendere i fondamenti che stanno alla base della classificazione di una sostanza (frasi di rischio, frasi di sicurezza, limiti di esposizione e classe di inquinamento dell’acqua); in aggiunta, vengono riportate la classificazione del composto e tutte le raccomandazioni del caso per la sua manipolazione. Purtroppo, solo per poche sostanze è disponibile (ad oggi) l’intero set di dati: talvolta la ricerca sperimentale non è ancora stata condotta, oppure tali valori non sono disponibili nella letteratura di pubblico dominio. In tal caso, è possibile accedere solo alle voci Identità, Struttura 3D e a quella Valori limite e classificazione per la sostanza in questione; tutto ciò dovrebbe sollecitare gli utenti NOP ad eseguire ricerche personali per trovare dati ulteriori. A tal fine abbiamo indicato, insieme al nome della sostanza, il suo numero CAS: un fondamentale punto di partenza per reperire altre preziose informazioni. Ulteriori suggerimenti in merito si possono trovare nell’articolo Valutazione del pericolo per sostanze chimiche, presente nella sezione NOP - Come?.

Esperimenti in laboratorio

Come per tutti gli altri corsi di laboratorio, gli esperimenti sono il cuore di NOP. Nella homepage del sito, la voce Esperimenti porta alla pagina iniziale della sezione. Una volta entrati, è possibile scegliere i singoli esperimenti, usando vari criteri, grazie ad un apposito motore di ricerca. Tali criteri includono le classi di sostanze, i tipi di reazione, i metodi di lavoro e il grado di difficoltà; eventualmente, si può anche ottenere la lista completa di tutte le esperienze (75 in tutto). La collezione NOP contiene due differenti tipologie di esperimenti; la prima riguarda quelli inseriti nel modulo d’insegnamento NOP, i quali sono stati ampiamente analizzati, valutati ed ottimizzati. Essi vogliono rappresentare degli standard per chiarire come si possono valutare ed ottimizzare le miche, anche in un contesto educativo. Per facilitarne l’identificazione, i titoli degli esperimenti del modulo d’insegnamento NOP sono riportati su sfondo grigio. Nell’altra classe di esperimenti, invece, sono compresi i protocolli che, pur riportando in maniera esaustiva tutte le informazioni di sicurezza ed i metodi di analisi dei prodotti, non sono stati valutati ed ottimizzati a fondo. Studenti ed insegnanti potrebbero opportunamente cimentarsi nell’ottimizzazione durante i loro progetti di lavoro.

Per ogni esperimento, la voce Introduzione mostra l’equazione della reazione, il tipo di reazione, le classi di sostanze coinvolte e le principali tecniche di lavoro adottate. Alcuni processi possono essere condotti in modi differenti o in più varianti (ad esempio: alcune procedure possono essere eseguite con la classica dotazione di laboratorio, oppure ricorrendo ad un forno a micro-onde); qualora vi fosse una variante disponibile, il suo numero identificativo è mostrato al di sotto del Nr-NOP che contraddistingue l’esperimento in questione ed è presente un link diretto alla variante.

Il menu Istruzioni mostra tutte le indicazioni (con commento) per la sintesi di varie quantità finali di prodotto (fino ad un massimo di 3): solitamente 10 e 100 mmol. Questa sezione mostra (anche) i protocolli di reazione, di purificazione e di riciclo delle sostanze impiegate. Tra le altre cose, vengono inoltre indicati la durata media dell’esperimento, i possibili punti di sospensione e la gestione dei rifiuti, mentre i commenti illustrano le tecniche usate e le caratteristiche dei composti chimici. Per tutti gli esperimenti è disponibile un file in formato pdf che riporta le istruzioni di sintesi per le varie quantità di prodotto, insieme a dati analitici, commenti addizionali, brevi procedure di gestione dei rifiuti e alla lista completa delle sostanze necessarie. Questo file pdf è pronto per essere stampato ed usato direttamente come protocollo operativo in laboratorio, dove solitamente mancano i computer con accesso ad Internet.

