Un chimico in birreria.

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Mauro Icardi

Avere la possibilità di visitare il birrificio Angelo Poretti è una di quelle opportunità che vanno colte al volo. E in effetti tutte le volte che l’azienda apre le porte al il pubblico, i posti disponibili si esauriscono nel giro di poche ore. La fabbrica di birra che si trova nel territorio di Induno Olona all’ingresso della Valganna, territorio che si estende a pochissimi chilometri da Varese, rappresenta un esempio di imprenditoria illuminata. Ricorda un modo diverso di concepire il lavoro, e racconta di visioni di lungo periodo. Ho approfittato di uno degli open day che si svolgono quattro volte all’anno per visitarla. Con l’intenzione di scrivere della visita ad uno stabilimento storico, e dei legami che la produzione della birra (bevanda millenaria) ha con la chimica che potrei definire ancestrale o primordiale. La chimica che i nostri progenitori praticavano empiricamente, senza averla ancora codificata in regole o leggi scientifiche.

Ma prima di arrivare a parlare di questo bisogna raccontare la storia che ci parla di Angelo Poretti classe 1829 che da Vedano Olona in provincia di Varese, parte per andare in Boemia. Dove troverà lavoro farà fortuna occupandosi di appalti ferroviari, e ritornerà in Italia con una moglie boema Franziska Peterzilka. E con l’idea di mettersi a produrre birra in un Italia da poco unificata, e che ancora non ha una propria tradizione birraria.

Dalla Boemia importerà i macchinari e il luppolo per produrre la birra, in Valganna troverà l’altro ingrediente indispensabile: l’acqua. Un’acqua con la giusta concentrazione di sali minerali adatta a produrre birre sia chiare che scure. L’acqua di questa fontana è rinomata per la sua salubrità. Ed è così descritta dall’Ingegner Mazzocchi del Consorzio del fiume olona, che censisce le fonti tributarie del fiume.

FONTANA DEGLI AMMALATI

Sgorga dalla roccia in sponda destra d’Olona, ramo di Valganna. E’ una rinomata sorgente perenne nota per la salubrità delle sue acque. Lo scarico di questa sorgente è sufficiente a muovere un rodigino, anche nei periodi di siccità.

Di proprietà del Consorzio d’Olona venne ceduta nel 1877 alla Birreria Poretti.

Il 26 dicembre 1877 viene prodotta la prima cotta della prima pilsner tutta italiana, che comincia a mietere fin da subito un importante successo di vendite, consolidato dal vero e proprio exploit che birra e birrificio ottennero a Milano nel 1881, l’anno dell’Esposizione Universale. Successo che portò Angelo Poretti, oltre ad essere un imprenditore di successo, a diventare anche nel 1884 presidente del Comitato Permanente dell’Associazione dei Birrai.

In seguito alla morte del fondatore avvenuta nel 1901 la birreria, ormai ben avviata, viene ceduta per lascito testamentario dello stesso Poretti , che non ha avuto figli dal suo matrimonio agli eredi, i nipoti Angelo e Tranquillo Magnani, Francesco Bianchi ed Edoardo Chiesa.

E saranno proprio loro a rinnovare lo stabilimento incaricando lo studio di architettura tedesco Bihl e Woltz, che rinnoverà ed amplierà lo stabilimento nel caratteristico stile Jugendstil che altro non è che lo stile liberty germanico. Il risultato sarà il perfetto connubio tra tecnologia industriale e arte che ancora oggi si può ammirare. I lavori iniziati nel 1905 e terminati nel 1912 consegnano il rinnovato stabilimento ad una Varese che in quegli anni si guadagna il nome di città giardino, e vive uno dei momenti più brillanti della sua storia. Lanciata verso il futuro e capace di attrarre centinaia di turisti.

La storia della fabbrica di birra prosegue poi con la cessione nel 1939 ai conti Bassetti di Gallarate che già proprietari della fabbrica di birra di Chiavenna rilanciano l’azienda nel dopoguerra acquisendo il marchio Splugen da quest’ultimo.

A questo punto entra in scena il quarto attore protagonista di questa storia, la Carlsberg (che allora si chiamava ancora United Breweries Copenhagen). Nel 1975 la famiglia Bassetti sigla un primo accordo con i danesi della Carlsberg per la produzione e la commercializzazione dei marchi Tuborg e Carlsberg in Italia. Nel 2002 la multinazionale danese acquista il restante 25% del capitale sociale, ottenendone la piena proprietà.

Ma una nuova strategia di marketing aziendale ripropone il marchio storico Birrificio Angelo Poretti e l’idea rafforza il legame con il lavoro del fondatore e con il territorio.

Proprietà danese, ma spirito varesino e forte legame con la Valganna fin dal 26 Dicembre 1877, giorno della prima cotta della birra di Angelo Poretti.

Questa è la prima parte di quello che viene raccontato durante la visita alla birreria. Con competenza e passione dai lavoratori. E questo si percepisce immediatamente.

La seconda parte della visita che si svolge all’interno della storica sala di cottura del 1908, che ha ripreso dopo alcune modifiche ad essere utilizzata per la produzione della birra. La sala di cottura con il quadro sinottico è un vero e proprio monumento al liberty industriale.

In questo locale viene spiegato il processo di produzione di un prodotto antico. Millenaria la birra. Ma solo centenario l’utilizzo del luppolo come amaricante ed antibatterico.

Ma qui le parole risvegliano le mie fibre di chimico curioso. Le parole sono quelle che sempre mi rendono attento e curioso. La germinazione dell’orzo per produrre il malto. L’orzo “ingannato” (sono queste le parole che pronuncia la persona che ci sta spiegando il processo produttivo). L’orzo che messo a bagno in acqua svilupperà enzimi che permetteranno di trasformare l’amido in esso contenuto in zuccheri solubili in acqua. Lo si mette a bagno, lo si estrae e lo si rimette a bagno. Poi lasciato a riposo per circa una settimana perché possa germinare. È in questa fase che gli amidi si trasformano in maltosio (destinato nel prosieguo della fermentazione a diventare alcol e anidride carbonica) e destrine, il cui compito è quello di completare il sapore della futura birra. Quando i germogli misurano tre quarti della lunghezza del chicco, si effettua il blocco della germinazione, per far sì gli zuccheri appena creati, indispensabili per la trasformazione in alcol, non vadano dispersi. Il malto verde così ottenuto viene essiccato in appositi forni per due giorni: le diverse modalità con cui può essere effettuato questo processo danno origine a vari tipi di malto di diverso colore, in grado di conferire un carattere particolare al prodotto finito. Quello più scuro, infatti, avrà delle nette note tostate, mentre il più chiaro offrirà una gamma di sapori freschi e vegetali.

I chicchi essiccati sono ora il malto d’orzo. Mescolato con acqua calda. Questa fase, denominata amilasi, avviene a una temperatura di 63 °C, dura circa trenta minuti e trasforma l’amido in destrine e maltosio: le prime danno alla birra il tipico gusto “pieno”, mentre il secondo fermenta. Il mosto viene poi filtrato e separato dalle trebbie, ovvero dalle scorze del malto d’orzo, che vengono riciclate come alimento per il bestiame. Successivamente seguirà la luppolatura. All’interno della sala di cottura si può ammirare una “luppoloteca”, dove ci si può sbizzarrire a vedere le tante varietà di luppolo, e percepirne i diversi sapori e profumi.

La luppolatura è la fase successiva, ed è l’operazione che caratterizza una birra. Nella caldaia di cottura avviene l’ultima fase della lavorazione del mosto, che vede entrare in gioco l’elemento amaricante, ovvero il luppolo. Oltre a donargli il caratteristico aroma, il luppolo chiarifica la birra, rallenta la riproduzione dei batteri (per una conservazione ottimale) e migliora la stabilità della spuma. In questa fase della lavorazione ulteriori accorgimenti daranno alla futura bevanda i suoi caratteri identificativi: chiara o scura, forte o leggera, dolce o amara, pastosa o secca.

Usciti dalla sala di cottura la visita prosegue fino alla villa che il fondatore Angelo Poretti non vedrà mai terminata. Villa Magnani si trova sulla collina che sovrasta la fabbrica di birra. Per arrivarci si attraversano anche le tracce di quello che era la linea tranviaria che collegava Varese con Luino, ed attraversava la birreria. Altro esempio di archeologia industriale. Il vecchio tram che trasportava i turisti di allora a degustare la birra di Valganna.

A villa Magnani riceviamo il giusto premio per la nostra attenzione e per combattere la giornata soleggiata e calda. La degustazione della birra!

La visita durata circa un’ora e mezza mi lascia completamente soddisfatto. Conoscevo già la fabbrica, ma la visita è stata interessante ed utile. E non è casuale che questa visita sia inserita nella proposta turistica “Varese Liberty Tour” un viaggio nell’art noveau varesina, un tuffo negli anni della belle epoque.

Ma rimangono ancora delle cose da dire. Sulla birra e la sua produzione. Sulla chimica ancestrale ed inconsapevole dei Sumeri e degli Egizi. Sull’epoca delle birre prodotte dai religiosi medioevali. E altre cose interessanti.

 

 

Dai lavori scientifici ai testi didattici: il caso del Numero di Avogadro.1.

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Rinaldo Cervellati

A. Avogadro

Sebbene l’ipotesi di Avogadro, secondo cui “volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di temperatura e pressione contengono un ugual numero di molecole” [1] diventasse la base per la determinazione delle masse molecolari e atomiche relative poco tempo dopo la pubblicazione del famoso Sunto di Stanislao Cannizzaro del 1858 [2], l’argomento fu trattato nei testi elementari di chimica americani solo nella seconda metà degli anni ’80 del XIX secolo [3].

  • S. Cannizzaro

W.B. Jensen afferma che il motivo di questi 25 anni di ritardo è dovuto al fatto che gli argomenti della determinazione dei pesi atomici e molecolari e le leggi quantitative dei gas erano considerati, prima di questi anni, troppo avanzati per testi elementari di chimica [3]. A tale proposito cita l’edizione del 1886 di un testo molto popolare per studenti di college in cui comparirebbe l’ipotesi di Avogadro come guida ai pesi molecolari, che non è citata nella precedente edizione del 1869 e in quella successiva del 1875. La curiosità mi ha spinto a cercare su internet l’edizione 1886 del testo citato: A Guide to Elementary Chemistry for Beginners di Le Roy C. Cooley[1] [4] e a esaminarne il contenuto.

Cooley, dopo aver chiarito la differenza fra fatti e teorie, nel senso che i primi si riferiscono a fenomeni riconosciuti come veri, mentre le seconde si riferiscono a ipotesi che si suppongono vere, considera la teoria molecolare come interpretazione dei fatti relativi all’espansione dei gas.

Questi e altri fatti, scrive Cooley, condussero Avogadro, nel 1811 a supporre che “volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione contengono un ugual numero di molecole”. Questa è la teoria di Avogadro, ma spesso è chiamata legge. [4, p. 122]

La molecola viene definita come:

la più piccola particella in cui può essere suddivisa una sostanza, molecole di una stessa sostanza sono uguali fra loro, molecole di sostanze diverse sono diverse fra loro.[4, p. 122]

Partendo dalla decomposizione dell’acqua e dell’ossido mercurico, Cooley introduce il concetto di atomi come particelle costituenti le molecole. Scrive Cooley:

Questi [atomi] sono i più piccoli pezzetti di materia [very smallest pieces of matter] che prendono parte a un cambiamento chimico. Essi non possono essere suddivisi ulteriormente in un qualsiasi processo noto. Tutti i corpi sono costituiti da molecole e le molecole sono costituite da atomi.

Se gli atomi di una molecola sono tutti uguali, la sostanza è un elemento, ma se gli atomi in una molecola sono diversi, la sostanza è un composto.[4, p. 122]

I postulati della teoria atomica sono presentati praticamente nello stesso modo in cui li presentò Dalton nel suo New System of Chemical Philosophy (1808) e la teoria atomica viene utilizzata come interpretazione delle leggi ponderali delle combinazioni chimiche, in particolare la legge delle proporzioni multiple:

essa [teoria atomica] è ben verosimigliante in chimica perché non soltanto interpreta queste [leggi ponderali] ma si è trovato che spiega fatti nuovi appena scoperti…. ai nostri giorni. [4, p.123]

I pesi atomici sono introdotti da Cooley facendo riferimento ai pesi di combinazione, definiti in un capitolo precedente. Qui però l’autore fa un po’ di confusione, infatti scrive:

Non abbiamo idea di quanto realmente pesi un atomo di idrogeno, ma riteniamo che qualunque sia il suo peso, quello dell’atomo di cloro è 35.5 volte questo peso. Non possiamo dire il peso di entrambi in grammi o once, ma se possiamo dire che l’atomo di idrogeno pesa 1 [non sappiamo cosa], possiamo ritenere che un atomo di cloro pesa 35.5.

Questi numeri sono gli stessi che abbiamo chiamato pesi di combinazione, a p. 98. Noi sappiamo che essi sono i più piccoli pesi relativi di questi elementi che si combinano; questo è un fatto riscontrato sperimentalmente. Si ritiene che essi rappresentino i pesi degli atomi di questi elementi. Ciò fa parte della teoria atomica. [4, p. 125]

A p. 98 il peso di combinazione dell’ossigeno è riportato come 16, che in effetti è il suo peso atomico relativo nella scala H = 1, ma il peso di combinazione dell’ossigeno in realtà è 8 (quantità in g di un elemento che si combina o si sostituisce con 1 g di idrogeno). In seguito, a p. 118 è riportata una tabella dei 71 elementi e relativi pesi atomici noti all’epoca e per l’ossigeno è riportato il peso atomico giusto, cioè 16.

Cooley si preoccupa di non addentrarsi in argomenti “avanzati”, a fine p. 98 avvisa infatti:

Trovare i valori dei pesi di combinazione è uno dei problemi più difficili in chimica. Lo studente non è ancora pronto per vedere come ciò possa realizzarsi. Ma è stato fatto per tutti gli elementi noti. A ogni elemento è stato assegnato un peso di combinazione. [4, p. 98]

Così facendo avrà però indubbiamente creato una certa confusione fra peso di combinazione e peso atomico. Difficile sostenere che Cooley avesse le idee poco chiare, egli è consapevole che la formula dell’acqua è H2O e la usa nel paragrafo successivo per calcolarne il peso molecolare con i pesi atomici giusti. Scrive infatti:

Vi sono tre atomi nella molecola d’acqua, H2O, due di idrogeno e uno di ossigeno. Il peso di un atomo di idrogeno è 1, e di un atomo di ossigeno è 16, e il peso dei tre atomi insieme sarà 18. Il peso molecolare dell’acqua, H2O, è quindi 18. [4, p. 126]

Tuttavia, qualche perplessità sulla biatomicità delle molecole dei gas Cooley la deve aver avuta perché ripetutamente compaiono equazioni in cui l’idrogeno si sviluppa in forma atomica, ad es. a p. 127: Na + HCl = NaCl + H; p. 131: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2; p. 132: Na + H2O = NaOH + H; p. 143: Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H

Vale la pena notare che il contributo di Cannizzaro alla determinazione corretta dei pesi atomici e delle formule dei composti non viene mai menzionato eppure doveva essere ben noto ai chimici americani dell’epoca. Il libro non affronta la questione della concentrazione delle soluzioni in termini di grammo-molecola.

La Tavola di Mendeleev con gli elementi suddivisi in ordine crescente di peso atomico, in serie orizzontali e gruppi verticali comprendenti elementi con proprietà chimico fisiche simili viene accennata in Classification, l’ultimo capitolo del libro:.

All’aumentare del peso atomico appaiono a intervalli regolari le stesse proprietà. Ciò è noto come legge periodica. [4, p.266]

Va ricordato che ancora agli inizi del 1900 la realtà della struttura particellare della materia non era accettata da tutti gli scienziati. Oppositori all’atomismo e alla teoria cinetica molecolare furono in questo periodo due fisici, Ernst Mach e Pierre Duhem e un chimico, Wilhelm Ostwald. Essi erano assertori dell’energetismo, concezione filosofica che negava realtà agli atomi e alle molecole sostenendo il primato dell’energia sulla materia, la materia essendo soltanto una manifestazione dell’energia[2]. È curioso ricordare che proprio a Ostwald si deve l’introduzione del termine mole, attorno al 1900, al posto dei vari g-atomo, g-molecola, g-formula che comunque resistettero per decenni. R. Zingales in un saggio su atomismo ed energetismo fa comunque presente che la “costellazione” degli energetisti era alquanto variegata, accanto a chi rigettava, a priori, l’ipotesi atomica, vi erano eminenti chimici che pur riconoscendo l’impatto e l’utilità della teoria atomica, evitavano accuratamente di schierarsi sul tema della struttura della materia che essa presumeva [5]. Ci sembra di poter inserire Cooley in questo secondo gruppo, insieme alla verifica di quanto sostenuto da Jensen.

Ancora più tempo dovrà comunque passare affinché la costante o numero di Avogadro entri a far parte dei contenuti dei libri di testo di chimica generale a livello di college.

Ovviamente Avogadro non ebbe niente a che fare con la determinazione di questo numero. L’interesse per calcolare il numero effettivo di molecole in uguali volumi di gas a STP fu dovuto ai fisici impegnati nello sviluppo della teoria cinetica dei gas nella seconda metà del XIX secolo, più interessati ai volumi che alle moli. La prima stima del numero di molecole contenute in un millilitro di qualunque gas a STP fu riportata nel 1865 dal fisico e chimico Joseph Loschmidt[3] (1821-1895), come 2.88×1019 molecole/mL [6]. Il valore odierno è 2.69×1019 chiamato appunto numero di Loschmidt in suo onore.

Sia il passaggio al numero di molecole per mole, grandezza chimicamente più rilevante, che l’associazione del nome di Avogadro con il valore risultante si sono verificati nella prima decade del XX secolo e sono largamente associati allo studio teorico e sperimentale del moto browniano. Il moto browniano è il movimento disordinato caotico di particelle di pulviscolo atmosferico o polline di grandezza micrometrica in sospensione in un liquido a riposo. Fu osservato per la prima volta al microscopio dal botanico scozzese Robert Brown nel 1827. Nel 1905, Albert Einstein, studiando tale movimento, dimostrò teoricamente l’esistenza delle molecole e calcolò le dimensioni molecolari [7]. Profondamente colpito all’analogia del comportamento delle molecole di gas con quelle del soluto in soluzione diluita proposta da J. Van’t Hoff (1852-1911), all’inizio dell’articolo scrive:

… nella formula per la pressione osmotica:

p = (RT/N) ·ν

N denota il numero effettivo di molecole per grammo-molecola [7, p. 551]. E, nel calcolo finale, a p. 559 dice: prendendo per N il valore 6×1023

Il che mostra che il numero di molecole per mole era ben noto ai fisici. Le evidenze sperimentali che il movimento browniano era dovuto ai continui urti fra le molecole del liquido e le micro particelle del solido surnatante furono riportate dal fisico francese Jean Perrin[4] nel 1908. In questo primo articolo la costante N è definita allo stesso modo di Einstein. In un lavoro dell’anno successivo Perrin propose infine di dare a N il nome di Avogadro [8]. Dopo aver stabilito che:

L’enunciato di Avogadro [sui volumi uguali di gas] corrisponde quindi al seguente:

Due grammo-molecole qualsiasi contengono lo stesso numero di molecole

scrive:

Questo numero invariabile N è una costante universale e sembra giusto chiamarla costante di Avogadro. [8, p. 16]

Suggerimento ribadito nel suo famoso libro Les atomes del 1913 [9]

A. Einstein

J. Perrin

Sebbene il chimico scozzese William Ramsay abbia riportato la proposta di Perrin in un libro divulgativo già nel 1912 [3], Jensen afferma che i testi americani furono molto più lenti nell’accettarla sicché il termine numero o costante di Avogadro e relativo valore compaiono nei testi universitari introduttivi di chimica solo negli ultimi anni ‘30 del secolo scorso. A sostegno di ciò cita differenti edizioni di diversi libri. Per curiosità ne ho trovati alcuni in internet e li ho esaminati non solo a scopo di verifica ma anche per avere un’idea del tempo che intercorre fra l’acquisizione di nuove scoperte e la loro ricaduta nella pratica didattica. Mi è sembrato interessante esaminare dapprima l’edizione del 1918 del testo Principles of Chemistry di Joel H. Hildebrand[5] [10]. Questo perché dal 1913 Joel H. Hildebrand fu chiamato da Gilbert N. Lewis a far parte del suo gruppo all’Università di Berkeley (v. nota 5). Anzitutto la scansione degli argomenti, per quanto ci interessa, è completamente diversa da quella di Cooley e non poteva essere altrimenti visto che sono passati più di 30 anni ed è appena finita la prima guerra mondiale[6].

Dopo il primo capitolo sui diversi aspetti della materia, nel Capitolo II si affrontano le leggi dei gas e la teoria cinetica, nel III i Rapporti in peso nelle Combinazioni Chimiche e la Teoria atomica, e nel IV Il Volume dei Gas e i Pesi Molecolari. Si capisce quindi che Hildebrand vuole arrivare il prima possibile ad affermare la realtà di atomi e molecole.

Nel Capitolo II dopo aver esposto le leggi dei gas scrive:

Ora, la domanda è: quale struttura deve avere un gas per mostrare questi fenomeni? L’immagine più soddisfacente è quella fornita dalla Teoria Cinetica, che assume un gas costituito da particelle chiamate molecole, le cui dimensioni sono molto piccole in confronto alla distanza fra esse, che ogni molecola sia in rapido movimento, urtandosi con altre molecole e con le pareti del recipiente che le contiene. [10, p. 17]

È importante la nota in fondo a pagina 17 nella quale l’autore dà un’idea delle dimensioni delle molecole:

A una atmosfera di pressione e a 0°C, un centimetro cubo di ossigeno contiene 28×1018 molecole che viaggiano a una velocità media di 0.66 kilometri per secondo. Ogni molecola viaggia mediamente 1000 volte il suo diametro prima di urtarsi con un’altra molecola. [10, nota a p. 17]

2.8×1019 è il numero stimato da Loschmidt per il numero di molecole contenuto in 1mL di qualsiasi gas, il valore attuale è 2.67×1019. Il Numero o costante di Avogadro si riferisce invece al numero di molecole contenuto in 1 mol di sostanza.

Dopo aver illustrato altre proprietà dei gas e delle miscele gassose, Hildebrand illustra la regola o ipotesi di Avogadro facendo notare che fu presentata nel 1811.

Nel capitolo III l’autore discute le leggi che descrivono i rapporti in peso nelle combinazioni chimiche e illustra i principi della teoria atomica. Scrive:

Vi sono due modi in cui possiamo immaginare come sia costituita la materia, o essa è continua, come appare agli occhi, sicché possiamo suddividerla indefinitamente senza raggiungere mai una qualche porzione, comunque piccola che possa essere ulteriormente suddivisa senza perdere la propria identità, oppure la materia ha una struttura granulare sicché quando l’avessimo suddivisa fino a questi ultimi grani, nessuna ulteriore sarebbe possibile senza alterare profondamente la natura del materiale. [10, p. 37-38]

E prosegue:

[Che] quest’ultima assunzione corrisponda ai fatti è fortemente indicata dal successo della Teoria cinetica nello spiegare le proprietà fisiche dei gas e lo studio delle trasformazioni chimiche conduce alla stessa conclusione. Se aggiungiamo a ciò le evidenze fornite dai fenomeni radioattivi e dallo studio dei colloidi [sistemi dispersi]…possiamo ben ritenere che la struttura atomica della materia sia ben più di una mera teoria, è piuttosto un fatto ben stabilito. [10, p. 38]

Il capitolo procede poi con la definizione di peso atomico e molecolare, la scelta del peso atomico dell’ossigeno posto = 16 come riferimento per la scala dei pesi atomici relativi e l’interpretazione delle formule chimiche. Si arriva quindi alla definizione di grammo-atomi e grammo-molecole o moli. Il capitolo termina con il metodo di calcolo dei pesi atomici e delle formule chimiche.

Tutto il capitolo successivo è dedicato ai pesi molecolari e al volume dei gas. Ampio spazio è dedicato all’uso della “regola” di Avogadro a questo scopo. Viene introdotto il concetto di volume molare, il cui valore è molto prossimo a 22.4 litri per qualunque gas in condizioni standard. [10, p. 2]. Tutto il resto del capitolo è dedicato ai vari metodi per la determinazione dei pesi molecolari.

Purtroppo anche in questo volume il contributo di Cannizzaro non viene menzionato.

La struttura atomica è descritta in termini di nucleo ed elettroni esterni e il legame chimico con la messa in comune di coppie di elettroni del guscio di valenza utilizzando le strutture di Lewis. Gli elementi nella Tavola periodica sono ordinati per numero atomico crescente.

Nell’ultimo capitolo, dedicato ai sistemi dispersi, Hildebrand discute il moto Browniano giungendo alla conclusione che il moto Browniano fornisce un’evidenza diretta della realtà della teoria cinetica [10, p. 291] e dell’esistenza delle molecole [10, p. 292].

Infine, la termodinamica chimico-fisica classica (termochimica, equilibrio chimico) e velocità di reazione sono presentate in maniera moderna ed efficace.

Mi sono dilungato su questo libro perché è mia opinione che esso sia se non il primo, uno dei primi testi introduttivi moderni di chimica generale, infatti se si esclude il numero di Avogadro e il suo valore numerico, tutte le principali scoperte dell’epoca sono riportate e discusse.

D’altronde questo era lo scopo principale dell’autore come si può evincere dalla prefazione in cui è riportata fra l’altro una raccomandazione agli insegnanti di chimica da parte di Le Chatelier (in francese).

Il libro di Hildebrand conobbe diverse successive edizioni, Jensen afferma che in quella del 1947 la costante di Avogadro e il suo valore numerico sono riportati in un apposito paragrafo. Non ho trovato questa edizione, nella successiva (la sesta) del 1952 sono riportati anche alcuni metodi per la determinazione del valore numerico di N (quello famoso della goccia d’olio, dovuto a Millikan e quello diffrattometrico più accurato). https://archive.org/details/principlesofchem030353mbp

Nota. Se N (o NA) è considerato in realtà il fattore di conversione da unità di massa atomica (u) a grammi (g) come già fatto notare anche da Hildebrand, allora è più corretto chiamarlo costante di Avogadro.

Bibliografia

[1] A. Avogadro, Essai d’une manière de déterminer les masses relatives des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans les combinaisons, Journal de Physique, Chimie, d’Histoire Naturelle et des Arts, 1811, 73, 58-66.

[2] S. Cannizzaro, Sunto di un Corso di Filosofia Chimica fatto nella R. Università di Genova, Nuovo Cimento, 1858, 7, 321-366.

[3] W. B. Jensen, Avogadro’s Number How and When Did It Become Associated with Avogadro’s Name?, J. Chem. Educ., 2007, 87, 223.

[4] LeRoy C. Cooley, A Guide to Elementary Chemistry for Beginners, Ivison, Blakeman, Taylor & Co., 1886.

https://archive.org/details/aguidetoelement00coolgoog

[5] R. Zingales, Il dibattito sull’atomismo e la struttura atomica, http://math.unipa.it/~grim/dott_HD_MphCh/3_struttura_atomica_zingales.pdf

[6] L. Loschmidt, Zur Grosse der Luftmolecküle, Sitz. K. Akad. Wiss. Wien: Math-Naturwiss. Kl., 1865, 52, 395-413; Engl. transl. J. Loschmidt with William Porterfield and Walter Kruse, trans. (October 1995) On the size of the air molecules, Journal of Chemical Education, 1995, 72, 870-875. http://www.chemteam.info/Chem-History/Loschmidt-1865.html

[7] A. Einstein, Uber die von der molekularkinetischen Theorie der Warme geforderte Bewegung von in ruhenden Flussigkeiten suspendiert Teilenchen, Ann. Phys., 1905, 17, 549-560. Engl. Transl.

On the Motion of Small Particles Suspended in Liquids at Rest Required by the Molecular-Kinetic Theory of Heat,

https://pdfs.semanticscholar.org/9c1d/91a9f0a37e578ee9a6605b224ad554ec6e86.pdf

[8]J. Perrin, Movement Brownien et Réalité Moléculaire, Ann. chim. phys., 1909, 18, 1-144.

http://hermes.ffn.ub.es/luisnavarro/nuevo_maletin/Perrin_1909.pdf

[9]J. Perrin, Les atomes, Alcan, Paris, 1913; Trad. Ital. Gli atomi, Editori Riuniti, Roma, 1981.

[10] Joel H. Hildebrand, Principles of Chemistry, MacMillan Co., New York, 1918.

https://archive.org/details/principleschemi00hildgoog

[1] Le Roy C. Cooley (1833-1916) è stato uno stimatissimo professore di fisica e chimica nel prestigioso Vassar College, istituzione elitaria fondata a New York nel 1861.

[2] Gli energetisti non erano poi lontanissimi dalla realtà se si considera la più famosa equazione di Einstein: E = mc2.

[3] Josef Loschmidt (1821-1895), fisico austriaco, ha svolto un ruolo fondamentale in fisica (termodinamica, ottica, elettrodinamica) e in chimica (forme cristalline).

[4] Jean Baptiste Perrin (1870-1942), fisico francese, oltre a verificare l’interpretazione di Einstein del moto browniano confermando in tal modo la natura atomica della materia, per cui ottenne il Premio Nobel per la Fisica nel 1926, spiegò l’energia solare in termini di reazioni termonucleari dell’idrogeno. Vale la pena ricordare che Ostwald riconobbe la realtà di atomi e molecole in base agli esperimenti sul moto browniano di J. Perrin.

[5] Joel Henry Hildebrand (1881-1983), chimico americano distintosi come didatta e ricercatore. Pioniere nella ricerca in chimica fisica dei liquidi non elettrolitici, ottenne il Premio Gibbs nel 1953 e la medaglia Priestley nel 1962. Chiamato a Berkeley nel 1913 come istruttore chimico e poi assistente, divenne professore ordinario nel 1918 e infine full professor nel 1919. Successe a G.N. Lewis come Direttore del College of Chemistry nel 1949. Ritiratosi nel 1952 rimase a Berkeley come professore emerito fino alla morte.

[6] La Prefazione alla prima edizione del libro è datata: France, April 1918. Già divenuto professore associato, Hildebrand partecipò come capitano alla Prima Guerra Mondiale nel Servizio Chimico della Forza di Spedizione USA in Europa.

“Tutto è chimica!”, breve intervista a Cristiana Capotondi.

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La redazione del blog.

Abbiamo intervistato via mail Cristiana Capotondi, la brava e giovane interprete della fiction televisiva “Di padre in figlia”, cui avevamo già accennato in un breve post; Cristiana ha acconsentito a rispondere brevemente a qualche domanda in esclusiva per noi. La ringraziamo insieme alla signora Cristiana Mainardi che ha fatto da tramite.

 D. Signora Capotondi si è resa conto di questi aspetti almeno in parte contraddittori con alcuni “memi” attuali:
la chimica positiva, la scienza di “tutto è chimica” mentre oggi l’aggettivo chimico corrisponde spesso a sporco, inquinante, o comunque non è positivo, è contrapposto a naturale?  Lei personalmente cosa pensa di questo contrasto? Se ci fosse un seguito di questa fiction in tempi più vicini a noi lei crede che il personaggio che lei ha interpretato avrebbe dei ripensamenti? Avrebbe ancora il seggio di Galileo come punto focale della sua vita?

R. Credo che si debba informare la gente su ciò che significhi chimica. Ricerca, nuove possibilità e scienza senza la quale moriremo anche solo per una semplice influenza.

D.: Pensa lei che oggi la laurea e in particolare in una materia scientifica sia ancora uno strumento di emancipazione femminile? O che l’emancipazione passi altrove? un padre proibirebbe ancora alla figlia di studiare la chimica? Lei che rapporto ha avuto con la Chimica come materia di studio? Ha mai pensato di svolgere un lavoro di questo tipo?

R.:Le materie scientifiche sono la parte esposta di un lavoro umanistico ancora più profondo, ovvero rispondere alle urgenze della popolazione che sono sempre in divenire. Quindi, si mi piacerebbe lavorare in questa direzione e credo che lo studio delle materie scientifiche aperto alle donne sia una conquista.

D.: parlare bene di chimica in una fiction e non parlarne mai o quasi nelle trasmissioni più culturali o di servizio come report poniamo: lei crede che questa sia una scelta condivisibile del mezzo pubblico? Tutto sommato lei ha detto quella frase Tutto è chimica con splendido accento veneto (anche se è romana de roma) davanti a vari milioni di persone: quella scena l’avete fatta una volta o più volte? le è venuto naturale o no? le è sembrato “forzato”? la figura della chimica e non poniamo della fisica o della matematica, da dove è venuta fuori? ci può raccontare?
Cosa interpreterà prossimamente? Ancora figure da scienziata/ricercatrice e da donna in carriera o da donna tout court?

R.:Tutto è chimica, così funziona la vita. Con azioni e reazioni che ci cambiano a livello molecolare. È utile ragionare su queste tematiche anche per raccontare come l’uomo psichicamente incida sulla sua fisicità. È utile per rilanciare laicamente il concetto di uomo come sinolo storico.
Qualunque palco è adatto, che sia informazione o fiction.
L’idea della chimica nasce dalla sua utilità nel mondo della distillazione.
Lavorerò al nuovo film di Marco Tullio Giordana dal titolo Nome di donne.

La pubblicità di ENI.2. Quanto è verde la chimica verde?

In evidenza

Claudio Della Volpe

(la prima parte di questo post è pubblicata qui)

Da quando Anastas e Warner pubblicarono nel 1998 il loro famoso libro Green Chemistry Theory and Practice* è passata parecchia acqua sotto i ponti e la definizione e l’importanza della “chimica verde” si sono estese; i 12 principi originali sono i seguenti 

Ma di fatto la complessità del problema ha reso necessario un approccio polifattoriale per definire e verificare quanto è verde la chimica che è espresso nello schema qui sotto.

Nella storia recente il verde è stato un colore abusato; si pensi alla cosiddetta rivoluzione verde, un approccio ai temi della produzione agricola che, attraverso l’impiego di varietà vegetali geneticamente selezionate, fertilizzanti, fitofarmaci, acqua e altri investimenti di capitale in forma di mezzi tecnici, ha consentito un incremento significativo delle produzioni agricole in gran parte del mondo tra il 1940 e il 1970 (il nome di riferimento è Norman Borlaug, premio Nobel per la pace nel 1970). Tuttavia tale incremento ha costituito la premessa di una serie di grandi problemi; da una parte non ha risolto il problema della fame che attanaglia ancora alcune parti del pianeta, dall’altra la sua applicazione ha sconvolto i cicli del carbonio, dell’azoto e del fosforo, attraverso l’incremento della produzione di metano, l’introduzione di nitrati sintetizzati a partire da ammoniaca e l’incremento della estrazione di fosfati; dunque la soluzione di una parte del problema della fame ha prodotto altre rilevanti tensioni fra noi e il nostro ambiente.

Sperando che questo non sia il caso della chimica verde approfondiamo un pò come la vede ENI.

La bioraffineria produce biocarburanti da oli vegetali e, a breve, da materie prime non convenzionali quali oli di frittura, grassi animali e scarti della produzione alimentare. Quello realizzato nelle nostre bioraffinerie è un biocarburante di altissima qualità la cui produzione nel 2020 raggiungerà il milione di tonnellate.”

Al momento ENI si dedica alla produzione di “biocarburanti” a partire da olio di palma recentemente demonizzato per usi alimentari, ma attenzione:

Nella Bioraffineria di Venezia utilizziamo olio di palma certificato, cioè frutto di coltivazioni esistenti da molti anni, quindi sicuramente non causa di deforestazione – ha spiegato Giacomo Rispoli, “l’inventore” di questa tecnologia, ora Supply manager di Eni – e inoltre verifichiamo con audit locali, in Malesia e Indonesia. Ma la nostra tecnologia Ecofining® è flessibile, quindi potrà trasformare in green diesel l’olio ricavato dalle microalghe che già stiamo testando a Gela, oppure gli olii waste, oppure ancora i grassi animali e gli olii microbici da biomasse»

Il consumo italiano di carburanti ha piccato nei primi anni 2000 sui 37-38 Mton ed attualmente viaggia su circa 30; dunque la prospettiva ENI è di incrementare la quota “bio” di questi carburanti, in particolare diesel, adesso usando olio di palma e in futuro arrivare ad un qualche percento del totale (1/30) usando microalghe, scarti vegetali e simili.

Ringrazio Terenzio Longobardi per questo grafico

Ma quanto sono verdi queste strategie?

Anche con la migliore tecnica agricola non si superano 1-1.5 toe/ettaro come energia netta. Dunque stiamo parlando di 1-2 milioni di ettari assoggettati per arrivare ai limitati fini di ENI, ossia fra i 10 e i 20.000 chilometri quadri; anche questo obiettivo tutto sommato di nicchia richiederebbe un decimo di tutta la superficie italiana usata per agricoltura e se vi fate un conto immediato anche se tutta la superficie agricola fosse convertita ad uso carburante non basterebbe ai nostri bisogni e nemmeno tutta la superficie dello stato basterebbe.

Insomma una tecnica del genere ci obbliga a rimanere importatori di energia e farebbe concorrenza comunque in certo grado alla produzione agricola.

Ci sono state altre esperienze perchè questa strategia (produrre la quota “bio” dei carburanti) è stata scelta da altre aziende italiane ma con scarso successo (una fra tutte Mossi& Ghisolfi, Crescentino, biocarburanti dalla canna selvatica Arundo Donax, un argomento che ho analizzato in dettaglio su C&I e che si rivela un investimento fallimentare). Crescentino è in profonda crisi e le prospettive occupazionali sono pessime. Si veda un mio articolo a riguardo https://www.soc.chim.it/system/files/private/chimind/pdf/2016_5_62_ca.pdf

Non è che non si possa fare chimicamente; si può fare, ma il ritorno energetico è ridicolmente basso e le difficoltà pratiche notevoli. Anche i biocarburanti di seconda generazione mostrano dei limiti; in due parole a parte la bassa resa superficiale e la sia pur ridotta concorrenza con l’alimentare rispetto ai biocarburanti di prima generazione, il problema è che se sottraete alla terra i residui vegetali delle piante dovete poi restituirglieli sotto forma di concimi sintetici e dunque il bilancio energetico complessivo di questa strategia complessiva in realtà non può essere granchè positivo.

