ITICV_Allegato al Doc_15 maggio 5ACH_13_14

ISTITUTO STATALE D’ISTRUZIONE SUPERIORE
“MALIGNANI”
Via Ramazzotti,41 – 33052 CERVIGNANO DEL FRIULI
Sezioni associate:
- I.T.I. “Malignani 2000” – Cervignano del Friuli
Tel 043132550 – fax 043134098
- I.T.I. Malignani 2000 - S. Giorgio di Nogaro
Tel/fax 0431622070.
- I.P.S.I.A. “Malignani 2000” – S. Giorgio di Nogaro
Tel/fax 043165033
- Tel. 0431-32550 /Fax 0431-34098 – C.F. 90011220309
I.T.C. “L. Einaudi” – Palmanova
Tel 0432929291 – fax 0432929986
I.P.S.C. “Mattei” - Palmanova
Tel. 0432929291 - fax 0432929986.
Liceo Scientifico “Einstein” - Cervignano del Friuli
Tel/fax 043132339
ESAME DI STATO CONCLUSIVO
Anno scolastico 2013/2014
INTEGRAZIONE
AL DOCUMENTO
DEL CONSIGLIO DI CLASSE
RELATIVO ALL’AZIONE EDUCATIVA
E DIDATTICA REALIZZATA
Sede associata
Classe
Sezione
Corsi/Specializzazioni
ITI MALIGNANI 2000
QUINTA
A
CHIMICA
I.T.I. “ MALIGNANI 2000” – Sede di Cervignano del Friuli
SIMULAZIONE DI SECONDA PROVA ESAME DI STATO
TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI
ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE
Simulazione della seconda prova scritta dell’ESC
A.S. 2013/2014
CLASSE 5^A CH
Il candidato realizzi il disegno dello schema descritto nel primo esercizio e, a sua scelta, risponda a due
degli altri tre quesiti proposti.
1) Butanolo e acetone possono essere prodotti contemporaneamente per via fermentativa come risultato del
metabolismo del Clostridium acetobutylicum, utilizzando come materia prima l’acqua di macerazione del
mais. Il processo si svolge in due fasi: nella prima si formano acido acetico e acido butirrico che poi si
trasformano in una miscela Butanolo/Acetone 3:1.
In un reattore discontinuo da 100-200 m3, dotato di un agitatore rotante, ed operante a pressione di poco
superiore a quella atmosferica, viene realizzata la fermentazione anaerobica. E’indispensabile un
preventiva e meticolosa sterilizzazione del fermentatore a causa della facilità di contaminazione. Il pH
ottimale è 6 ed è regolato da sali di ammonio. La temperatura di esercizio è 34 °C ed il processo dura 36
ore.
Il brodo di fermentazione contenente l’acetone e il butanolo, viene raccolto in un serbatoio polmone da cui
viene inviato al recupero per distillazione.
Si effettua una prima distillazione da cui si ottiene in testa il butanolo, l’acetone e minime quantità di
etanolo, ottenuto come sottoprodotto, in coda si ottiene il residuo, costituito dalla biomassa e da materie
prime non convertite, che verrà utilizzato come mangime per animali grazie al suo elevato contenuto
vitaminico.
La miscela di testa viene frazionata per ottenere i prodotti di reazione in una seconda rettifica.
Dal reattore di fermentazione si ottiene, inoltre, un gas di fermentazione costituito da anidride carbonica e
idrogeno. La miscela gassosa viene sottoposta a lavaggio con acqua in uno scrubber e successivamente
filtrazione con carboni attivi.
Il candidato disegni lo schema di un impianto idoneo a realizzare l’operazione proposta, completo delle
apparecchiature accessorie, delle regolazioni automatiche principali, seguendo per quanto possibile la
normativa UNICHIM.
Indicare tutti i fluidi di processo in entrata ed in uscita dall’impianto
2) In un’operazione di rettifica continua, operante con un rapporto di riflusso effettivo R 0,85 si producono
650 kg/h di distillato generato da un vapore che condensa a Tc = 84 °C.
Il calore latente di condensazione di tale vapore è ∆H = 1800 kJ/kg.
Il condensatore nel quale si effettua tale operazione è alimentato con acqua industriale di raffreddamento
con temperatura di ingresso Ti =21 °C ed uscente a Tu = 40 °C il cui calore specifico è cp = 4,18kJ/( kg °C).