Alla voce Schema operativo di ogni esperimento viene fornito un diagramma di flusso integrato, che mostra i diversi passaggi dell’esperienza e tutti i materiali utilizzati; la rappresentazione grafica dello schema di lavoro, inoltre, fornisce una valida visione d’insieme, utile per identificare potenziali punti da ottimizzare, come (ad esempio) il riciclo, il trattamento dei rifiuti o l’identificazione di eventuali sotto-prodotti.

Il menu Sostanze è già stato ampiamente discusso. La voce successiva - denominata Attrezzatura - elenca tutto l’equipaggiamento di laboratorio necessario, con foto che servono ad aiutare gli studenti principianti o quelli stranieri ad identificare un’attrezzatura nuova o sconosciuta. Il menu Valutazione riporta tutti i principali parametri della reazione, come la resa, l’atom economy, l’efficienza di massa, la massa dei reagenti iniziali e quella dei prodotti finali.

Alcuni esperimenti hanno anche un testo di valutazione, il cui intento è quello di integrare vari criteri al fine di valutare la sostenibilità dell’esperienza; tra questi ricordiamo (ad esempio) la tossicità delle sostanze usate o prodotte, la resa, la quantità di scarti/rifiuti, la richiesta di energia, ecc. Un’indicazione di massima è fornita da un ideogramma a semaforo. La luce verde contraddistingue esperimenti in cui l’efficienza di massa ed energetica sono abbastanza buone, mentre l’uso di composti idotto al minimo. La luce gialla indica esperimenti che implicano un certo rischio per la salute umana e/o per l’ambiente e che devono quindi essere eseguiti con cautela, applicando le opportune misure di sicurezza. La luce rossa indica che l’esperimento presenta aspetti particolarmente problematici, venuti alla luce durante la valutazione del rischio. In questi casi devono essere adottate misure di sicurezza estreme: tali esperimenti dovrebbero essere ottimizzati o, meglio, sostituiti con altri simili, ma meno pericolosi. Se il simbolo del semaforo è spento e presenta un punto interrogativo, allora l’esperimento può essere condotto in conformità ai vari criteri di NOP: con questa espressione si intende che nell’esperimento non viene usato o prodotto nessun composto altamente tossico, eco-tossico, o persistente, e/o l’efficienza energetica e quella di massa sono ottimizzabili; tali esperimenti si riferiscono a reazioni-tipo della chimica organica. In questo caso, inoltre, il potenziale rischio per la salute umana e l’ambiente è stato valutato sulla base dei dati disponibili e della classificazione secondo i fattori di rischio, le frasi di rischio e di sicurezza, i valori limite di esposizione e le classi di inquinamento dell’acqua. Per le sostanze che ancora non sono incluse nel modulo d’insegnamento NOP, i dati integrativi devono essere ricercati dagli stessi utenti (studenti): in tal modo essi possono esercitare le loro capacità individuali nel valutare il possibile pericolo associato ad un composto chimico. Tutti gli esperimenti contraddistinti dal semaforo rosso e quelli che non sono stati completamente valutati, possono comunque essere utilizzati nella pratica di laboratorio durante il corso, a patto di adottare tutte le misure di sicurezza del caso.

La voce Caratterizzazione mostra nella maggior parte dei casi i cromatogrammi del composto grezzo e di quello puro, associati ai vari parametri di analisi (GC o HPLC). Similarmente, per ciò che concerne l’identificazione mediante metodi spettroscopici, vengono forniti, per il composto grezzo e per quello purificato, lo spettro di risonanza magnetica nucleare (NMR) - sia del protone (¹H), che del carbonio (¹³C) - e lo spettro infrarosso (IR). La maggior parte degli spettri forniti da NOP sono interattivi ed affiancati da modelli tridimensionali del prodotto.

La voce Direttive tecniche (disponibile solo in lingua tedesca) è divisa in direttive generiche per il laboratorio e direttive specifiche per il singolo esperimento (documento pdf), come previsto dal paragrafo 20 della Gefahrstoffverordnung tedesca.

update 06. September 2012