Ma l’idea che sta dietro alla bioraffineria è molto più ampia e per certi aspetti sconvolgente; leggete con me un recente libro dedicato al tema delle bioraffinerie:

The present use of biomass is mainly limited to food and feed and a much smaller but still increasing part is applied for production of energy and fuels. The amount of biomass that is used for human consumption (food and non-food) represents only 13% of the annual global biomass production by photosynthesis that accounts for 155,000 million ton/year (see Section 1.2.2). This indicates a biomass potential to contribute significantly also to industrial sectors, including energy and chemicals (Marquardt et al., 2012).

(EFFICIENCY OF BIOMASS ENERGY An Exergy Approach to Biofuels, Power, and Biorefineries Krzysztof J. Ptasinski, Wiley 2016 cap. 17)

Dunque l’idea è: dato che sfruttiamo SOLO(sic!) un settimo circa del totale del flusso fotosintetico la bioraffineria sarebbe il modo di assoggettare una parte crescente o perfino tutta la biosfera alle necessità umane; la cosa ha un che di apocalittico e anche di spaventoso. Se tutta la biomassa venisse usata per scopi umani cosa ne sarebbe della biodiversità? E ancor più sarebbe questa prospettiva sostenibile? La biosfera è una rete integrata di relazioni non una macchina fatta di pezzi sostituibili; se assoggettiamo quelle relazioni solo ai nostri bisogni allora distruggeremo la macchina. Si potrebbe crescere nell’intercettazione del flusso fotosintetico senza alterare in modo ancora maggiore il funzionamento della biosfera( biodiversità, grandi cicli degli elementi, etc)? La mia risposta è: molto difficile se non impossibile.

Facciamo qualche riflessione su grande scala.

La società umana usa un quantitativo di energia primaria, ossia relativo alle sorgenti energetiche presenti in natura e quindi non derivanti dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia, dell’ordine di 12-14 GTOE/anno, che al momento viene da energia fossile in percentuale dominante. La dimensione di questo consumo è tale che pone due limiti.

Il primo è che sebbene il flusso annuale di energia attraverso la biosfera sia di gran lunga maggiore di quello effettivamente usabile senza alterare in modo significativo i cicli naturali e la biosfera medesima i due diventano nondimeno “comparabili”; considerate per esempio che se è vero che il rapporto fra flusso di energia luminosa dal Sole e consumo totale primario è dell’ordine di 10.000:1 su tutto il globo, riducendosi (per motivi pratici e politici) all’area interna di un paese fortemente industrializzato come il nostro il rapporto scende a 200:1 e in paesi ancora più “concentrati” del nostro e dalle caratteristiche territoriali diverse, come l’Olanda può arrivare a solo 100:1; per cui l’incremento assoluto della quantità di energia comincia diventare significativo rispetto all’uso della biosfera. Siamo dunque non lontani da limiti insuperabili.

In secondo luogo se è concepibile trarlo da sorgenti interamente rinnovabili (solare, eolico, idro, maree, biomasse) le biomasse non potranno mai giocarvi un ruolo predominante; basti infatti pensare che la superficie atttualmente usata per scopi agricoli è stimabile in circa 40 milioni di kmq; dato che la produttività massima di specie usabili anche con le metodiche di seconda generazione equivale come detto al massimo a circa 1-1.5TOE/ettaro, se pure volessimo usare TUTTA la superficie agricola per scopi energetici e seppure questo, con sviluppi tecnologici oggi non concepibili, NON alterasse la resa agricola corrispondente, quindi se avessimo una ipotetica agricoltura OGM che producesse contemporaneamente cibo ed energia non supereremmo 4-5 GTOE anno, meno della metà delle nostre esigenze attuali.

Ovviamente si può immaginare una serie di scenari diversi usando le foreste attuali, il mare etc, (e questa è la prospettiva della “bioraffineria”) ma tutti questi scenari infrangono il limite della non ulteriore interferenza con la biosfera, la cui decadenza (ho detto giusto decadenza) misurata attraverso la riduzione della biodiversità è già manifesta e non tenendo conto che l’incremento prevedibile della numerosità umana nei prossimi 100 anni potrebbe essere dell’ordine di almeno 2-3 miliardi di altri individui con le corrispondenti richieste di cibo ed energia. Si tenga presente per esempio che attualmente la biomassa terrestre di vertebrati umani o asserviti all’uomo è il 98% del totale della biomassa di analogo livello (umani+asserviti+ selvatici)!!

In parole povere la biomassa non potrà giocare nemmeno nello scenario più favorevole se non un ruolo secondario nella nostra produzione energetica a meno di non rischiare un ulteriore impoverimento del sistema e perfino un suo danneggiamento irreversibile. Probabilmente nessuna sorgente primaria sarà assoluta o raggiungerà mai un ruolo dominante così esclusivo come gioca attualmente il fossile, ma se si può pensare ad una sorgente principe il pensiero non può che correre al solare nelle sue varie forme, accompagnato dall’eolico, dall’idrico e della maree/onde. Il nucleare attuale non è rinnovabile per nulla, avendo già superato il suo picco dell’uranio (non faccio menzione qui dei problemi di riciclo che pure non sono stati al momento risolti).

Diverso è il discorso se pensiamo ad usi NON energetici; qui le esigenze sono quantitativamente molto più ridotte, di ordini di grandezza e quindi si può pensare ad un ruolo chiave dei materiali di origine “naturale” e non fossile con limiti che dipendono dalle singole risorse (un esempio banale sono le fibre tessili naturali come canapa e lana, che oggi sono abbandonate o perfino considerate rifiuti).

Ma se le cose stanno così, perchè il nostro paese persegue una politica della chimica verde legata a visioni tipo biocarburanti? Perchè non sottolinea le biomasse come sorgente di materiali prima che di energia? Perchè le nostre major chimiche invece di investire nella produzione di materiali per il solare dei vari tipi (silicio, film sottile, o perfino perovskite) puntano alle biomasse; per esemplificare perchè si cerca a tutti i costi di mantenere Crescentino (Mossi e Ghisolfi) o Venezia-Marghera (ENI) ma si abbandonano di fatto Catania o Merano(SGS e MEMC)? Perchè non si supportano quei coraggiosi tentativi di startup sui temi dell’accumulo (come questo l’unico produtore italiano di celle al litio ione)?

*Anastas, Paul T., and Warner, John C. (1998). Green Chemistry Theory and Practice. New York: Oxford University Press

 

Il mio legame con la chimica.

In evidenza

Mauro Icardi

E’ da qualche giorno che sto riflettendo sul mio legame con la chimica. Alla chimica devo il fatto di avere un lavoro che svolgo ormai da quasi trent’anni. E che mi permette di esercitare uno dei primi doveri dell’uomo, cioè provvedere a sé stesso e alla famiglia. In tutto questo tempo sono riuscito a resistere a lusinghe di vario genere. Lusinghe che mi avrebbero dirottato dietro ad una scrivania ed un computer, ed alle quali ho opposto sempre dei cortesi ma risoluti dinieghi.

Ancora adesso provo un certo piacere sottile nell’entrare in Laboratorio, verificare se tutto è in ordine, se gli strumenti che hanno funzionato durante la notte hanno terminato le loro determinazioni e se tutto è in ordine. Operazioni abituali, ma che allenano all’osservazione e a capire al volo se ci sono problemi e come risolverli.

Mi occupo di acqua ed i campioni che analizzo non sono di matrice particolarmente complessa, come potrebbero essere rifiuti e fanghi, ma un campione di ingresso di un’acqua di un depuratore presuppone una certa capacità di gestione. L’acqua reflua solitamente ha una propria carta d’identità precisa in termini di colore, odore, pH . Bisogna cercare di evitare grossolani errori nel trattamento preliminare, errori che potrebbero falsare il risultato dell’analisi. Capire subito se il campione per esempio necessita di una diluizione, se deve essere filtrato e in che modo.

Sono accorgimenti pratici che trovano la loro ragione di essere nella chimica di un tempo. La chimica degli albori, quella che non aveva ancora incontrato e stabilito legami con la fisica e la meccanica quantistica. La chimica studiata sui mai archiviati testi di analisi quantitativa, e in particolare sulle tecniche di gravimetria.

Quella che ritengo personalmente la base di preparazione indispensabile, o almeno difficilmente sostituibile di chi in laboratorio ci lavora.

Oggi lavoriamo con strumentazione sofisticata ed in parte la nostra formazione ed i nostri studi si sono ovviamente modificati. Dobbiamo alle scoperte della fisica se nei laboratori utilizziamo tutte le conosciute e affermate tecniche analitiche e gli strumenti indispensabili, dallo spettrofotometro, fino al gas massa.

Ci aiutano ad essere produttivi e, perdonatemi il mio essere “chimicocentrico” ormai fanno parte del nostro bagaglio di esperienze. Approfondiamo le basi della tecnica, seguiamo corsi di formazione sulle nuove tecniche. Ma alla fine un campione pretrattato o diluito, una retta di taratura preparata correttamente è cosa da chimici, ed affonda le radici in tempi lontani.

Lavorare nel settore idrico mi ha portato a stabilire curiosità ed interesse per la biologia. Almeno per quanto riguarda l’esecuzione delle analisi microbiologiche. Nella lettura delle piastre la mia formazione mi porta sempre ad utilizzare i modi di esprimersi del chimico. La diluzione di un campione d’ingresso di acque reflue su cui fare la semina dei coli totali è sempre 1/1000. Sarebbe più elegante esprimerlo come 10-3 ed in effetti così lo esprimo scrivendolo sulle piastre. Sembrano piccoli dettagli, ma forse non lo sono.

Mi aiutano nel lavoro le nozioni di chimica industriale e di chimica fisica, da applicare nei trattamenti di depurazione.

Ma non sono solamente queste le riflessioni di questi giorni. Rifletto sull’evoluzione, anzi visto che si parla di chimica, sulla trasformazione della chimica e dei chimici. Da sempre conviviamo con una pessima reputazione. Eppure molti di noi sono impegnati a pieno titolo nel settore ambientale. Altri certamente nel trovare nuove vie per far sì che la chimica si rinnovi. La buona parte dello studio della chimica organica nel passato consisteva nello studio dei composti del petrolio. Sul petrolio si è costruito il nostro benessere e buona parte delle nostre conoscenze di chimici. Non mi sembra fuori luogo pensare che su queste basi possiamo essere utili a capire come potremo diventare parsimoniosi nell’utilizzarlo. Come lo sostituiremo e come sostituiremo le migliaia di prodotti che da esso abbiamo ottenuto.

La chimica sposa l’aggettivo “verde”. Cerca di riabilitarsi, ma in realtà è la visione che la maggior parte delle persone ne ha, che deve cambiare, anche se mi rendo conto che è molto difficile.

Oggi ho acquistato l’ultimo numero de “Le Scienze” e per coincidenza, mentre lo sfogliavo ho aperto subito la rivista su un articolo che parla di inquinamento da Pfas nelle acque potabili negli Stati Uniti. Qualcosa si rimette in moto. Curiosità che divora. La sensazione che mi porta a pensare che anche solo impegnandomi nel mio lavoro giornaliero possa contribuire a qualcosa. Questi composti, come altri organici e persistenti si stanno diffondendo nell’ambiente, entrano nel sangue delle persone, sono accusati di produrre (ma non è ancora nota la correlazione secondo l’autore) problemi al sistema immunitario e ingrossamenti del fegato.

Verranno certamente normati, si stabilirà il limite ammissibile, e dovremo determinarli. Solo pochi giorni fa ne ho parlato con altri colleghi che lavorano in aziende del settore idrico.

Mi sento davvero a volte un “chimico militante” come scriveva Primo Levi. Sono un tecnico e non un ricercatore. Sconto il paradosso di avere sviluppato l’interesse per la chimica proprio negli anni in cui è diventata lo spauracchio di molti. Gli anni degli allarmi sui coloranti alimentari, di Seveso.

Eppure sono ancora totalmente rapito da questo mestiere. Mi piace riflettere e mi piace riaprire i libri di testo, i libri di divulgazione chimica. Non mi sono mai spiegato razionalmente il perché. Ma ci sento una familiarità. Mi fa star bene aprire un libro di chimica. Un piacere che è simile a quello di un giro in bicicletta.

“Ma guardate l’idrogeno tacere nel mare
guardate l’ossigeno al suo fianco dormire:
soltanto una legge che io riesco a capire
ha potuto sposarli senza farli scoppiare.
Soltanto la legge che io riesco a capire.”

Fabrizio de Andrè   “Un chimico”

Nonostante la cattiva fama io credo e spero in un futuro per la chimica. Una chimica trasformata, che dialoga con le altre discipline scientifiche. E che finalmente supera una reputazione negativa, che fondamentalmente non merita. Che ha molto da dire. Che aiuta ad avere un atteggiamento mentale pratico e concreto.

Ma a mio parere la chimica non risolve solo problemi pratici e materiali, perché se la si conosce meglio ci si trovano metafore ed analogie che aiutano a costruire un filosofia spicciola per la vita quotidiana.

 

Alcune considerazioni sulla Strategia Energetica Nazionale 2017

In evidenza

Alcune considerazioni del Gruppo di Scienziati di Bologna

energiaperlitalia.it (Coordinatore: Vincenzo Balzani)

sulla  Strategia Energetica Nazionale 2017

 

La bozza della Strategia Energetica Nazionale (SEN) presentata dal Governo il 10 maggio si propone tre obiettivi:

  1. Competitività (ridurre il gap di prezzo dell’energia rispetto ai prezzi UE);
  2. Ambiente (raggiungere obiettivi in linea con COP21);
  3. Sicurezza (flessibilità di approvvigionamento).

Esame della SEN

Dopo un’attenta lettura della bozza SEN, si possono fare le seguenti considerazioni.

Coordinamento. Considerata la stretta connessione fra la scelta delle fonti energetiche e le conseguenze che ne possono derivare su clima e ambiente, risulta difficile capire le motivazioni per cui il Ministero delle Sviluppo Economico prepari una Strategia Energetica Nazionale e, allo stesso tempo, il Ministero dell’Ambiente prepari una Strategia energia-clima. In altri paesi si procede solitamente alla preparazione di un unico programma che, oltre a rispettare gli accordi di Parigi e gli obiettivi UE, tiene conto delle caratteristiche e delle esigenze specifiche del paese.

Fonti rinnovabili. L’obiettivo della SEN è in linea con quelli europei (27% di rinnovabili nei consumi finali al 2030; ad oggi la stima è del 17,5%). C’è però chi pensa che sia necessario giungere al 35% di energia rinnovabile per rispettare lʼaccordo di Parigi. LʼItalia, in ogni caso, deve e può fare di più. Alla fine del 2015 avevamo circa 19 mila MW di fotovoltaico installato e circa 9 mila MW di eolico. Il nostro paese ha conosciuto un forte sviluppo delle fonti rinnovabili fino al 2013, ma da più di tre anni è in stasi con la conseguente perdita di migliaia di posti di lavoro.

Più in dettaglio, non si può che essere d’accordo con l’obiettivo della SEN di promuovere l’autoconsumo per i possessori di piccoli impianti, soluzione finora fortemente scoraggiata dalla burocrazia e persino impedita da alcune norme. Parallelamente sarà però necessario facilitare la diffusione di metodi di accumulo. Positiva anche la decisione di promuovere la costruzione di grandi impianti fotovoltaici. A questo proposito, non si capisce perché Enel sia così attiva nel costruire grandi impianti di energie rinnovabili all’estero e del tutto assente, in questo campo, in Italia. Forse perché disturberebbe altri importanti operatori del settore energetico?

Efficienza energetica. La SEN riconosce che è necessaria una riqualificazione energetica su larga scala del nostro patrimonio edilizio, agendo su palazzi, agglomerati di edifici e interi quartieri con metodologie simili a quelle adottate con successo in altri paesi ed intervenendo, contemporaneamente, sulle criticità sismiche. Perché il programma abbia successo, è però necessario un piano adeguato di incentivi per anticipare le risorse necessarie.

Uscita dal carbone. Nella SEN è prevista tra il 2025 e il 2030. Nel caso in cui ciò si verificasse nel 2025, secondo la SEN si dovrebbero pagare circa 3 miliardi di euro di compensazione ai proprietari delle centrali non ancora ammortizzate. A questo proposito ci si chiede: 1) Possibile che impianti così vecchi non saranno ancora del tutto ammortizzati nel 2025? 2) E’ stato calcolato il risparmio dovuto ai benefici sanitari e climatici che deriverebbero dall’uscita anticipata, considerato che lʼAgenzia Europea per lʼAmbiente ha stimato in oltre 500 milioni di euro lʼanno gli impatti della sola centrale di Brindisi? 3) E’ stato calcolato il risparmio generato dalla mancata importazione del carbone?

In ogni caso, il problema delle compensazioni per impianti non adeguatamente sfruttati deve insegnarci che le grandi opere nel settore energetico vanno valutate in base all’effettivo bisogno che ci sarà in futuro (vide infra).

Investimenti per il gas. La SEN prevede di investire sul gas per ottenere elettricità in sostituzione del carbone, come risorsa di back up delle fonti rinnovabili e per diversificare le fonti di approvvigionamento. A questo proposito bisogna anzitutto notare che il consumo di gas, che era di circa 85 Gm3 all’anno nel periodo 2005-2008, è diminuito negli ultimi anni (71 Gm3 nel 2016) e certamente continuerà a diminuire. C’è quindi il rischio di costruire infrastrutture che rimarranno inutilizzate o sotto utilizzate, come è accaduto per i rigassificatori, con spreco di denaro pubblico o con la necessità di successive compensazioni per il mancato uso. Poiché in futuro per vari motivi si produrrà e si userà sempre più energia elettrica, sarebbe meglio investire in sistemi di accumulo dell’elettricità piuttosto che in centrali a gas di back up o in impianti di stoccaggio geologico del gas di importazione.

Trasporti. La SEN propone di estendere l’uso del gas come combustibile. Questo è anche quanto sostiene Eni nelle numerose pagine pubblicitarie sulla stampa e nei frequenti spot TV: il metano come ponte verso l’uso (remoto) delle fonti rinnovabili. Bisogna notare, però, che l’utilizzo del metano abbatte solo in parte l’inquinamento atmosferico e non porta alcun vantaggio per quanto riguarda il cambiamento climatico. E’ vero, infatti, che a parità di energia prodotta la quantità di CO2 generata dal gas naturale è inferiore di almeno il 20% di quella generata quando si usano derivati del petrolio, ma è anche vero che il metano è un gas serra 72 volte più potente di CO2 quando l’effetto è misurato su 20 anni e 25 volte più potente quando misurato su 100 anni. Poiché nella lunga filiera del metano si stima ci siano perdite di almeno il 3% rispetto alla quantità di gas usato, è chiaro che passando al metano non si combatte affatto il cambiamento climatico.

Sempre nel campo dei trasporti, la SEN fa molto affidamento sui biocombustibili. Nulla da obiettare sul biometano ottenuto da prodotti di scarto, ma la figura riportata a p. 17 della SEN prevede che dal 2021 al 2030 si avrà solo un piccolo aumento della penetrazione delle rinnovabili nei trasporti e questo sarà principalmente dovuto a biocombustibili. Ancora una volta, questo è quanto sostiene Eni nelle sue pagine pubblicitarie, in una delle quali è scritto a caratteri cubitali che “Il carburante si otterrà dalle bucce delle mele. In Italia” (Corriere della Sera, 13 maggio 2017)

Va sottolineato che la presa di posizione di SEN e Eni in favore dei biocombustibili è in netta contraddizione con la realtà dei fatti. Numerosi studi scientifici dimostrano che nella filiera che porta dalle biomasse alle auto alimentate da biocombusibili l’efficienza di conversione dei fotoni del sole in energia meccanica delle ruote di un’automobile (sun-to-wheels efficiency) è inferiore allo 0.1%, mentre per la filiera che dal fotovoltaico porta alle auto elettriche l’efficienza è 5,4%, cioè almeno cinquanta volte maggiore. In effetti, quello che gli esperti prevedono non è una sostituzione significativa dei combustibili fossili con biocombustibili, ma una rapida, dirompente diffusione delle auto elettriche. La cosa non meraviglia perché i motori elettrici non inquinano, non producono CO2, sono quattro volte più efficienti dei motori a combustione interna e sono molto più facili da riparare e da mantenere.

Mentre l’Unione Petrolifera stima che nel 2030 i veicoli elettrici saranno solo lo 0,5% del parco di autoveicoli, gli esperti sono concordi nel prevedere una vera e propria rivoluzione nel campo dei trasporti. Nel 2020 potremo scegliere fra 120 modelli diversi di auto elettriche, nel 2025 il 30% delle auto vendute saranno elettriche e nel 2030 il 60% dei veicoli circolanti saranno elettrici. Anche Cina e India, i due mercati su cui hanno a lungo puntato le compagnie petrolifere e i costruttori di vetture con motori a combustione interna, hanno recentemente deciso di sviluppare rapidamente la mobilità elettrica.

In Italia, quindi, non servono altre bioraffinerie alimentate da olio di palma proveniente dalla Malesia (in attesa di usare le bucce delle nostre mele), ma fabbriche di pannelli fotovoltaici, di batterie e di auto elettriche.

Il futuro

E’ ormai chiaro che il fotovoltaico sarà la fonte energetica in più rapida crescita nei prossimi anni. Secondo Irena, tra il 2015 e il 2025 il costo di installazione degli impianti fotovoltaici si ridurrà del 57%. Nel frattempo, l’efficienza dei moduli più comuni aumenta (18-20%) e la diminuzione di efficienza nel tempo è così piccola da permettere un utilizzo medio di 35 anni. Il fotovoltaico è una tecnologia dirompente che, con effetto sinergico, potenzia due altre tecnologie: batterie (anche per uso stanziale) e auto elettriche. Il fotovoltaico servirà anche a produrre combustibili solari, indispensabili per i trasporti aerei e marittimi: utilizzando energia fotovoltaica per compiere l’elettrolisi dell’acqua si ottiene, infatti, idrogeno che può essere utilizzato per produrre combustibili liquidi come metanolo e gasolio sintetico.

E’ necessaria la riconversione di molte industrie. Un proverbio cinese dice: “Quando soffia il vento del cambiamento alcuni costruiscono muri, altri pale eoliche”. Saipem e Enel l’hanno capito. E’ urgente che la riconversione di Eni verso le rinnovabili diventi reale, non solo di facciata. Quella che era la “nostra” grande industria automobilistica (FCA) non è interessata ai veicoli elettrici e si ostina a produrre automobili tradizionali che entro non molti anni saranno fuori mercato. Questa incapacità di capire in che direzione va il mercato automobilistico rischia di lasciarci fuori dallo sviluppo industriale di questo settore e lo consegna ancor più nelle mani di industrie straniere. Sia le industrie petrolifere che quelle automobilistiche dovrebbero tener conto che c’è una rapida evoluzione nella tecnologia e che non si possono vincere sfide andando contro corrente. Purtroppo la SEN non è in linea con le previsioni degli esperti e non si pone obiettivi chiari nel campo dei trasporti. Se veramente si vuole svecchiare il parco veicolare (p. 16 della bozza SEN) per ridurre l’inquinamento e combattere i cambiamenti climatici, bisogna investire nella realizzazione di una infrastruttura diffusa di ricarica elettrica e fornire incentivi per lʼacquisto di veicoli elettrici e non di veicoli a combustione interna, particolarmente dopo gli inganni che hanno perpetrato in questo campo le industrie automobilistiche.

Per quanto riguarda il gas, la SEN dovrebbe tener presente che c’è il forte rischio di costruire gasdotti e impianti di rigassificazione e stoccaggio in eccesso. Come già accennato, i consumi di gas sono in diminuzione e continueranno a diminuire sia per combattere i cambiamenti climatici che per l’inarrestabile sviluppo delle rinnovabili. Secondo le previsioni UE, nel 2030 si importeranno 328 miliardi di m3 di gas all’anno, la metà della capacità di importazione delle infrastrutture già oggi disponibili. Con la realizzazione di tutte le infrastrutture programmate l’Europa avrebbe una capacità di importazione addirittura tre volte maggiore di quella necessaria. Un discorso simile si può fare per quanto riguarda le bioraffinerie, data la rapida diffusione di auto elettriche.

La netta presa di posizione dei governi italiano, francese e tedesco contro la decisione del presidente Trump di ritirarsi dall’accordo di Parigi deve ora declinarsi in azioni e fatti concreti. La transizione energetica dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è non solo necessaria, ma inevitabile. Nella letteratura scientifica internazionale ci sono molti studi sull’argomento. Ricordiamo solo quello di scienziati delle università di Stanford, Berkeley e Berlino, nel quale è dimostrato che la transizione è tecnicamente possibile ed economicamente conveniente. In tutti i 139 paesi presi in esame, entro il 2050 si possono sostituire totalmente i combustibili fossili con l’energia rinnovabile del sole, del vento e del’acqua. Per quanto riguarda specificamente l’Italia, lo studio prevede che la transizione energetica porterà da qui al 2050 un risparmio di circa 6.700 dollari per persona all’anno e un aumento complessivo di circa 770.000 posti di lavoro, considerando anche i circa 150.000 posti persi con l’abbandono dei combustibili fossili.

Conclusioni

Definire le linee di indirizzo per una valida Strategia Energetica Nazionale è un problema complesso, che deve essere affrontato congiuntamente da almeno cinque prospettive diverse: scientifica, economica, sociale, ambientale e culturale.

A nostro parere gli obiettivi principali delle Strategia Energetica Nazionale per un paese come l’Italia dovrebbero essere due, come già avemmo modo di segnalare al precedente governo:

  1. Ridurre il consumo di energia, obiettivo che deve essere perseguito mediante un aumento dell’efficienza energetica e, ancor più, educando alla cultura della parsimonia, principio di fondamentale importanza per vivere in un mondo che ha risorse limitate.
  2. Facilitare e accelerare la transizione dall’uso dei combustibili fossili a quello delle energie rinnovabili, anche nell’ottica di una più generale transizione dall’economia lineare all’economia circolare.

Perseguendo questi due obiettivi, si potrebbero raggiungere importanti risultati:

riduzione delle importazioni di combustibili fossili;

– maggiore indipendenza energetica;

– miglioramento nella bilancia dei pagamenti;

– riduzione (non espansione!) fino a totale cessazione dell’estrazione di combustibili fossili nel nostro suolo e nei nostri mari, evitando così la degradazione del paesaggio e il rischio di incidenti che potrebbero compromettere il turismo, che è un’enorme fonte di ricchezza certa per l’economia nazionale;

– superamento dei modesti obiettivi dichiarati dal nostro paese alla COP21, con un conseguente maggiore abbattimento non solo di gas serra, ma anche delle sostanze inquinanti e quindi dei costi sociali ed economici da esse provocati; ricordiamo che secondo l’Agenzia Europea per l’Ambiente in Italia avvengono più di 90 mila morti premature ogni anno (in termini di anni di vita persi, circa 16 anni ogni 1000 abitanti).

– creazione di nuovi posti di lavoro particolarmente nel settore manifatturiero.

E’ importantissimo che la riduzione dei consumi non sia basata solo su un aumento di efficienza perché in tal caso può verificarsi l’effetto rebound: i soldi risparmiati con l’aumento di efficienza vengono spesi altrove, con ulteriori consumi energetici. Prima che sull’efficienza, è necessario che l’azione del governo sia volta a diffondere una cultura della sufficienza per far sì che le persone diventino consapevoli dei vantaggi di vivere in un modo sobrio, riducendo volontariamente i consumi di energia e di ogni altra risorsa. Il governo potrebbe dare il buon esempio riducendo il limite di velocità sulle autostrade, incoraggiando i cittadini ad acquistare auto che consumino e inquinino meno, incentivando l’uso delle biciclette e dei mezzi pubblici, trasferendo per quanto è possibile, con la massima urgenza, il trasporto merci dalla strada alla rotaia o a collegamenti marittimi e, soprattutto, organizzando una campagna di informazione e formazione culturale, a partire dalle scuole, per mettere in luce i vantaggi dello sviluppo delle fonti rinnovabili, della riduzione dei consumi individuali e collettivi e più in generale della sobrietà. Se il denaro speso dall’Eni per la sua intensa e irritante campagna pubblicitaria fosse usato dal governo per una campagna culturale su questi temi, si potrebbero gettare le fondamenta per una società a 2000 W come quella scelta dagli svizzeri col referendum del 21 maggio 2017, che ha approvato la strategia energetica svizzera 2050. (NOTA: attualmente, un cittadino americano usa 12.000 watt di potenza e un cittadino europeo 6.000 watt. 2000 watt era la potenza pro capite complessiva usata in Europa negli anni ’60 ed è proprio questo l’obiettivo che la Svizzera si è posta di raggiungere nel 2050: 2000 watt di potenza corrispondono infatti ad una quantità di energia sufficiente per soddisfare tutte le necessità dei cittadini e per permettere una vita più che agiata).

Bisogna rendersi conto che il mondo deve cambiare, perché, come dice papa Francesco nell’enciclica Laudato si’, “l’idea di una crescita infinita o illimitata, che ha tanto entusiasmato gli economisti, i teorici della finanza e della tecnologia suppone la menzogna circa la disponibilità infinita dei beni del pianeta, che conduce a “spremerlo” fino al limite e oltre il limite. Si tratta del falso presupposto che esiste una quantità illimitata di energia e di mezzi utilizzabili, che la loro immediata rigenerazione è possibile e che gli effetti negativi delle manipolazioni della natura possono essere facilmente assorbiti».

Compito della SEN è gettare le basi per il passaggio dal consumismo e dall’usa e getta dell’economia lineare ad una economia circolare caratterizzata dalla sobrietà. L’Italia, un paese che per decenni ha vissuto al di sopra delle proprie risorse economiche, caricando pesanti debiti sulle spalle delle future generazioni, può e deve trovare nella transizione energetica l’occasione per un netto cambiamento di rotta che le permetterebbe anche di assumere un ruolo di guida all’interno della Unione Europea.

4 giugno 2017

Gruppo di scienziati di Bologna energiaperlitalia.it

Vincenzo Balzani (coordinatore), Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, Università; Nicola Armaroli, Istituto ISOF-CNR; Alberto Bellini, Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, Università; Giacomo Bergamini, Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, Università; Enrico Bonatti, ISMAR-CNR; Alessandra Bonoli, Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, dell’Ambiente e dei Materiali, Università; Carlo Cacciamani, Servizio IdroMeteoClima, ARPAE; Romano Camassi, INGV; Sergio Castellari, Divisione servizi climatici, CMCC e INGV; Daniela Cavalcoli, Dipartimento di Fisica ed Astronomia, Università; Marco Cervino, ISAC-CNR; Maria Cristina Facchini, ISAC-CNR; Sandro Fuzzi, ISAC-CNR; Luigi Guerra, Dipartimento di Scienze dell’Educazione «Giovanni Maria Bertin», Università; Giulio Marchesini Reggiani, Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche, Università; Vittorio Marletto, Servizio IdroMeteoClima, ARPAE; Enrico Sangiorgi, Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, Università; Leonardo Setti, Dipartimento di Chimica Industriale, Università; Micol Todesco, INGV; Margherita Venturi, Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, Università; Stefano Zamagni, Scuola di Economia, Management e Statistica, Università; Gabriele Zanini, UTVALAMB-ENEA

 

La pubblicità di ENI. Il metano ci dà una mano. O no?

In evidenza

Claudio Della Volpe

Con un fatturato annuo di oltre 67 miliardi di euro nel 2016, sia pure in fortissima diminuzione rispetto al passato (i dipendenti si sono ridotti a meno di 30.000 dagli oltre 100.000 degli anni 90) ENI rimane la seconda o terza azienda italiana (dopo EXOR-FCA, ossia l’ex Fiat e dopo ENEL, nel 2016), pagando la riduzione dei costi del greggio e il deconsolidamento di Saipem e Versalis; se enrambe fossero rimaste nel perimetro ENI, la società oggi avrebbe un fatturato di oltre 80 miliardi. Ma nonostante questo, la fama di “stato-nello-stato” guadagnata fin dai tempi di Mattei non viene scalfita, ed ENI continua a svolgere un ruolo chiave sia politico che materiale. Basti pensare al caso Shalabayeva e alle contestazioni contro ENI della Nigeria e di alcune ONG; a febbraio la Procura della Repubblica di Milano ha chiesto il rinvio a giudizio per l’amministratore delegato dell’Eni Claudio Descalzi e per altri 12 indagati, tra cui l’ex ad Paolo Scaroni e Luigi Bisignani, per un presunto caso di corruzione legato all’acquisizione dei diritti di sfruttamento del mega blocco petrolifero OPL245, in Nigeria: si parla di oltre un miliardo di euro.

OPL 245 è un immenso blocco estrattivo situato in Nigeria sfruttato da ENI e Shell; la Nigeria è uno degli stati da cui provengono oggi più immigrati nel nostro paese e che lamenta una maggiore ingerenza nella sua Natura e nella sua economia da parte dell’Italia; è da pensarci quando si parla di immigrazione. La comunità Ikebiri oggi, come quella Bodo ieri contro la Shell dimostrano che l’emigrazione nigeriana non nasce dal nulla. Il caso Ken Saro-Wiwa degli anni 90 (difensore del popolo Ogoni) dimostra anche che questi contrasti sono ben fondati, essendo iniziati con la scoperta stessa del petrolio nigeriano nel 1956.

Kenule Beeson Saro-Wiwa, uno dei maggiori intellettuali africani, impiccato nel 1995*

Ma questo post non vuole solo dare qualche informazione sulla politica internazionale di ENI, che per i chimici italiani rimane una azienda “di riferimento”, ma soprattutto svelare quanto ci sia di greenwashing, di falso ambientalismo in una politica energetica del nostro paese che è in grave ritardo.

Oggi ci occupiamo della parola d’ordine sul metano come alternativa fossile “verde” al petrolio e al carbone. E’ veramente così?

ENI ne è convinta perchè sulle pagine del Fatto pubblicizza la sua strategia con grande enfasi e cerca di sfatare quelli che chiama i miti sul gas; alcune cose sono vere, ma di quelle più importanti ENI non dice nulla, anzi nicchia (al mito 3 dice esplicitamente una bufala che oggi contesteremo). Andatevela a leggere anche se prima potete riflettere sul fatto che il giornale in questione ha avuto una ampia polemica con ENI a proposito della pubblicità proprio qualche mese fa in rapporto all’informazione, denunciando che a causa degli articoli sulla questione nigeriana Eni voleva tagliare la pubblicità; oggi ENI sta facendo pubblicità proprio sul Fatto e vedremo se il Fatto continuerà a fornire informazioni sulla questione nigeriana. Siamo “su con le rece” come si dice a Trento, su con le orecchie, vedremo.

Allora il metano è un gas combustibile; facciamo un confronto fra i tre principali combustibili, carbone, petrolio e gas metano e vediamo quanti gas serra producono nella loro combustione.

I dati a cui si riferisce anche ENI sono riportati qui; e sono anche facilmente calcolabili; facciamo un po’ di stechiometria, prendiamo una tabellina adeguata:

C+O2=CO2 + 32.5MJ/kg di C

CH2+1.5O2=CO2 +H2O+ 42MJ/kg di CH2

CH4+2O2=CO2 +2H2O+ 55.5MJ/kg di CH4

Carbone (antracite), composizione approssimata C, entalpia di combustione= 32.5MJ/kg, CO2 emessa per kg 44/12=3.67kg, CO2 emessa per MJ 0.114kg

Petrolio, composizione approssimata CH2, entalpia di combustione=42 MJ/kg, CO2 emessa per kg 44/14=3.14kg , CO2 emessa per MJ 0.074kg

Metano, composizione approssimata CH4, entalpia di combustione=55.5MJ/kg CO2 emessa per kg 44/16=2.75kg; CO2 emessa per MJ 0.049kg

Sorvolo sui dettagli delle composizioni, giusto per far capire i ragionamenti ai non addetti; dunque il rapporto per unità di energia prodotta ottenuto con questo semplice conto ci dice che il carbone produce più del doppio del diossido rispetto al metano e il petrolio circa il 50% in più (2:1.5:1).

I dati dell’EIA sono leggermente diversi e ovviamente più precisi, sono espressi in libbre di diossido per milione di BTU: (228.6:161.3:117 ossia 1.95:1.38:1) e perfino più sfavorevoli al metano, ma qui vale il senso generale più che il valore numerico.

Ma questo risultato è quello definitivo? La risposta è no. Perchè quando si usa un combustibile occorre indagare tutta la catena della estrazione, produzione, distribuzione. E qui le cose cambiano.

L’estrazione ha a che fare con l’EROEI del combustibile, ossia col suo costo energetico e da questo punto di vista il carbone con il suo bassissimo costo estrattivo batte sia il petrolio che il gas; d’altronde riperde poi posizioni nella parte trasporto, dove la bassa densità lo sfavorisce. Trasportare carbone è semplice ma costoso (occupa grandi volumi in rapporto all’energia offerta). Per questo il carbone è prevalentemente utilizzato in prossimità dei luoghi di produzione (in generale, in Italia abbiamo casi di carbone importato dall’altra parte dell’oceano).

Ma il dato più eclatante da considerare è che il metano è esso stesso un gas serra e anche molto più potente del diossido di carbonio. L’effetto serra del metano espresso come forzante termica nei confronti dell’atmosfera varia nel tempo poichè la sua vita media è relativamente breve, dell’ordine del decennio, dopo si trasforma essenzialmente ma non solo in diossido; ancora una volta facciamo una approssimazione ma consideriamo solo l’effetto principale.

Per stimare l’effetto serra di una sostanza si usa una scala che dipende dalla sostanza e dal tempo considerato, ossia dalla velocità con cui la sostanza una volta immessa in atmosfera viene poi riciclata; questa scala vale 1 per la CO2 qualunque sia t e viene chiamata GWPXX, dove XX indica il periodo di tempo considerato in anni; dunque se cerchiamo il GWP20 o il GWP100 per il metano troveremo due valori che sono 84-87 e 28-36 rispettivamente; il che significa che a parità di concentrazione dopo 20 anni o dopo 100 anni l’assorbimento serra comporterà una forzante rispettivamente 84-87 volte o 28-36 volte superiore a quella di una eguale quantità di CO2.

Questi valori sono i più recenti valori stimati dall’IPCC; il metano è un potente gas serra che fortunatamente è presente in concentrazione molto più bassa di altri in atmosfera anche se rapidamente crescente.

