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04 marzo 2021

Inside automobile - seconda parte

Riprendiamo oggi il nostro viaggio tra le varie parti che compongono un’automobile.

Il serbatoio del carburante può essere realizzato in plastica, acciaio o alluminio. Molte case automobilistiche preferiscono quello in plastica, solitamente polietilene ad alta densità (HDPE), poiché può essere modellato per utilizzare al meglio gli spazi dell’autovettura. I serbatoi in plastica costituiscono un vero e proprio esempio di “applicazione sostenibile”: minor peso significa minor consumo di carburante, quindi meno emissioni e maggior efficienza nei costi.

Il cuore pulsante di ogni automobile è sicuramente il motore!
Oggi il motore è prevalentemente di tipo endotermico, dove una combustione confinata all’interno dei cilindri fornisce un’alta pressione che muove i pistoni in moto alternato. Tenendo conto degli alti regimi di rotazione dei motori (mediamente sui 6000 giri/minuto fino ai 17000 giri/minuto di una formula uno), è necessario ridurre al minimo gli attriti. E ciò è realizzato mediante gli oli lubrificanti, oggi di origine minerale, alias petrolifera. La temperatura raggiunta dai gas a seguito della combustione del carburante (benzina, gasolio, GPL, metano e forse nel futuro idrogeno o biocarburanti) è dell’ordine dei 1000°C. Una temperatura così elevata rischia di mettere a dura prova la durabilità degli acciai impiegati per la costruzione del motore. Per questo motivo serve un fluido refrigerante: un tempo la semplice acqua, oggi un opportuno fluido a base di glicoli (particolari alcol con due gruppi alcolici (-OH) per molecola). Il fluido refrigerante resiste sia alle alte temperature del motore che alle basse temperature alle quali un’auto può essere esposta durante l’inverno senza gelare.

Dopo aver parlato del cuore, bisogna per forza guardare alla testa. La componentistica elettronica è la chiave delle prestazioni dell’auto contemporanea. Soprassiede ai sistemi di sicurezza (antibloccaggio in frenata ABS, antipattinamento in partenza e in marcia TCS, autotensionamento delle cinture di sicurezza, sistemi di mantenimento della direzione di marcia, sistemi di frenata di sicurezza) e a quelli destinati al comfort di guida (regolazione della temperatura, servocomandi di regolazione della selleria, intrattenimento di bordo). Tutti i dispositivi elettronici sono a base di silicio. Per poter generare l’effetto transistor (il modo con cui si crea la logica binaria 0 1) è necessario creare quella che viene detta “giunzione p-n”: ossia uno strato di silicio caricato negativamente (drogato, cioè con incorporate piccole quantità di fosforo o arsenico) in contatto con uno strato caricato positivamente (drogato con boro). Di questi transistor una CPU ne contiene miliardi. Per evitare contatto elettrico tra un transistor e l’altro è necessario uno strato isolante, realizzato esponendo all’ossigeno il silicio e formando ossido di silicio (si, la comune sabbia di mare!). Per produrla il silicio viene esposto al calore e combinato con ossigeno, in modo da produrre un sottile strato di ossido di silicio sulla superficie. I singoli transistor sono connessi tra di loro da microcondutture composte principalmente da rame, oro e argento. I componenti elettronici sono poi connessi alla scheda madre tramite saldature eseguite con stagno e piombo in passato, oggi con combinazioni di stagno, argento e rame.

Quindi la nostra auto è un ottimo esempio di tutto ciò che si può fare con la chimica.


Si ringrazia il Professor Maurizio Masi, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano

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