Nel condensatore nuovo ed appena installato si realizza un coefficiente globale di scambio termico U = 2,5
kW/(m2 °C). dopo un periodo di alcuni mesi, il condensatore presenta un coefficiente di sporcamento Rd =
0,1 (m2 °C)/kW dovuto principalmente all’acqua di raffreddamento, che riduce la capacità di scambio
termico dell’apparecchio.
Con i dati a disposizione il candidato calcoli:
a) La portata di vapore uscente dalla colonna che deve essere condensato;
b) La potenza termica che viene scambiata nell’apparecchio;
c) La portata di acqua necessaria per realizzare la condensazione;
d) Il coefficiente di scambio termico quando lo scambiatore è sporco;
e) La temperatura media logaritmica presente nel condensatore nell’ipotesi che il liquido condensato
esca dall’ apparecchio alla temperatura di condensazione (84 °C)
f) L’area di scambio necessaria per realizzare la condensazione in tali condizioni.
3) I processi biotecnologici hanno ampliato il campo di azione dell’industria chimica dalla seconda metà
del secolo scorso, sia nel campo della produzione di composti chimici e di nuovi farmaci sia nel campo
dello smaltimento di sostanze dannose per l’ambiente. Il candidato, a sua libera scelta, illustri uno di tali
processi descrivendone in particolare:
le finalità operative;
le materie prime impiegate;
i controlli analitici da effettuare nel corso della lavorazione;
i problemi relativi allo smaltimento dei reflui o sottoprodotti;
le misure di sicurezza da impiegare per la salvaguardia della salute dei lavoratori addetti a tale processo.
4) Le scoperte sul ruolo dei catalizzatori costituiscono un capitolo fondamentale nelle ricerche nella
chimica del XX secolo. Il candidato, sulla base delle sue conoscenze, descriva a sua libera scelta un
processo di notevole importanza economica ed industriale nel quale il ruolo dei catalizzatori sia
fondamentale per l’ottenimento del prodotto desiderato.
Durata massima della prova: 6ore
Durante lo svolgimento della prova è consentito soltanto l’uso:
di materiali relativi alle simbologie UNICHIM;
di tabelle con dati numerici e diagrammi relativi a parametri chimico-fisici;
di mascherine da disegno e di calcolatrici non programmabili.
Non è consentita la consultazione di libri di testo.
Non è consentito lasciare l’istituto prima che siano trascorse 3 ore dalla dettatura del tema.
TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI
ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE
Simulazione della seconda prova scritta dell’ESC
A.S. 2013/2014
CLASSE 5^A CH
Esito
Numero allievi
1
2
6
3
2
3
Valutazione in 15esimi
15
14
13
12
11
10
ISTITUTO STATALE D’ISTRUZIONE
SUPERIORE
“MALIGNANI”
Via Ramazzotti,41 – 33052 CERVIGNANO DEL FRIULI - Tel. 0431-32550 /Fax 0431-34098 – C.F. 90011220309
Sezioni associate:
- I.T.I. “Malignani 2000” – Cervignano del Friuli
Tel 043132550 – fax 043134098
- I.T.I. Malignani 2000 - S. Giorgio di Nogaro
Tel/fax 0431622070.
- I.P.S.I.A. “Malignani 2000” – S. Giorgio di Nogaro
Tel/fax 043165033
- I.T.C. “L. Einaudi” – Palmanova
Tel 0432929291 – fax 0432929986
- I.P.S.C. “Mattei” - Palmanova
Tel. 0432929291 - fax 0432929986.
- Liceo Scientifico “Einstein” - Cervignano del Friuli
Tel/fax 043132339
Sezione associata ITT Malignani 2000 Cervignano
PROGRAMMA SVOLTO NELL’A.S. 2013/2014
INSEGNANTE: Gabriella Dovier
INSEGNANTE TECNICO PRATICO: Stefano Rigonat
CLASSE: V A CHI
MATERIA:CHIMICA ORGANICA E DELLE FERMENTAZIONI
Premessa al programma
Per decisione presa in ambito del Dipartimento di Chimica, da anni nella programmazione di inizio corso
(classe III), viene demandato lo studio approfondito della struttura atomica, proprietà periodiche e legame
chimico primario e secondario. Questo consente un approccio critico allo studio del chimismo delle classi
di composti organici d’ importanza industriale e di interesse biologico, ma allo stesso tempo provoca un
cambiamento nella scansione temporale degli obiettivi di apprendimento in campo organico e biorganico
nell’arco del triennio.