Ricordo che uno degli ambiti di studio di Guido Barone, mio tutor di tesi a Napoli (e che ci ha lasciati da poco) era proprio questo, capire il ruolo potenziale del metano disciolto in acqua di mare (che è una quantità stratosferica nel permafrost e in prossimità delle coste dei mari polari). Io stesso feci una tesi sulla capacità delle soluzioni acquose di solubilizzare piccole molecole di idrocarburo nelle cavità dell’acqua “strutturata”, anche se allora 40 anni fa lo scopo era diverso, era di comprendere meglio la struttura terziaria delle proteine.

Il metano, l’etano sono parecchio solubili in acqua, specie a bassa temperatura e ad una pressione di qualche atmosfera; la formazione di idrati contenenti questi gas nei grandi impianti di pompaggio del gas naturale è uno dei problemi di funzionamento principali e il loro potenziale rilascio da parte del permafrost e dei ghiacci polari uno dei maggiori rischi ambientali e climatici. (si veda qui)

Torniamo a noi; bruciando metano produco 100 parti di diossido di carbonio e bruciando petrolio ne produco circa il 40-50% in più, 150 parti; bruciando carbone circa il doppio; ma questo vantaggio del metano può venire rapidamente soverchiato dalle perdite di metano dovute all’estrazione, al trasporto e allo stoccaggio di metano; il caso Alysso canyon lo abbiamo raccontato da poco.

Si stima che alcuni percento del totale della massa di metano usata come combustibile vengano persi nelle varie fasi; per ogni percento perso l’effetto serra del metano aumenta di una quantità stimabile dall’84-87% al 28-36% in più a seconda se consideriamo un lasso di tempo di 20 anni o 100 anni; dunque è facile comprendere che questo “piccolo” livello di perdita dell’1% renderebbe il metano comparabile su alcune scale temporali con il petrolio; se la perdita cresce perfino col carbone!

Dice EPA:

Methane (CH4) is estimated to have a GWP of 28–36 over 100 years. CH4 emitted today lasts about a decade on average, which is much less time than CO2. But CH4 also absorbs much more energy than CO2. The net effect of the shorter lifetime and higher energy absorption is reflected in the GWP. The CH4 GWP also accounts for some indirect effects, such as the fact that CH4 is a precursor to ozone, and ozone is itself a GHG.

(https://www.epa.gov/ghgemissions/understanding-global-warming-potentials – Learn why)

Possiamo schematizzare così:

CO2 equivalente prodotta da …(effetto a 20 anni)

Metano sola combustione= 100

Petrolio sola combustione=150

Metano con perdite 1%= 184-187

Carbone sola combustione=200

Metano Con perdite 2%=268-274

Metano Con perdite 3%=352-361

CO2 equivalente prodotta da …(effetto a 100 anni)

Metano sola combustione= 100

Petrolio sola combustione=150

Metano con perdite 1%= 128-136

Metano Con perdite 2%=156-172

Metano Con perdite 3%=184-208

Carbone sola combustione=200

A quanto ammontano le perdite di metano?

Negli anni recenti ci sono stati parecchi ricercatori che hanno cercato di rispondere a questa domanda; e la cosa è arrivata al grande pubblico tramite i grandi giornali esteri (non sia mai che quelli italiani se ne occupino); dati definitivi non mi risulta ci siano, ma citerò qui due o tre articoli secondo me importanti per capire le cose.

Il primo è un lavoro di PNAS del 2012 nel quale si conclude:

We find that a shift to compressed natural gas vehicles from gasoline or diesel vehicles leads to greater radiative forcing of the climate for 80 or 280 yr, respectively, before beginning to produce benefits. Compressed natural gas vehicles could produce climate benefits on all time frames if the well-to-wheels CH4 leakage were capped at a level 45–70% below current estimates. By contrast, using natural gas instead of coal for electric power plants can reduce radiative forcing immediately, and reducing CH4 losses from the production and transportation of natural gas would produce even greater benefits. There is a need for the natural gas industry and science community to help obtain better emissions data and for increased efforts to reduce methane leakage in order to minimize the climate footprint of natural gas

Nel secondo lavoro su Environmental Science and Technology del febbraio di quest’anno si conclude che

Presently, there is high uncertainty in estimates of methane (CH4) emissions from natural gas-fired power plants (NGPP) and oil refineries, two major end users of natural gas. … At NGPPs, the percentage of unburned CH4 emitted from stacks (0.010.14%) was much lower than respective facility-scale losses (0.100.42%), and CH4 emissions from both NGPPs and refineries were more strongly correlated with enhanced H2O concentrations (R2avg = 0.65) than with CO2 (R2avg = 0.21), suggesting noncombustion-related equipment as potential CH4 sources. Additionally, calculated throughput-based emission factors (EF) derived from the NGPP measurements made in this study were, on average, a factor of 4.4 (stacks) and 42 (facility-scale) larger than industry-used EFs. Subsequently, throughput-based EFs for both the NGPPs and refineries were used to estimate total U.S. emissions from these facility-types. Results indicate that NGPPs and oil refineries may be large sources of CH4 emissions and could contribute significantly (1.5 ± 0.8 Tg CH4/yr, 95% CL) to U.S. emissions.

Nel terzo, un bel lavoro italiano (Environmental Pollution 164 (2012) 125e131) fatto dai colleghi dell’IBIMET-CNR di Firenze e della Fondazione Edmund Mach di S. Michele all’Adige, in Trentino a pochi chilometri da me (fra l’altro col sempreverde Franco Miglietta) si analizza la situazione di una grande città come Firenze concludendo che:

Long-term fluxes of CO2, and combined short-term fluxes of CH4 and CO2 were measured with the eddy covariance technique in the city centre of Florence. CO2 long-term weekly fluxes exhibit a high seasonality, ranging from 39 to 172% of the mean annual value in summer and winter respectively, while CH4 fluxes are relevant and dont exhibit temporal variability. Contribution of road traffic and domestic heating has been estimated through multi-regression models combined with inventorial traffic and CH4 consumption data, revealing that heating accounts for more than 80% of observed CO2 fluxes. Those two components are instead responsible for only 14% of observed CH4 fluxes, while the major residual part is likely dominated by gas network leakages. CH4 fluxes expressed as CO2 equivalent represent about 8% of CO2 emissions, ranging from 16% in summer to 4% in winter, and cannot therefore be neglected when assessing greenhouse impact of cities.

In tutti e tre i casi si riconosce un ruolo importante e ancora non completamente valutato alle emissioni dirette di metano dagli impianti di produzione, trasporto e distribuzione; questi risultati ci costringono a concludere che la sostituzione del metano agli altri due fossili carbone e petrolio non è necessariamente un vantaggio, ma anzi in alcuni casi potrebbe peggiorare la situazione specie nella sostituzione al petrolio a meno di non ridurre significativamente le perdite di metano in ogni fase della catena produttiva.

I dati americani sembrano più ampi e precisi, quelli europei sono pochi; c’è stato un congresso dedicato nel 2016, partito dalla constatazione che:

If methane leakage  accounts  for  more  than  2.7%  of  gas  produced,  advantages  of  natural  gas  versus coal are lost in the immediate2……  This  raises  the  question  of  what  the  true  carbon  footprint  of  natural gas is once regional leakage rates are taken into account, and therefore its real benefits as  a  “transition”  fuel.

E ancora:

At     a     global     scale,     self reporting   methane   emissions   from   the   O&G   sector   notify   significant   discrepancies:   in   the   Middle   East     areafor     instance,     Kuwait     report    leakage     rates     26     times     lower     than     Bahrain,   although   they   show   similar   natural   gas   production   profiles.   Amongst   the   20   largest   NG   producers, while the US,     Canada     and     Russia     report     gas     leakages     between     1%     and     3%,   other     countries   like   Qatar,     Saudi     Arabia,     China,     Norway     and     the     Netherlands     report     almost   no   emission.

E infine in un lavoro su Nature della fine 2016 dà una valutazione globale vicina al 2%:

We find that total fossil fuel methane emissions (fossil fuel industry plus natural geological seepage) are not increasing over time, but are 60 to 110 per cent greater than current estimates owing to large revisions in isotope source signatures. We show that this is consistent with the observed global latitudinal methane gradient. After accounting for natural geological methane seepage, we find that methane emissions from natural gas, oil and coal production and their usage are 20 to 60 per cent greater than inventories. Our findings imply a greater potential for the fossil fuel industry to mitigate anthropogenic climate forcing, but we also find that methane emissions from natural gas as a fraction of production have declined from approximately 8 per cent to approximately 2 per cent over the past three decades.

Quindi questa stima è che attualmente ci sia una emissione dell’ordine del 2% a livello mondiale.

Non è facile fare i conti; per esempio ENI dichiara da parte propria dei dati come questi; consideriamo solo le emissioni di metano incombusto e da emissioni fuggitive (non stiamo dunque esaurendo il totale delle emissioni di metano nelle varie fasi estrattive, di trasporto e produttive):
2014- 124.000 ton

2015- 99.000 ton

2016- 85.000 ton

Se consideriamo il potenziale GHG di questo metano in termini di CO2 eq a 20 anni troveremo che solo in questi tre anni ha emesso l’equivalente di quasi 27Mton, e ha in programma al 2025 di ridurle al 20% del 2014 , circa 24.000 ton ossia oltre 2 Mton equivalenti.

Nel 2016 l’ENI ha manipolato circa 60Mton di gas naturale (83Gm3), che produrrebbero circa 165Mton di CO2, ma aggiungendoci questa sola parte del metano fuggitivo le emissioni crescerebbero di altri 7 Mton equivalenti; e il resto?

Proprio per questo motivo dare per scontato il vantaggio del metano ed investire sul metano potrebbe costituire una strategia sbagliata; nell’immediato i dati mondiali sono tali da concludere che la sostituzione è nei primi 20 anni certamente peggiorativa rispetto al petrolio e potrebbe risultare utile solo rispetto al carbone sul lungo periodo. Sul lungo periodo, nel quale le cose migliorerebbero da qua a cento anni, dovremo comunque essere passsati ad altre fonti e la conclusione è che il metano non ci da una mano, anzi è peggiorativo rispetto al passaggio diretto all’elettrico.

La strategia in corso nel mondo è il passaggio alle rinnovabili; la strategia da attuare per tener fede all’impegno di Parigi 2015 è passare alle rinnovabili; non ci sono alternativi o trucchi fossili di alcun tipo. Occorre con rapidità stimare le perdite di metano in Europa e porvi rimedio se possibile per sostituire il metano al carbone in alcune delle centrali elettriche, ma in tutti i casi in cui il confronto è metano- petrolio questo è un falso problema e la scelta di una nuova sorgente sarà per l’elettrico non per il gas naturale.

Mentre scrivo queste righe leggo della folle scelta di Trump: uscire da Parigi 2015? Avrà le sue ragioni, ma nulla di razionale; il processo di transizione energetica è inarrestabile. Ma allora direte voi perchè ti preoccupi: beh prima di tutto il diavolo è nei dettagli (ed oggi ne abbiamo visto uno) e inarrestabile non vuol dire che non può essere rallentato; e a noi manca il tempo.

Prossimamente analizzeremo altri elementi della pubblicità di ENI.

 

  • *« “…tutti noi siamo di fronte alla Storia. Io sono un uomo di pace, di idee. Provo sgomento per la vergognosa povertà del mio popolo che vive su una terra molto generosa di risorse; provo rabbia per la devastazione di questa terra; provo fretta di ottenere che il mio popolo riconquisti il suo diritto alla vita e a una vita decente. Così ho dedicato tutte le mie risorse materiali ed intellettuali a una causa nella quale credo totalmente, sulla quale non posso essere zittito. Non ho dubbi sul fatto che, alla fine, la mia causa vincerà e non importa quanti processi, quante tribolazioni io e coloro che credono con me in questa causa potremo incontrare nel corso del nostro cammino. Né la prigione né la morte potranno impedire la nostra vittoria finale…” . »
    (Ken Saro-Wiwa)

Note sulla chimica del tabacco

In evidenza

Luigi Campanella ex Presidente SCI

Le prime manifatture del tabacco risalgono agli anni 1712 e 1743. Prima di queste due date si conoscevano soltanto singole operazioni:essiccazione e macinazione.Il Laboratorio Chimico dei Monopoli di Stato in via della Luce a Trastevere,Roma,deve essere invece considerato la prima istituzione scientifica statale impegnata nel settore del tabacco.

La prima applicazione della Chimica all’industria del tabacco risale ad oltre un secolo dopo la prima manifattura, precisamente al 1877, ma in realtà non portò a risultasti significativi e comunque di un qualche interesse.

Le prime reazioni chimiche di rilievo trattate nel settore del tabacco con metodo scientifico, un vero e proprio salto di qualità rispetto al passato risalgono a Cannizzaro (1893), chimico, scienziato, patriota, senatore.

La reazione che porta il suo nome è la ben nota

         Aldeide benzoica + formaldeide (in ambiente di idrossido di sodio)——-formiato di sodio (o acido formico) + alcool benzilico

A Cannizzaro si deve peraltro anche la determinazione dei pesi atomici di 31 elementi.Tra i suoi studi più significativi quelli sulle condizioni igienico sanitarie nelle solfatare,nelle industrie dei fiammiferi,nella stessa industria del tabacco..Cannizzaro ha svolto anche ricerche nell’analisi dei tabacchi.delle sostanze impiegate nella sua manifattura,dei suoli sui quali la pianta viene coltivata,nonché sugli indicatori a contrasto delle frodi. Le innovazioni a lui dovute nell’industria del tabacco sono tre: fermentazione, lavaggio, macerazione. Per quanto riguarda la fermentazione enzimatica su tabacco essiccato (T=30-60 °C,30-40 gg) l’amido viene ossidato a CO2,si ottengono come prodotti secondari acido acetico,composti amidici e NH3,con perdita di nicotina, nitrato, acidi organici e materia grassa.

La sostanza del tabacco sottoposta ad analisi chimica elementare risulta composta da C,H,O,gruppi acidi ( acido oleico, stearico, palmitico), gruppi alcoolici (glicerolo); risulta inoltre non polare, insolubile in acqua,con densità pari a 0,90-0,98 g/cc. L’analisi chimica rivela anche carbonato di calcio (7-65%) nel residuo insolubile in acqua,la presenza di sali organici (probabilmente per l’addizione che si fa di citrato, malato, tartrato) e quella di carbonato di potassio (1-30%) dopo la combustione.(1 h,circa) .Con analisi qualitative molto accurate è possibile anche evidenziare tracce di numerosi altri composti,quali acido solforico,acido fosforico,acido nitrico,acido cloridrico,anidride solforosa,idrossido di calcio e di sodio,silice.,oltre ovviamente a quanto già detto prima,in particolare la nicotina.E’ questa la componente più rilevante: si tratta di un liquido trasparente, leggermente giallo,di sapore acre ed odore simile a quello della piridina, igroscopico (+177% di acqua all’aria,persa a 150°C),.di densità 1.01, capace di deviare il piano della luce polarizzata verso sinistra e che si accumula nel ciclo vegetativo, con carbonio % fra 0,2 e 10.

A seconda del contenuto in carbonio distinguiamo tabacchi forti con contenuto % in carbonio fra 3 e 10,e tabacchi leggeri con contenuto % in carbonio minore di 3.La nicotina viene estratta per distillazione che può così essere schematizzata

Matrice ____H2SO4 —-evaporazione —-carbonato di ammonio   nicotina———solubilizzazione in alcool etilico——-distillazione

Un’alternativa è il metodo di Schloesing che si basa sulla insolubilizzazione in NaCl della nicotina libera,conseguente precipitazione, dissoluzione in etere e soluzione di carbonato di potassio con ripartizione fra le due fasi e confronto con un tabacco di riferimento per il valore % di nicotina,da fornire come caratteristica.

Esiste anche un terzo metodo,più complesso, ma anche più accurato. Si tratta del Metodo di Pezzolato che si basa sulla distillazione in corrente di vapore acqueo della nicotina liberata per idrolisi basica e poi fissaggio della stessa su acido solforico che viene titolato.

Si può concludere che la chimica ha avuto un ruolo e lo conserva anche oggi nell’industria manifatturiera e nella caratterizzazione dei tabacchi, che nel tempo questa partecipazione si è evoluta da metodi empirici a di natura organolettica a metodi quantitativi affidabili, che ancora si registra una certa carenza di dati sostenuti statisticamente, che per il futuro è da auspicare una standardizzazione delle metodiche analitiche riferite al tabacco.

Si veda anche :

http://media.accademiaxl.it/memorie/S5-VXXXIII-P2-2009/Lenci451-463.pdf

Diverse culture alimentari a confronto.

In evidenza

Marino Melissano*

Vegetariani e vegani: sono sinomini?

La distinzione tra le due culture alimentari, che a un primo sguardo potrebbe apparire molto sottile, segna al contrario una profonda distanza tra due scelte che hanno implicazioni assai divergenti.

Vegetarianesimo

In questa categoria sono inclusi tutti coloro che escludono dalla propria alimentazione la carne di ogni animale (di terra, di aria e d’acqua), senza però rinunciare a prodotti di derivazione animale, come latte, uova, formaggi e latticini, sulla base di motivazioni etiche, religiose e igienistiche.

Questo modello è anche detto latto-ovo-vegetarianismo

Un vegetariano, dunque, non si nutre di pesce. In questa categoria alcuni comprendono anche i cosiddetti semi-vegetariani che, come dice il termine, sono vegetariani… ma non del tutto! I semivegetariani sono coloro che si nutrono di carne, pesce e volatili con una frequenza inferiore a una volta alla settimana. È comunque fuori luogo mettere nel gruppo chi esclude solamente un tipo di carne dalla sua alimentazione e si nutre abitualmente di altre carni (per esempio quella di pesce).

Il termine “vegetariano” non esisteva prima dell’ottocento. In precedenza, ogni regime alimentare di questo tipo era chiamato “pitagorico”, in onore del pioniere di questo tipo di alimentazione in occidente: il matematico Pitagora appunto. L’etimo è il latino “vegetus”, che significa: sano, vigoroso.

Latto-vegetarianismo

A differenza del latto-ovo-vegetarianismo, questo modello alimentare esclude anche le uova. E’ frequente nei Paesi asiatici e indiani in particolare.

Le origini

Le prime attestazioni sul vegetarianismo si ritrovano nelle culture religiose e filosofiche della Grecia e dell’India antiche.

In ambito pitagorico (VI secolo a.C.) è nota l’ingiunzione di astenersi dal cibarsi degli animali (ἔμψύχον ἀπέχου).

Dall’orfismo (VI-V secolo a.C.) deriva l’obbligo dell’astinenza dalle uccisioni, eredità del dramma cosmico dello sbranamento del dio Dioniso da parte dei Titani.(http://www.portalefilosofico.com>orfismo_testo).

Dall’induismo deriva la nozione di ahiṃsā (lett. “astenersi dal recare danno”), che verrà promossa come regola di vita sia dai brahmini, sia dal jainismo, sia dal buddhismo.

I rituali primitivi di caccia

Lo studioso americano Stanley Walens scrive:

molti rituali sintetizzano l’immagine del cacciatore e della sua preda o con l’imitazione mimetica dell’animale o con formule verbali. Le immagini di questi rituali sottolineano la necessità della collaborazione tra cacciatore e preda, affermando che tale collaborazione rientra nel giusto ordine dell’universo. Una volta stabilito il rapporto morale e simbolico corretto, si crede che la preda accetti la morte di buon grado. (Stanley Walens, Animali in “Enciclopedia delle religioni”, vol. 4. Milano, Jaca Book, 1998, p. 70)

E ancora: in molti rituali di caccia si parla non di uccisione, ma di nutrizione e crescita, come se la preda animale dovesse ricevere le stesse cure degli animali domestici e del raccolto. In entrambi si evidenzia la rigenerazione, il ciclo della rinascita e il riconoscimento dei processi dell’universo, di fronte ai quali l’uomo resta impotente. Il mondo antico ritualizza l’uccisione e la conseguente manducazione degli animali, all’insegna del senso di colpa e della riparazione, come nel caso del sacrificio greco, per il quale è indispensabile ottenere l’assenso della vittima, per mezzo dello “hypokyptein”, ed è presente “l’urlo funerario-ololughé”, pronunciato dalle donne al momento dello sgozzamento dell’animale.

Lo storico Vernant nota che i sacrifici cruenti si accompagnano con sacrifici in cui non c’è alcuna uccisione di animali, come nel caso di Apollo Genetor e di Zeus Hypatos in Attica: ciò che viene offerto alla divinità si limita a frutta, olio, focacce e miele. Tali sacrifici, a differenza di quelli cruenti, sono cosiddetti “puri”, e a questo modello sacrificale si appelleranno le scuole vegetariane, orfiche e pitagoriche, che, invece, arrivano a considerare empio il sacrificio dell’animale e la manducazione delle sue carni.

Il vegetarianesimo nel ‘600 e nel ‘700

La Gran Bretagna è considerata la patria del vegetarianismo moderno. Il primo paladino è il cappellaio Roger Crab (1621-1680), che emerge sulla scena inglese durante la rivoluzione degli anni quaranta del Seicento.

Nella seconda metà del Seicento, durante l’espansione coloniale inglese, si aggiungono in favore del vegetarianismo nuovi argomenti. Una figura emblematica di questa fase è lo scrittore e mercante inglese Thomas Tryon (1634-1703), che denuncia il comportamento dell’europeo cristiano, definendolo un oppressore intollerante verso uomini ed animali: abbandona ogni lusso e sposa una dieta vegetariana. The Way to Health è un saggio del 1697, in cui la poetessa Aphra Behn, nell’introduzione, elogia in versi la sua dieta.

Nel Settecento il vegetarianismo inizia ad essere un argomento sostenuto e diffuso anche dai medici (Linneo e discepoli), in nome della salute e delle caratteristiche dell’anatomia e della fisiologia umana che, a partire dall’apparato digerente, dalla dentatura e dalle mani, dimostrerebbero la natura vegetariana dell’uomo. (www.circolovegetarianocalcata.it).

IL VEGETARISMO MODERNO

In Inghilterra il fermento del   vegetarianismo nel panorama  culturale porterà, nella prima metà dell’Ottocento, alla nascita di un movimento vegetariano e alla costituzione della Vegetarian Society, fondata il 30 settembre 1847 a Ramsgate (http://www.vegsoc.org).

Nei decenni successivi sorsero altre società vegetariane anche in altri paesi: nel 1867 il teologo Eduard Baltzer fondò la prima società vegetariana della Germania; verso la fine dell’Ottocento viene fondata la Société Végétarienne de France (http://AVF-www.vegetarisme.fr), mentre l’Associazione Vegetariana Italiana viene fondata a Perugia nel 1952 (http://www.vegetariani.it), con il nome di Società Vegetariana Aldo Capitini, dal grande intellettuale gandhiano, che vedeva nel vegetarismo un ampliamento dell’unità d’amore, in cui tutti gli animali diventano soggetti di una dignità propria da valorizzare e rispettare affettuosamente..

Tra le figure celebri del periodo: Alphonse de Lamartine, Richard Wagner, Lev Tolstoj, Gandhi, Bernard Shaw.

VEGANISMO O VEGETALISMO

La categoria dei vegani è composta da tutti coloro che escludono dalla loro alimentazione animali e prodotti da questi derivati. La loro alimentazione prevede solo l’assunzione di cibi di origine vegetale. Quindi, i vegani, a differenza dei vegetariani, non mangiano né latte né uova, né i prodotti derivati o che contengono questi due cibi. La scelta vegana è una filosofia, uno stile di vita improntato ad un rispetto etico del mondo che ci circonda: vengono esclusi tutti i prodotti derivati dallo sfruttamento degli animali e, quindi, cuoio, lana, seta,pellicce e così via. I vegani non utilizzano inoltre alcun prodotto cosmetico testato su animali, e non partecipano agli spettacoli circensi o a sport come la caccia o l’ippica.

La parola “vegano” è stata coniata per la prima volta nel 1944 da Donald Watson, che fondò, insieme ad alcuni amici, la “Vegan Society” ed è stata formata prendendo la parola inglese “vegetarian” e tenendone solo gli estremi (veg….an): l’inizio e la fine del vegetariano. Watson, già da piccolo, osservando degli animali presenti nella fattoria di suo zio, ebbe modo di dire: “Ero circondato da animali interessanti. Tutti loro “davano” qualcosa: il cavallo della fattoria trainava l’aratro, un altro tirava il calesse, le vacche “davano” il latte, le oche “davano” le uova e il gallo era un’utile sveglia. All’epoca non avevo ancora realizzato che avesse anche un’altra funzione. Le pecore “davano” la lana. Non riuscivo a capire cosa “davano” i maiali, ma mi sembravano delle creature tanto amichevoli, sempre felici di vedermi.” Poi ebbe modo di assistere alla macellazione dei maiali e divenne vegetariano all’età di 4 anni.

Data la mancanza di carne, pesce, formaggi e derivati sono diffusi surrogati, quali soia e suoi derivati (latte, yogurt, burro, panna di soia, tofu e lecitina) o seitan, ricavato da cereali deglutinati. Dall’alimentazione vegana sono esclusi alcolici, tabacco e bevande stimolanti, come caffè e tè, anche se è consentito un uso limitato di tè verde, sostituito dal tè kukicha, infuso ottenuto dalla Camellia Sinesis, privo di teina e ricco di calcio e ferro.

Sono consigliati cibi arricchiti artificialmente, come si può vedere dalla piramide vegana, per far fronte soprattutto alla carenza di Vi. B12.

CRUDISMO VEGANO (Raw food)

Ammette esclusivamente cibi vegetali non sottoposti a trattamenti termici oltre i 42 °C (è ammessa l’essiccazione). Questo modello dietetico è composto prevalentemente da frutta (70-80%), verdura, soprattutto a foglia verde (10-20%), noci e semi vari (5%), oltre a cereali e legumi germogliati. È da distinguersi dal crudismo non vegano, in cui si utilizzano latticini non pastorizzati e perfino carne e pesce crudi.

LA MACROBIOTICA (Makròs+bios = lunga vita)

Antichissima filosofia orientale, nata oltre 5000 anni fa, il cui orientamento è rappresentato da una visione olistica dell’uomo: ogni elemento è in equilibrio con gli altri e il cibo è fondamentale per mantenere l’armonia tra la mente e il corpo.

Diffusa dal medico e filosofo giapponese Sakurazawa, noto con lo pseudonimo di Ohsawa, nato a Tokyo nel 1893, è l’applicazione dei principi filosofici orientali alla pratica giornaliera, dove l’equilibrio, anche alimentare, è raggiunto attraverso gli “occhiali magici”, cioé I principi dello Yin (forza centrifuga-cibi acidi, come latte e derivati, frutta,tè, spezie) e dello Yang (forza centripeta-cibi alcalini come sale, carne, pesce, pollo, uova). Questi due principi sono opposti, ma complementari.

Secondo Ohsawa, seguendo quotidianamete una corretta alimentazione, è possibile mantenere l’equilibrio Yin-Yang e, dunque, un buon livello di salute. Esistono comunque dei cibi “bilanciati”, quali, ad esempio, i cereali, i legumi e i semi oleosi.

La dieta macrobiotica abolisce i cibi sofisticati e predilige alimenti di produzione naturale. I cereali devono essere non raffinati, integrali e, in questo gruppo, rientrano il “kokoh”, mix di farine provenienti da cereali differenti, arricchite con sesamo e soia e “l’arrowroot”, fecola ricavata dall’omonima pianta.

Tra gli alimenti macrobiotici ricordiamo:

– il tahin, succedaneo del burro, ricavato dal sesamo, aggiunto spesso alla salsa di soia per il condimento di zuppe;

– il gomasio, ricavato dalla lavorazione del sale marino, unito ai semi di sesamo;

– le alghe: tra le più note l’iziki, che si consuma con il tamari (salsa di soia); il wakame; il kombu;

la nato; il dashi; la dulse, dal colore rosso porpora;

– i legumi, soprattutto: lenticchie, ceci, soia e azuki (fagiolo rosso di soia). L’acqua di cottura dei legumi è consigliata come bevanda, perché ricca di sali minerali e vitamine.

Tra le regole da osservare: l’eliminazione di zucchero, dolci, caramelle e miele, frutti esotici, patate, pomodori, melanzane, latte e derivati, verdure surgelate, spezie, sale comune, caffé (al suo posto si possono usare surrogati, quali il “jannoh”, ricavato dall’unione tra frumento, soia, bardana e radici di tarassaco torrefatte; o il “dendelio”, ottenuti da radici di tarassaco e cicoria torrefatte).

La macrobiotica predilige i prodotti della pesca alla carne e consiglia una prolungata la masticazione al fine di garantire l’efficacia digestiva e l’appagamento gustativo.

(da Marino Melissano – Alimenti e alimentazione – Edagricole)

ALIMENTAZIONE ONNIVORA

In biologia un organismo è quello che si alimenta sia con prodotti di origine animale (carne, uova, latte e derivati, pesce e prodotti del mare), che vegetale (frutta, verdura, cereali e legumi).

Secondo i principi della Scienza dell’Alimentazione questo sarebbe il regime alimentare più adatto anche all’uomo, che ha bisogno di una dieta bilanciata composta da proteine, carboidrati, grassi, vitamine e minerali.

Nell’ambito dell’alimentazione onnivora la Dieta mediterranea è la più famosa e la più equilibrata.

Essa si basa su un consumo moderato di grassi da prodotti animali, privilegiando frutta, verdura, legumi, cereali integrali, frutta secca, pesce e olio di oliva Anche il vino, bevuto moderatamente durante i pasti, , rappresenta una forma di protezione per il suo contenuto di antiossidanti.

Per tutti i motivi descritti, i suoi sostenitori ritengono che la dieta mediterranea sia quella più adeguata a coprire i normali fabbisogni nutrizionali.

Essa normalmente prevede cinque pasti giornalieri di cui tre principali (colazione, pranzo e cena) e due spuntini, a metà mattinata e nel pomeriggio. La composizione media degli alimenti

comprende:

dal 55 al 65% di carboidrati, dei quali circa il 90% costituiti da zuccheri complessi e circa il 10% da zuccheri semplici;

dal 10 al 15% di proteine, delle quali i 2/3 di origine animale e 1/3 di origine vegetale dal 25 al 30% di grassi, soprattutto insaturi.

EQUILIBRIO NUTRIZIONISTICO

Le quantità giornaliere raccomandate di macro-nutrienti (Lipidi-Protidi-Glicidi) e di micronutrienti (vitamine e Sali minerali) sono le seguenti:

Glucidi: 315-350 g;

Protidi: 55-60 g;

Lipidi: 45-55 g;

Vit. A: 500 mcg; (fonti di origine animale, sedano, broccoli, cavoli, frutta colorata);

Vit. B1: 1,0 mg; (fonti di origine animale, lievito di birra, soja, legumi, asparagi, germe di

grano, cereali integrali, noci, cicoria, spinaci, bietole, alga spirulina)

Vit. B2: 1,3 mg; (fegato e frattaglie, latte, lievito di birra, muesli, germe di frumento, radicchio verde, soja secca)

Vit. B12: 2,0 mcg; (vongole, ostriche, polipo, sgombri, salmone, crostacei, sardine e aringhe, fegato, uova, yogurt, latte e latticini, cereali e prodotti di soia fortificati)

Niacina (Vit. PP): 14 mg;

Vit. C: 60 (donne)-75 mg (uomini); (succo d’uva, peperoni, latte, kiwi, cavoli e cavolfiori,broccoli, fragole, agrumi, radicchio verde, pomodori)

Vit. D: 10 mcg; (olio di fegato di merluzzo, sgombro, anguilla, trota, salmone affumicato, pesce spada, uova)

Fe: 10 mg; (frattaglie, carne rossa, carne di tacchino, merluzzo, spigole, salmone, molluschi, seppia, alici

DIETE A CONFRONTO

L’alimentazione tradizionale, e specialmente la dieta mediterranea, per 2.000 Kcal mediamente occorrenti ad un adulto in attività lavorativa moderata, fornisce:

325 g di glucidi (65%)

55 g di lipidi (25%)

57 g di proteine   (10%) e, se ben equilibrata, tutti gli oligoelementi; quindi, risulta nutrizionisticamente equilibrata.

Premesso che in Italia il numero di vegetariani e vegani ha raggiunto un picco storico dell’8% della popolazione, pari a quasi 5 milioni di cittadini (dati Eurispes 2016), che il 7,1% si dichiara vegetariano (contro il 5 del 2015) e l’1% vegano, corrispondente a 600.000 persone;

la dieta vegetariana, contrariamente ad altre correnti di pensiero simili, risulta sostenibile e potenzialmente equilibrata.

La dieta vegetariana costituisce un regime alimentare ricchissimo di antiossidanti, provitamine A (beta-carotene), vitamina C, acido folico, potassio, magnesio, fitosteroli e fibra alimentare.

La dieta vegana non può essere classificata quale regime alimentare equilibrato e, per essere protratta nel lungo termine, necessita dell’utilizzo di alimenti fortificati o di integratori alimentari; essa, oltre a non apportare le giuste quantità di alcuni nutrienti, contiene notevoli concentrazioni di agenti anti-nutrizionali chelanti, come: tannini (antiossidante), ossalati e fitati, che contribuiscono a ridurre ulteriormente l’assorbimento di minerali come ferro, calcio, zinco e selenio.

D’altro canto, la dieta vegana risulta molto utile nella prevenzione dell’aterosclerosi.

Concludiamo che, con le giuste integrazioni, anche le diete vegetariane e vegane possono risultare equilibrate.

Polemiche in corso

Ma allora, perché tante polemiche e opposti estremismi? Scontri ideologici accesissimi su giornali, tv e FB: abbiamo letto frasi quali animalisti talebani, nazivegani e, in risposta, carnivori assassini, macellai killer!

Giuseppe Cruciani, di Radio 24, conduttore de “La Zanzara”, contestato da un gruppo di animalisti.

Bimbo di 15 mesi, che pesava quanto uno di 3 mesi, ricoverato in stato di malnutrizione a causa di una dieta rigidamente vegana, che il Tribunale di MI ha tolto ai genitori ed affidato ai nonni.

Eppure, l’indagine Eurispes ci dice che il 46,7% di coloro che si dichiarano vegetariani o, ancor più, vegani, sono mossi da ragioni salutistiche; il 30% dalla sensibilità verso gli animali; il 12% dall’attenzione per l’ambiente.

Lo chef Fabio Picchi, autore di “Firenze-Passeggiate tra cibo e laica civiltà”, inno all’orgoglio carnivoro, rispettosamente dice: “sono così rispettoso del pensiero altrui, che non riesco a deridere chi non mangia carne. Rispetto i vegani e pretendo rispetto. Tuttavia, trovo barbaro incolpare chi mangia un piccione una volta l’anno e sottacere chi avvelena la terra e le nostre vite”.

Questa è la strada da seguire, quella del rispetto reciproco, ma occorre anche un’informazione-formazione capillare di tutti i cittadini, in modo che tutti, nel rispetto dei differenti stili di vita, imparino come cibarsi in modo equilibrato.

Riferimenti.

http://veganogourmand.it/consigli/differenza-tra-vegetariano-e-vegano/

https://it.wikipedia.org/wiki/Vegetarianismo

https://it.wikipedia.org/wiki/Diete_vegetariane

http://www.gazzettadelgusto.it/alimentazione-diete/alimentazione-onnivora/

http://www.my-personaltrainer.it/alimentazione/esempio-dieta-vegana.html

*Marino Melissano è stato fino a poco tempo fa vicepresidente di Altroconsumo, uno dei pochi chimici (già docente universitario, libero professionista, coordinatore di progetti europei, membro dell’ordine dei Chimici in Trentino) in una posizione chiave nelle associazioni di consumatori e ambientalisti.

La costante R nell’equazione di stato dei gas.

In evidenza

Rinaldo Cervellati

La bontà (validità) di una teoria scientifica dipende essenzialmente da due fattori: in primo luogo deve riprodurre tutte le osservazioni e i dati sperimentali da cui è scaturita con un processo principalmente induttivo, deve poi prevedere fatti nuovi, processo essenzialmente deduttivo, accessibili di verifica sperimentale. Questa seconda caratteristica identifica il potere di previsione della teoria, quanto maggiori sono le conseguenze verificabili (e verificate), tanto più alto è il potere di previsione della teoria che ne allarga anche l’ambito di applicazione.

La teoria cinetica dei gas è un esempio tipico di un’ottima teoria, ne abbiamo parlato diffusamente in un precedente post. Dall’elaborazione fisico-matematica del più semplice modello pensabile per un gas, Krönig e Clausius dedussero un’equazione che riproduceva anzitutto le leggi empiriche sul comportamento di una massa gassosa contenuta in un recipiente al variare di volume, pressione e temperatura a due a due mantenendo la terza costante.

L’ingegnere e fisico francese Benoit-Paul Emile Clapeyron[1] nel 1834 combinando la legge di Boyle-Mariotte con quella di Gay Lussac ottenne quella che è oggi nota come equazione di stato:

pv = R(267 + t), con:

R = povo/(267 + to)

dove il pedice o indica la stessa massa di gas a temperatura to diversa da t [1].

Benoit Clapeyron

Nel 1850, il fisico e matematico Rudolf Clausius (1822-1888) ricalcolò il valore della costante entro parentesi in base ai risultati più precisi del chimico e fisico francese Henri Victor Regnault[2], riscrivendo l’equazione di stato come:

pv = R(273 + t)

e, nel 1864 semplificò ulteriormente l’equazione sostituendo la temperatura assoluta T alla quantità entro parentesi, sicché:

pv = RT

Henri-Victor Régnault

Rudolf Clausius

Da buon francese Clapeyron attribuì interamente (trascurando del tutto Boyle) a Edmé Mariotte la legge pv = k, Clausius non trovò nulla da dire, anzi propose esplicitamente che l’equazione fosse chiamata di Mariotte-Gay Lussac o, in breve, legge M-G. [2]

Sia Clapeyron sia Clausius utilizzarono il volume specifico (volume per unità di massa) piuttosto che il volume molare di gas nelle loro equazioni. Ciò significava che la loro costante dei gas R non era universale per tutti i gas, ma era piuttosto una costante specifica il cui valore variava da un gas all’altro ed era, come nota Clausius, approssimativamente inversamente proporzionale alla densità del gas in questione.

La prima persona a convertire la costante specifica di Clapeyron e Clausius in una costante universale dei gas sembra essere stato il chimico tedesco, allievo di Clausius, F. Horstmann[3], che nel 1873 ha riscritto l’equazione di stato come:

up = RT

F. Horstmann

dove p e T hanno il loro significato precedente ma u è “il volume di un peso molecolare [cioè di una mole] del gas”, R è la costante della legge G-M per quanto riguarda il volume molare [3].

Ci si domanda perché Clapeyron abbia scelto proprio la lettera R per la costante nella sua equazione? Poiché egli non scrisse nulla in proposito, si possono formulare due ipotesi speculative: o si tratta di una scelta casuale, oppure proviene dal latino ratio, ovvero dall’equivalente francese rapport o raison visto che Clapeyron aveva notato che il valore della costante per ogni gas poteva essere ottenuto valutando la costanza del rapporto pv/(267 +t) su un intervallo di pressioni e temperature, osservazione ribadita da Clausius con il rapporto migliorato pv/(273 +t) [4].

Dato la tendenza della IUPAC a assegnare nomi di scienziati famosi alle costanti, W.B. Jensen [4] suggerisce che potrebbe essere opportuno affermare che la lettera R sia in onore di Regnault, i cui dati sperimentali accurati furono utilizzati da Clausius non solo per correggere il fattore di conversione tra le scale centigrada e assoluta di temperatura, ma anche per valutare il valore di R utilizzando il rapporto di cui sopra.

È poi interessante notare che Clausius era consapevole che i dati di Regnault dimostravano chiaramente che:

più lontano, per quanto riguarda la pressione e la temperatura, un gas è dal suo punto di condensazione, più sarà la legge corretta [cioè più costante il valore di R]. Sebbene la sua precisione per i gas permanenti [reali] nel loro stato comune sia così elevata, che nella maggior parte delle indagini può essere considerata perfetta, per ogni gas si può immaginare un limite, fino al quale la legge è perfettamente vera; e nelle pagine seguenti, dove i gas permanenti vengono trattati come tali, presumeremo l’esistenza di questa condizione ideale.[5]

Nel 1864, Clausius si riferì a questa condizione ideale coniando il termine gas perfetto, come riportato nella nota a piede di pagina 22 del rif. [2].

Bibliografia

[1] E. Clapeyron, Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur, J. l’ecole polytechnique, 1834, 14, 153-190. Scaricabile da internet

[2] R. Clausius, The Mechanical Theory of Heat, Van Voorst: London, 1867, p. 259 consultabile in internet

[3] A. F. Horstmann, Theorie der Dissociation, Ann. Chem., 1873, 170, 192-210.

[4] W.B. Jensen, The Universal Gas Law Constant, J. Chem. Educ., 2003, 80, 731-732

[5] R. Clausius, Über die bewegende Kraft der Wärme, und die Gesetze, welche sich daraus fur die Warmelehreselbst ableiten lassen, Ann. Phys., 1850, 79, 368-397.

[1]Benoit-Paul Emile Clapeyron (1799-1864) fisico francese è considerato uno dei fondatori della termodinamica, a lui si deve la presentazione in maniera analitico-grafica del lavoro di Carnot, la precisazione del concetto di trasformazione reversibile e l’enunciato del principio di Carnot come 2° Principio della Termodinamica. Sue le equazioni che caratterizzano le transizioni di fase.

[2] Henri Victor Regnault (1810-1878), chimico e fisico francese, è noto per le sue accurate e precise misure delle proprietà termiche dei gas, fu mèntore di William Thomson (lord Kelvin).

[3] August Friedrich Horstmann (18421929), chimico tedesco, fu allievo di Clausius, noto specialmente per il suo contributo allo sviluppo del concetto di mole. v. anche: G. Moretti: La legge dei gas ideali: dalla formula specifica per ogni gas alla costante molare R, Atti del XIV Convegno Nazionale Storia e Fondamenti della Chimica, Rendiconti della Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL, Serie V, vol. 35, Parte II, Tomo II, 263-279.

Due parole su chi controlla le acque potabili.

In evidenza

Mauro Icardi

La scorsa settimana una delle “Pillole di Mercalli”, filmati che il noto climatologo dedica ai temi ambientali e che vanno in onda su Rai News, è stata dedicata all’eccessivo consumo di acqua in bottiglia da parte degli Italiani.

Terzi a livello mondiale dopo Messico e Tailandia.

Ho visionato il filmato sul sito della Rai e ho voluto vedere qualche commento a proposito. A parte il solito schierarsi a favore o contro il consumo di acqua in bottiglia per ragioni diverse (sostenibilità ambientale su tutte, ma anche abitudini e gusti personali), ho potuto notare come al solito il proliferare di luoghi comuni decisamente banali.

Si sa che in generale le persone si lamentano dell’odore di cloro dell’acqua potabile (problema che è risolvibilissimo con il semplice utilizzo di una caraffa dove far riposare l’acqua per circa trenta minuti).

Molti sono addirittura convinti che l’acqua potabile sia nociva per la salute. E non è semplice far capire che un gestore di acquedotto ricorre alla disinfezione per consegnare l’acqua completamente esente da microorganismi potenzialmente patogeni.

Devo dire che ormai mi sono quasi rassegnato a questo tipo di commenti. Ma non ho resistito a dover rispondere ad un commento che in maniera superficiale e direi offensiva, sosteneva che la fiducia nell’acqua in bottiglia risiedesse nel fatto che le aziende imbottigliatrici “fanno i controlli”, e che conseguentemente i controlli effettuati dai gestori del ciclo idrico fossero insufficienti, o addirittura mancanti.

Ho risposto al commentatore, scrivendo che, se era così sicuro che gli addetti al controllo delle acque potabili della sua zona adottassero comportamenti omissivi nello svolgimento delle analisi , non gli restava che presentare una circostanziata denuncia alla Procura della Repubblica.

Assumendosi l’onere e la responsabilità di quanto affermava. Inutile dire che non ho ricevuto nessuna risposta a questo mio commento.

Forse avrei dovuto ignorare questo commento, come molti altri. Commenti che riguardano gli argomenti più diversi. Sulla possibilità che il web amplifichi quelle che un tempo erano le chiacchiere da bar si espresse già Umberto Eco. E sulla propagazione di bufale e leggende per meccanismi di conferma che si sviluppano per esempio tra chi crede alle scie chimiche, e sulla facilità con cui queste possono prendere piede ci sono già molti studi, e molti interessanti articoli. Uno molto interessante a firma di Walter Quattrociocchi è uscito sul numero 570 de “Le scienze” nel Febbraio 2016.

Ma su una cosa di questa importanza, non ho voluto far finta di niente. Mi sono sentito chiamato in causa in prima persona, ed ho pensato anche a tutte le persone che conosco negli incontri di lavoro, e che si occupano di qualità dell’acqua potabile.

Le società di gestione e conseguentemente gli addetti sono tenuti a rispettare quanto disposto dal Dlgs 31 che regola i controlli sulle acque destinate al consumo umano.

I controlli sono sia interni, cioè svolti dall’azienda di gestione dell’acquedotto, che esterni cioè effettuati dalle aziende sanitarie locali. I gestori sono soggetti ad un numero definito di analisi in funzione del volume di acqua erogata.

Questo il link del Dlgs 31.

https://www.arpal.gov.it/images/stories/testi_normative/DLgs_31-2001.pdf

Mi chiedo come si possa pensare che le aziende sanitarie, i gestori di acquedotto possano mettere in pratica comportamenti omissivi.

Siamo tenuti a conservare i risultati delle analisi per cinque anni, a pubblicare i rapporti di prova sul sito della nostra azienda per ottemperare a criteri di qualità e di trasparenza.

Ma soprattutto siamo coscienti di fornire un servizio. Come addetti al laboratorio poi siamo impegnati in un lavoro continuo di aggiornamento sia normativo che analitico. Le aziende acquedottistiche dovranno nel futuro sviluppare un proprio “Water Safety Plan” , cioè monitorare i fattori di rischio non solo a livello analitico, ma territoriale e di rete.

Siamo consapevoli dell’importanza della risorsa acqua.

Io ho come hobby il ciclismo. E ogni volta che faccio uscite in bicicletta rivolgo sempre un ringraziamento ai colleghi di altre aziende, quando sosto presso una fontanella o ad una casa dell’acqua. Al loro lavoro che mi permette di combattere sete e caldo, soprattutto in questi giorni.

Ma vorrei dire un’ultima parola a chi crede che non si facciano i controlli. Come chimici, come biologi, come tecnici di rete siamo vincolati ad un importante valore. Sappiamo di svolgere un servizio e conosciamo cosa significa una parola: etica. La conosco personalmente come chimico che in qualche caso ha rinunciato a ferie o permessi per terminare un’analisi urgente o la lettura di una piastra di microbiologia.

La conoscono i colleghi che a qualunque ora del giorno e della notte sono chiamati ad intervenire per ripristinare la fornitura dell’acqua. Lo sostengo da sempre. Non è con la demagogia o il sensazionalismo che si possono affrontare questi problemi. E questa cosa vale non solo per la mia azienda.

Riflettere un attimo prima di dire cose insensate è una virtù ormai scomparsa.

Moda sostenibile.

In evidenza

Luigi Campanella, ex Presidente SCI

L’aggettivo sostenibile è usato ed abusato, talvolta anche a sproposito. Ogni campo dell’attività umana si compiace di essere definito sostenibile: dal turismo alla produzione, dalla pratica alla sicurezza, dall’economia alla medicina.

Oggi vi voglio proporre un settore a cui forse pochi pensano per abbinare ad esso l’aggettivo in questione ed al quale l’aggettivo sostenibile si adatta perfettamente: parlo della Moda sostenibile.

Si tratta in pratica di definire le linee guida sui requisiti eco-tossicologici per gli articoli di abbigliamento, pelletteria, calzature ed accessori Tali linee si devono intendere applicate al prodotto finito ed ai materiali componenti e rivolti a quanti contribuiscono alla sua ideazione, realizzazione, distribuzione commercializzazione. Il fine è l’introduzione ed evoluzione di pratiche virtuose e sostenibili attraverso una corretta gestione dell’utilizzo delle sostanze chimiche nella filiera produttiva per garantire sugli articoli prodotti standard di sicurezza a beneficio dei consumatori

I riferimenti non possono che essere i principali regolamenti e leggi internazionali,a partire in questo periodo dal REACH, ma non solo: si pensi al CPSIA americano, ed agli standard cinesi e giapponesi ed i principali standard tecnici internazionali

Nell’ambito di utilizzo delle sostanze chimiche potenzialmente pericolose bisogna distinguere fra quelle che risultano ristrette sull’articolo e quelle che invece compaiono nel processo produttivo. Peraltro l’utilizzo delle sostanze nelle filiere produttive,chimiche e manifatturiere,può essere molto diverso in relazione alla quantità,alle miscele che si producono,alla tossicità,ai cicli lavorativi, alle macchine utilizzate.

Le sostanze chimiche in una filiera tessile possono svolgere fino ad 80 funzioni (es. ammorbidente, antimacchia, antipiega, batteriostatico, candeggiante ,detergente ,fissatore , disperdente, enzima proteasi, impermeabilizzante, ritardante, lubrificante, schiumogeno, uv assorbente …).

I coloranti, nello specifico, sono divisi in classi ed ognuna è ricca di composti finalizzati per l’uso in base al tipo di tessuto da trattare.

I composti chimici di base utilizzati nella filiera tessile sono di natura diversa:acidi (acetico, formico, solforico, cloridrico, ossalico), basici (ammoniaca, sodio idrossido, calcio idrossido), estratti vegetali (castagno, mimosa…..), depilanti (sodio solfidrato, sodio solfuro), concianti minerali (solfato basico di cromo, sali di Al, Zr, Ti, Fe), concianti organici (glutaraldeide, oxazolidina, sali di fosfonio)

Gli approcci adottati sono 2.

Proattivo: considera i limiti di presenza di residui di sostanze negli articoli

Avanzato : considera richieste di settore avanzate come obiettivi da raggiungere

Per ogni tipo di composto sono fissati dei limiti di presenza nel tessuto o prodotto finale e nell’impianto produttivo e dei metodi ufficiali ed accreditati di analisi.

Nota del postmaster: si vedano anche articoli prtecedenti sul medesimo tema:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2017/02/15/chimicamente-alla-moda-2/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2015/08/10/la-chimica-e-sempre-piu-di-moda-negli-istituti-tecnici-2-parte/

 

Le “seccature” di Seveso e Manfredonia: una riflessione.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Nel 1976 mi sono laureato e dunque quell’anno me lo ricordo positivamente; finalmente avevo concluso un iter di studio e di crescita anche umana che mi hanno reso quel che sono, un chimico che è impegnato sulla barricata di un ambiente sostenibile e di una scienza democratica.

Mi ero iscritto nel 1968 e sarebbe stato impossibile per chiunque in quegli anni bollenti rimanere alla finestra mentre il mondo intero scendeva in piazza chiedendo una società nuova e rendendosi conto che, in fondo, era possibile.

I sogni e gli stimoli di quel tempo hanno fatto i conti con la realtà quotidiana, ma non sono mai morti.

Anzi non moriranno mai.

Per me che ero il primo della mia famiglia a laurearmi, ma credo per chiunque, Napoli era allora un crocevia di cultura e di innovazione; dove si seguivano le lezioni di Paolo Corradini, le conferenze di Liguori, di Prigogine, o di Enzo Tiezzi, dove ti prendevi il caffè discutendo (e non solo) di politica con Ennio Galzenati e Emilio Del Giudice, ti laureavi con Guido Barone, la sera passavi da Vittorio Elia o da Pina Castronuovo; gli studenti indicati come esempio si chiamavano Francesco Lely, il giorno della laurea avevi come compagno di prova Enzo Barone.

Insomma la chimica e la scienza napoletane non avevano nulla da invidiare a nessuno e costituivano un perenne stimolo culturale e scientifico.

Proprio in quell’anno di grazia 1976 ci furono due episodi che segnarono il clima dell’ambientalismo, della chimica, della scienza e che determinarono poi per anni a venire l’idea di chimica e di scienza del grande pubblico e vorrei ricordarli brevemente con voi: uno lo conoscete certamente, Seveso, l’altro di pochissimo successivo, forse non lo ricordate, ma è egualmente importante, Manfredonia.

Seveso è stato analizzato ripetutamente e magistralmente sulle pagine di C&I; ricordo qui brevemente due articoli che vi consiglio di leggere a questo riguardo e che sono scaricabili liberamente; uno di Ferruccio Trifirò che trae le lezioni tecniche dell’evento e l’altro di Jorg Sambeth, direttore tecnico della Givaudan-Roche che scrisse anche un libro sui retroscena di quell’evento, “Zwischenfall in Seveso”, purtroppo mai tradotto dal tedesco; nell’articolo Sambeth trae le lezioni strategiche da Seveso le stesse che ha esposto più ampiamente nel libro. Zwischenfall significa si incidente, ma nel senso proprio di contrattempo, seccatura, inconveniente che ti fa perdere tempo.

Ma anche per chi non conosce il tedesco e non può leggere il testo c’è una intervista rivelatrice in italiano che trovate qui.

Dottor Sambeth, perché ha preso la decisione di raccontare l’incidente con un libro.
«Innanzitutto – spiega – per ragioni personali: io ho voluto tirare fuori tutto dalla mia coscienza, come in un confessionale. L’incidente ha coinvolto tanta gente che ha sofferto. In secondo luogo, volevo dire alla mia famiglia e ai miei amici che cosa realmente è accaduto. C’è una terza ragione: raccontare alla gente, e soprattutto ai giovani, in che situazione mi ero trovato e che cosa non bisogna fare. Infine – sorride – c’è un quarto motivo: ho sempre voluto scrivere un libro. Avevo bisogno di una trama, e qual è una trama migliore di quella di Seveso?»

Quando visitò per la prima volta lo stabilimento di Seveso.
«Nel giugno del 1970. Ed ebbi subito l’impressione che sullo stabilimento non era stato investito abbastanza. Il reattore per il triclorofenolo, quello che poi sarebbe scoppiato, era abbastanza moderno. Una macchina non elegante, ma non così mal messa come il resto dello stabilimento, che era un disastro».
Intanto, però, si produceva triclorofenolo.
«La produzione era in corso da tempo ma la Roche non aveva ancora fatto nessuna ricerca documentaria sui possibili rischi e sugli incidenti precedenti. L’intero progetto per la produzione di triclorofenolo era sbagliato, non appoggiava sulla ricerca. La Roche non mi aveva detto niente, non so se per negligenza, stupidità o presunzione». «Il reattore era pronto ad esplodere Tutti sapevano, ma decisero di tacere»

Il rischio che la produzione di triclorofenolo potesse portare alla sintesi di diossina era noto da tempo, ma alla Givaudan non c’era alcun piano. Questo ribadisce Jorge Sambeth, l’ex direttore tecnico della Givaudan
«Nel 1971 – spiega – fummo un mio collaboratore ed io a leggere su Nature dell’incidente in Inghilterra durante il quale venne prodotta diossina a una temperatura di circa 230 gradi. E subito mandai all’Icmesa una copia di quel testo, con una disposizione precisa: mai superare i 170°. Di quella lettera c’è anche copia, è stato uno dei miei documenti di difesa più importanti».
Come controllavate la temperatura del reattore di Seveso?
«Con un impianto esterno di raffreddamento ad acqua. O, al limite, immettendo nel reattore acqua fredda da una cisterna di 3 mila litri. Con l’acqua la reazione non poteva continuare. Era assolutamente normale che, talvolta, la temperatura si alzasse di qualche grado sopra i 170. Negli anni prima dell’incidente era successo due o tre volte, ma la situazione rimase sempre sotto assoluto controllo proprio grazie all’immissione di acqua».
Non c’erano tuttavia strumenti automatici di controllo della temperatura e della pressione.
«No, non erano previsti perché il personale era per tutto il tempo lì davanti a controllare il processo».
L’Italia, allora, era considerata in Svizzera come un paese da Terzo Mondo?
«Assolutamente sì. Se c’erano ispezioni, si poteva dire: stiamo facendo, stiamo facendo. L’anno prossimo, l’anno prossimo. Si ammodernavano tutti gli impianti del mondo, quello italiano no. Questo non lo voglio negare».

Nel bene e nel male anche se solo un morto (ma decine di casi di cloracne migliaia di abbattimenti di animali e centinaia di miliardi di lire di allora di danni e spese per eliminare il terreno contaminato) fu effettivamente provocato dall’incidente, Seveso ha segnato le leggi e le persone; se oggi abbiamo una legislazione ambientale EUROPEA come quella che abbiamo lo dobbiamo all’evento Seveso. REACH ne è una conseguenza logica. Alcuni di quei miliardi furono usati per mantenere verifiche su ambiente e persone, perchè (nonostante tutto il bene che se ne possa dire) le diossine sono uno dei 12 POPs, ossia gli inquinanti ambientali persistenti banditi o controllati a livello mondiale.

Ultimo (ma non ultimo come qualità ed efficacia) ricordo il numero speciale di Sapere dedicato a Seveso e alle sue lezioni:

Eppure; eppure come la Roche svizzera considerava la Lombardia del 1976 “terzo mondo”, c’era un mondo che l’industria chimica italiana considerava “terzo mondo”: il sud dell’Italia.

L’incidente di Seveso avvenne il 10 luglio 1976; io mi ero laureato due mesi prima; il giorno dopo la laurea con alcuni amici carissimi (Cesare Fournier, Eugenio Chiaravalle, Enzo Santagada e quella che sarebbe diventata mia moglie Rita Cosentino) tutti giovani chimici, ci recammo in Puglia a cercare lavoro; la Puglia era la terra della campagna saccarifera che iniziava proprio allora, ma era anche una delle regioni del Sud che più stava cercando di riscattarsi da una atavica povertà e costruire una industria moderna. Quella volta andò buca e la vulgata è che ci scappò il soprannome di uno di noi (“Lenin”) giusto durante le presentazioni; ciò mise in sospetto l’incaricato delle assunzioni e fummo fregati; ma forse è una cattiveria.

Dopo qualche mese, 29 settembre, avvenne proprio in Puglia a Manfredonia un incidente chimico gravissimo.

Sul tema è difficile trovare notizie certe e assodate; c’è un libro in italiano, ma praticamente introvabile se non in biblioteca: I fantasmi dell’Enichem, Giulio Di Luzio, Ed Baldini Castoldi Dalai, 2003. C’è una tesi di Francesco Tomaiuolo (2005), ma si può scaricare solo a pagamento (che poi siano a pagamento le tesi degli studenti italiani fatte in università italiane è veramente un mistero per me: chi incamera i soldi pagati per le consultazioni su siti privati? Bah); ci sono parecchi articoli giornalistici che si trovano pubblicamente.

Fra gli altri segnalo l’articolo pubblicato qualche anno (2002) dopo su C&I (non ho l’elenco articoli pubblicato fra 1976 e 2000 su C&I): http://www.soc.chim.it/sites/default/files/chimind/pdf/2002_2_10_ca.pdf autore Mario Ghezzi; tuttavia su questo articolo, certamente ben basato dal punto di vista chimico, avanzo delle perplessità sull’approccio sociale e della salute. Interessante notare come la data dell’incidente nell’articolo citata più e più volte sia sbagliata (1984, 1974, ma in realtà l’incidente avvenne nel 1976 e questa trascuratezza è essa stessa una informazione, testimonia di quell’atmosfera che Sambeth chiama in tedesco Zwischenfall, contrattempo, seccatura, incidenti-seccatura per i proprietari e gli industriali chimici e forse anche per alcuni chimici industriali).

Bruno Zevi in un articolo apparso su «L’Espresso» del 3 dicembre 1967 dal titolo L’ENI a Manfredonia: una ghigliottina per il Gargano scrisse che quella scelta industriale fu un “atto masochistico”.

L’impianto Enichem è stato costruito alla fine degli anni ’60 nel comune di Monte sant’Angelo, a 1 km da Manfredonia. L’Anic, Azienda Nazionale Idrogenazione Combustibili, è stata l’azienda petrolchimica dell’ENI che fino al 1983 ha gestito le produzioni petrolchimiche del gruppo fino a confluire nell’EniChem e successivamente nel 2000 essere trasformata in Syndial. La scelta del posto, il litorale nei pressi di una città che viveva di pesca e agricoltura (facente parte del bacino elettorale di un politico di maggioranza e dirigente dell’ENI) è stata criticata per i rischi ambientali;( http://atlanteitaliano.cdca.it/conflitto/petrolchimico-enichem-di-manfredonia)

Su quei 160 ettari affacciati direttamente sul mare sorsero nel giro di qualche anno gli impianti per la produzione di urea e ammoniaca dell’ANIC e per la produzione altamente tossica di caprolattame della SCD (Società Chimica Dauna). La produzione fu avviata nel 1971,( http://www2.issm.cnr.it/demetrapdf/boll_12_2006/Pagine da demetra_imp 12_tomaiuolo.pdf)

In effetti già il 15 luglio 1972 ci fu una violenta alluvione e l’impianto rimase senza corrente non avendo un impianto elettrogeno; questo fece correre il rischio di malfunzionamento o perfino di esplosione (come a Seveso interrompere bruscamente una reazione chimica non è consigliabile); la commissione ministeriale formata dopo l’alluvione sottolineò che l’impianto era in una zona a rischio idrogeologico.

Comunque il ricatto lavoro-salute-ambiente è vecchio e forte. La fabbrica rimase dov’era.

Interessante notare quanto scrive Ghezzi sull’aspetto tecnico della fabbrica, che in certo senso ricorda le frasi di Sambeth su Seveso:

“l’ing. Gianmarco, veneziano e direttore della fabbrica Vetrocoke Azotati di Marghera, installata dalla Fiat e ceduta a Montecatini nel 1962, sviluppò negli anni Cinquanta un processo di abbattimento di anidride carbonica che impiegava una soluzione contenente sali assorbenti-desorbenti, per reazioni successive, di arsenico, più tardi sostituito da vanadio. Purtroppo detto processo non ebbe molta fortuna, risultò di difficile messa a punto a Marghera e causò gravi perdite di arsenico nei canali industriali di Marghera, che sono state oggi accertate e sono in via di bonifica. Non si capisce pertanto per quali motivi Anic negli anni Sessanta abbia commesso l’errore di impiegare nel progetto ammoniaca di Manfredonia il processo Gianmarco, visto che il mercato offriva processi migliori per il recupero di anidride carbonica da impiegare nel vicino impianto urea e che il suo impianto di Ravenna utilizzava il vecchio e collaudato lavaggio ad acqua: si è trattato probabilmente di un tentativo di aggiornamento tecnologico andato a male.”

Io un’idea la avrei, suggerita dalla lettura di Sambeth: forse perchè era meno costoso? Forse perchè nessuno avrebbe nel Sud affamato di lavoro di quegli anni protestato o controllato pur di avere un impianto sia pur vecchio o malposizionato: lavoro, lavoro, lavoro! Non si può vivere di bellezza. (O forse si?)

Racconta Tomaiuolo:

Il 26 settembre del 1976, poco prima delle 10 del mattino, un boato scosse la città, sulla quale si abbatté subito dopo una nube tossica dalla quale cominciò a cadere una fanghiglia giallastra molto leggera, che nel quartiere Monticchio – il più vicino allo stabilimento – in breve coprì ogni cosa. I bambini presero a giocare con quella che credevano neve fuori stagione. Nello stabilimento – specificamente nell’impianto per la produzione di ammoniaca – era scoppiata la colonna di lavaggio dell’anidride carbonica sprigionando nell’atmosfera decine di tonnellate di arsenico. Per fortuna l’incidente avvenne di domenica, quando erano presenti solo una ventina di operai in fabbrica. Ma la fortuna divenne disgrazia allorché i dirigenti dello stabilimento decisero di minimizzare l’accaduto consentendo agli oltre 1800 lavoratori di entrare normalmente in fabbrica l’indomani mattina. Quegli operai vennero contaminati da massicce dosi di arsenico e tra loro molti vennero adibiti a spazzare il pericoloso veleno a mani nude. Gli intossicati furono centinaia. Nelle campagne vicine allo stabilimento si assistette alla morte di migliaia di animali da cortile e anche in città si verificarono numerosi casi di intossicazione. Dell’incidente, che seguiva di pochi mesi quello di Seveso, se ne occuparono presto i giornali nazionali ed esteri. Fu inviato l’esercito a presidiare le aree contaminate mentre negli ospedali si eseguivano accertamenti clinici sommari sulla popolazione e sugli operai. Intanto venne costituita una commissione tecnico-scientifica per il disinquinamento, che decise di sottoporre i terreni contaminati a lavaggio con ipoclorito di calce e solfato di ferro, per ottenere l’ossidazione e l’insolubilizzazione dell’arsenico, evitando così che percolasse nella falda e quindi in mare. Le operazioni durarono poche settimane. La Procura aprì un’inchiesta che non arrivò mai neanche alla fase dibattimentale, poiché all’epoca era ancora troppo difficile stabilire un nesso di causalità tra esposizione ad arsenico e malattie tumorali.

L’arsenico, entrato ormai nella catena alimentare della popolazione di Manfredonia, ricominciò a far parlare di sé solo alcuni decenni più tardi, quando l’Organizzazione Mondiale della Sanità, effettuando uno studio di mortalità sulla popolazione nel periodo 1980-87, rilevò eccessi di tumori dello stomaco, della prostata e della vescica tra i maschi e della laringe, della pleura nonché di mieloma multiplo tra le donne. Così Manfredonia fu dichiarata area ad alto rischio cancerogeno e venne chiesta l’istituzione di un osservatorio epidemiologico permanente.

Lo stabilimento venne chiuso nel 1993; interessante il retroscena raccontato sempre da Tomaiuolo:

un procedimento giudiziario avviato nel 1988 dal pretore di Otranto portò al sequestro di due navi che l’Enichem utilizzava per il trasporto dei sali sodici – rifiuti tossici derivanti dalla produzione di caprolattame – che avrebbe dovuto scaricare nel Mar Libico. Il sequestro avvenne perché si accertò che lo scarico veniva abusivamente effettuato nel canale d’Otranto, provocando morie continue di pesci e delfini. L’azienda così, non potendo più smaltire gli scarti di lavorazione del caprolattame, che ammontavano a 198.615 tonnellate annue, decise la chiusura dell’impianto. L’economicità di gestione dell’intero sito industriale venne così a ridursi drasticamente e, in seguito al blocco europeo degli aiuti di stato all’Enichem, la società chiuse nel 1993 anche gli impianti per la produzione di ammoniaca.

Ora Ghezzi ha scritto che l’incidente di Manfredonia “non provocò alcun decesso, salvo quello della fabbrica e del contiguo stabilimento della Daunia”; rimane difficile credere che una ricaduta di materiale contenente arsenico per varie tonnellate (almeno 10) su una popolosa zona abitata non abbia avuto conseguenze mortali.

E’ pur vero che l’articolo di Ghezzi non era solo nell’approccio minimizzante: nel 1982 la rivista italiana “Medicina del Lavoro” ha negato ogni effetto sanitario sui lavoratori, sostenendo la tesi che l’arsenico elevato dipendesse dall’assunzione alimentare di crostacei.

Varie osservazioni. Già 30 anni fa l’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) ha valutato l’arsenico (As) e i composti arsenicali come cancerogeni per l’uomo e ha considerato nel 2004 la cancerogenicità certa dell’arsenico in acqua per uso umano

I livelli di arsenico rilevati nelle urine dei soggetti esposti a Manfredonia erano altissimi ben superiori a qualunque limite poi stabilito; attualmente (dopo il 2001) il limite dell’As nelle acque potabili è di 10ppb (10mg/litro o 10gamma/litro); era di 50 nel 1988; ora si consideri che nei lavoratori esposti dell’Enichem le analisi effettuate dalla Medicina del Lavoro di Bari rilevano concentrazioni di arsenico nelle urine degli operai comprese tra 2000 e 5000 gamma/litro, contro un limite di tollerabilità fissato in 100 gamma/litro e che all’ inizio del 1977, su proposta del prof. Ambrosi, viene innalzato prima a 300 e poi a 800 gamma/litro il limite di arsenico nelle urine degli operai oltre il quale scatta la messa a riposo (un pò come nel caso atrazina!!); non v’è dunque dubbio alcuno che i lavoratori esposti potessero essere soggetti all’azione tumorale dell’As; la stima dei morti per effetto diretto portata in giudizio fu di 17.

Il 4 marzo riprende la produzione di caprolattame, seguita da quella di fertilizzanti nell’autunno seguente, dopo la sostituzione della colonna esplosa. Il 60 % della produzione agricola e il 30 % di quella zootecnica viene distrutta. I braccianti hanno perso giornate lavorative, mentre il pesce del golfo per intere settimane è stato respinto dai mercati. Alcuni paesi europei hanno minacciato di non ritirare più glutammato monosodico prodotto dall’ Ajinomoto di Manfredonia, e uno di essi ha preteso che i carichi fossero accompagnati da certificati (M. Apollonio, Diecimila in corteo a Manfredonia. La Gazzetta del Mezzogiorno, 18 ottobre 1976)

Negli anni seguenti ci furono rinnovate proteste e anche un processo partito per iniziativa di un operaio, Nicola Lovecchio, poi morto di tumore, che si è chiuso solo nel 2011 senza condanna dell’Enichem. A Lovecchio è dedicato il libro di Di Luzio.

Nel 1995 il Dott. Maurizio Portaluri, radioncologo dell’ospedale San Giovanni Rotondo e attivista di Medicina Democratica, assieme all’ex operaio Nicola Lovecchio ha effettuato un’indagine epidemiologica dal basso, mostrando un eccesso di tumori per i lavoratori e denunciando venti anni di violazioni dei loro diritti. Ne è seguito un processo penale contro dodici persone in cui sono stati coinvolti centinaia di operai, numerose associazioni, il comitato di donne Bianca Lancia, il comune di Manfredonia (poi ritiratosi) e lo Stato Italiano. Durante il processo l’Enichem ha offerto soldi in cambio del ritiro delle parti civili. Il processo è finito nel 2011 con l’assoluzione totale dell’Enichem nonostante che anche le relazioni dell’ISS (Istituto Superiore di Sanità) e della stessa OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) riconoscessero nell’incidente del 1976 la causa dei tumori degli operai. Il comitato Bianca Lancia nel 1998 ha ottenuto una sentenza favorevole della Corte Europea dei Diritti dell’Uomo, ma solo per “danni morali” dovuti alla mancanza di trasparenza nella gestione della fabbrica. Non c’è stato alcun riconoscimento del disastro ambientale. Dallo stesso anno Manfredonia è Sito di Interesse Nazionale per le bonifiche (CDCA).

Alla fine la Corte di Cassazione ha decretato l’inammissibilità del ricorso presentato dalla Procura di Bari che invece riteneva i vari dirigenti ENICHEM e medici del lavoro responsabili.

A differenza di Seveso, Manfredonia è rimasta senza colpevoli.

Una cosa che noto di passaggio; i lavori di bonifica del sito abbandonato dalla Enichem sono adesso condotti dalla Syndial, filiazione dell’ENI; la domanda è chi paga i lavori di bonifica per le sporcizie immesse in ambiente da Enichem? Noi o loro?

Ci sono due versi di canzoni della mia gioventù che mi risuonano in questo momento nelle orecchie, una è quella del pugliese Domenico Modugno

Sole alla valle, sole alla collina,
per le campagne non c’è più nessuno.
Addio, addio amore, io vado via

amara terra mia, amara e bella.

E gli risponde quella di Paolo Pietrangeli che risuonava per le strade del 68:

“Che roba Contessa all’industria di Aldo
han fatto uno sciopero quei quattro ignoranti
volevano avere i salari aumentati
gridavano, pensi, di essere sfruttati
e quando è arrivata la polizia
quei quattro straccioni han gridato più forte
di sangue han sporcato il cortile e le porte
chissà quanto tempo ci vorrà per pulire.”

documentazione: http://www.musilbrescia.it/minisiti/la_chimica_in_italia/contenuti/le_industrie_in_italia-casi_di_studio/7.Industria_e_ambiente_Il_caso_Seveso_Leoci_Nebbia_Notarnicola.pdf

Open Science in Europa.

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Luigi Campanella

Ho parlato di Open Science in varie occasioni,in particolare ricordo a tutti la Tavola Rotonda in sede SCI del luglio 2016 nella quale furono discussi tutti gli aspetti di quella che è divenuta un’esigenza,una richiesta,quasi un diritto:rendere disponibili i risultati delle ricerche sì da consentire anche alle comunità scientificamente più deboli di crescere.

Leggo in questi giorni con piacere che sull’argomento si è mossa anche la Commissione Europea. La Piattaforma per una Politica di Open Science (OSPP) è costituita da un Gruppo di 25 esperti di alto livello che rappresentano i vari stakeholders coinvolti, quindi università, Enti di Ricerca, accademie, associazioni culturali riconosciute, editori, biblioteche, piattaforme sulla Open Science.

L’obiettivo principale della OSPP è consigliare la Commissione Europea sullo sviluppo e l’implementazione della Open Science.Il gruppo si è riunito già 3 volte. Il primo incontro è stato meramente introduttivo, mentre i successivi 2 sono stati focalizzati su temi quali la Scienza per i Cittadini, la Rete Europea di Open Science, le Pubblicazioni ad accesso libero.

La prima linea guida che è venuta da OSPP ha riguardato Horizon 2020 chiedendo che tutti i lavori scientifici prodotti in tale ambito siano ad accesso libero, con sanzioni a carico degli inadempienti.

La seconda linea guida ha invece proposto la messa disposizione dei ricercatori che vogliano pubblicare ad accesso libero i propri lavori di un posto dove pubblicare dopo avere superato il vaglio dei referee. Questa opportunità ha un costo con il conseguente problema di chi se l’accolla.

Un punto importante discusso anche in un incontro della Piattaforma riguarda le differenze fra discipline scientifiche, umanistiche, economiche riguardo l’accettazione ed il supporto all’OPEN Science. Infine si è discusso di modelli imprenditoriali sostenibili, assolutamente necessari per evitare che la Open Science venga affidata al volontarismo.

si veda https://ec.europa.eu/research/openscience/index.cfm

 

Qualcuno può aiutarmi a spiegare un fenomeno?

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Maurizio D’Auria*

Da qualche tempo sto cercando di ricostruire le vicende che hanno permesso la nascita e la sedimentazione nella cultura scientifica italiana degli studi in ambito fotochimico. In questo ambito per molto tempo si è pensato che lo scoppio della I Guerra Mondiale sia coinciso con un periodo di lungo oblio della disciplina. Questo convincimento si è probabilmente diffuso per il fatto che Ciamician a Bologna dopo il 1914 non pubblicherà più nulla in termini di ricerche sperimentali in ambito fotochimico, e che anche Paternò a Roma sostanzialmente fece la stessa cosa.

Abbiamo altrove cercato di dimostrare che questo non è stato proprio vero. Allievi di Ciamician e di Paternò continuarono a sviluppare la disciplina, talvolta ottenendo anche risultati molto interessanti. Maurizio Padoa a Bologna tentò, per esempio, nel 1911 di effettuare una sintesi asimmetrica utilizzando luce circolarmente polarizzata. La reazione studiata da Padoa (Gazz. Chim. Ital. 1911, 41(I),469) fu la bromurazione dell’acido angelico e, ovviamente, non ebbe successo. L’insuccesso era dovuto al fatto che la luce interveniva nel processo solo per generare l’atomo di bromo per scissione omolitica del bromo, ma poi non aveva nessun ruolo nella successiva addizione di bromo all’acido angelico.

acido angelico

Fin qui nulla di strano quindi. Qualche giorno fa mi imbatto, però, in un articolo che mi ha messo in difficoltà. Mario Betti , successore di Ciamician sulla cattedra di Chimica Generale dell’Università di Bologna, nel 1942, pubblica una nota sui Rendiconti dell’Accademia delle Scienze dell’Istituto di Bologna (vol IX, pp. 203-214). In questo articolo viene descritta l’addizione di cloro (quindi sostanzialmente la stessa reazione esaminata da Padoa) al doppio legame del propene in fase gassosa sotto l’azione di luce polarizzata. Il processo è formalmente identico a quello visto precedentemente e quindi non c’era ragioni di attendersi una qualche catalisi asimmetrica. Invece, Betti dichiara di trovare una certa asimmetria. Arriva a determinare valori di a fino a 0.22. Se consideriamo che il (-)-1,2-dicloropropano liquido mostra una rotazione ottica di -4.33, il risultato indica una relativamente buona (ottima per l’epoca) induzione asimmetrica.

propene

Ma come si spiega tutto ciò? qualcuno è in grado di spiegarmi come è possibile che in questo caso si osservi una reazione chirale mentre nel caso precedente no?