In pratica al V anno il programma prevede lo svolgimento di alcune classi di composti organici, lo studio
delle classi di composti di interesse biologico, oltre che la parte relativa alla cellula, microrganismi e
metabolismo cellulare.
Il programma prevede, inoltre, lo studio dei processi fermentativi a livello generale demandando al
parallelo corso di tecnologie l’approfondimento sui processi di fermentazioni industriali e biotecnologici.
L’assenza nel laboratorio di un fermentatore pilota ha, inoltre, fatto si che in alternativa, nel corso degli
anni, sia stato sviluppato lo studio delle tecniche microbiologiche di controllo ambientale in vari settori,
anche sulla base delle finalità ed obiettivi del Progetto Interistituto “Ambiente e Qualità”, proposto e
coordinato dal Dipartimento di Chimica dal 1998, inserito nel POF dell’ISITPI dal 1999 e reiterato dal
Collegio Docenti dell’I.S.I.S. “Malignani” nel POF ISIS anche in quest’ anno scolastico.
Avvertenze di carattere generale
In quest’anno scolastico gli allievi sono stati protagonisti di numerose attività previste dalla
programmazione didattica del Consiglio di classe che in parte hanno sostituito le lezioni teoriche e
sperimentali del corso; in particolare nel mese di aprile la classe ha svolto due esperimenti sulle
biotecnologie molecolari presso il centro didattico LLC dell’Università di Trieste (Life Learning Centre)
che sono state inserite nel programma.
Pertanto il programma preventivato di Chimica organica e delle fermentazioni è stato affrontato in quasi
tutte le sue parti, con l’ eccezione della Bioconversione e biosintesi industriale (demandando questa parte
del programma a quanto svolto nel parallelo corso di Tecnologie chimiche industriali, autom. org.ind.).
Allo stesso modo, anche la parte relativa a enzimi, acidi nucleici e biosintesi delle proteine è stato svolto
qualitativamente e solo relativamente alla trattazione dei componenti cellulari.
Libri di testo utilizzati
M.G.Fiorin Biologia e microbiologia ambientale e sanitaria - Zanichelli Editore
H.Hart, L.E. Craine, D.J. Hart – Chimica Organica – VII Ed. – Zanichelli Editore
Parte teorica - Composti Organici
Sostituzione elettrofila aromatica (ripasso)
Meccanismo di sostituzione elettrofila in anelli aromatici; reazioni di sostituzione elettrofila aromatica,
reattivi elettrofili,. Nitrazione, Solfonazione, (ripasso di quanto svolto nell’a.s. precedente) Reazioni di
Friedel – Crafts
Sostituzione nucleofila alchilica e eliminazione
Reazione di sostituzione nucleofila alchilica, meccanismi SN1 e SN2, reazione di eliminazione,
meccanismi E1 e E2.
Alogenoderivati
Struttura e nomenclatura; caratteristiche e usi di alogenoderivati; proprietà fisiche; sintesi di alogenoderivati
alifatici e aromatici; effetto dell'alogeno sull'anello benzenico. Reattività degli alogenoderivati:
formazione, struttura e reattività dei reattivi di Grignard; caratteristiche del legame C—X, reazione di
sostituzione nucleofila, meccanismi SN1 e SN2, reazione di eliminazione, meccanismi E1 e E2, reattività di
alogenuri vinilici, allilici e aromatici; riconoscimento di alogenuri alchilici.
Alcoli, fenoli e eteri
Alcoli: generalità sulla funzione -OH; nomenclatura; caratteristiche fisiche: stato fisico, idrosolubilità,
comportamento anfotero degli alcoli; fonti industriali e loro uso, sintesi di alcoli: idratazione di alcheni,
idrolisi di alogeno derivati, riduzione di aldeidi e chetoni, sintesi di Grignard da aldeidi e chetoni;
fermentazione alcolica e preparazione dell'alcool etilico. Reattività degli alcoli: relativa alla scissione del
legame C—OH (reazione con acidi alogenidrici, disidratazione e formazione di alcheni); scissione del
legame O—H: acidità degli alcoli e formazione di alcossidi, formazione di eteri e sintesi di Williamson,
formazione di esteri; reazioni di ossidazione degli alcoli.
Fenoli: struttura e nomenclatura; acidità.
Eteri: struttura e nomenclatura, eteri simmetrici a asimmetrici; caratteristiche e loro uso.
Eterocicli ossigenati: furano e tetraidrofurano, pirano e strutture piranosidiche e furanosidiche.