*http://cla.unibas.it/contents/instance3/files/document/1001004D’Auria.pdf

Un tema emergente: depuratori come bioraffinerie.

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Mauro Icardi

Con una certa ricorrente periodicità si leggono sui giornali notizie che parlano in maniera molto generica del potenziale energetico della FORSU, ovverosia della frazione umida dei rifiuti solidi urbani, e più in generale dei reflui fognari. Ho seguito, a livello di esperienze in scala di laboratorio questo tipo di sperimentazioni, e posso dire che funzionano. Ma occorre fare immediatamente alcune considerazioni e sgombrare il campo da possibili obiezioni o fraintendimenti. Questo tipo di tecnica, cioè la codigestione di frazione umida dei rifiuti, o di diverse tipologie di residui di origine organica, di sottoprodotti di lavorazioni agroindustriali insieme ai fanghi originati dalla depurazione a fanghi attivi tradizionale, non è da confondersi con la produzione di biogas da biomasse eventualmente coltivate o importate esclusivamente a questo scopo.

Si tratta di una possibilità diversa. La digestione anaerobica è circondata troppo spesso dalla solita confusione che si fa quando si parla di questioni tecniche. I fanghi di risulta dei depuratori vengono mandati al trattamento di digestione anaerobica sostanzialmente per ridurne il potenziale di putrescibilità e per essere parzialmente igienizzati. La riduzione della percentuale di sostanza organica permette successivamente un trattamento più agevole dei fanghi destinati ad essere resi palabili e smaltibili con un trattamento di disidratazione meccanica.

La possibilità di trattare insieme ai fanghi la frazione umida dei rifiuti solidi aumenta considerevolmente la produzione di metano. Il principio della codigestione si adatta al trattamento anaerobico della FORSU; infatti, la combinazione di biomasse eterogenee permette di ottenere una matrice da digerire che risponda meglio alle caratteristiche chimico-fisiche desiderate. Ad esempio, una corretta ed attenta miscelazione di matrici differenti può aiutare a risolvere problemi relativi al pH e al corretto rapporto acidi volatili/alcalinità.

La codigestione è pratica standard in diversi paesi europei, quali Francia e Norvegia.

Le matrici attualmente più utilizzate nella codigestione sono gli effluenti zootecnici, gli scarti organici agroindustriali e le colture energetiche. Gli scarti organici da utilizzare come co-substrati provengono dalle più svariate fonti e possiedono quindi forti differenze nella composizione chimica e nella biodegradibiltà. Alcune sostanze (quali percolati, acque reflue, fanghi, oli, grassi e siero) sono facilmente degradabili mediante digestione anaerobica senza richiedere particolari pretrattamenti, mentre altre (scarti di macellazione e altre biomasse ad elevato tenore proteico) necessitano di essere fortemente diluite con il substrato base, in quanto possono formare metaboliti inibitori del processo (ad esempio l’ammoniaca). Una vasta gamma di matrici richiede step vari di pretrattamento quali, ad esempio, il rifiuto organico da raccolta differenziata, gli alimenti avanzati e/o scaduti, gli scarti mercatali, i residui agricoli e gli scarti di macellazione. La codigestione, se gestita correttamente, è una buona pratica per migliorare la gestione e le rese di un impianto di digestione anaerobica.

Le modifiche impiantistiche dei digestori esistenti potrebbero riguardare la realizzazione di agitatori interni al comparto di digestione, e nel caso del trattamento di frazioni organiche solide di trituratori e coclee per il caricamento dei reflui nel comparto di digestione.

Oltre a problemi di tipo impiantistico e di gestione di processo occorre anche citare problemi di carattere autorizzativo e burocratico. Che permettano di agevolare l’eventuale uso di residui che da rifiuti si trasformino in materie prime secondarie.

Un ultima considerazione. Mediamente la produzione specifica di biogas dai soli fanghi di depurazione desunta da dati di letteratura e sperimentali è di circa sui 10 m3/t. Quella della FORSU raggiunge i 140 m3/t.

La sinergia è quindi ampiamente auspicabile.

Questo filmato mostra una prova di infiammabilità eseguita insieme a studenti dell’Università di Varese durante una delle sperimentazioni lab scale di codigestione.

Una piccola dedica ed un ricordo di anni proficui sia professionalmente che umanamente. Una piccola dedica ai ragazzi che ho seguito con affetto e passione.

Fatta questa lunga premessa, in questi giorni ho notato che la pubblicità di una nota industria petrolifera parla di sperimentazioni volte ad ottenere “tramite lo studio della decomposizione anaerobica dei primi organismi viventi” lo sviluppo di un processo che permette “di ottenere un bio olio da impiegare direttamente come combustibile o da inviare successivamente ad un secondo stadio di raffinazione per ottenere biocarburante da usare nelle nostre automobili”.

Questa affermazione mi lascia sinceramente perplesso. Il tema dell’ottenimento di petrolio dai rifiuti ricorda la vicenda ormai nota della Petrol Dragon.

E’ noto che per convertire sostanza organica in idrocarburi si debba lavorare ad alte pressioni e temperature. Uno studio sperimentale per convertire alghe in biocarburante identifica i parametri di processo in una temperatura di 350°C e pressione di 3000 psi.

Questo il link dello studio.

http://www.smithsonianmag.com/innovation/scientists-turn-algae-into-crude-oil-in-less-than-an-hour-180948282/?no-ist

Questo processo convertirebbe dal 50 al 70% della mistura di acqua e alghe in “una specie di petrolio greggio in meno di un’ora” .

Da quel che si deduce fino ad ora lo studio è fermo alla fase di realizzazione in scala impianto pilota.

Allo stesso modo un processo che volesse ottenere combustibili liquidi utilizzando come materia prima la FORSU e che dovrebbe subire lo stesso tipo di trattamento, da adito a diverse perplessità, vista l’eterogeneità del materiale di partenza.

La FORSU che sappiamo essere facilmente gassificabile dovrebbe produrre biogas che si dovrebbe convertire in gas di sintesi, se la quantità di metano fosse sufficientemente elevata, e successivamente tramite reazioni quali quella di Fischer Trops in carburante sintetico. Probabilmente troppi passaggi. E visto il prezzo ancora relativamente basso del petrolio probabilmente anche antieconomico.

L’ossigeno molecolare nello spazio

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Diego Tesauro

Mentre stiamo leggendo questa pagina web stiamo immettendo nei nostri polmoni dell’aria che contiene per quasi il 21% della sua composizione la molecola di ossigeno. La molecola di ossigeno è la seconda componente dell’atmosfera terrestre e riveste un ruolo fondamentale per le forme di vita superiori. Questo dato ci spinge a porre una domanda. La molecola di ossigeno è presente ugualmente nel sistema solare e poi in altri sistemi planetari o nel gas interstellare?

L’ossigeno è il terzo componente dell’universo dopo l’idrogeno ed elio. Si è formato a seguito di processi di fusione nucleare di elio nei nuclei delle giganti rosse, stelle nella loro fase evolutiva avanzata quando nel nucleo della stella si raggiungono temperature di centinaia di milioni di gradi. Questa osservazione e le nostre conoscenze chimiche, per cui due atomi di ossigeno per raggiungere uno stato energeticamente più basso mettono in compartecipazione i loro elettroni, ci dovrebbero far concludere che la molecola di ossigeno sia ubiquitaria nell’universo. E così pensavano anche gli astronomi fino ad una ventina di anni fa quando cominciarono ad indagare le nubi interstellare diffuse in tutti i domini dello spettro elettromagnetico alla ricerca dell’ossigeno molecolare mediante osservatori posti al di fuori dell’atmosfera terrestre (la quale ovviamente interferisce con simili ricerche). Sorprendermente fino al 2006 non si aveva traccia della molecola di ossigeno nelle nubi interstellari fredde a 10-50 K in quanto nei grani di polvere non si rilevava l’ossigeno molecolare solido, ma solo combinato ad altri elementi.

L’osservatorio svedese Odin che operava nel dominio delle onde radio a 118,75 GHz, ritrovò la molecola di ossigeno, dopo una lunga analisi degli spettri per rimuovere i rumori di fondo, a una distanza di circa 500 anni luce nella nebulosa rho Oph A nella costellazione dell’Ofiuco, un luogo dove sono in formazione stelle (1) . L’abbondanza di O2 era però mille volte inferiore a quanto atteso. Il secondo rilevamento avvenne nel 2011 quando Herschel un osservatorio dell’ESA nel dominio del lontano infrarosso a tre frequenze legate a transizioni rotazionali della molecola di ossigeno 487 GHz, 774 GHz, e 1121 GHz individuò la molecola nella famosissima nebulosa M42 della costellazione di Orione, che possiamo facilmente osservare a occhio nudo nel rapporto di un milionesimo rispetto all’idrogeno molecolare. Ma se la scoperta della molecola era un evento raro, l’ossigeno era ben presente come previsto ma era per la maggior parte combinato con l’idrogeno nella molecola d’acqua e nel radicale ossidrile o con il carbonio nel monossido di carbonio (2). L’ossigeno aderendo alle polveri presenti nelle nebulosa si genera solo a temperature superiori ai 100-150 K mediante interazione con la radiazione elettromagnetica che ne permette, attraverso ben conosciuti meccanismi, l’estrazione dall’acqua. Pertanto bisognava concludere che l’ossigeno molecolare non era così abbondante nell’universo, ma era presente in quantità cospicua sulla Terra soltanto a seguito di generazione biocatalitica. Si sarebbe potuto quindi riscontrare abbondantemente in presenza di fenomeni vitali ed essere quindi un marcatore della vita nell’osservazione degli oggetti celesti.

La scarsa presenza di ossigeno molecolare nelle nebulose di gas interstellare era confermato dalla mancata rilevazione nelle chiome e nelle code delle comete che rappresentano gli oggetti che meglio conservano le caratteristiche delle nebulose primordiali dalle quali si formano tutti gli oggetti stellari. Questa conclusione veniva smentita nel 2015 dalla sonda Rosetta che rilevava nella chioma della cometa 67P Churyumov-Gerasimenko oltre l’acqua, il monossido e il biossido di carbonio, per la prima volta una grande quantità di ossigeno molecolare mediante lo spettrometro di massa ROSINA-DFMS (3). A questo punto essendo l’ossigeno molecolare volatile da dove proveniva? L’analisi dei gas della chioma della cometa presentava un rapporto di O2/H2O nell’arco dei nove mesi di osservazione costante. Questa osservazione permetteva di escludere la diretta radiolisi o fotolisi in quanto la quantità di radiazione che investiva la cometa non era costante. Un’analisi isotopica consentiva di avanzare l’ipotesi, non essendo certamente presenti organismi che svolgevano funzioni catalitiche ossidative dell’acqua, che l’ossigeno fosse intrappolato all’interno nel nucleo che progressivamente andava sciogliendosi per effetto della radiazione solare. Quindi la nebulosa, dalla quale si era formato il sistema solare, doveva essere molto più calda di quanto si supponesse per giustificarne un’origine abiotica. Recentemente un modello studiato da un ingegnere dei materiali, pubblicato su Nature Communications, mette in discussione tale ipotesi fornendo prove della formazione della molecola di ossigeno da acqua ionizzata in presenza di silicati ed ossidi di ferro presenti sulla superficie della cometa secondo il meccanismo di reazione di Eley–Rideal (4). La reazione procede a seguito di estrazione di un atomo di ossigeno dalla superficie cometaria da parte di H2O+ generando uno stato eccitato che a seguito della dissociazione i due atomi di idrogeno produce O2

Pertanto l’ossigeno si verrebbe formando in loco avanzando quindi una nuova possibile spiegazione per la formazione della molecola in condizioni abiotiche diverse da quelle ipotizzate in precedenti studi che la confinavano ad fenomeni di fotolisi a temperature intorno a 150 K. Il dibattito è ovviamente ancora aperto ed lontano da una definitiva conclusione.

  • Larsson, B. et al. Molecular oxygen in the r Ophiuchi cloud. Astrophys. 466, 999–1003 (2007).
  • Goldsmith, P. F. et al. Herschel measurements of molecular oxygen in Orion . J. 737, 96 (2011).
  • Bieler, A. et al. Abundant molecular oxygen in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Nature 526, 678–681 (2015).
  • Y Yao and K.P. Giapis Nature Commun. 8, article number 15298 (2017) doi 10/1038. .
  • La nebulosa rho Oph A (foto di Alex Mellinger).

Young Stars in the Rho Ophiuchi Cloud Credit: NASA JPL-Caltech, Harvard-Smithsonian CfA

 

M42 posa di 30 s , a 800 ISO ripreso con Celestron CG 11 dall’osservatorio di Capodimonte (foto UAN)

OSIRIS wide-angle camera image acquired on 22 November 2014 from a distance of 30 km from Comet 67P/C-G. The image resolution is 2.8 m/pixel. Credits: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Recensione. Energia per l’astronave Terra. 3 ed.

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Claudio Della Volpe

Energia per l’astronave Terra. Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani. Terza edizione. Zanichelli maggio 2017 296 pag. 13.90euro

 

La prima cosa da dire su un testo che in 10 anni ha già visto un’altra riedizione e numerose ristampe è che è un testo di successo; e lo è a ragion veduta.

Scritto in modo leggibilissimo, semplice, ma nel contempo rigoroso, completo ed aggiornato; se analizzate con un minimo di sguardo critico le edizioni vedrete che si è passati dalle 217 pagine della prima alle quasi 300 della terza; il corredo delle citazioni e dei documenti è diventato amplissimo, il che presuppone un intenso lavoro di aggiornamento personale e professionale, ma anche una passione travolgente. Nel 2009 ha vinto il premio Galileo per la divulgazione scientifica.

Il titolo è rimasto immutato, ma il sottotitolo ha segnato quell’aggiornamento di prospettiva che gli autori giustificano pienamente nell’introduzione alla terza edizione.

Si è passati da un testo essenzialmente illustrativo della situazione ad un approfondimento delle prospettive italiane e infine con questa terza edizione a quelle mondiali; come giustamente dicono gli autori:

…”le cose cominciano a cambiare e a dirlo sono i numeri. Da qualche anno il contributo relativo dei combustibili fossili alla domanda energetica mondiale ha iniziato a diminuire…….Nel 2016 la potenza da eolico e fotovoltaico ha sfiorato 800GW, coprendo il 5% della domanda elettrica globale.”

Dunque la transizione è iniziata, “è un processo inevitabile e ormai irreversibile”.

Gli autori sono anche convinti di una cosa basilare che avevano già espresso altrove:

Per fissare la barra verso l’unico futuro possibile occorrono anche buon senso, sobrietà, collaborazione e responsabilità”.

In altri termini non è questione solo di tecnologia, ma di cambiamenti sociali per realizzare quell’era delle rinnovabili che fa da sottotitolo all’ultima edizione.

Il libro è diviso in 10 capitoli ed è arricchito da un paragrafo sulle fonti dei dati, da uno intitolato “15 miti da sfatare” e concluso da una serie di informazioni puntuali ma non così ben conosciute; infine c’è un indice analitico che potrebbe risultare utile in un uso didattico del testo.

1 edizione pag. 217 Agosto 2008

2 ediz. pag. 288 Ottobre 2011

 

 

 

Quali sono i punti principali?

La prima parte introduce il concetto di energia e fa una stima molto accurata della situazione attuale dei consumi e delle risorse, come dei limiti nella stima dei combustibili fossili.

Segue un capitolo dedicato all’analisi dei danni climatici ed ambientali dovuti a questo uso ed al fallimento mondiale ormai acclarato del settore nucleare.

Dal 6 capitolo si affronta il tema delle energie rinnovabili e delle loro caratteristiche e dei loro limiti mentre negli ultimi due si affronta invece il tema della transizione energetica e dei problemi tecnici e sociali che tale transizione pone sul tappeto.

Alcuni punti che mi hanno colpito e vi riporto qui alcune frasi chiave:

State leggendo un libro; chiudete gli occhi e rimanete immobili per qualche secondo. Forse, penserete, in queste condizioni non si consuma energia. Non è vero:…..”

 

“Quanti candidati mettono al primo punto dei loro programmi elettorali la creazione di piste ciclabili sicure? Sarebbe un investimento straordinario per la qualità della vita e le casse pubbliche (ma non per il PIL) : meno inquinamento, meno obesità, meno strade rotte, meno costi per il sistema sanitario nazionale”.

 

“La transizione energetica richiede un cambiamento parziale dei nostri stili di vita, ma questo non significa che vivremo peggio: semplicemente vivremo in modo diverso. I cambiamenti maggiori riguarderanno probabilmente l’alimentazione e il nostro modo di muoverci e di viaggiare. Per intenderci: meno carne, meno frutta fuori stagione e più trasporti pubblici.”

 

“A livello internazionale le disuguaglianze , le guerre per le risorse e i cambiamenti climtici stanno causando migrazioni epocali. La nostra è la prima generazione che si rende conto di questa situazione di crisi e quindi è anche la prima – qualcuno dice che potrebbe essere l’ultima- che può e deve cercare rimedi.”

 

“E sembra quasi che la Natura si diverta a far dipendere le tecnologie energetiche più avanzate da risorse poco abbondanti, in particolare metalli rari ……Occorre perciò un cambiamento radicale del paradigma economico e industriale: infatti i “rifiuti” devono diventare preziose “risorse secondarie”.

 

“…la transizione non può essere guidata soltanto dal mercato e dallo sviluppo tecnologico: servono anche scelte politiche illuminate e tecnicamente fondate, che stanno faticosamente iniziando a emergere.”

 

Ovviamente nessun libro è perfetto; tutto è perfezionabile, ma diciamo che dopo due update questo testo mantiene e migliora le proprie qualità: chiarezza, completezza, semplicità, difficile trovare di meglio.

Come altri libri questo è un testo che considero contemporaneamente scientifico e militante. Non vi sembri questo un ossimoro, una contraddizione.

Oggi la scienza è in campo: deve schierarsi, anche socialmente, se vuole mantenere la propria coerenza e la propria immagine di strumento di liberazione umana. Se le scienze naturali arrivano a conclusioni che sono conflittuali con alcuni dei più frequenti luoghi comuni della ideologia economica, se le scienze naturali falsificano le ideologie della crescita continua e del libero mercato, che farebbe ricchi tutti, le loro conclusioni acquistano un dirompente significato sociale.

E questo è uno dei più importanti risultati di questo libro.

Orbitali ibridi: vizi e virtù.

In evidenza

Rinaldo Cervellati.

Come fece notare P. Mirone, gli orbitali (cioè le soluzioni dell’equazione di Schrødinger per l’atomo di idrogeno) fecero la loro comparsa nei libri di testo di chimica generale agli inizi della seconda metà del secolo scorso per descrivere la struttura elettronica degli atomi e spiegare le strutture molecolari. Durante gli anni ’70 gli orbitali apparvero anche nei testi di chimica per le scuole secondarie superiori, dove il loro uso didattico divenne generalizzato alla fine del decennio. Nel corso di questo processo di volgarizzazione, il concetto essenzialmente quantomeccanico di orbitale ha subito almeno due diverse distorsioni, la sua descrizione come “regione di spazio dove è alta la probabilità di trovare l’elettrone” o espressioni simili, o come sinonimo di “nuvola di carica”. Inoltre la formazione di orbitali ibridi viene descritta nella maggioranza dei libri come se fosse un fenomeno fisico piuttosto che un artificio matematico [1]. Queste distorsioni sono in larga misura presenti anche oggi, come esempio si veda la Figura 1.

Figura 1

Sul significato di orbitale si rimanda alle citazioni [1], qui mi sembra più importante risalire all’origine e analizzare l’evoluzione del concetto di orbitali ibridi [2].

La consapevolezza che la disposizione degli elettroni di valenza in un atomo isolato può essere considerevolmente alterata dall’entrata in una combinazione chimica risale al lavoro di G. N. Lewis e il suo postulato dell’atomo cubico statico, di cui abbiamo parlato in un precedente post. Nel suo ormai classico lavoro del 1916 (di cui l’anno scorso è stato il centenario) sul legame a condivisione di una coppia di elettroni [3], Lewis riconobbe che la disposizione cubica di un ottetto di elettroni di valenza che aveva postulato per l’atomo isolato era incompatibile con i fatti noti di stereochimica (struttura tetraedrica del metano) e incapace di razionalizzare un’interpretazione elettronica del triplo legame in termini di tre coppie di elettroni condivisi.

Di conseguenza egli ipotizzò che al momento della formazione del legame gli elettroni dell’atomo cubico isolato vengono costretti in una disposizione tetraedrica a quattro elettroni appaiati, un processo illustrato mediante lo schema riportato in figura 2 [3, p. 779-780].

Figura 2

Problemi anche più gravi divennero evidenti con l’atomo di Bohr (1885-1962)- Sommerfeld (1868-1951) con i suoi elettroni in rapido movimento su orbite ellittiche monocentriche. Ad esempio nel 1922 il chimico britannico Alfred Steward[1], osservò [4]:

L’atomo di Bohr appare notevolmente sopravvalutato, in particolare da coloro che sembrano averlo accettato ciecamente senza applicare alcun esame critico. Sembra fallire nei tentativi fatti per interpretare l’atomo di elio e quelli di elementi più pesanti. Per quanto riguarda i problemi di chimica e radiochimica è abbastanza inutile. In realtà non ha la pretesa di offrire una spiegazione di nessuno dei problemi più comuni della chimica.

Anche Lewis fu estremamente critico verso l’atomo di Bohr, affermò infatti:

Quali che siano i suoi meriti in spettroscopia, i suoi elettroni in rapido movimento su orbite atomiche centro-simmetriche sembrano essere totalmente incompatibili con i fatti della stereochimica e, in particolare, con la nota disposizione tetraedrica dei legami del carbonio in migliaia di composti organici e con la stabilità di centinaia di isomeri molecolari.[2]

Appariva quindi ovvio che dovesse avvenire un qualche riassetto delle orbite atomiche nella formazione del legame; nel 1923 il chimico tedesco Ludwig Knorr[2] postulò, per il metano, la formazione di otto orbite ciascuna a due centri disposte tetraedricamente come mostrato in figura 3[5].

Figura 3. Ludwig Knorr e il metano

In modo simile sebbene meno esplicito, anche altri, fra cui lo stesso Lewis, cercarono di conciliare l’atomo dinamico “della fisica” con l’atomo statico “della chimica”. Scrive Lewis:

[per fare ciò occorre] postulare che è l’orbita nel suo complesso, e non l’elettrone in una sua qualche una posizione, a essere la pietra costitutiva della struttura atomica e molecolare [6]

Fra la fine del 1920 e primi ‘30 l’atomo “planetario” di Bohr-Sommerfeld venne rapidamente eclissato dalla meccanica ondulatoria di Schrödinger (1887-1961) con il concetto di orbitali atomici, e il punto di vista probabilistico derivante dal principio di indeterminazione. L’energia degli elettroni (autovalori) corrispondente alle soluzioni accettabili dell’equazione di Schrödinger (autofunzioni o orbitali) è la sola grandezza direttamente osservabile. Ma gli orientamenti delle funzioni orbitali associate ai livelli energetici permessi ponevano nei riguardi della struttura molecolare e della stereochimica gli stessi (se non maggiori) problemi delle precedenti orbite dell’atomo di Bohr-Sommerfeld.

Nella prima applicazione del 1927 della meccanica ondulatoria al legame chimico, i fisici Heitler (1904-1981) e London (1900-1954), ignorarono completamente questi problemi tanto che Heitler, ancora nel 1945, era abbastanza soddisfatto della rappresentazione di acqua e ammoniaca con angoli di legame di 90° derivanti dall’interazione degli orbitali s di H con gli orbitali p di O e di N. I valori sperimentalmente determinati (104° e 107° rispettivamente) venivano considerati come solo “leggermente più grandi” rispetto agli angoli di legame teorici di 90° (7).

Al contrario, il chimico americano, Linus Pauling (1901-1994) (figura 4), che aveva scrupolosamente studiato i lavori di Lewis sulla teoria del legame covalente per condivisione di una coppia di elettroni, riuscì a dotarla di aspetti quantomeccanici per tener conto dei fatti stereochimici. In una nota del 1928 scrisse:

Nel caso di alcuni elementi della prima riga [della Tavola Periodica] l’energia di interscambio dovuta alla formazione dei legami a coppie elettroniche condivise è grande abbastanza per cambiare la quantizzazione, distruggendo i due sottogusci con l = 0 e l = 1 del guscio L. Che ciò si verifichi o meno dipende in gran parte dalla separazione fra il livello s (l = 0) e il livello p (l = 1) dell’atomo in esame; questa separazione è molto più piccola per boro, carbonio e azoto rispetto all’ossigeno e al fluoro o ai loro ioni, e di conseguenza la quantizzazione può cambiare per i primi tre elementi, ma non per gli altri due. Il cambiamento della quantizzazione rende possibile i legami a coppia elettronica condivisa molto stabili nei composti del carbonio saturi e i doppi legami relativamente stabili del carbonio… Questa rottura della l-quantizzazione stabilizza anche strutture in cui solo tre coppie di elettroni sono legate a un atomo centrale, come nelle molecole contenenti un triplo legame, gli anioni carbonato, nitrato e borato, il gruppo carbossilico e composti simili. È stato inoltre trovato che, come risultato del fenomeno della risonanza, la disposizione tetraedrica dei quattro legami dell’atomo di carbonio è la configurazione stabile.[8]

In questa nota Pauling non fornisce ulteriori dettagli annunciando un prossimo lavoro più completo. Tuttavia fu solo nel 1931 che Pauling si decise a fornire i dettagli, anche in seguito alla pubblicazione da parte di un giovane fisico del MIT, John Slater[3], dell’articolo “Directed Valence in Polyatomic Molecules”. Per essere stato scritto da un fisico, l’articolo di Slater era comprensibile anche da un chimico particolarmente interessato come Pauling. Esso infatti non richiedeva conoscenze di matematica avanzata ed era riccamente illustrato con immagini di modelli di tipiche molecole e cristalli fatti con palline di sughero e filo di ferro [9].

Figura 4. John Slater e Linus Pauling

John Slater e Linus Pauling

Mentre Pauling aveva invocato la separazione energetica tra i vari orbitali atomici nella sua breve nota del 1928 come criterio fondamentale per stabilire se potevano o non potevano variare la quantizzazione, Slater utilizzò il criterio della massima sovrapposizione fra gli orbitali dei legandi e quelli dell’atomo centrale. Per i composti degli elementi dei gruppi dal 7 al 5 Slater assunse che tutti gli angoli di legame fossero di 90° formati dalla sovrapposizione fra orbitali dei legandi con gli orbitali p dell’atomo centrale. Solo per i composti degli elementi del gruppo 4, in cui la stereochimica tetraedrica non poteva essere ignorata, invocò la necessità di massimizzare la sovrapposizione degli orbitali creando un nuovo set di orbitali orientati tetraedricamente attraverso una combinazione lineare appropriata degli orbitali atomici s e p. Anche se l’articolo di Slater fu pubblicato nel numero di marzo 1931 della Physical Review, Pauling era probabilmente a conoscenza del suo lavoro già nell’aprile del 1930, quando Slater tenne una conferenza sullo stesso tema alla riunione della Physical Society a Washington. Questo spiegherebbe perché Pauling fu in grado di sottoporre un lungo e dettagliato articolo sullo stesso argomento al Journal of the American Chemical Society, nel febbraio del 1931, pubblicato un mese dopo l’articolo di Slater, in aprile [10]. A questa pubblicazione Pauling fece seguire una lettera alla Physical Review che richiamava l’attenzione alla sua pubblicazione [11]. Pauling confessò in seguito che il ritardo rispetto alla nota del 1928 fu dovuto alla sua incapacità di trovare un modo accettabile di semplificare le funzioni d’onda in modo da rendere la “quantizzazione tetraedrica” matematicamente trattabile. Il breve articolo di Slater gli aveva fornito la chiave mancante suggerendo che si sarebbe potuto ignorare la parte radiale della funzione d’onda concentrandosi solo sulla parte angolare [12].

L’articolo di Pauling, che divenne il primo della sua famosa serie La natura del legame chimico, era molto più dettagliato di quello di Slater e, a differenza di quest’ultimo, nei disegni dei nuovi orbitali erano compresi quelli per geometrie diverse da quella tetraedrica e per gli elementi del blocco d, così come pure per gli elementi del blocco principale. Come tale, esso non solo ha segnato l’affermazione della teoria del legame di valenza (VB)[4], ma resta la fonte primaria delle nostre concezioni su ibridazione degli orbitali e stereochimica. Va notato che i termini “ibridazione” e “orbitale ibrido” non furono utilizzati da entrambi gli autori nei loro primi lavori. Pauling parlava in generale di “riquantizzazione” e ad esempio di “quantizzazione trigonale” o “quantizzazione tetraedrica” riferendosi a una specifica “riquantizzazione”. Sembrerebbe che il primo a usare il termine “ibridazione” per descrivere il processo di “mescolazione” (matematica) di orbitali sia stato il fisico americano, John Van Vleck[5] in un articolo del 1933 [13][6]. Pauling a quanto pare, trovò il termine di Van Vleck più congeniale rispetto a riquantizzazione e così lo impiegò nelle varie edizioni della sua famosa monografia sulla natura del legame chimico. Inoltre, solo verso la fine del suo articolo del 1931 Pauling introdusse simboli come sp3 e dsp2 e a parlare in termini di autofunzioni di legame sp3 o d2sp3. Allo stesso modo, nel suo articolo del 1933, Van Vleck parla di valenze sp3 o funzioni d’onda sp3, ma non di orbitali ibridi sp3.

Figura 5 John H. Van Vleck

Attualmente gli apici in tali simboli vengono interpretati come pesi numerici del contributo di ogni orbitale atomico all’orbitale ibrido finale. Tuttavia, come originariamente inteso da Pauling, questi simboli erano una semplice estensione di quelli per le configurazioni elettroniche degli atomi, in cui gli apici rappresentavano il numero di elettroni che occupano quegli orbitali (o, più correttamente il numero di elettroni con energia associata a quelle funzioni d’onda) e starebbero a significare, ad esempio, che gli ibridi tetraedrici sono formati da una ipotetica non ibridizzata configurazione elettronica s1p3, gli ibridi trigonali da una ipotetica configurazione s1p2, ecc.

Tornando al discorso didattico iniziale, i testi di chimica di base sono inondati da immagini tipo quelle riportate in figura 6:

Figura 6 rappresentazioni pittoriche degli orbitali ibridi sp, sp2 e sp3

che possono far pensare a una realtà fisica degli orbitali ibridi se non sono accompagnate da una spiegazione chiara che esse rappresentano solo l’orientamento di opportune combinazioni lineari di funzioni matematiche costruite per descrivere strutture molecolari assegnate secondo dati sperimentalmente osservati, ma non sono la struttura molecolare. Invece, la grande fortuna di cui godette la teoria VB fra i chimici (e che ancora gode nei testi elementari) sta proprio nel suo carattere intuitivo manifestatosi in disegni suggestivi degli orbitali ibridi che facilmente vengono confusi con la struttura molecolare, v. ad esempio la figura 7 relativa al metano. Accanto a ciò va anche ricordata la notevole abilità di Pauling come comunicatore e divulgatore.

Figura 7

Infine, una curiosità storica. Né Pauling né Slater furono inizialmente disposti a considerare la possibilità che la teoria dell’ibridazione potesse applicarsi anche ai composti dell’azoto e dell’ossigeno ed erano soddisfatti, come Heitler, della previsione teorica di un angolo di legame di 90° per l’acqua. Eppure, dieci anni prima, Eustace Cuy, un allievo di Lewis a Berkeley, aveva pubblicato una breve nota in cui utilizzava il modello di atomo statico tetraedrico di Lewis (figura 1) per prevedere correttamente che l’acqua aveva una struttura -“identica a una molecola di metano mancante di due atomi di idrogeno”- in breve che l’angolo di legame nell’acqua è circa 104°, una previsione molto più accurata del valore 90° teoricamente previsto dalla sovrapposizione degli orbitali atomici s (dell’idrogeno) e p (dell’ossigeno). Allo stesso modo, durante gli anni ‘20 un altro chimico di Berkeley, Maurice Huggins, pubblicò una serie di articoli sulla razionalizzazione delle strutture dei cristalli in base all’atomo tetraedrico di Lewis fornendo previsioni molto più vicine ai dati sperimentali di quelle ottenute con le strutture a 90° assunte da Slater. La transizione dall’atomo cubico isolato di Lewis al suo atomo tetraedrico legato chimicamente sarebbe diventata la base nel 1960 di una ri-elaborazione delle teorie originali di Lewis da parte del chimico britannico, John Linnett [14], nota come teoria del doppio-quartetto. Questa teoria si sarebbe poi evoluta nell’approccio alla previsione delle geometrie molecolari noto come teoria della repulsione fra coppie di elettroni nello stato di valenza o teoria VSEPR (Valence-Shell Electron-Pair Repulsion) [15].

[1] P. Mirone, Mezzo secolo di orbitali nell’insegnamento della chimica, Atti del X Convegno si Storia e Fondamenti della Chimica, 2003, p. 473-481, v. anche P. Mirone, Che cos’è un orbitale? CnS-La Chimica nella Scuola, 1980, 2, 8-15; R. Cervellati, D. Perugini, The Understanding of the Atomic Orbital Concept by Italian High School Students, J. Chem Educ., 1981, 58, 568-9.

[2] W.B. Jensen, The Origin of the Hybrid Orbital Concept, submitted to J. Chem. Educ., 2012

[3] G.N. Lewis, The Atom and the Molecule, J. Am. Chem. Soc., 1916, 38, 762-685

[4] A. W. Steward, Some Physico-Chemical Themes, Longmans, Green and Co: London, 1922, pp. 395-396.

[5] C. A. Knorr, Eigenschaften chemischer Verbindungen und die Anordunung der Electronenbahnene in ihren Molekülen, Zeit. anorg. Chem., 1923, 129, 109-140.

[6] G. N. Lewis, Valence and the Electron, Trans. Faraday Soc., 1924, 19, 452-458.

[7] W. Heitler, Elementary Quantum Mechanics, Clarendon: Oxford, 1945, p. 127.

[8] L. Pauling, “The Shared Electron Chemical Bond” Proc. Nat. Acad. Sci., 1928, 14, 359-362.

[9] J. C. Slater, Directed Valence in Polyatomic Molecules, Phys. Rev., 1931, 37, 481-489.

[10] L. Pauling, The Nature of the Chemical Bond. Application of Results Obtained from the Quantum Mechanics and from a Theory of Paramagnetic Susceptibility to the Structure of Molecules, J. Am. Chem. Soc., 1931, 53, 1367-1400.

[11] L. Pauling, Quantum Mechanics and the Chemical Bond, Phys. Rev., 1931, 37, 1185-1186.

[12] affermazione riportata da T. Hager, in: Force of Nature: The Life of Linus Pauling, Simon & Schuster: New York, NY, 1995, pp. 155-159.

[13] J. H. Van Vleck, On the Theory of the Structure of CH4 and Related Molecules. Part I, J. Chem. Phys., 1933, 1, 177-181.

[14] M. L. Huggins, Electronic Structure of Crystals. I, J. Am. Chem. Soc., 1922, 44, 1841-1850.

[15] R.J. Gillespie, I. Hargittai, Geometria Molecolare. Il modello VSEPR, Zanichelli, Bologna, 1994.

[1] Alfred Walter Stewart (1880 – 1947) chimico britannico e romanziere part-time. Scrisse 17 romanzi polizieschi e un racconto pionieristico di fantascienza fra il 1923 e il 1947 sotto lo pseudonimo di J.J. Connington. Ha lavorato nel campo della radioattività e ha scritto un trattato di chimica organica (Recent Advances in Organic Chemistry) che divenne molto popolare. Lecturer di Radiochimica e Chimica Fisica all’Università di Glasgow dal 1914 al 1944.

[2] Carl Angelo Knorr (1894-1960) chimico fisico tedesco. Professore a Innsbruck e a Monaco.

[3] John Clark Slater (1900-1976) fisico teorico statunitense, A Slater spetta la scoperta delle funzioni di calcolo che descrivono gli orbitali atomici e anche l’introduzione delle cosiddette regole di Slater, per il calcolo della carica nucleare efficace degli elettroni più esterni in un atomo.

[4] Fra la fine degli anni venti e l’inizio anni trenta del secolo scorso nascono e iniziano a svilupparsi parallelamente due teorie con lo scopo di applicare la meccanica quantistica all’interpretazione del legame chimico: la teoria del legame di valenza (VB) e quella dell’orbitale molecolare (MO). Le due teorie si diversificano in quanto la prima si concentra sugli orbitali degli elettroni di valenza dei due atomi che contraggono il legame, mentre la seconda considera l’insieme degli orbitali elettronici nella molecola.

[5] John Hasbrouck Van Vleck (1899-1980) fisico e matematico statunitense è considerate il fondatore della teoria quantistica del magnetismo e della teoria del campo cristallino per interpretare il legame chimico nei complessi metallici. Premio Nobel per la fisica 1977.

[6] Va notato che l’articolo di Van Vleck ha come scopo principale il confronto fra la teoria del legame di valenza (VB) di Pauling-Slater e la teoria dell’orbitale molecolare (MO) di Hund-Mulliken applicate alla molecola del metano. La prima considera solo gli elettroni di valenza degli atomi contraenti il legame, la seconda tiene conto di tutti gli elettroni di valenza di tutti gli atomi che formano la molecola. I successivi sviluppi della teoria MO hanno mostrato che essa è attualmente la più coerente e rigorosa, sebbene molti ritengano che a parte il differente formalismo matematico, le due teorie si equivalgano.

Molecole come gioielli.

In evidenza

Mauro Icardi.

Una delle ultime scoperte personali che ho fatto mentre curiosavo in vari mercatini insieme alla famiglia, è quella delle collane che hanno come ciondoli la rappresentazione di molecole.

Cercando sul web e sui cataloghi sono definite come le collane delle molecole della dipendenza.

Caffeina, teobromina, saccarosio sono le rappresentazioni più frequenti. Ma si trova in commercio anche la molecola della ketamina e quelle della serotonina e dell’ossitocina.

Devo dire che la mia prima reazione è stata di stupore. Ma dopo qualche riflessione ho cominciato a pensare al fatto che le molecole , e specialmente quelle dei composti organici hanno indubbiamente una loro eleganza strutturale. Una loro estetica definita che abbiamo imparato ad apprezzare. In special modo i chimici.

Ma mi domando che cosa significhi questo per chi non è un chimico. Alcune persone possono sfoggiare la molecola della caffeina per mostrare agli altri di essere incalliti consumatori di caffè, oppure incapaci di sfuggire alla tentazione di un pezzetto di cioccolato. Oppure più semplicemente questo genere di oggetti piacciono esclusivamente come oggetti di moda. In effetti li ho visti su bancarelle che sfoggiavano diverse tipologie di ciondoli con simboli di diverso tipo. Dal simbolo taoista dello yin e dello yang, fino a disegni di elfi o draghi che appartengono all’immaginario delle saghe fantasy.

Quando mi sono qualificato come chimico ai venditori sono rimasti lievemente spiazzati. Loro vendevano questi ciondoli enfatizzando alcune proprietà delle molecole stesse, tipo quelle della serotonina come molecola della felicità. Io ero invece tentato di acquistarle per spirito di appartenenza alla categoria.

In fin dei conti potrebbe non esserci nulla di male in questo, cioè nel fare una sorta di “marketing molecolare”. Qualcuno potrebbe usare questi monili per fare colpo sul ragazzo o la ragazza studenti di Chimica verso per il quale prova attrazione Ma sarebbe una cosa decisamente positiva se questa moda risvegliasse una curiosità più profonda.

Una curiosità che spinga le persone non solo a sapere quali sono le proprietà della molecola rappresentata sul ciondolo che hanno deciso di acquistare (cosa per altro positiva), ma anche di approfondire qualche nozione di chimica studiata in passato. Magari ricordarsi il principio di Avogadro. E volendo anche come lo stesso principio che più o meno tutti hanno studiato o enunciato : “Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione contengono lo stesso numero di molecole.”

Le molecole rappresentate mi hanno ricordato anche quanto scrive Primo Levi in “Azoto” il racconto del sistema periodico. Quello della mancata sintesi dell’allossana come colorante per le labbra.

Levi ne parla così “ Eccone il ritratto: dove O è l’ossigeno, C il carbonio, H l’idrogeno (Hydrogenium) ed N l’azoto (Nitrogenium). E una struttura graziosa non è vero? “

E su questa sua affermazione si può essere completamente d’accordo. Chimici o non chimici.

Per concludere questo articolo devo doverosamente citare due colleghi della redazione. Margherita Venturi e Vincenzo Balzani. Sul loro libro “Chimica! Leggere e scrivere il libro della natura” ci fanno conoscere le opere di uno scultore ungherese Vizi Bela che prende spunto dalle molecole per le sue opere.

Bela è ingegnere chimico oltre che scultore.

A breve accompagnerò mia figlia ad una mostra mercato di fumetti ed oggettistica dove so che posso trovare ciondoli di questo tipo. Non so se riuscirò a resistere alla tentazione di acquistarne uno. E oltre alle ragioni che ho provato a spiegare, credo ce ne sia una che le supera tutte. Il primo soprannome che mi venne dato quando avevo all’incirca sette anni, dai ragazzi più grandi del corso di minibasket che frequentavo fu proprio questo: molecola. Non ho mai capito il perché, forse perché ero piccolo di età e di costituzione fisica. Ma non posso negare che sia stato un soprannome in qualche modo profetico.

Per l’aiuto nello studio della chimica i modelli molecolari sono di grande aiuto. Perché non pensare che in qualche modo possano servire anche queste collane?

Le molecole sono gioielli non solo quando le acquistiamo in gioielleria o nei mercatini. Sono gioielli della natura e del nostro percorso di conoscenza.

 

Il caso elio.

In evidenza

Claudio Della Volpe

A partire dal 2012 e a più riprese i giornali internazionali (molto meno i nostri quotidiani alquanto provincialotti) hanno lanciato l’allarme per i problemi che subiva l’approvvigionamento dell’elio; l’helium shortage, ha avuto l’onore delle cronache[1]. L’allarme è stato rilanciato varie volte[2], ma di cosa si tratta e come mai esiste questo problema?

L’elio è il secondo elemento come abbondanza nell’Universo, ma è molto raro sulla Terra, dove viene prodotto dal decadimento degli elementi radioattivi nell’interno del pianeta ed è presente in atmosfera con una percentuale dello 0.00052%, cosi’ raro che estrarlo dall’atmosfera è privo di senso economico; così raro che fu scoperto prima di tutto nello spettro solare da Jansenn nel 1868; fu Luigi Palmieri, un mio conterraneo, a individuarlo, sempre spettroscopicamente, per primo sul nostro pianeta nelle lave vesuviane nel 1882; ma la scoperta ufficiale arrivò solo nel 1892 da parte di Cleve e Langlet che ne individuarono nel minerale cleveite e ne misurarono il peso atomico.

Infine solo nel 1903 ne furono individuate significative quantità nel gas naturale degli USA; e da allora fino ad oggi gli Usa ne sono stati il principale produttore. Da quel gas viene separato attraverso la distillazione frazionata e la filtrazione, sfruttando le sue proprietà fisiche, bassissimo peso atomico e punto di ebollizione. Nel gas naturale delle grandi pianure di alcuni stati americani ce n’era una percentuale dell’ordine del 2-4%; col tempo ne sono state individuate altre fonti ma non molto numerose nel mondo e comunque con percentuali di molto inferiori; oggi viene considerato sfruttabile un giacimento che ne contenga almeno lo 0.15%.

I giacimenti sono mostrati in rosso nella figura acclusa estratta da un volantino della Messer, che è uno dei grandi produttori mondiali.

L’andamento della produzione mondiale, tratto dai dati della USGS è invece mostrato nel grafico qui sotto, in cui si riportano sia la produzione annua (in rosso) che quella totale estratta (in blù). Se guardate il grafico vi rendete conto che la guerra e poi soprattutto la conquista dello spazio sono stati due momenti importanti per lo sviluppo del consumo di elio. Gli USA che fin dalla prima guerra mondiale avevano “nazionalizzato” l’elio costruendo un deposito sotterraneo di gas ad Amarillo (Cliffside Reserve), cui partecipavano tutti gli estrattori privati, sono stati sempre un player dominante del mercato mondiale.

Questa politica ha avuto un grande costo economico per lo stato ed ha attraversato dei momenti di crisi, il primo con la fine del sogno dei dirigibili (tutti conoscono il dramma Hindenburg, molti meno quello dei due dirigibili ad elio USA fra le due guerre); poi con la fine dell’esplorazione dello spazio e della guerra fredda[3]. Il debito accumulato dallo stato nei confronti dei privati è stato tale da costringerlo a rinunciare a questa attività; e la decisione ha sballato il mercato mondiale dell’elio. Certo negli anni si erano sviluppati degli altri players, ma nessuno ha a disposizione giacimenti così ricchi e ampi come quelli americani e tutti stentano a decollare.

La bibbia di tutti coloro che si occupano di risorse minerarie è certamente il sito dell’US Geological Survey dove troviamo uno speciale report[4] sull’elio che è stato considerato negli USA un materiale strategico fino dall’origine, dal principio del XX secolo, quando si resero disponibili sorgenti minerarie di elio. Il report dell’USGS ci conferma che non mancano per il momento depositi naturali di gas contenente elio, ci si aspettano riserve+risorse per oltre 50 miliardi m3 (>9Mton), di cui un 40% in USA e sole riserve (quelle già accertate e tecnicamente possibili) per almeno 7 miliardi, contro un consumo annuo di 0.2 miliardi. Ma, attenzione se pure prendiamo per buone queste cifre, che comunque ci dicono che l’elio non è infinito (ne abbiamo di sicuro solo per grossolanamente 35 anni, se non teniamo conto della concentrazione decrescente), è chiaro che i costi sono in netto aumento, costi energetici ed economici. Il deposito di Cliffside-Amarillo ne contiene 0.7 miliardi e le sorgenti USA in attività meno di 4 miliardi stimati. Tutti i depositi “tradizionali” scoperti in giro per il mondo hanno una qualità ed una abbondanza nettamente inferiori. Insomma una situazione complessa e nell’immediato foriera di forti aumenti di prezzo: scordatevi i palloncini! L’elio serve nell’industria (saldature, fibre ottiche) e nei servizi (magneti molto forti). L’elio, come il fosforo non è “fungibile”, è unico come gas.

Con questi precedenti non è più strano che nei mesi recenti la stampa mondiale abbia gridato al miracolo per la scoperta di un grande giacimento di elio ritrovato in Tanzania; A new approach to gas exploration has discovered a huge helium gas field, which could address the increasingly critical shortage of this vital yet rare element ha titolato sul suo sito l’Università di Oxford ricopiata dai grandi giornali di tutto il mondo.

Ma guardandola bene questa è una storia che fa capire come la stampa ma anche i tecnici non conoscano a fondo il problema risorse e non siano dunque in grado di valutare con calma e ragionevolezza la situazione contribuendo di fatto ad aggravare, mediante falsi miti, una situazione delle risorse minerarie che è sempre più grave.

[5]

Certamente il metodo usato per la scoperta è interessante, trattandosi di una collaborazione fra l’Università di Oxford e il gruppo HeliumOne che hanno applicato nuovi metodi di ricerca mostrando che l’attività vulcanica fornisce l’intenso calore necessario a far rilasciare il gas dalle antiche rocce che lo intrappolano. Nella Rift Valley i vulcani hanno rilasciato elio dalle antiche rocce profonde intrappolandolo in depositi di gas più superficiali.

La combinazione della conoscenza geochimica e delle tecniche di ricerca basate sulle onde sismiche hanno consentito di ricostruire la forma, la posizione e l’importanza del giacimento; i ricercatori tuttavia non sono stati ancora in grado di dire quanto facilmente si potrà liberare l’elio da altri gas (che è poi il problema delle risorse di elio e un pò di tutta l’attività mineraria).

Come si vede dai dati del primo grafico il consumo mondiale annuo viaggia sotto le 30.000ton (180Mm3); le riserve accertate ed estraibili di Elio assommano secondo la USGS a 7-8 Gm3, mentre le risorse, ossia le quantità scoperte ma di cui non si sa esattamente la effettiva resa, assommano a 20.6 Gm3, in USA e 31.3 Gm3 fuori dagli USA.

Si può guardare alla situazione da un punto di vista diverso usando la teoria di Hubbert (lo scopritore del picco del petrolio); secondo il suo approccio formale una risorsa finita ed usata nel modo tradizionale va incontro ad un picco di produzione e poi ad una lenta decrescita; in particolare se si riporta il rapporto P/Q, produzione annua su estrazione totale nel tempo contro Q si ottiene un comportamento lineare discendente a zero da cui si può estrapolare la durata della risorsa. Il mercato dell’elio si adatta male a questo approccio date le sue peculiarità ma è comunque interessante verificare.

Come si vede la riduzione lineare (che corrisponde ad un picco attorno al 1970 che vedete nel primo grafico) si è verificata fino a quando la produzione americana ha dominato le cose mondiali; con la scoperta ed entrata sul mercato di altre risorse (che come dicevamo sono però meno ricche comunque) le cose sono cambiate; l’andamento P/Q vs Q è in leggera discesa ma il fittaggio non è chiaro, non è in grado di darci una estrapolazione significativa.

Cosa cambia con la scoperta tanzaniana? Lo scopritore prof. Ballentine del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Oxford dice:

By combining our understanding of helium geochemistry with seismic images of gas trapping structures, independent experts have calculated a probable resource of 54 Billion Cubic Feet in just one part of the rift valley.

Dato che un metro cubo è oltre 35 piedi cubi stiamo parlando di poco più di un miliardo e mezzo di metri cubi, ossia un incremento “probabile” delle risorse pari a meno del 3% (in termini di riserve medie sarebbe ancora più piccolo di circa 7 volte); certamente è possibile che ci siano altre scoperte di questo tipo con la nuova metodica, ma quali saranno le effettive percentuali di passaggio da risorse a riserve vere e proprie? Se usiamo il rapporto attuale di circa 7 il giacimento trovato potrebbe soddisfare i consumi mondiali solo per poco più di un anno (220Mm3). Possiamo concludere che non è cambiato granchè e ce ne sarebbero molti altri di giacimenti di questo tipo da scoprire per “risolvere” il problema di una risorsa mineraria importante ma le cui disponibilità sono e rimangono limitate e il cui prezzo tende a crescere da molto tempo.

L’unico modo saggio è quello di prevenire il problema eliminando gli sprechi ed introducendo meccanismi di recupero e di riciclo in tutte le applicazioni chiave dell’elio a partire da quelle nel campo della sanità e della ricerca (nei grandi NMR per esempio).

Economia circolare è la risposta ai problemi delle risorse, non nuove scoperte “epocali”, ma che lasciano sostanzialmente immutata la situazione, e casomai costituiscono una occasione per ulteriore distruzione della Natura, una fonte di arricchimento per una esigua minoranza e una dimostrazione di incompetenza per i giornali anche tecnici.

[1] Popular Mechanics 25 June 2012: Why Is There a Helium Shortage?

[2] The independent 5/1/2013: A ballooning problem: the great helium shortage

https://www.wired.com/2015/07/feds-created-helium-problem-thats-screwing-science/

[3]W. J. Nuttall, R. H. Clarke, B. A. Glowack- The Future of Helium As a Natural Resource, Routledge 2012

[4]http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/helium/mcs-2012-heliu.pdf

[5]http://www.airproducts.com/~/media/files/pdf/industries/metals-helium-recovery-recycling-good-business-sense.pdf

 

Inquinamento da PFAS in Veneto. Riflessioni.

In evidenza

Mauro Icardi

La vicenda è venuta alla ribalta nel 2013. Durante l’effettuazione di ricerche sperimentali da parte del Ministero dell’Ambiente sui nuovi inquinanti “emergenti” è stata verificata la presenza di PFAS (Perfluoroalchili) in acque superficiali, sotterranee e potabili in Veneto. La zona interessata dall’inquinamento da PFAS comprendeva il territorio della bassa Valle dell’Agno (VI), e alcuni ambiti delle province di Padova e Verona .

E’ stata attivata una commissione tecnica regionale che ha provveduto ad emanare dei limiti di concentrazione ammissibili. Tali limiti non sono previsti nel D.lgs. 31/2001, che attua la direttiva 98/83/CE.

Non tutti i parametri sono presenti nelle tabelle del decreto, e questo per ovvi motivi. Il numero di sostanze che sono presenti e normate deriva dalle conoscenze scientifiche disponibili. Per queste sostanze viene fissato un valore di parametro che generalmente raccoglie gli orientamenti indicati dall’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità).

Per altri tipi di composti non normati si può applicare il principio generale presente nel Decreto 31 cioè che: “Le acque destinate al consumo umano non devono contenere microrganismi e parassiti, né altre sostanze, in quantità o concentrazioni tali da rappresentare un potenziale pericolo per la salute umana

La regione Veneto dopo aver riscontrato la presenza di questi inquinanti ha richiesto il supporto tecnico -scientifico del Ministero dell’ambiente e fissato dei limiti provvisori per il PFOA (Acido perfluorottanoico) pari a 0,5 microgrammi/litro, e di 0,03 microgrammi/litro per il PFOS (Acido perfluoroottansolfonico).

Oltre a questo si sono definite misure di emergenza per i gestori del ciclo idrico che hanno installato filtri specifici a carbone attivo per la rimozione di questi inquinanti.

E’ stato attivato un sistema di sorveglianza analitica, formazione per il personale sanitario e tecnico, un regolamento per l’utilizzo dei pozzi privati ad uso potabile. I cittadini che utilizzano pozzi, sia per uso potabile che per preparazione di alimenti devono ricercare la presenza di PFAS nelle acque prelevate allo scopo.

E’ stato attuato anche il biomonitoraggio della popolazione residente che si è concluso a fine 2016 mostrando livelli significativi di PFAS nel sangue di circa 60.000 persone.

L’ARPA del Veneto ha effettuato misurazioni che hanno riguardato falde ed acque superficiali per definire l’area interessata dal problema di inquinamento e definirne la provenienza.

Individuando come la contaminazione prevalente fosse dovuta agli scarichi di uno stabilimento chimico situato a Trissino in provincia di Vicenza.

Questo il preambolo generale. Ma ci sono alcune riflessioni da fare. A distanza di decenni lascia quantomeno sgomenti verificare che ancora oggi un problema di inquinamento ambientale sia dovuto ad una gestione scorretta dei reflui di lavorazione di un’industria.

Non è accettabile questo, perché negli anni abbiamo già dovuto assistere ad altri casi emblematici, casi che ormai sono parte della letteratura. Seveso, Priolo, Marghera, Casale Monferrato, Brescia. E ne dimentico certamente altri. Questo del Veneto sarà l’ennesimo caso. Occorre trovare l’equilibrio. La riconversione dei processi produttivi nell’industria chimica è ormai un’esigenza non rimandabile ulteriormente. Allo stesso tempo non è alla chimica come scienza che si deve imputare tout court il verificarsi di questi episodi, bensì ad una visione alterata di quelli che sono i nostri bisogni reali. L’azienda ritenuta responsabile dell’inquinamento sta affrontando il processo di riconversione. E questo come è probabile comporterà un percorso probabilmente lungo e tormentato. Non sempre le esigenze di occupazione e tutela ambientale seguono gli stessi percorsi.

Questo episodio deve fare riflettere anche per quanto riguarda la gestione del ciclo idrico. L’Italia deve investire e formare tecnici. Occorre dare una forma ad una gestione che al momento è ancora decisamente troppo frammentata e dispersa. Questo non significa, come spesso molti temono, innescare un processo contrario alla volontà espressa nel referendum del 2011. Ma mettere in grado le varie realtà territoriali di gestire emergenze che (purtroppo) potrebbero anche ripetersi.

Sono necessarie sinergie tra tutti i soggetti coinvolti (ISS, ARPA, Gestori del ciclo idrico).

L’ultima riflessione è molto personale, ma la ritengo ugualmente importante. Niente di tutto questo potrà prescindere da una più capillare educazione scientifica ed ambientale. Che riguardi non solo chi sta seguendo un corso di studi, ma in generale la pubblica opinione. Un cittadino compiutamente e doverosamente informato è un cittadino che può operare scelte più consapevoli. La spinta al cambiamento, alla riconversione dei processi produttivi parte anche da questo.

Approfondimenti.http://areeweb.polito.it/strutture/cemed/sistemaperiodico/s14/e14_1_01.html

https://sian.ulss20.verona.it/iweb/521/categorie.html

http://www.arpa.veneto.it/arpav/pagine-generiche/allegati-pagine-generiche/pfas-relazioni-attivita-arpav/Contaminazione_da_PFAS_Azioni_ARPAV_Riassunto_attivita_giu2013_gen2017.pdf

Nota del post master. Si stima che nel periodo 1970-2002 siano state utilizzate nel mondo 96.000 tonnellate di POSF (perfluorooctanesulphonyl fluoride) con emissioni globali di POSF tra 650 e 2.600 ton e di 6.5-130 ton di PFOS. La maggior parte del rilascio avviene in acqua (98%) e il rimanente in aria. Non sono biodegradabili in impianti a fanghi attivi.

Tossicità e prove su animali: a che punto siamo?

In evidenza

Luigi Campanella, ex presidente SCI

Gli studi tossicologici su sistemi bersaglio sono generalmente condotti utilizzando differenti dosi di tossico capaci di coprire un largo intervallo di concentrazione. I risultati di ogni studio mostreranno generalmente, ma non sempre, effetti dannosi ad alte dosi, ed effetti lievi a basse dosi. Se la sostanza è tossica sarà così identificata la dose alla quale gli effetti dannosi compaiono (livello di effetto EL). La natura e la severità degli effetti osservati varierà con il tipo di test, il tempo di esposizione, la specie bersaglio il che mette in discussione qualunque trasferimento conclusivo da una specie ad un’altra. Lo studio identificherà anche la dose massima alla quale non si osservano effetti (livello di nessun effetto osservato NOEL). Così da studi di tossicità condotti in modo diverso potranno risultare differenti valori di NOEL: la valutazione del rischio dovrebbe basarsi sullo studio più sensibile che fornisce il minimo valore di NOEL. Qualche volta il termine NOEL è sostituito da NOAEL dove la lettera A sta per avverso, indicando con essa il carattere dell’effetto, rispetto ad un effetto non nocivo.

I risultati di studi di tossicità possono essere usati in due modi diversi: per predire livelli sicuri di esposizione dell’uomo e per predire livelli potenzialmente tossici e la natura probabile degli effetti dannosi.

Nel primo caso i risultati degli studi di tossicità possono essere usati per predire la più elevata quantità di un tossico assorbito su base giornaliera da un essere umano senza alcun danno sostanziale. Talvolta tale quantità viene riferita all’unità di peso del soggetto e viene assunta come pari al NOEL diviso per 100: ciò al fine di una maggiore garanzia a protezione degli esposti, tenuto conto che gli esseri umani possono essere più sensibili ai tossici degli animali utilizzati nei test di tossicità a causa di differenze tossicocinetiche e tossicodinaniche nell’iter di un tossico (adsorbimento, metabolizzazione, escrezione per la tossicocinetica, attività contro la cellula, i tessuti, gli organi per la tossicodinamica).

Nel secondo caso i risultati degli studi della tossicità possono essere usati per predire la natura di effetti nocivi che si possono registrare negli esseri umani ed a quali livelli di esposizione tali danni si possano registrare. Molti tipi di effetto nocivo per un particolare tossico si osservano soltanto al di sopra di una certa dose, il cui valore però può variare al variare della specie e della durata dell’esposizione.

Per la maggior parte degli effetti tossici prodotti da un particolare composto c’è un valore di esposizione al di sotto del quale gli effetti nocivi non si osservano. A basse esposizioni il corpo può tollerare alcuni disturbi alle sue funzioni biochimiche e fisiologiche senza alcun segnale o sintomo di malattia. Talora l’organismo è capace di rimediare ad alcuni danni derivati dal contatto con alcuni composti purché questo sia limitato nel tempo, talaltra tale risanamento non può avvenire, il che si traduce in danno permanente e lunghe malattie. Quando i danni sono di natura genetica al DNA ed ai cromosomi o peggio portano a forme di cancro per danneggiamento del DNA si parla di effetti genotossici o carcinogenici. Questi effetti possono essere rilevati mediante test in vitro, ad esempio esponendo batteri ai tossici da testare (test di Ames) o cellule isolate animali o umane al tossico stesso. Se risultano effetti genotossici in vitro, si passa ai test in vivo su animali per confermare o meno i risultati in vitro. Il danno al DNA è un evento di tutti i giorni (si pensi all’esposizione alla componente ultravioletta dello spettro solare, all’esposizione ai radicali liberi dell’ossigeno, alla divisione cellulare) cosicché il nostro organismo deve porvi rimedio con provvedimenti ed iniziative che si ripetono per milioni di volte al giorno. Questi studi hanno dimostrato che danni al DNA possono prodursi anche a dosi molto basse, crescendo ovviamente nettamente al crescere della dose. Questi campioni vengono definiti positivi, nel senso che producono danno genotossico. Ad oggi non è possibile definire livelli di nessun effetto per i composti chimici positivi. I danni non riparati a cellule e DNA possono avere due conseguenze negative: possono provocare divisione e mutazione cellulare. I danni al DNA non necessariamente devono portare a mutazioni cellulari. Gli effetti cancerogenici vengono osservati e misurati esponendo animali, generalmente topi o ratti di età giovane a dosi giornaliere di tossico esaminando il numero ed il tipo di tumori che si sviluppano ma le conclusioni di tale tipo di approccio soffrono di accuratezza in quanto riferite a specie diverse da quelle che si intende proteggere, l’uomo. C’è infine da osservare che l’esposizione a dosi quanto si voglia piccole, se anche non produce alcun effetto nel tempo breve di fatto lo produce certamente nel lungo, lunghissimo tempo; questo tipo di rilevazione per motivi pratici non è di reale esecuzione. Per i composti cancerogenici differenti approcci ci dicono se ci sia un reale rischio di cancro ai valori di esposizione che realisticamente possono essere del tipo di quelli incontrati dagli esseri umani. Tali approcci si basano usualmente su curve dose/risposta, ottenute durante test animali. Queste curve relazionano l’incidenza del cancro alle variabilità delle dosi giornaliere assunte per tutta la vita.

Una varietà di modelli matematici può essere applicata alla curva dose-risposta per arrivare ad una stima del rischio. I modelli matematici sono generalmente considerati conservativi, fornendo una stima del rischio che non soltanto eccede sul fronte della sicurezza, ma può considerevolmente sovrastimare il rischio probabile per gli esseri umani. A causa delle limitazioni nei test sperimentali di cancerogenità animale e nei modelli, alcuni responsabili del rischio non vedono nell’approccio in precedenza indicato un’appropriata via per la stima del rischio umano. Se un composto si rivela genotossico tali responsabili possono decidere che l’esposizione degli esseri umani ad esso dovrebbe essere bassa quanto ragionevolmente prevedibile. Misure adeguate devono essere assunte per ridurre o eliminare l’esposizione. È evidente che i limiti fissati su tali basi possono implicare rischi diversi per sostanze di differente attività.

I contrasti fra diverse posizioni a riguardo dell’uso di animali da esperimento forse potrebbero essere composti se i modelli predittivi sulla tossicità umana si basassero non solo sulle risposte all’attività dei composti testati in vitro, ma anche su dati strutturali relativi a tali composti: un recente studio di Ruili Huang e coll. (R. Huang et al., “Modelling the Tox21 10 K chemical profiles for in vivo toxicity prediction and mechanism characterization,” Nature Communications, doi:10.1038/ncomms10425, 2016.) ha evidenziato l’importanza della correlazione struttura/attività; Ruili Huang è capo di un gruppo di informatici allo NCATS; insieme con i suoi colleghi hanno analizzato 10.000 diversi composti attraverso 30 diversi metodi automatici , basati su analisi cellulare (cell based analisys).

“The system is very efficient,” ha dichiarato Huang a Huang The Scientist. We can test all the chemicals at 15 different concentrations each and in three independent experiment runs in one week. With animal testing, this would take years.”

L’apparecchio usato per i test automatici si chiama TOX21, una sorta di analizzatore robot e i valori generati dai test sono stati quasi 50 milioni; su questa ampia base le previsioni del comportamento basate sul rapporto struttura-proprietà sono state molto precise; Huang spera di poter allargare le prove ad altri 80.000 composti.

Avventure e sventure di Charles Goodyear

In evidenza

Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

Siamo spesso debitori di cose importantissime, essenziali per la vita tecnica ed economica, a persone grandissime nella sfortuna. Un esempio è offerto dall’americano Charles Goodyear (1800-1860), lo scopritore della vulcanizzazione della gomma. Senza la sua invenzione non potremmo andare in automobile, non potremmo usare Internet, io non potrei scrivere questo articolo sul computer, non avremmo luce elettrica nelle case — non potremmo godere delle merci e dei beni della società moderna.

La gomma, estratta dalla corteccia di alcune piante del genere Hevea presenti nella foresta brasiliana, era nota in Europa dalla fine del Settecento: i nativi la chiamavano con uno strano nome che gli esploratori europei interpretarono come caucciù. Si trattava di un materiale elastico che poteva essere sciolto in un solvente e, in soluzione, poteva essere stesa su un tessuto rendendolo impermeabile; un brevetto relativo a questa applicazione porta la data del 1791 e nel 1822 l’inglese Charles Macintosh (1766-1843) aveva inventato l’indumento impermeabile. Una industria di manufatti di gomma ebbe inizio nel 1820 ad opera dell’inglese Thomas Hancock (1786-1865) il quale apportò alcune utili innovazioni nella lavorazione della gomma greggia. I manufatti così ottenuti, però, erano di limitata durata e soprattutto diventavano appiccicosi a caldo e fragili a freddo. La “febbre della gomma” che aveva investito l’America nei primi anni del 1800, era già finita nel 1830; migliaia di oggetti di gomma venivano buttati via o restavano invenduti per questi inconvenienti.

E’ a questo punto che interviene Goodyear: da ragazzo aiutava il padre in un negozio di ferramenta che fallì abbastanza presto, le imprese commerciali a cui si dedicò nei sessanta anni della sua vita furono tutte un fallimento; per tutta la vita fu ossessionato dai misteri della “gomma elastica”. La leggenda vuole che Goodyear, in prigione per debiti, si sia fatto portare dalla moglie dei campioni di gomma per vedere come potevano esserne migliorate le caratteristiche; se la gomma era appiccicosa forse aggiungendo qualche polvere l’inconveniente avrebbe potuto essere eliminato. Tornato a casa, provò allora a scaldare la gomma con magnesia, ma i vicini protestavano per la puzza che si levava dalla sua casa; per farla breve provò molte altre sostanze e, facendosi prestare dei soldi, cercò di produrre sovrascarpe di gomma che erano una peggio dell’altra. La grande crisi economica americana del 1837 lo gettò sul lastrico e si ridusse a vivere con la moglie e il figlio mangiando il pesce che pescava nel porto di Boston.

Nel 1839, sempre nella miseria più nera, viveva a Woburn, nello stato del Massachusetts destinata a diventare celebre proprio per la scoperta della vulcanizzazione; in quell’inverno, Goodyear lasciò una miscela di gomma e zolfo su una stufa; la miscela prese quasi fuoco e fu gettata nella neve fuori dalla finestra; quando fu raffreddata si rivelò un materiale del tutto diverso: era ancora una gomma elastica, impermeabile all’acqua, ma era resistente al calore, facilmente lavorabile e trasformabile in oggetti utili. Il caso aveva premiato l’uomo che aveva dedicato tutta la sua vita a trasformare la gomma greggia nel materiale più importante della storia, quello che si sarebbe chiamato “gomma vulcanizzata”.

Dopo un altro inverno di miseria, malattie, lutti familiari (dei dodici figli sei morirono nell’infanzia) Goodyear finalmente trovò degli industriali che riconobbero l’importanza della scoperta che però egli non aveva ancora brevettato. Goodyear mandò vari campioni della nuova gomma in Inghilterra e uno di questi cadde sotto gli occhi del pioniere inglese della gomma, già ricordato, Thomas Hancock, quello che, nei venti anni precedenti, aveva invano cercato di ottenere della gomma di qualità accettabile commercialmente.

Hancock notò la presenza di tracce di zolfo nella gomma vulcanizzata e immediatamente brevettò, nel 1843, l’effetto vulcanizzante dello zolfo, portando via a Goodyear la scoperta che egli aveva fatto quattro anni prima. Quando Goodyear presentò la domanda per un brevetto, scoprì che Hancock lo aveva preceduto di poche settimane.

Goodyear presentò, alle fiere mondiali di Parigi e Roma del 1850, i suoi oggetti di gomma vulcanizzata, riscosse un grande successo, ma finì di nuovo in prigione per debiti, con tutta la famiglia, per due settimane, perché non aveva ancora riscosso il compenso per il suo brevetto. In prigione ricevette la croce della Legion d’Onore assegnatagli dall’imperatore Napoleone III.

Quando morì nel 1860 Goodyear lasciò 200.000 dollari di debiti alla famiglia; come testamento scrisse che “la vita non si può valutare soltanto sulla base dei soldi; non mi rammarico di avere seminato e che altri abbiano raccolto i frutti del mio lavoro. Un uomo deve rammaricarsi soltanto se ha seminato e nessuno raccoglie”.

E’ sorprendente che Goodyear sia arrivato alla vulcanizzazione per via empirica, con l’antico processo per tentativi ed errori; solo nel 1860, lo stesso anno della morte di Goodyear, il chimico inglese Charles Greville Williams (1829-1910) riconobbe che la gomma era un polimero di un idrocarburo con due doppi legami, l’isoprene:

Fu così chiarito il ruolo centrale dello zolfo: attraverso legami che comportavano l’apertura di uno o più doppi legami, le molecole di poliisoprene si univano fra loro in strutture le cui proprietà dipendevano dal numero di atomi di zolfo; se tutti i doppi legami erano saturati con zolfo e la vulcanizzazione era prolungata, come scoprì lo stesso Goodyear, si otteneva un materiale duro e nero che chiamò ebanite e che fu prodotto come sostituto del prezioso legno di ebano. In altre parole, regolando le condizioni di vulcanizzazione, si potevano ottenere materiali molto diversi, adatti a molti usi.

Grazie alla scoperta di Goodyear la richiesta di gomma nel mondo aumentò immediatamente. Il Brasile, che deteneva il monopolio della produzione e esportazione del caucciù, fu investito da un’ondata di ricchezza e di speculazioni: folle di nativi e di immigrati miserabili si dedicarono a raccogliere latice dalle piante di Hevea, dapprima distruggendo la foresta più vicina e accessibile, poi andando a cercare piante più all’interno, nel bacino del Rio delle Amazzoni. Manaus, porto fluviale di esportazione della gomma, diventò il centro di stravaganze e miserie per tutta la seconda metà dell’Ottocento; uno sguardo al clima del tempo si ha nel film “Fitzcarraldo”, di Werner Herzog, del 1982, nel quale il personaggio del barone della gomma del titolo, è interpretato da Klaus Kinski.

Come tutti i monopoli, anche quello della gomma brasiliana non durò a lungo. Nel 1876 un viaggiatore inglese riuscì a portare via dal Brasile, clandestinamente, piantine di Hevea che furono trapiantate in India, Malesia, Ceylon, Indocina. Ai primi del Novecento, inglesi, francesi e olandesi producevano caucciù nelle loro colonie dell’Estremo Oriente; al Brasile restavano vaste estensioni di foresta amazzonica distrutta, uno dei primi disastri ecologici, rimediato soltanto dopo molti decenni di rimboschimento e difesa del suolo.

Il monopolio del Brasile diventava così un oligopolio di Inghilterra, Olanda, Francia e Stati Uniti; le industrie americane avevano proprie piantagioni di Hevea in Brasile e Liberia. Ciò avveniva in un momento in cui il diffondersi dell’elettricità in seguito alle invenzioni della dinamo e dei motori elettrici provocava un aumento della richiesta di gomma come isolante per i fili elettrici. Lo sviluppo delle automobili contribuì, con la richiesta di gomma per camere d’aria e copertoni, a far ulteriormente aumentare la richiesta di caucciù. Ben presto la gomma di piantagione fece concorrenza come qualità a prezzo a quella del Brasile il quale attraversò un periodo di grave crisi economica.

Ma l’avventura della gomma era appena cominciata; per sfuggire alle importazioni della gomma naturale da paesi geograficamente lontani, i paesi industriali, prima e durante la seconda guerra mondiale, hanno sviluppato dei processi per riprodurre sinteticamente molecole simili a quella dell’isoprene. La maggiore attenzione fu dedicata al butadiene,

H2C==CH—CH==CH2, uguale all’isoprene con un gruppo metilico di meno. Il butadiene era vulcanizzabile e poteva essere prodotto da molte diverse materie prime: dal carbone, attraverso il carburo di calcio e l’acetilene; dall’alcol etilico di origine agricola (come ricorda il post di Marco Taddia, https://ilblogdellasci.wordpress.com/2014/02/21/la-gomma-dallalcol-un-successo-autarchico/), da frazioni ”leggere” della distillazione del petrolio, dal cracking catalitico delle benzine.

Il butadiene poteva essere polimerizzato insieme ad altre molecole con un solo doppio legame, come lo stirene; nasceva così la chimica delle gomme sintetiche, anche se non spariva la produzione e il consumo di gomma naturale, usata in mescole insieme ai vari tipi di gomma sintetica. Nel 1960 la produzione di gomma sintetica aveva uguagliato quella di gomma naturale, due milioni di tonnellate ciascuna. Nel 2016 la produzione di gomma sintetica era salita a poco meno di 15 milioni di tonnellate, ma anche quella di gomma naturale era aumentata a poco più di 12 milioni di tonnellate. I tre principali paesi produttori sono la Tailandia (4,4 milioni di tonnellate), l’Indonesia, seguiti da Malaysia, India, Vietnam e Cina.

Nel mondo il commercio della gomma, in gran parte trattata e vulcanizzata secondo l’invenzione di Goodyear, riguarda ogni anno oltre 27 milioni di tonnellate di materiali che entrano nei copertoni di automobile e di aereo, nei fili elettrici, nei rulli industriali, nei nastri trasportatori dei raccolti agricoli, nelle scarpe, in innumerevoli merci e processi industriali. Tutto grazie al povero Goodyear.

Nota aggiunta: fu solo circa 40 anni dopo la morte di Goodyear che l’imprenditore Frank Seiberling  acquistò il primo impianto della vecchia società e fondò la Goodyear Tire & Rubber Company, nata nel 1898, che è diventata poi una della maggiori al mondo, ma senza alcun legame con l’inventore iniziale che non fosse il nome medesimo.

Ciclo idrico integrato: la situazione della depurazione.

In evidenza

Mauro Icardi

In questi anni il cambiamento climatico, logiche di sfruttamento intensivo delle risorse idriche e scarsa attenzione all’ecosistema stanno determinando condizioni di vera e propria crisi globale dell’acqua.
L’Italia per altro è in emergenza nel settore fognatura e depurazione dal 2005, e rischia forti multe dopo aver subito già due condanne dalla Corte di Giustizia Europea per depurazione incompleta o non sufficiente a raggiungere standard qualitativi adeguati. La tendenza negli anni è quella di ottenere acque reflue che raggiungano standard di qualità sempre maggiori, e per questa ragione gradualmente si rendono più restrittivi i limiti tabellari per alcuni inquinanti. Questo anche in funzione di un possibile riuso per utilizzo irriguo delle stesse.
Per ottemperare a tali obblighi che per quanto riguarda gli impianti con potenzialità superiori a 100.000 ae (abitanti equivalenti) diventano molto restrittivi sarà necessario intervenire sugli impianti esistenti .
Peraltro, un impianto in condizioni normali di funzionamento riesce a garantire il rispetto dei limiti su BOD, COD e solidi sospesi senza particolari difficoltà. Diverso è invece il caso dei nutrienti per scarichi in aree sensibili. Le quali non rappresentano più solo i laghi, ma per esempio anche l’area del bacino del Po e che quindi vanno ad interessare impianti che precedentemente non sottostavano a limiti così riduttivi (per esempio per quanto riguarda il fosforo totale).
In generale, quindi, si prospetta la necessità di intervenire su un gran numero di impianti di depurazione per far fronte a due ordini di esigenze: incrementarne la potenzialità (come carico trattabile) migliorare le rese depurative (abbattimento in particolare dei nutrienti).