Ammine
Generalità sull'aminogruppo; amine alifatiche, aromatiche, primarie, secondarie e terziarie; nomenclatura;
proprietà fisiche e chimiche: idrosolubilità e basicità. Ammine eterocicle: pirrolo e piridina, caratteristiche e
loro differenze; importanza biologica dei composti eterocicli azotati.
Addizione nucleofila
Meccanismo di reazione di addizione nucleofila, confronto con la reazione di Sostituzione nucleofila.
Reazione di addizione sul gruppo carbonilico.
Aldeidi e chetoni
Generalità, nomenclatura, proprietà fisiche, fonti industriali Sintesi: ossidazioni di alcoli, di alchilareni.
Reattività: caratteristiche della funzione carbonilica, diversa reattività in aldeidi e chetoni; sintesi di alcoli
con i reattivi di Grignard; formazione di cianidrine e loro importanza in sintesi organica e biochimica,
addizione di derivati dell'ammoniaca, addizione di alcoli con formazione di acetali e chetali, ossidazione e
reazione di riconoscimento con i reattivi di Tollens.
Sostituzione nucleofila acilica
Meccanismo della SN acilica; inerzia della funzione carbossilica nella reazione di sostituzione nucleofila
acilica.
Acidi carbossilici e derivati
Acidi carbossilici: generalità; nomenclatura; proprietà chimico - fisiche; sintesi (ossidazione di alchilareni,
di alcoli primari, di aldeidi).
Derivati degli acidi carbossilici: generalità; nomenclatura.
Esteri: importanza industriale e biologica; esterificazione secondo Fisher; reattività: idrolisi in catalisi acida
e idrolisi basica (saponificazione).
Ammidi: classificazione, proprietà fisiche; proprietà del legame ammidico e loro importanza biochimica.
Composti di interesse biologico
Lipidi
Generalità, classificazione.
Gliceridi neutri: struttura; acidi grassi e loro proprietà, acidi grassi omega, caratteristiche dei gliceridi; oli e
grassi, saponificazione, meccanismo d'azione dei saponi, detergenti di sintesi, biodegradabilità,
idrogenazione di un lipide.
Fosfolipidi: caratteristiche strutturali, fosfogliceridi, sfingolipidi e glicolipidi e loro ruolo nelle membrane
cellulari.
Protidi
Amminoacidi: generalità, struttura e caratteristiche.
Proteine: generalità, attività biologica, struttura primaria, secondaria (elica α e β), terziaria (proteine
globulari e fibrose) e quaternaria (cenni); denaturazione delle proteine. Processo di sintesi proteica in
cellula (cenni)
Enzimi: cenni alla struttura e funzionalità enzimatica; azione degli enzimi; complesso ES. Enzimi di
restrizione e loro uso nelle tecniche biotecnologiche.
Glucidi
Generalità e classificazione.
Monosaccaridi: classificazione in base al numero di carboni in catena, alla funzione carbonilica presente,
struttura aperta, concetto di epimero, calcolo del numero di diastereoisomeri, configurazione assoluta D e
L; ribosio e deossiribosio, glucosio, fruttosio; struttura ciclica piranosidica e furanosidica, strutture di
Haworth, fenomeno della mutarotazione, effetto anomerico; reattività (formazione di O - glicosidi),
anomeri e loro identificazione nel caso del glucosio.
Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio e saccarosio, zuccheri riducenti e non riducenti.
Polisaccaridi: amido, cellulosa e glicogeno.
Acidi Nucleici
DNA, RNA, strutture ad elica (elica B per DNA) mRNA, tRNA, rRNA, struttura in cellula, cromosoma,
cenni alla sintesi proteica e ruolo del RNA nella sintesi proteica.
Carrier biologici
ATP e ADP e carrier di elettroni (cenni)
Cellula e organizzazione cellulare
Forme viventi semplici e organismi superiori; funzione generale di protidi, lipidi, glucidi e acidi nucleici
nella cellula; concetto di fenotipo e genotipo; generalità sulla teoria dell' evoluzione; procarioti ed eucarioti;
struttura della cellula eucariota e procariota; membrana plasmatica nei procarioti e passaggio di sostanze
attraverso essa; trasporto attivo e passivo; endocitosi ed esocitosi; metabolismo e bilancio energetico di
glucidi inerente al metabolismo microbico.
Microrganismi
Caratteristiche generali; microrganismi e ambiente.