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Nel caso in cui le caratteristiche del liquame influente non rappresentino un fattore inibente (ad esempio in termini di pH, rapporto BOD/TKN (TKN=total Kjeldahl nitrogen), presenza di sostanze tossiche, ecc.), le condizioni richieste, per conseguire la nitrificazione, sono essenzialmente un adeguato contenuto di ossigeno nel comparto di ossidazione e un’età del fango sufficientemente elevata anche in relazione alla temperatura del liquame.
Gli interventi che possono essere attuati a livello dei pretrattamenti e trattamenti primari hanno l’obiettivo di ridurre il carico in ingresso al reattore biologico e/o il rapporto Carbonio/Azoto, così da favorire la nitrificazione.
Anche l’aggiunta di un sistema di coltura a biomassa adesa permette di migliorare la fase di nitrificazione.
Vi sono due distinte possibilità: un sistema ibrido che viene inserito nel preesistente bacino di ossidazione a fanghi attivi, ed un sistema separato che viene di solito inserito a valle della fase di sedimentazione finale per incrementare le rese di nitrificazione e quindi di abbattimento dell’ammonio.
Si tratta in pratica di fissare la biomassa nitrificante su supporti fissi aventi elevata superfice specifica (per esempio supporti in polietilene o in matrici di gel).

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In questo modo viene fatto passare attraverso questo stadio di trattamento un liquame caratterizzato da un rapporto BOD/TKN molto basso, favorevole allo sviluppo di una biomassa nitrificante, in quanto la maggior parte della sostanza organica è stata rimossa nella fase precedente del trattamento.
La separazione del processo biologico in queste due fasi permette maggiori rese singole nei due comparti (ossidazione biologica della sostanza organica e nitrificazione) risolvendo anche problemi gestionali e di conduzione.
Una semplice operazione che può migliorare la resa di nitrificazione è quella di realizzare un bacino di riaerazione della corrente di ricircolo dei fanghi prima del rilancio nel bacino di ossidazione biologica.
Altro problema che si può presentare è dovuto al sovraccarico della fase di ossidazione biologica con un maggior contributo di azoto derivante dal ricircolo dei surnatanti che può variare dal 5 al 25% rispetto all’azoto proveniente dalle acque reflue in ingresso impianto. I sovraccarichi però possono anche raggiungere il 65% dell’azoto entrante, dal momento che i ricircoli sono discontinui nel tempo. Un primo provvedimento da adottare può quindi essere quello di distribuire nell’arco delle 24 ore (eventualmente equalizzandoli) i carichi derivanti dai surnatanti delle fasi di trattamento fanghi, o, meglio ancora, rinviarli all’impianto durante le ore notturne, a basso carico. L’azoto presente nei surnatanti (prevalentemente in forma disciolta) è ammoniacale, nel caso degli ispessitori e dei digestori anerobici, nitroso o nitrico nel caso della stabilizzazione aerobica.

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Per quanto riguarda la sezione di denitrificazione una possibilità per gli impianti che ricevono reflui speciali, consiste nel dosaggio di rifiuti caratterizzati da elevata concentrazione di carbonio velocemente biodegradabile e trascurabile contenuto di nutrienti, come substrato organico per incrementare le velocità di denitrificazione negli appositi comparti. Occorre però preventivamente verificare ed escludere la presenza di fattori inibenti.
Questi sono alcuni esempi di possibilità di diversa conduzione di impianti, o di modifiche strutturali che non richiedano il completo rifacimento di un impianto non più adeguato a conseguire standard di abbattimento elevati.
Per inquadrare il problema anche dal punto di vista economico credo valga la pena di ricordare che per la riconversione dell’impianto di depurazione di Santa Margherita Ligure, ubicato nel territorio del Parco Naturale Regionale di Portofino, che originariamente era dotato solo di un trattamento primario, è stato dotato di trattamento terziario con filtri a membrana che permettono l’utilizzo dell’acqua depurata come acqua di riuso. Data la particolare ubicazione dell’impianto, adiacente ad un territorio che, pur inserito in un area protetta vede la presenza di stabilimenti balneari e di alberghi, lo si è collocato all’interno di una parete rocciosa per mimetizzarlo e si e costruita una tubazione di 1200 metri che convoglia le acque depurate al largo della costa. Un impianto decisamente all’avanguardia il cui rifacimento è costato venti milioni di euro ed ha una potenzialità tutto sommato media, visto che tratta reflui pari a 36000 abitanti equivalenti, sia pure con le oscillazioni di portata e di carico legate alla fluttuazione stagionale tra stagione turistica estiva e stagione invernale.
Ultima considerazione legata al settore depurazione è quella legata alla necessità di strutturare adeguati laboratori analitici. La normativa vigente (dlgs 152/2006) prevede che il gestore si serva di laboratori interni, o che in alternativa stabilisca convenzioni con altri gestori che ne siano dotati.
E’ prevedibile che in futuro la necessità di ricerca di nuovi parametri (inquinanti emergenti di varia natura) preveda non solo l’utilizzo di nuove tecniche analitiche in maniera generalizzata (spettrometria di massa a plasma con accoppiamento induttivo e gascromatografia-spettrometria di massa), ma che richieda come prescrizione normativa l’accreditamento dei laboratori dei gestori del ciclo idrico. Questa per lo meno è la tendenza che sembra ispirare le scelte in Regione Lombardia.

La serendipità della camola.

In evidenza

Claudio Della Volpe

La “camola” del miele è un tipico verme da pescatore e dato che ogni tanto mi dedico alla pesca conosco questo tipo di esca viva, anche se di solito uso il “cucchiaino”, ossia un pezzo di metallo brillante opportunamente sagomato e che nasconde l’amo.

Galleria Mellonella da Wikipedia

La camola è comodissima come esca viva, si compra in contenitori e si conserva in frigorifero per un pò (la camola usata per scopi alieutici è trattata opportunamente con un breve riscaldamento che ne impedisce l’imbozzolamento e forse ne modifica il set enzimatico); il suo ciclo di vita la qualifica come un parassita delle api, dato che si nutre dei prodotti dell’alveare e la sua forma finale è una farfallina, la tarma maggiore della cera, tecnicamente Galleria mellonella.

La camola è usata per pescare grazie al suo sapore dolce; è uno degli insetti che ho anche provato a mangiare, dato che viene proposto come alternativa alla carne comune in molte ricette basate su insetti, e vi assicuro che è molto buona.

La camola è al centro di una scoperta che rischia di rivoluzionare il nostro modo di gestire il riciclo della plastica comune; il grosso della plastica, dei polimeri prodotti dal petrolio è difficile da riciclare sostanzialmente per il medesimo motivo per cui la usiamo: la sua durabilità, legata alla stabilità del legame C-C che è difficilmente attaccato in natura (solo a certe condizioni).

Si conosce un batterio i cui enzimi sono in grado di degradare il PET, scoperto solo l’anno scorso in Giappone in un discarica di immondizia; la scoperta del batterio, denominato Ideonella sakaiensis 201-F6, è stata pubblicata su Science (A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate) Shosuke Yoshida et al. Science 351, 1196 (2016).

Quando cresciuto sul PET questo particolare strain batterico produce due enzimi capaci di idrolizzare il PET e l’intermedio di rezione l’acido mono(2-idrossietil)tereftalico. Entrambi gli enzimi sono richiesti per convertire efficientemente PET in due monomeri molto più amichevoli dal punto di vista ambientale, l’acido tereftalico e l’etilen-glicole.

Shosuke Yoshida et al. Science 351, 1196 (2016)

La velocità digestiva del batterio è di una frazione di mg di PET per ogni cm2 di superficie attaccata e il PET è un poliestere, dunque con una struttura, mostrata in figura, molto più semplice da degradare (i legami sono O-C-O).

Altre specie viventi sono in grado di attaccare invece il legame C-C e sono riportate in letteratura (Penicillium simplicissimum, Nocardia asteroides, il verme Plodia interpunctella, e i due batteri, Bacillus sp. YP1 and Enterobacter asburiae YT1 che vivono dentro di lui), ma la velocità di aggressione è sempre estremamente bassa.

Ora, come si dice, il caso aiuta la mente preparata. E questo è avvenuto con Federica Bertocchini, che si occupa di biologia dello sviluppo.

Federica Bertocchini(da Repubblica del 25 aprile 2017)

La ricercatrice italiana Federica Bertocchini affiliata al Cnr spagnolo e oggi all’Istituto di biomedicina di Cantabria, a Santander. racconta a Repubblica “Io in realtà mi occupo di biologia dello sviluppo: studio gli embrioni. La scoperta del bruco mangiaplastica è avvenuta per caso. Ho l’hobby dell’apicoltura, e l’abitudine – in inverno – di tenere gli alveari vuoti in casa. Nel tirarli fuori per la primavera, l’anno scorso mi sono accorta che erano pieni di questi bachi. Così li ho ripuliti, raccogliendo i bachi in una borsa di plastica. Qualche ora dopo era già piena di buchi e le larve libere”

Federica non si è fatta pregare, ha subito capito che aveva trovato una miniera d’oro in quelle camole. E questa è serendipità, il caso aiuta la mente preparata.

Il risultato di una indagine più approfondita è stato pubblicato su Current Biology (Current Biology 27, R283–R293, April 24, 2017)

Come si vede la velocità di aggressione del bruco nei confronti della plastica del sacchetto è di ordini di grandezza superiore rispetto a quello di altri organismi trovati in natura (un bruco in 12 ore mangia quasi 1mg di PE). La camola sembra essere capace non solo di aggredire meccanicamente ma di digerire il PE; questo è stato provato analizzando lo spettro IR del materiale dopo digestione; si è trovata la presenza di etilenglicole; si pensa quindi che un sistema enzimatico del bruco sia in grado di fare una reazione simile a quella del batterio giapponese ma ad una velocità molto più elevata.

Tuttavia ci sentiamo di chiosare la scoperta indicandone anche i limiti: da una parte le camole sono nemiche delle api, dunque attenzione ai possibili effetti collaterali di una diffusione delle camole, come mangiatori diretti della plastica; meglio sarebbe individuare ed usare l’enzima o il sistema enzimatico; e comunque anche questo non dovrebbe essere una scusa per tornare indietro lungo la strada del riciclo dei materiali, ma anzi dovrebbe essere usato proprio per riciclare a partire dai prodotti di degradazione.

Altri studi saranno necessari per comprendere l’esatto meccanismo del processo digestivo della umile camola, (o casomai di qualcuno dei suoi ospiti batterici) un vermetto da pescatore pieno di segreti incredibili (notate che nessun giornale quotidiano o la TV ha capito di cosa si tratta, parlano tutti di un bruco, un verme e casomai qualche giornalista pescatore l’avrà anche usato, ma solo Le Scienze cita la camola).

Non c’è che dire la vita è la reazione chimica meglio riuscita! E un brava a Federica, una biologa dello sviluppo dotata di serendipità.

Analisi di inchiostri

In evidenza

Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Sono stato di recente interpellato per un problema molto interessante : la datazione dei documenti e delle relative firme. Si tratta di un lavoro difficile: ritengo utile postare quanto ho scritto in attesa di commenti migliorativi in favore della verità e contro le falsificazioni documentarie.

La letteratura internazionale riporta che, dal momento della sua deposizione sul supporto cartaceo, un inchiostro subisce una serie di processi chimici (evaporazione del solvente, polimerizzazione della resina, ossidazione dei componenti cromatici), comunemente indicati come “invecchiamento”. Uno dei risultati pratici dell’invecchiamento è una continua riduzione della solubilità (estraibilità) dell’inchiostro nei confronti di una prima azione di un solvente debole e successivamente di un solvente forte.

La valutazione del grado di estraibilità costituisce pertanto un indice del grado di invecchiamento di una scrittura, e quindi della data reale di produzione della scrittura medesima, che trova ampia applicazione nelle analisi forensi.

Il rapporto tra la quantità di inchiostro estratta dal solvente debole e la quantità totale di inchiostro (estrazione di solvente debole + solvente forte) è indicativo della data di produzione di una scrittura all’interno del periodo di maturazione dell’invecchiamento stesso, esaurito il quale non si riscontrano ulteriori modificazioni.

L’andamento del processo di invecchiamento è tale per cui la sensibilità della tecnica è tanto maggiore quanto minore è il tempo trascorso dalla produzione della scrittura all’analisi. Trattasi di un metodo distruttivo che si limita all’applicazione solamente a taluni pigmenti di inchiostro di penna (tipicamente di tipo oleoso come nel caso di una penna a sfera) e non può dare una risposta “accurata” riguardo alla datazione. In alcuni lavori (bibliografia 13) si conclude, proprio sulla base di 2 differenti approcci (uno lento ed uno veloce) che forniscono risultati significativamente diversi, sulla relativa impossibilità di datazione accurata degli inchiostri deposti.

In ogni caso è pressoché impossibile stabilire se due diverse scritture siano state apposte nell’arco di breve tempo l’una dall’altra (ore o giorni).È possibile invece la sequenza temporale dei tratti grafici che stabilisce se una scrittura, ad esempio una firma, è stata apposta prima o dopo un’altra. Però questa metodologia è possibile solo in presenza di sovrapposizione dei tratti delle due scritture (olografia conoscopica).

Dalla letteratura emerge anche come la datazione dei documenti manoscritti sia sempre molto approssimativa e non sia possibile esprimere mai un parere di certezza tecnica e ciò per svariati motivi, quali la mutazione degli inchiostri (pigmentazione) e dell’attrezzo scrittorio, dell’esposizione del documento in esame a fonti di calore, raggi solari, caldo, freddo, fonti di luce, agenti atmosferici, ecc. che peraltro interferiscono in modo diverso al variare del tipo di inchiostro.Se, ad esempio, un documento manoscritto con penna a biro viene esposto ai raggi solari, o posto in un forno, viene invecchiato di molti anni. Inversamente nel caso di collocazioni in freezer.

L’olografo commerciale (Conopoint3 della Ofir) è in pratica un profilometro.

Comunque la Chimica Analitica ha applicato al problema metodi più sofisticati. L’analisi degli inchiostri può essere infatti effettuata con spettrometria Raman e spettroscopia di fluorescenza a raggi X (XRF), impiegando sia strumenti portatili, sia strumenti da banco. La spettrometria Raman fornisce informazioni sui composti impiegati, la spettroscopia XRF, identifica gli elementi-chiave e dà informazioni addizionali sugli elementi presenti in tracce, permettendo così di evidenziare le differenze di distribuzione elementare tra zone diverse del manoscritto. Anche l’HPLC, la cromatografia liquida a fasi invertite in qualche caso con pre-estrazione in fase solida, e la Gas-massa (GC-MS), sono state applicate all’analisi chimica degli inchiostri per risalire dalla loro composizione, alterata rispetto all’originale dal processo di invecchiamento, alla data di applicazione. Sono anche noti metodi ancor più articolati come quello di usare diagrammi ternari costruiti per i coloranti presenti nell’inchiostro, ma anche in questo caso sono riportate datazioni errate per campioni esposti per tempi prolungati alla luce di lampade a fluorescenza od a quella solare o a fonti di calore. Anche metodi più semplici come la spettrofotometria UV-Visibile o i.r. con misure di assorbanza, l’analisi elettrostatica (ESDA) hanno trovato applicazioni. In studi più recenti anche il microscopio elettronico e la datazione al radio carbonio (ovviamente nel caso di documenti antichi) ha fornito risultati di un certo interesse.

applicazione dell’olografica conoscopica. http://www.ilgrafologo.it/doc/29-34.PDF

Si è già accennato ad un altro metodo, l’olografia conoscopica che è in grado di effettuare delle “scansioni” non a contatto con elevatissima precisione (micrometrica) e ripetibilità del campione oggetto della misura. Il file che viene generato è composto dalla terna X-Y-Z di ogni singolo punto campionato, il che significa che anche nel caso di una scansione di un’area limitata possiamo dare origine ad un file composto anche da qualche milione di punti X-Y-Z, file che viene anche chiamato in gergo “nuvola di punti”.Occorre inoltre notare che il sistema rileva la mappa topografica del campione, conseguentemente non ha alcuna importanza il colore dell’inchiostro o della carta e tantomeno la mano o le mani che hanno tracciato i tratti. È anche possibile rilevare dei solchi che sono stati marcati e poi cancellati;l’apparecchiatura 3D consente di effettuare delle misure inerenti alla profondità dei solchi, alla larghezza degli stessi, ecc.

Due altri aspetti che rappresentano elementi di incertezza e che devono essere valutati riguardano la carta che invecchiando, dal momento della sua fabbricazione, è soggetta anch’essa ad un processo di invecchiamento (produzione di gruppi carbossilici e frammentazione della catena cellulosica) che potrebbero influenzare il processo estrattivo.Inoltre nella costituzione della carta sono presenti ioni metallici in traccia, peraltro distribuiti casualmente e disomogeneamente: anche questi possono influenzare il processo estrattivo ostacolandolo

CONCLUSIONI

La determinazione dell’età di un inchiostro deposto è problema complesso e di non semplice soluzione in quanto il processo di invecchiamento risulta in misura determinante influenzato dalle condizioni di conservazione (temperatura, illuminazione, ambiente chimico) nonché dall’invecchiamento della carta e dalla sua composizione.Il metodo dell’estrazione risente in particolare di queste dipendenze, anche se è fra quelli più impiegati.La correlazione fra maturazione e completamento del processo di invecchiamento ed estraibilità alla base di tale metodo- applicato al caso in questione -ha anche una dipendenza dalla cinetica del processo stesso e dalla dificoltà di definire uno standard. Metodi più sofisticati sono certamente in grado di fornire risposte più accurate (a questo proposito rispetto a quanto riportato nel post c‘è da osservare che non si tratta di problemi di precisione, che è invece fondamentale per definire gli intervalli di incertezza, necessari per dare significatività alle misure al fine di dare significatività ad eventuali differenze), ma richiederebbero campionamenti nuovi (visto il carattere distruttivo del metodo per estrazione), introducendo quindi un ulteriore elemento di incertezza.

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  25. Brunelle, Richard L.; Pro, Maynard J. Systematic   approach to ink   identification. Firearms Div., Intern. Revenue Serv., Washington, DC, USA, Journal – Association of Official Analytical Chemists (1972), 55(4), 823-6.
  26. Hofer, R. Dating of ballpoint   pen   ink, Forensic Science Division, Document Laboratory, Zurich Canton Police, Zurich, Switz, Journal of Forensic Sciences (2004), 49(6), 1353-1357.
  27. L. Brunelle & K.R. Crawford: Advances in the forensic analysis and dating of writing ink. C.C. Thomas Publisher, Springfield, IL, USA, 2003

Library Everywhere: una biblioteca per tutti

In evidenza

Alfredo Di Nola*

Un progetto di volontariato a cui tutti possono partecipare

Sviluppato da Alfredo Di Nola, Nico Sanna e Gianluca Sbardella

http://www.libraryeverywhere.com

Nei paesi in via di sviluppo, ma non solo, molte scuole e molte piccole comunità, che in realtà rappresentano una gran parte della popolazione mondiale, non hanno una biblioteca e non potranno mai averne una. Questo perché una biblioteca tradizionale, anche piccola, è molto costosa. Richiede una stanza abbastanza grande, attrezzata con scaffali, tavoli e sedie.

Inoltre ha bisogno di condizioni climatiche (quali umidità, temperatura e altro) controllate per fare in modo che i libri non si deteriorino nel tempo.

E ancora, va continuamente aggiornata e ha bisogno di un bibliotecario, più o meno esperto, cioè di una persona che sia in grado di acquistare i libri, catalogarli e gestire il prestito.

Si può calcolare che una biblioteca di 3-4000 libri, in cui già ci siano le mura può costare circa 15.000 euro, considerando che ci sono comunque dei lavori da fare all’interno e l’arredamento da procurare.

I libri sono per noi una cosa molto comune, ma per queste comunità sono spesso una cosa molto rara perché magari il paese più vicino, dove poter andare per prendere un libro, dista parecchi chilometri o perché le strade sono difficilmente accessibili.

Oggi, con la possibilità di avere i libri digitali, le cose possono essere molto più semplici e per questo abbiamo pensato di creare una biblioteca di libri digitali, che offre molti vantaggi rispetto a una biblioteca cartacea.

Caratteristica di questa biblioteca è quella di essere contenuta in una pen-drive. Può essere facilmente installata in uno o più pc, dove si troveranno il catalogo e ovviamente i libri. Può essere liberamente duplicata: in pratica è pensata per essere virale.

I libri si potranno leggere sia sullo schermo del pc, sia su un lettore di libri digitali, chiamato e-reader. Nel catalogo sono inoltre incluse informazioni sui singoli autori e sui libri.

Il costo di tutti questi oggetti è circa il seguente: un pc che possa contenere il catalogo e i libri può costare intorno ai 250 euro e un lettore di libri digitali intorno ai 70-80 euro, anche meno, e quindi con 500 euro si ha già a disposizione un sistema funzionante. La pen-drive viene fornita gratuitamente.

C’è da considerare che in molti casi le scuole o le comunità già possiedono uno o più pc per cui, almeno all’inizio, potranno non spendere nulla.

Questa biblioteca non richiede alcuna connessione a internet; questo può sembrare un controsenso, trattandosi di una biblioteca digitale, ma occorre tener presente che circa il 50% della popolazione mondiale non ha accesso diretto a internet e spesso, quando lo ha, è molto ballerino, anche perché la fornitura di energia elettrica è discontinua e solo per poche ore al giorno. A questo inconveniente si può sopperire con un piccolo pannello solare (ormai se ne trovano portatili e a un costo relativamente basso) e/o un piccolo accumulatore. Inoltre gli e-reader hanno un’autonomia che può arrivare fino ad alcune settimane.

La nostra biblioteca verrà costantemente implementata con l’aggiunta di libri e può essere aggiornata collegandosi al nostro server.

Per questa operazione serve ovviamente il collegamento a internet e potrà essere fatta andando in un internet point, se non si possiede già un collegamento autonomo.

Come abbiamo già detto, il catalogo, l’aggiornamento e la classificazione dei libri saranno fatti da noi e pertanto non sarà necessario un bibliotecario esperto.

Attualmente abbiamo estratto dalla rete libri in inglese esenti dal diritto d’autore.

Purtroppo i libri esenti dal diritto d’autore arrivano fino ai primi del novecento. Ne abbiamo selezionati circa 1000 e abbiamo creato il catalogo. Questi sono adatti a tutti i gusti: si va dalle favole dei fratelli Grimm o di Perrault, ai libri della Austen, Alcott, London, Conrad, Dumas, Verne, Conan Doyle, Balzac, Dickens, Stevenson, Defoe, Twain, Tolstoj, Dostoevskij, Proust ecc.

Noi speriamo che editori di libri in inglese vogliano aiutarci regalandoci un po’ di classici più recenti.

Oltre ai libri di letteratura abbiamo anche un corso scolastico completo dalla prima alla dodicesima classe, per un totale di oltre 200 libri.

Nel 2016 abbiamo provato il funzionamento della biblioteca in due scuole in Kerala ed è stato un buon successo. Abbiamo quindi perfezionato il tutto e da pochi mesi ci stiamo occupando della diffusione dell’iniziativa.

In realtà questa biblioteca può essere utile anche nelle scuole del cosiddetto mondo sviluppato. Ad esempio può essere molto utile nelle scuole come supporto a corsi di lingua inglese, sia in Italia che nel resto d’Europa. Quasi tutte le scuole hanno ormai un’aula di informatica; si può gratuitamente installare la Library Everywhere nei loro pc e gli studenti potranno sia copiarla tutta sul loro pc, sia scegliere un libro dal catalogo e leggerlo su uno smartphone, un e-reader o sul loro pc o tablet.

 

Come contribuire

 

Chiunque può ottenere la pen-drive contenente la biblioteca con i programmi per installarla e aggiornarla. In alternativa può scaricarla dal nostro server.

La Library Everywhere è pensata per essere virale, cioè può essere liberamente installata e duplicata.

Si può contribuire alla sua diffusione in molti modi, quali ad esempio:

  • Diffusione del progetto presso associazioni (ONLUS, enti, parrocchie ecc.), che siano interessate a installare la biblioteca in scuole e comunità nei Paesi in via di sviluppo.
  • Diffusione del progetto attraverso articoli su giornali e interviste televisive.
  • Diffusione attraverso contatti diretti con enti governativi italiani o stranieri.
  • Contatti diretti con comunità o scuole ubicate nei Paesi in via di sviluppo.
  • Installazione della biblioteca in scuole europee come supporto ai corsi di lingua inglese.
  • Richieste a editori di libri in inglese di contribuire donando e-book esenti dal diritto d’autore, almeno per la parte digitale.
  • …..

Le limitazioni sono le seguenti:

  1. Il catalogo della Library Everywhere richiede il sistema operativo Windows (da 7 in poi)
  2. Non può essere modificata in nessun modo e va diffusa con il suo nome e facendo riferimento al nostro sito.
  3. Non può essere usata per fini commerciali.
  4. Non è necessaria nessuna autorizzazione preventiva per la sua diffusione, ma noi apprezzeremo molto se ogni nuova installazione sarà comunicata via mail a alfredo@dinola.it indicando i nomi e i recapiti dei proponenti e dei gestori.

 

Un dubbio

Questo si può considerare colonialismo culturale?

Rispondo con un mio scritto a proposito degli aiuti all’Africa sub-sahariana.

Perché aiutare l’Africa?

Chiunque sia andato in Africa è rimasto commosso nel vedere che gli Africani spesso dormono distesi per terra su una stuoia o nel vedere le donne che compiono lunghi percorsi per approvvigionarsi di acqua, anche là dove per trovarla (come nella foresta equatoriale) sarebbe sufficiente scavare un pozzo di una quindicina di metri.

L’istinto sarebbe di fornire loro i letti e di scavare i pozzi. Ma dovremmo prima domandarci se ciò sia giusto.

La costruzione di un letto non è molto difficile, come pure scavare un pozzo non troppo profondo. Gli Africani lo sanno e se non lo fanno ciò dipende dalla loro cultura. Infatti, l’Africano tende a vivere in equilibrio con la natura e a differenza di noi non tende a modificarla. Per questo non ha costruito edifici memorabili, come le nostre cattedrali e non ha costruito strade come hanno fatto gli antichi Romani o costruito dighe o acquedotti.

Questo aspetto della loro civiltà ha dei vantaggi: ad esempio non distrugge l’habitat e non porta il mondo alla rovina per la produzione di anidride carbonica o di altri veleni. Se il mondo rischia la catastrofe ecologica, questo lo deve a noi occidentali.

Quindi alla domanda se dobbiamo essere noi a costruire letti, strade, acquedotti dovremmo rispondere di no.

Un’altra cosa che incute orrore sono le bidonville, che circondano le grandi città, con il loro carico di dolore. Ma se ci pensiamo un attimo dobbiamo concludere che le bidonville le abbiamo portate noi. Nell’Africa sub-sahariana non esistevano grandi città e quindi le bidonville. Queste sono il frutto della interazione col nostro mondo.
Anche questo aspetto dovrebbe farci riflettere sulla presunta superiorità della civiltà occidentale.

Potremmo concludere che non dobbiamo costruire nulla, ma almeno aiutarli a curare le malattie che li affliggono come malaria, tubercolosi e aids. Sappiamo che la mortalità infantile è molto alta e che la vita media è incomparabilmente più bassa della nostra.

Anche in questo caso dobbiamo prima riflettere. Sappiamo che una donna africana arriva anche ad avere dieci gravidanze nella sua vita e che solo tre o quattro figli raggiungono l’età adulta. Se avessimo la bacchetta magica e potessimo debellare in un colpo tutte le loro malattie, la conseguenza sarebbe un’esplosione demografica in assenza di lavoro per tutti e di cibo. Dobbiamo quindi concludere che anche in questo caso gli Africani hanno raggiunto un equilibrio con la natura e che sarebbe bene non fare nulla.

Ma è proprio così?

Se l’Africa fosse un sistema chiuso e isolato forse sarebbe opportuno lasciarla nel suo equilibrio.

Tuttavia l’Africa da sempre è stata in contatto con le altre civiltà, in particolare con la nostra, che, a differenza della loro, tende a sopraffare le altre, come è accaduto ad esempio con i nativi americani. Al contatto col nostro mondo l’Africano non ha difese da opporre né culturali, né fisiche e ciò è fonte da sempre di enormi catastrofi.

In conclusione è giusto aiutare l’Africa e in questo caso cosa dovremmo fare?

La mia risposta è che, poiché non è un sistema isolato, dobbiamo cercare di aiutarla e che il problema è soprattutto culturale. Quindi dobbiamo aiutare l’Africano ad avere gli strumenti culturali per affrontare e risolvere i suoi problemi.

Questo vuol dire che non dobbiamo cercare di debellare le malattie?
Anche in questo caso occorre agire contemporaneamente su più fronti: ad esempio diminuire la mortalità, ma anche permettere uno sviluppo demografico sostenibile. Questo ultimo si ottiene solo attraverso una diffusione della cultura.

Credo di aver chiarito che la diffusione della cultura sia, secondo la mia opinione, una condizione irrinunciabile per lo sviluppo dell’Africa.

Ma sorge subito un’altra domanda: cosa dobbiamo insegnare?

Dobbiamo parlare di Aristotele? Dobbiamo parlare delle guerre napoleoniche? Dobbiamo portare la nostra cultura e trasformarli in tanti piccoli lord?

La mia risposta è no. Portare la cultura non è così semplice come si potrebbe pensare. Per non trasformare gli Africani in occidentali dobbiamo certamente far loro conoscere la nostra cultura, ma lo scopo deve essere quello di aiutarli a sviluppare la loro. Questo è, secondo me, l’aspetto più difficile, che va affrontato con estrema cautela.

*Alfredo Di Nola, alfredo@dinola.it

Alfredo Di Nola è nato a Roma ed è laureato in Fisica.

Ordinario di Chimica Fisica,  presso il Dipartimento di Chimica della Sapienza-Roma. Attualmente è in pensione. La sua attività di ricerca è stata principalmente focalizzata nell’ambito della Chimica-Fisica teorica e computazionale, mediante simulazioni di dinamica molecolare classica e quantistica. Dal 2004 si occupa di volontariato nell’ambito della diffusione della cultura.

 

Inquinamento ed estrazione mineraria.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Due notizie di questi giorni mettono al centro uno dei problemi più importanti nella gestione delle risorse minerarie ed in genere delle risorse, ossia il crescente inquinamento prodotto da un approccio che privilegia il profitto e non la gestione razionale, che danneggia dunque noi tutti come passeggeri di una nave cosmica che non ha zattere di salvataggio o sostituti.

In parte questi problemi sono dovuti al fatto che le risorse minerarie non sono infinite e che dunque certi problemi sono inevitabili: i costi crescono a causa del crescente impoverimento dei giacimenti; il problema è che chi estrae cerca di scaricarli sempre più sulla comunità con comportamenti che privilegiano l’attività privata e non il bene pubblico.

Da una parte la Regione Basilicata ha sospeso l’attività del Centro Oli di Viggiano dell’ENI, poichè l’ENI non ha rispettato le norme anti-inquinamento ed i prodotti dell’attività estrattiva si sono riversati ripetutamente nell’aria, nella terra e forse nel fiume Agri; dall’altra El Salvador il più piccolo stato centro-americano, affacciato sul Pacifico ha approvato una legge che vieta quasi completamente l’attività mineraria che ha portato finora (insieme principalmente all’agricoltura estensiva) all’inquinamento del 90% delle acque superficiali; e questo dopo una lotta legale e politica contro i giganti economici multinazionali che estraggono soprattutto oro.

Vi racconto le due storie, che mi sembrano per molti aspetti simili, brevemente.

El Salvador , 21000 kmq di foreste affacciate sul Pacifico, è stato anche teatro di una lunghissima guerra civile. Finalmente nel 1992 c’è stato un accordo fra le due fazioni politiche e nel 2009 le sinistre hanno vinto le elezioni.

Geograficamente El Salvador è caratterizzato da un territorio esposto al clima oceanico con una densità di popolazione di circa 300 ab/kmq (50% più dell’Italia); molti giacimenti minerari e agricoltura estensiva. Il fiume principale è il Lempa, navigabile per molte miglia ed intensamente sfruttato; diverse dighe lungo il suo percorso consentono l’irrigazione e la produzione di rilevanti quantità di energia idroelettrica. A sud del suo bacino, si è sviluppata la coltivazione di agave sisalana, pianta utile alla fabbricazione di corde, spago, cappelli e tappeti ed altri manufatti. Le attività industriali e agricole nel bacino del Lempa ne hanno però fortemente inquinate le acque, ormai per gran parte non potabili, a causa dell’uso massiccio di prodotti chimici. (da wikipedia)

(ovviamente per chimici wikipedia intende di sintesi).

La goccia che ha fatto traboccare il vaso, creando un vero e proprio movimento sociale, è stata la cava progettata dalla Pac Rim Cayman. La società, controllata della canadese-australiana OceanaGold, aveva ottenuto una licenza per aprire una miniera d’oro nella provincia settentrionale di Cabañas, licenza respinta nel 2005 per non aver soddisfatto tutti i requisiti di legge.

Con la crescita dell’opposizione al progetto, sono aumentati anche gli scontri intorno alla miniera, causando la morte di diversi attivisti. La questione si è risolta lo scorso anno attraverso un arbitrato commerciale internazionale. Il tribunale ha dato ragione al governo salvadoregno, respingendo tutte le richieste della società. La OceaneaGold è stata condannata a pagare un risarcimento di 8 milioni di dollari a cui si aggiunge un ulteriore, multa per (NON) aver ancora versato la somma.

http://www.rinnovabili.it/ambiente/el-salvador-bandire-miniere-di-metalli-666/

L’arbitrato è durato anni ed è costato moltissimo allo stato di El Salvador; è un esempio delle procedure previste da accordi come TTIP (che noi finora ci siamo scansati) e che prevedono che una multinazionale, a determinate condizioni, possa chiamare in giudizio uno stato che fa leggi che impediscono di realizzare profitti; nel caso specifico ripeto siamo dovuti arrivare ad un inquinamento del 90% delle acque per far bloccare ulteriori inquinamenti.

Stranamente in queste regole non è previsto il contrario, ossia che se una multinazionale inquina poi non solo paga, ma se per questo deve interrompere la sua attività, dovrebbe comunque continuare a pagare le royalties promesse al momento iniziale e su cui i bilanci pubblici si sono basati. E di questo vediamo le conseguenze in Basilicata.

http://www.internazionale.it/notizie/2017/01/31/salvador-pace-anniversario

I difensori della nuova legge dimostrano la propria soddisfazione davanti al Parlamento. (Marvin Recinos / AFP)

La situazione della Basilicata in parte la conoscete se avete seguito le vicende del referendum contro le trivellazioni; in quel periodo tutti i giornali erano anche pieni della questione Guidi – Gemelli; per quella indagine su una conversazione fra i due relativa al fatto che il Governo stava per approvare un investimento che avrebbe facilitato la vita di Gemelli, compagno della Guidi e procacciatore d’affari per Total, la Guidi si dimise e Gemelli è stato indagato insieme ad altri. Pochi giorni fa l’indagine si è chiusa con un nulla di fatto sulla questione per quanto riguarda lo stralcio di indagine riguardante Gemelli (Total, Tempa Rossa); (la conversazione c’è stata ma non si può provare la corruzione o l’interesse privato); ma la questione non si è chiusa sul fronte inquinamento (ENI, COVA).

Sono due i filoni principali delle indagini : il primo sul Centro Oli in Val d’Agri a Viggiano dell’Eni, (COVA) , l’altro sull’impianto estrattivo della Total a Tempa Rossa. La questione Guidi riguardava i permessi e la gestione di Tempa Rossa, mentre l’inquinamento riguarda il Centro Oli ed ENI (COVA). Per maggiori informazioni leggete qui:

https://oggiscienza.it/2016/04/01/petrolio-basilicata-eni-inchiesta/

https://oggiscienza.it/2016/07/27/centro-oli-viggiano-inchiesta/

Per l’inquinamento dovuto all’attività estattiva furono condannati in vario modo 6 dei 60 imputati. La questione è complessa e ingarbugliata e soprattutto l’attenzione mediatica alle vicende Guidi-Gemelli ha rischiato di far passare in secondo ordine quelle ben più serie dell’inquinamento dovuto ad errori di gestione od a vere e proprie truffe agite da alcuni e per le quali alcuni funzionari dell’Eni erano stati arrestati (cambio dei codici dei rifiuti, inquinamento dell’acqua e del suolo per scarico di ammine e di sotto prodotti gassosi del raffinamento del gas e del petrolio).

Ad agosto scorso il COVA, che era stato sequestrato, fu dissequestrato per permettere all’Eni di eseguire le modifiche impiantistiche che avrebbero dovuto risolvere l’inquinamento. Una delle conseguenze del sequestro (ma sarebbe giusto dire degli errori dell’ENI) è stata l’interruzione delle attività e la conseguente riduzione delle royalties pagate alla Regione e ai Comuni interessati, cosa che ha mandato in crisi i bilanci regionali e comunali; ma di questo non possono essere considerati responsabili gli ambientalisti e i comitati che si oppongono all’inquinamento, ma solo i responsabili dell’inquinamento e chi non ha rispettato le leggi.

Cosa sta succedendo adesso?

Nulla di nuovo; a seguito di recenti controlli dell’ARPAB, si sono trovati ferro, manganese e IPA (idrocarburi policiclici aromatici) nell’area del COVA adiacente al fiume Agri col rischio di inquinamento del fiume stesso e dell’acquedotto del Pertusillo. L’ENI ha chiuso nuovamente il COVA su ordine della Regione.

Così si esprime un giornale locale riassumendo la vicenda che dura ormai da più di un anno:

Il 19 aprile scorso, dopo la conferma del sequestro da parte del Tribunale del Riesame, cui l’Eni aveva presentato ricorso, e del blocco dell’attività, vi fu un ricorso in Cassazione e l’Eni, promise di individuare alcune soluzioni e così lo scorso agosto venne dissequestrato l’impianto, ma con diverse problematiche anche su altre zone e per diversi dipendenti, mentre ad oggi si sostiene che tale contaminazione è andata oltre e dopo la notizia diramata nei giorni scorsi dalla Giunta Regionale della Basilicata per il blocco delle estrazioni petrolifere, alle ore 14.30, di oggi, martedì 18 aprile, a Potenza, il presidente della Regione Basilicata, Marcello Pittella, subito dopo le vacanze di Pasqua, terrà una conferenza stampa per fare il punto della situazione e incontrerà i giornalisti nella Sala Verrastro, al primo piano di viale Vincenzo Verrastro 4. Mentre giunge anche un’appello dall’Ing. Alberti all’Eni e al sindaco di Viggiano, Amedeo Cicala, di realizzare urgentemente una profonda trincea lungo il fiume Agri, prima che il petrolio lo contamini e con esso anche il Pertusillo.