Classificazione: microrganismi autotrofi e eterotrofi, fototrofi e chemiotrofi, produttori e consumatori;
microrganismi e classificazione biologica: concetto di tassonomia, sistema di nomenclatura binomiale;
archeobatteri e eucarioti.
Struttura dei microrganismi: organizzazione unicellulare, in colonie e pluricellulare semplice; morfologia e
citologia di batteri, lieviti e muffe
Tecniche di studio dei microrganismi
Tecniche al microscopio: microscopio ottico, allestimento di preparati microscopici e colorazione;
colorazione di Gram, correlazione tra struttura della parete cellulare e colorazione di Gram.
Colture microbiche: fattori che influenzano la crescita di microrganismi, fabbisogno energetico, organismi
fototrofi e chemiotrofi, concetto di respirazione e fermentazione, fabbisogno nutritivo, fattori di crescita;
assunzione dei nutrienti; esigenze ambientali: temperatura (organismi psicrofili, mesofili e termofili),
presenza di ossigeno (organismi aerobici, microaerofili, anaerobi aerotolleranti e anaerobi obbligati),
pressione osmotica e pH del mezzo. Concetto di coltura mista e coltura pura.
Terreni di coltura: generalità, ingredienti dei terreni di coltura; tipi di terreni (t. naturali, t.sintetici, t.
semisintetici generici e specifici, t. disidratati, t. per anaerobiosi).
Allestimento dei terreni: terreni liquidi, terreni solidi; slant, in forma cilindrica e su piastra Petri;
preparazione di un terreno; tecniche di semina (inclusione su piastra, per striscio, su slant, spatolamento su
piastra, semina per infissione).
Tecniche di incubazione per organismi aerobi e anaerobi.
Aspetti della crescita di microrganismi in brodo, piastra, su slant e per infissione in agar e gelatina.
Conservazione e distruzione delle colture: metodi di sterilizzazione
Ciclo cellulare dei procarioti: riproduzione sessuale e assessuale nei procarioti; scissione binaria,
gemmazione e frammentazione.
Determinazione quantitativa: generalità, concetto di indicatori microbiologici con particolare riguardo a
quelli relativi all' inquinamento ambientale e alimentare; concetto di unità formante colonia e metodi di
espressione del risultato nella conta batterica.
Conta batterica totale e vitale e loro determinazione: conta al microscopio e utilizzo delle camere di conta
(cenno); conta in piastra per diluizioni successive; conta in terreno liquido: metodo MPN, metodo della
filtrazione su membrana.
Crescita delle popolazioni batteriche: modello matematico, determinazione del numero di generazioni, del
tempo di generazione, della velocità o tasso di crescita; modello cinetico e curva di crescita per un
microrganismo; concetto di crescita sincrona e in continuo; coltivazioni di microrganismi a livello
industriale.
Bioconversione e biosintesi industriale: fermentazione alcolica, lattica, acido mista.
Rischio biologico: generalità, campionamento ambientale, tecniche di campionamento attivo e passivo in
ambienti indoor; utilizzo SAS.
Parte sperimentale
 Regole di comportamento in un laboratorio di fermentazioni.
 Concetto di sterilizzazione, disinfezione, antisepsi e asepsi; agenti naturali e artificiali di disinfezione;
metodi chimico - fisici (calore secco, calore umido e vapore sotto pressione).
 Controllo della sterilizzazione effettuata su terreni e su vetreria.
 Microscopia e uso del microscopio; tecniche di colorazione; riconoscimento al microscopio, dopo
colorazione, di batteri, lieviti e muffe.
 Esame
a fresco dei batteri, esame dei batteri mediante colorazione, allestimento di un vetrino,
colorazione di Gram.
 Tecniche per l' allestimento di colture batteriche in terreno solido; tecnica della diffusione su piastra,
tecnica di trasferimento per striscio su piastra, tecnica dello spatolamento su piastra, tecnica per
inclusione.
 Determinazione quantitativa di una carica batterica: conta al microscopio, determinazione con il metodo
MPN, metodo della semina in piastra o delle diluizioni successive, filtrazione su membrana.
 Studio di fattori che influenzano la crescita batterica.
 Analisi batteriologica di acque – utilizzo dei kit selettivi
 DNA fingerprinting (*)
 PCR da genoma umano (*)
 Monitoraggio dell’aria negli ambienti indoor della scuola.
(*) esperienze svolte presso il Life Learning Centre di Trieste.
11/06/2014
I rappresentanti di
Classe
Il Docente

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