(per i risultati di questo incontro si veda qui).

Mi chiedo come mai non esista un equivalente della clausola che negli accordi internazionali garantisce i profitti, ma dal punto di vista del bene pubblico; se io investitore per mia manchevolezza tecnica non solo inquino ma, una volta scoperto, sono costretto a sospendere l’attività e di conseguenza non pago più royalties, come mai non sono stavolta obbligato a pagare alla collettività le royalties promesse e su cui si basano i bilanci pubblici? (oltre ad eliminare le cause dell’inquinamento)

Questa è la domanda che rivolgo ai giornali di parte padronale come il Sole 24 ore che si lamentano dei mancati profitti e ridono delle mancate royalties riproponendo il ricatto fra lavoro e inquinamento.

Caro Sole 24 ore oil&gas non è strangolato dai nimby, come mal raccontano i vostri titoli, ma dalla sete di guadagno che non si ferma nemmeno davanti alla distruzione dei beni pubblici. Si vergognino gli inquinatori, non chi difende l’ambiente.

Costituzione Italiana:

Articolo 41

L’iniziativa economica privata è libera. Non può svolgersi in contrasto con l’utilità sociale o in modo da recare danno alla sicurezza, alla libertà, alla dignità umana. La legge determina i programmi e i controlli opportuni perché l’attività economica pubblica e privata possa essere indirizzata e coordinata a fini sociali.

Per approfondire:

http://www.ansa.it/sito/notizie/cronaca/2017/04/18/inchiesta-sul-petrolio-in-basilicata-57-rinvii-a-giudizio_6e4db091-b8a5-4950-97d8-dd7aa3623588.html

https://www.theguardian.com/global-development/2016/oct/14/el-salvador-world-bank-tribunal-dismisses-oceanagold-mining-firm-250m-claim

http://www.lastampa.it/2017/04/15/economia/eni-inadempiente-basilicata-chiude-il-centro-oli-di-viggiano-c03t34XOEHYwjymS3zNYMN/pagina.html

https://it.wikipedia.org/wiki/El_Salvador#Il_XX_secolo_e_la_guerra_civile

Analisi chimica oggi.

In evidenza

Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Generalmente chi ricorre all’analisi chimica per un problema nuovo ritiene che, tra i tanti, esista già un metodo adatto per i suoi scopi, lo ricerca e talvolta lo adatta e lo applica personalmente; da questa acritica propensione, come si è già rilevato, possono derivare molti danni.

La chimica analitica, ben conscia di questo, ha fortemente sviluppate, e ampiamente e soddisfacentemente applicate, una filosofia e una prassi che le permettono di affrontare con sistematicità nuovi problemi conoscitivi e nuovi campi di committenza; come può essere rilevato:

  • nella cura con cui vengono affrontati i problemi del linguaggio e delle definizioni;
  • nel cosiddetto iter analitico, cioè nel percorso logico e procedurale che ogni analisi deve seguire senza omissioni e alterazioni, ossia nell’insieme coerente dei mezzi e delle operazioni che partono dalla definizione dei problemi e giungono alla soddisfacente soluzione di essi;
  • nell’organizzazione internazionale per le analisi di qualità (v. oltre).

L’iter analitico consta delle seguenti parti nel seguente ordine:

  • approccio analitico ai problemi e ai sistemi,
  • prelievo dei campioni,
  • trattamenti e separazioni,
  • taratura,
  • calibrazione,
  • misurazione,
  • valutazione dei dati sperimentali,
  • elaborazione dei dati sperimentali,
  • classificazione,
  • immagazzinamento e recupero delle informazioni.

Il risultato è la caratterizzazione chimica (compositiva, strutturale, correlativa e alterativa); ove l’operazione sia finalizzata ad una diagnosi,come ad esempio in archeologia spetterà a quest’ultima disciplina la sua utilizzazione per diagnosi e interventi, in armonia e in accordo con la caratterizzazione umanistica.

L’analisi chimica ha per oggetto un sistema, la determinazione chimica di un analita (componente o proprietà del sistema), la misurazione di una grandezza fisica del sistema. Il risultato della misurazione, la misura, è dipendente sia dall’analita che dalla matrice; una o più misure concorrono a una determinazione; una o più determinazioni costituiscono un’analisi. Si suole distinguere anche tra tecnica, metodo, procedimento e protocollo.

Per tecnica analitica si intende lo studio (con prospettive di applicazioni) delle correlazioni tra quantità di sostanza e grandezza fisica relata misurabile; essa descrive i principi e la teoria delle interazioni, le apparecchiature per generare e per definire qualitativamente e quantitativamente le energie in gioco, i rivelatori e i sensori. Esempi: tecniche ottiche e spettrali, elettrochimiche, termiche, separative, cromatografiche, isotopiche, chimiche, biologiche.

Un metodo è l’adattamento di una tecnica a una categoria di problemi e deve comprendere tutto l’iter analitico (spesso però viene riduttivamente inteso come la sua parte centrale che va dai trattamenti dei campioni alla valutazione dei risultati sperimentali); un metodo analitico descrive e prescrive le caratteristiche del laboratorio e degli operatori, i reattivi e i materiali di riferimento, le apparecchiature e i procedimenti. Un metodo (o parte di esso) con l’adeguamento a situazioni specifiche diventa procedimento; protocollo è l’insieme di istruzioni da seguire alla lettera nell’applicazione di un procedimento elevato a norma ufficiale.

Metodo non va confuso con metodologia, che è il discorso globale comprendente tutti e quattro i termini; da scoraggiare è anche l’uso dei termini metodica (si tratta di un aggettivo) e procedure (termine giuridico).

Per meglio chiarire la differenza tra misurazione e analisi si tenga presente che sei delle sette grandezze di base del Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI): lunghezza, massa, tempo, intensità di corrente elettrica, temperatura termodinamica e intensità luminosa, sono grandezze fisiche, la settima, la quantità di sostanza è grandezza chimica. L’analisi chimica coinvolge sempre la settima grandezza e, a seconda dei casi, una o più delle altre sei; pertanto essa è sempre dipendente da grandezze fisiche e dal tipo di energia da queste definito.

Da questa premessa si può trarre ragione della classificazione dei metodi analitici basata sul tipo di energia in gioco, di cui qui appresso si riportano esempi.

Nuove prospettive per il ciclo idrico integrato.

In evidenza

Mauro Icardi

Sull’inserto del quotidiano “Repubblica” dedicato alla salute è uscito martedì scorso,11 Aprile ,un articolo intitolato significativamente “Com’è buona l’acqua del rubinetto” a firma di Elvira Naselli. Articolo abbastanza esaustivo e soprattutto articolo che prova per l’ennesima volta a demolire miti e paure radicate nella pubblica opinione. Miti e paure che spesso verifico anche personalmente, soprattutto quando seguo le discussioni sul tema acqua sui social network. Che spesso sono (purtroppo) la cassa di risonanza di invenzioni pure, baggianate colossali e che soprattutto non permettono quasi mai la possibilità di sviluppare una discussione propositiva. Anche questo è un problema emergente che è campo di studio soprattutto dei sociologi. Auguro loro buon lavoro.

Tornando in tema l’articolo di Repubblica oltre a spiegare che l’acqua del rubinetto non è responsabile della calcolosi renale, ci permette di capire anche che non esiste un’acqua “colesterol free”.

Ma è probabile che l’assuefazione all’essere bombardati da messaggi pubblicitari abbia avuto certamente effetti deleteri. Di solito chi non si fida a priori dell’acqua potabile adduce di solito l’obiezione che l’acqua sia troppo dura, o che sappia di cloro (situazioni che per altro si risolvono eventualmente con impianti appositi, ma solo se effettivamente necessario, e nel secondo caso semplicemente lasciando evaporare l’acqua spillata da rubinetto in una brocca per far evaporare l’eventuale cloro residuo).

E non manco mai di far notare che generalmente una bottiglia di un’acqua minerale di marca da un litro e mezzo che si paga indicativamente 50 centesimi corrisponde alla fornitura di circa 300 litri di acqua dell’acquedotto. Ovviamente poi ognuno può fare le proprie scelte.

Ci sono in Italia situazioni contrastanti. Il 44% degli Italiani ha optato per il consumo di acqua di rubinetto, i restanti consumano 208 litri all’anno di acqua in bottiglia rendendo l’Italia il terzo paese per consumo mondiale di acqua imbottigliata dietro a Messico e Thailandia.

Per quelli che hanno optato per l’acqua del rubinetto la buona notizia è che nel futuro, prima come adesione volontaria, e successivamente come obbligo normativo, le aziende che distribuiscono acqua potabile si doteranno di un Water Safety Plan. Questa decisione deriva dalla revisione della direttiva 98/83/CE sulla qualità delle acque destinate al consumo umano (recepite dal Dlgs 31 del 2001 in Italia).

La fornitura di acqua qualitativamente idonea all’uso umano è attualmente garantita in Italia da una serie di misure normative particolarmente rigorose, da prassi consolidate nei sistemi di gestione idrica in grado di assicurare la produzione di acque sicure, e da un livello di sorveglianza particolarmente esteso e capillare.

Questo impegno viene svolto da laboratori attrezzati e che tra le altra cose impegnano il personale impiegato nella verifica delle metodiche utilizzate e nel controllo delle prestazioni fornite dal laboratorio in termini di precisione e accuratezza dei risultati analitici, sia per i parametri chimici che per quelli microbiologici.

Nel futuro l’adozione di un piano di sicurezza impegnerà i gestori in un lavoro di carattere multidisciplinare. Si tratterà di predisporre un piano dettagliato di analisi dei rischi e delle possibili contaminazioni sull’intera rete idrica, e nei vari punti di diramazione e di snodo.

Questo approccio avrà due effetti da punto di vista del lavoro degli addetti ai laboratori. Maggiore impegno nella rilevazione di patogeni e sostanze di sintesi emergenti (per esempio interferenti endocrini).

Dovranno essere rivisti e migliorati i criteri di campionamento ed il livello di prestazione dei metodi analitici. Dovrà essere valutato l’impatto dei cambiamenti climatici sulle acque destinate al consumo umano, ma in generale sull’intero ciclo idrico, dalla captazione alla depurazione.

Questo per la ragione che l’impoverimento di molte aree di approvvigionamento idrico ha un impatto sempre più rilevante sulla quantità e sulla qualità delle acque.

Si dovranno sviluppare altresì sistemi di monitoraggio in continuo della rete acquedottistica per verifiche non solo della situazione idraulica e distributiva, ma anche per la determinazione di parametri chimici in continuo.

In Italia circa l’85% delle acque destinate al consumo umano viene prelevata dalle falde. Questo garantisce una miglior qualità ed una maggiore gradevolezza (particolare non indifferente quando poi si tratta di ottenere il gradimento dell’utenza). Ma le falde sono più vulnerabili a situazioni di eventuali contaminazioni o inquinamenti. E quindi necessitano di attenti interventi di protezione e monitoraggio.

Nel futuro l’impegno sarà quello di garantire la salvaguardia della salute pubblica, e nello stesso tempo di fornire un’acqua gradevole per chi la consumerà.

E tutto questo si dovrà interfacciare con uso oculato e sostenibile della risorsa acqua, ma delle risorse in generale.

Riferimenti utili.

  1. World Health Organization. Guidelines for drinking-water quality incorporating first addendum. Geneva: WHO Ed. 2006; Vol. 1, 3rd ed. 2
  2. UNI EN ISO 22000. Sistemi di gestione per la sicurezza alimentare. Requisiti per qualsiasi organizzazione nella filiera alimentare. Milano: Ente Nazionale Italiano di Unificazione; 2005.
  3. World Health Organization. Water safety plan manual: Step-by-step risk management for drinking-water suppliers. Geneva: WHO Ed.; 2008 Vol. 1, 3rd ed.

 

I misteri di Report.

In evidenza

Claudio della Volpe

Pochi giorni fa la trasmissione Report ha denunciato come “misterioso” e non giustificato l’aver trovato una certa quantità di titanio, nelle bibite gasate che stava analizzando per motivi legati al loro metodo di produzione; in effetti è un buon argomento di vendita la “misteriosità” della ricetta di alcune di queste bibite e nell’ambito di una trasmissione sulla Coca-Cola il tema presenta un certo interesse. Ho seguito anch’io quella trasmissione e sono rimasto colpito da questo apparente “mistero”; non essendo un esperto ho voluto approfondire. Il titanio era riportato alla concentrazione di alcuni ppb, ossia parti per miliardo, che corrispondono a microgrammi per chilogrammo.

Inoltre nei medesimi giorni un intervento sul nostro blog ha riguardato un analogo tema; infatti nel post: Poletilentereftalato nell’industria alimentare

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2016/01/24/polietilene-tereftalato-nellindustria-alimentare/

pubblicato oltre un anno fa Luigi Campanella poneva l’accento sui problemi legati alla cessione da parte del PET, il polietilentereftalato, il componente essenziale dei contenitori; esso potrebbe avere problemi di cessione specie se la conservazione delle bottiglie non è fatta nel modo migliore.

In quel post Luigi riportava la presenza di piccole quantità di antimonio nella soluzione, ma soprattutto di componenti provenienti dal polimero e di elementi di degradazione del PET che secondo alcuni autori potrebbero addirittura avere effetti mutageni; vi rimando al post e ai lavori in esso citati per maggiore completezza.

In un recente intervento sul post un lettore poneva la domanda se la presenza di titanio, i cui composti stanno sostituendo l’antimonio come componente dei catalizzatori di polimerizzazione del PET, può essere giustificato. Nella medesima domanda poneva anche il problema se l’uso dell’acido acetico 3% fosse una scelta giusta, e quale fosse il suo pH. A questa seconda domanda rispondo immediatamente: dato che una soluzione 3% di acido acetico corrisponde a circa 30g per litro, ossia 0.5M, il suo pH si calcola immediatamente dalla costante acida essere attorno a 2.5, dunque proprio i valori che il lettore chiede.

In effetti negli ultimi anni si sono introdotti catalizzatori a base di titanio nella produzione di PET; questo è ampiamente documentato in letteratura; si veda per esempio qui, una conferenza internazionale del 2006, quindi oltre 10 anni fa, in cui i catalizzatori a base di titanio sono proposti come alternativa al più inquinante antimonio. I vantaggi rispetto all’antimonio sono dati anche dai risultati tecnici, come la trasparenza del polimero finale, la cessione ridotta di monomero e così via.

La concentrazione di titanio nella massa del materiale da catalizzare è dell’ordine delle decine di ppm, ossia parti per milione (mg per chilogrammo di polimero) e dunque è ragionevole immaginare che una cessione di questo catalizzatore possa arrivare a concentrazioni dell’ordine dei ppb, mille volte inferiore, nel contatto con la soluzione acidula di bevanda o comunque con una soluzione acquosa (microgrammi per litro). Non c’è dunque alcun mistero nella presenza di ppb di titanio nelle bibite date, che sono concentrazioni largamente inferiori a quelle ritenute potenzialmente pericolose.(Ovviamente l’esatto rapporto dipenderà dalla storia della bottiglia, potrebbe essere anche 1:100 o perfino 1:10 se la storia del’immagazzinamento lo consente).

E’ da dire che il titanio è usato anche per un altro scopo molto diverso ed è usato direttamente in alcune bibite come “clouding agent” ossia come agente di “oscuramento” per rendere per esempio le bibite di succhi di frutta più simili a quelle naturali; il tema è ampiamente noto ed è stato trattato in tesi come questa che linko che sono anche esse liberamente scaricabili dalla rete (ovviamente in inglese)

https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/93815/julkaistava%20versio_%20Anne%20Kuisma_TiO2.pdf?sequence=1

Tesi di Anne Kuisma presso la Università finlandese Metropolia di scienze applicate ad Helsinki, la maggiore della Finlandia.

In questo caso la concentrazione di titanio (denominato qui come E171 in genere) è molto più alta, può arrivare molto al di sopra di quella determinata nelle bibite studiate da Report.

In un recente lavoro pubblicato da EFSA che è l’organismo europeo che si occupa di questi temi si è rianalizzato il tema del pericolo da titanio; il report si chiama:

Re-evaluation of titanium dioxide (E 171) as a food additive. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) pubblicato nel giugno 2016, scaricabile liberamente da qui.

La conclusione del panel di esperti è che la sicurezza generale del prodotto è notevole e che il limite di ben 2.25g/kg di peso corporeo come assorbimento è valido; comunque il panel di esperti attende sviluppi della letteratura per stabilire un limite di assorbimento per i potenziali effetti mutageni della sostanza che sono stati più volte indicati in letteratura ma senza la rigorosità necessaria.

Titanio tetrabutossido, possibile catalizzatore per PET

Ovvio che nel caso del titanio usato come clouding agent non stiamo parlando dei medesimi composti di titanio usati come catalizzatori (per esempio titanio tetrabutossido) ma di TiO2, un ossido inorganico molto comune.

Questo fra l’altro mi fa ricordare che il biossido di titanio (TiO2) è uno dei principali componenti delle vernici bianche (Corradini mi ricordo che lo diceva sempre a lezione, una delle prime cose che ho sentito da lui) ed una delle sostanza di sintesi più usate del mondo. Il biossido nanometrico, come aerossido o P25 è anche uno dei comuni composti usati in laboratorio per costruire le celle di Graetzel, le celle fotovoltaiche a colorante organico attivato.

Un recente lavoro a riguardo della mutagenicità/cancerogenicità dell’E171 è quello comparso su Scientific Reports 2017 e che riguarda l’effetto della quota di nano particolato presente anche nell’E171 usato per scopi alimentari; il lavoro è stato citato da Report, ma senza citare per esempio la pubblicazione dell’EFSA. In esso si studia l’effetto aggravante della frazione di nanoparticolato presente nell’E171 ma su tessuti di ratto in cui il tumore è stato indotto artificialmente e anche su ratti normali attraverso lo studio dellla formazione di ACF, ossia di lesioni precancerose; tuttavia è da dire che la relazione fra questi ACF e lo sviluppo successivo di cancro al colon dell’animale da esperimento non è ben chiarito (si veda anche qui).

Non intendiamo qui dare alcuna risposta sul tema, il compito è degli organismi deputati allo scopo che lo faranno, che lo stanno già facendo; la questione o mistero piuttosto è quando Report si deciderà, come anche gli altri giornalisti, a rivolgersi ai chimici invece di ventilare inesistenti misteri, come quello della “ingiustificata” presenza di titanio nelle bibite. Siamo per il principio di precauzione, ma vorremmo meno allarmismo e più giornalismo di inchiesta (vero). Fra l’altro la segnalazione di Luigi sugli effetti dei residui del polimero rimane sempre valida.

 

Intercalazione e altre storie.4.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Aliso canyon è una valle a nord di Los Angeles, non lontana dai posti mitici della costa ovest degli USA: Santa Monica, Beverly Hills, etc.

Nel 1938 fu scoperto colà un deposito petrolifero che fu sfruttato fino al 1970 quando si esaurì (come forse sapete il petrolio ha questo difettuccio). Dopo un incidente la zona fu venduta ad una compagnia che distribuiva gas che la usò come deposito del proprio gas a partire dal 1972.

La Aliso Canyon natural gas storage facility è costituita da 115 pozzi con un contenuto totale di oltre 86 miliardi di piedi cubici di gas naturale, per la distribuzione a tutti i residenti del bacino di L.A. e costituisce, come dimensioni, il secondo deposito degli USA, detenuto dalla SoCalGas (Southern California Gas Company).

Il 23 ottobre 2015 fu ivi scoperta la più grande fuga di gas da un bacino artificiale di questo tipo nella storia americana; in effetti il fenomeno probabilmente era iniziato qualche giorno prima, segnalato da malori da parte di residenti della zona ed alcuni osservatori si sono riferiti ad esso chiamandolo non “leak” ma “blowout” e dunque considerandolo non un piccola perdita, ma un vero e proprio scoppio, un grande incidente; comunque sia il fenomeno, che trovate illustrato su wikipedia è continuato per un lungo periodo, poichè è stato complicato risolverne la causa, una rottura nel sistema di tubazioni che giaceva migliaia di metri sotto terra e che è stata acuita dalla scarsa ed inopportuna manutenzione della grandi valvole usate per regolare il sistema.

Esiste un video che verosimilmente rappresenta, fa comprendere le dimensioni del fenomeno, registrato con una telecamera IR.

I lavori per risolvere il fenomeno, contro il quale non esistevano piani di risposta adeguati, sono durati a lungo e la fuga di gas è stata eliminata ufficialmente solo il 18 febbraio 2016 (quattro mesi dopo). Nel frattempo si è stimato che sono entrate in atmosfera quasi 100.000 ton di metano, una quantità veramente enorme, pari ad 1/6 delle perdite normalmente stimate per tutto il consumo italiano di un anno. Gli effetti locali hanno obbligato migliaia di famiglie a spostarsi dalla zona e sono costati alla SoCalGas milioni di dollari; inoltre l’inquinamento dovuto alle piccole quantità di benzene e di tiocomposti presenti nel metano si è diffuso su una vasta area, anche esterna alla Aliso Canyon.

Ma la reazione che ci interessa sottolineare qui ha riguardato l’effetto sulla generazione di elettricità.

Il metano è usato fra l’altro dalle molte centrali elettriche che giocano un ruolo di equilibrio complessivo nel funzionamento della rete elettrica. La indisponibilità prolungata della sorgente di metano principale dell’area di L.A. ha obbligato a correre ai ripari con la costruzione di una struttura alternativa e basata sulle batterie al litio e le energie rinnovabili.

Nel numero di febbraio 2017 la rivista Qualenergia ha segnalato l’entrata in funzione di una capacità di accumulo elettrochimico pari al 15% di tutta quella esistente a livello mondiale e basata su batterie al litio, stimolata proprio dall’episodio di Aliso Canyon.

Dice Qualenergia:

Tesla, Greensmith Energy e AES Energy Storage hanno infatti inaugurato tre enormi accumuli agli ioni di litio, due da 20 MW (e 80 MWh) e uno da 30 MW (e 120 MWh), per un totale di 70 MW. Tutto questo nel giro di 6 mesi dall’avvio del progetto, con Tesla che ha completato il suo impianto addirittura in 3 mesi.

Le installazioni assorbiranno l’energia in eccesso nei picchi di offerta – ad esempio la produzione del fotovoltaico durante le ore centrali del giorno – e la restituiranno nei picchi di domanda, ad esempio in quello serale, rimpiazzando in parte il ruolo di impianti flessibili come i cicli combinati a gas.

La stima numerica viene da Bloomberg, un gruppo di informazione finanziaria, ben informato sul tema e a cui si fa spesso riferimento per le statistiche aggiornate del FV. Sappiamo quindi indirettamente che a livello mondiale abbiamo una capacità di accumulo elettrochimico pari a circa 7 volte questa, 1.4GWh, tutto sommato una quantità modesta se la paragoniamo ai consumi di energia elettrica e che dà il senso di quanto rimane da fare in questo settore. Per paragonare i valori rileggetevi alcuni dei dati pubblicati negli articoli precedenti di questa serie (qui, qui e qui).

Il lavoro da fare è enorme e per questo prima si parte e prima si arriva; e ancor più dunque rimangono iniziative sostanzialmente stupide e nocive quelle intraprese dal nostro beneamato governo che insiste ad agire a favore delle energie fossili e degli interessi petroliferi, gasieri e carbonieri in Italia. Contravvenendo alle proprie promesse politiche all’indomani del referendum sulle trivelle il nostro governo ha deciso di favorire ancora una volta le estrazioni entro le 12 miglia marine:

http://www.huffingtonpost.it/2017/04/05/petrolio-dora-in-poi-nuove-trivellazioni-entro-le-12-miglia_a_22026817/

Il testo del decreto testè approvato non lascia dubbi;

“”Nel 2011 il Consiglio di Stato ha stabilito che le concessioni esistenti possono continuare a estrarre entro le 12 miglia fino a esaurimento della capacità del bacino del petrolifero o fino a quando lo considerano produttivo. Ma sempre nel rispetto del progetto originariamente autorizzato”, spiega il costituzionalista Enzo Di Salvatore, autore dei quesiti ‘No Triv’ sottoposti a referendum lo scorso anno e invalidati dal mancato raggiungimento del quorum.

Esempio: “Se hai una concessione con tre piattaforme e 7 pozzi ma finora ne hai realizzati solo 5, ne puoi fare altre due”. Cosa cambia con il nuovo decreto? “Puoi modificare il programma inizialmente autorizzato, in corso d’opera. Dunque se ho bisogno di ulteriori pozzi rispetto alla concessione data, posso farlo. E’ un decreto che contraddice la ratio del divieto stabilito da Monti”.

Stupido è chi lo stupido fa” (Forrest Gump). Speriamo che regioni e associazioni ambientaliste ricorrano contro questo decreto. Come chimici abbiamo già detto cosa pensiamo: le risorse fossili sono inquinanti, climalteranti e finite, occorre cambiare strada nella produzione e nell’uso dell’energia, rivolgendosi alle varie forme di rinnovabile e costruendo una adeguata infrastruttura di supporto e stoccaggio. Altro che trivelle!

La diversa presenza di Primo Levi

In evidenza

Mauro Icardi

Il prossimo 11 Aprile ricorrerà il trentesimo anniversario della morte di Primo Levi. E sul web, sui giornali già si possono leggere molti articoli che ne ricordano la figura di uomo, di reduce dell’olocausto, di scrittore. Non ultimo di chimico. Il salone del libro di Torino ne ricorderà l’opera e la figura, e nel 2017 è stata pubblicata la nuova edizione ampliata delle Opere Complete in due volumi, che sarà completato da un terzo volume che raccoglie le interviste che Levi rilasciò. Il festival della scienza e dell’innovazione di Settimo Torinese che si terrà dal 15 al 22 Ottobre prossimi sarà dedicato a Levi e alla chimica.

Nel mare magnum di cose che si scriveranno mi sentivo di voler fare un piccolo omaggio. Partendo da una considerazione fatta da Ernesto Ferrero, cioè che non sono trascorsi trent’anni dall’assenza di Levi, ma bensì dalla sua “diversa presenza”. E trovo che davvero questa frase sia la descrizione più vera. Mai come oggi, e costantemente da quel 11 Aprile del 1987 la parabola di Levi è cresciuta, rivelando un tesoro inestimabile di opere, di scritti che dovrebbero di fatto trasferire la sua opera nel novero degli autori che sono i capisaldi delle antologie scolastiche. Cosa che ai tempi in cui ho studiato io non era poi così evidente e chiara. Levi si mescolava e confondeva con altri autori del memorialismo della deportazione e dell’olocausto.

La notizia della sua morte mi giunse inaspettata. Ma credo non soltanto a me. Levi era ormai scrittore a tutti gli effetti fin dal 1975, anno del suo pensionamento dalla carica di direttore tecnico della Siva. L’avevo conosciuto leggendo per primo “Il sistema periodico” verso la fine degli anni 70, quando il libro era già uscito da circa quattro anni. Un libro che mi aveva decisamente rapito e affascinato.

Vi erano certamente nel libro riferimenti al tragico periodo storico che Levi andava vivendo, in particolare le leggi razziali e la cattura da parte dei nazifascisti. Ma il libro mi affascinava per le descrizioni del laboratorio, delle esperienze che lo scrittore faceva. Del racconto “Ferro” dedicato alla figura di Sandro Delmastro mi appassionava la parte dedicata all’analisi qualitativa sistematica, purtroppo ormai cancellata dai programmi scolastici negli Istituti Tecnici.

Levi collaborava con il quotidiano “La stampa” ed il mensile “Airone” e quindi leggevo i suoi articoli con moltissimo interesse. Uno in particolare lo trovai davvero inusuale e moderno: “Il gabbiano di Chivasso” una intervista immaginaria con un gabbiano ormai dedito a frugare nelle discariche, piuttosto che a scrutare il mare per procurarsi il pesce, pubblicata sul numero di Marzo 1987 nella rubrica “Zoo immaginario- Le storie naturali di Primo Levi”. In quel periodo molte riviste scientifiche o ambientalistiche trattavano dell’argomento della sempre più frequente inurbazione di animali selvatici, dalle volpi fino appunto ai gabbiani.

Soltanto un mese dopo Levi diventò “diversamente presente”. Io non abitavo più a Settimo Torinese ed ero andato a lavorare da due mesi in una azienda che faceva vernici nelle vicinanze di Varese. Un trasferimento tutto sommato anomalo tra Piemonte e Lombardia, visto che i nati a Torino sono definiti dispregiativamente “bogia nen” che per i non Torinesi significa una tendenza negativa all’immobilismo. Per me significava uscire dalla famiglia e crearmene una mia. Levi relativamente al suo trasferimento a Milano dice che “E’ cosa risaputa che i Torinesi trapiantati a Milano non vi allignano o vi allignano male”. Non è sempre così, ma è vero che certi tratti caratteriali dei Torinesi siano molto simili, e che il legame con la città sia sempre particolarmente forte.

Ricordo perfettamente che il proprietario mi chiese se “conoscessi il Dottor Levi” visto che nativo di Torino, provenivo proprio da Settimo Torinese. Lui lo aveva conosciuto, ed era logico visto il comune mestiere di fabbricanti di vernici, sia pure destinate ad usi diversi. Per i fili elettrici quelle prodotte a Settimo Torinese, per il legno quelle prodotte a Mornago. La domanda mi colse di sorpresa, ma dovetti ovviamente dire di no.

Non ho mai avuto questa possibilità. Levi teneva molte lezioni nelle scuole per parlare dell’esperienza del Lager ma non venne, o non fu mai invitato in quelle che ho frequentato.

Durante un ritorno a casa dei miei appresi dal notiziario radio la notizia della sua morte. Inaspettata, improvvisa. Strana e con un certo alone di mistero. Quasi una maledizione che sembrava accumunarlo a Cesare Pavese. Sul sito del centro internazionale di studi a conclusione della biografia si legge “Muore suicida nella sua casa di Torino”.

Evitai di leggere articoli che indagassero troppo sulle ragioni del suo gesto, qualunque potessero essere. Mi colpirono due cose: la prima era un mio ricordo personale. Quando ero ragazzo, all’incirca negli anni tra la fine delle elementari e le medie spesso arrivavo in bicicletta fino al cancello della Siva. La ragione era semplice. La fabbrica era situata alla periferia di Settimo, ed io partivo da casa giurando di restare intorno all’isolato, invece mi spingevo ad esplorare la zona industriale. Ho il ricordo della colonna di cui parla Levi nel capitolo “Clausura” de “La chiave a stella”, che rivedevo anche ogni volta che ritornavo dai miei in automobile anni dopo. Ma da bambino mi affascinava come ogni altra cosa che non si conosce. Quando la curiosità è irrefrenabile, e si cerca di capire a cosa serva una colonna che si studierà più avanti. Una colonna di distillazione.

Ora la Siva è stata ristrutturata e diventerà un museo della memoria. Settimo Torinese si è candidata per diventare la capitale italiana della cultura 2018. Nella trasformazione di quella che era una città dormitorio, una delle tante anonime della cintura torinese, la presenza di Levi ha avuto un suo ruolo. Anche per questo da ex settimese non posso che esserne lieto.

La seconda cosa che mi colpì fu che di Levi io avevo letto molto, ma non avevo fino mai letto i suoi due primi libri. Recuperai presto acquistando l’edizione in un unico volume di “Se questo è un uomo” e “La tregua” completa dell’appendice scritta per l’edizione scolastica scritta nel 1976. L’appendice tenta di dare conto delle principali domande che a Levi venivano poste relativamente alla sua esperienza di deportato nei lager nazisti.

Leggere se questo è un uomo fu una seconda scoperta. Colposamente tardiva, ma che mi riempì di una stupore pieno di rispetto. Mi colpì la serena dignità dello stile letterario usato per narrare di quella esperienza. Un libro che parla di una delle più grandi tragedie della storia, senza alzare i toni, ma con la consapevolezza che occorre essere testimoni. Pacati ma inflessibili. Non giudici, ma testimoni.

La diversa presenza dello scrittore mi salta agli occhi ogni volta che nella sezione della mia libreria dedicata alle sue opere trovo libri dove nelle note biografiche la data della sua morte non compare, perché acquistati da me antecedentemente.

E allo steso modo la percepisco quando vedo che la sua figura e la sua opera sono attuali.

Indispensabili sia per il valore della testimonianza, che per quello della divulgazione della chimica.

E’ una diversa presenza costante nel tempo.

Nota: tra le tante iniziative io consiglio il riascolto di Io sono un centauro. Vita e opere di Primo Levi

di Marco Belpoliti

a cura di Monica D’Onofrio

(In onda su Radio3 Suite, aprile 2007)

Questo il link

http://www.radio3.rai.it/dl/radio3/ContentItem-9f787d6e-bb78-4a1e-8386-fa901c91a588.html

 

Musei, scienza e mediazione culturale.

In evidenza

Luigi Campanella

Negli ultimi decenni si è andato consolidando nelle amministrazioni pubbliche e in particolare nelle istituzioni culturali il riconoscimento della centralità dell’utente, con significativi cambiamenti di prospettiva nella progettazione e nella gestione delle attività e dei servizi.

L’esigenza di interpretare le aspettative del pubblico (o meglio dei pubblici) e di verificarne poi il gradimento è oggi maggiormente avvertita dai responsabili e curatori dei musei, tradizionalmente impegnati più sul versante tecnico-scientifico della ricerca, della documentazione, dell’ordinamento e della conservazione delle collezioni che su quello della comunicazione e della divulgazione.

Lo sviluppo del turismo culturale, la democratizzazione della cultura hanno sollecitato un progressivo miglioramento dei servizi di orientamento e di accoglienza, il prolungamento degli orari di apertura dei musei, il confronto con esperienze straniere, mentre il restauro e l’adeguamento alle normative di sicurezza delle strutture che ospitano le collezioni storiche (realizzati grazie anche a finanziamenti speciali, dal FIO ai fondi europei) hanno costituito spesso un’occasione preziosa per ripensare allestimenti e percorsi, per creare nuovi spazi espositivi o di intrattenimento (dalle caffetterie, ai bookshop, ai laboratori didattici), per rimuovere le barriere architettoniche.

Il quadro che emerge dall’ultima indagine effettuata nel 2007 dall’Ufficio Studi del Ministero presso 158 musei statali, i cui risultati sono pubblicati nel volume Musei, pubblico, territorio. Verifica degli standard nei musei statali, edito da Gangemi, risulta quindi, almeno in parte, soddisfacente.

L’esame dei rapporti del museo con il pubblico effettivo e potenziale (realizzato attraverso l’autovalutazione degli stessi direttori d’istituto, che hanno compilato un questionario assai analitico, redatto sulla base delle linee guida e degli standard dell’Atto di indirizzo emanato con il DM 10 maggio 2001) ha interessato diversi aspetti: dall’accesso (raggiungibilità, segnaletica esterna, orari e giorni di apertura, accoglienza e confort) alle dotazioni e servizi essenziali (strumenti di comunicazione primaria, sussidi alla visita, servizi educativi, biblioteca/centro di documentazione/fototeca, servizi accessori), alle attività di valorizzazione, promozione e divulgazione, agli strumenti di analisi del pubblico e verifica del gradimento della visita.

Impossibile sintetizzare in poche battute i risultati, che nella pubblicazione sono illustrati anche con riferimento alle diverse tipologie di collezioni, dimensioni, aree geografiche di appartenenza.

Per fornire solo qualche elemento, si può affermare che appaiono soddisfacenti gli orari e la continuità dell’apertura, le dotazioni e i servizi essenziali dei musei: le didascalie sono assicurate per tutte le opere esposte nel 94% degli istituti che hanno partecipato all’indagine, pannelli illustrativi o schede mobili di sala sono presenti in 149 istituti su 158, guide brevi sono disponibili nel 75% dei musei, le visite guidate sono previste nell’84% dei casi esaminati, sia pure con modalità di erogazione non sempre ottimali.

Meno frequenti sono invece le audio guide (proposte solo nel 24% dei casi), le postazioni multimediali (presenti nel 18%), i cataloghi generali a stampa (disponibili solo nel 29% dei musei) e ancora carenti risultano in generale gli apparati in lingua straniera.

Ulteriori margini di miglioramento dovrebbero interessare gli strumenti di orientamento alla visita, la segnalazione dei percorsi e una chiara identificazione delle sale.

Viene inoltre riconfermata da questa indagine la vocazione didattico-educativa dei musei statali: l’86 % dei musei analizzati, attraverso la Soprintendenza di riferimento, dispone di un servizio educativo e l’80% ha dichiarato di stabilire rapporti strutturati con le scuole del territorio, anche se gli scarsi finanziamenti e il ridotto numero di personale dedicato limita di fatto il numero dei progetti realizzati e quindi l’ impatto delle iniziative sul territorio.

Negli ultimi anni è notevolmente aumentata la presenza dei musei statali su internet: il 79% dei musei risulta dotato di un sito web che fornisce almeno le informazioni essenziali sulle collezioni e i servizi.

Per quanto riguarda la valorizzazione, mentre si è rilevata un’ampia diffusione delle esposizioni temporanee (organizzate nel 2006 dal 73% dei musei), di conferenze ed altri eventi, sembrano ancora scarsamente praticate altre forme di promozione dell’immagine e delle iniziative (da realizzare attraverso rapporti costanti con i media, con gli organismi di promozione turistica, con gli albergatori, gli esercizi commerciali, etc.) e non sono sufficientemente sviluppate iniziative volte alla fidelizzazione del pubblico, forme di partenariato con altre istituzioni nazionali e internazionali per la realizzazione di progetti scientifici e divulgativi comuni.

Proprio queste linee si spera saranno maggiormente sviluppate in futuro, grazie anche all’impulso che verrà dalla nuova Direzione generale per la valorizzazione.

Un contributo sostanziale potrebbe anche venire dal riconoscimento da parte delle istituzioni della figura del mediatore culturale, capace per il museo di concepire nuovi modi per conoscerlo ed apprezzare le sue collezioni. Con il loro agire i mediatori culturali sottolineano la pertinenza sociale del museo e facilitano non solo l’accesso al suo patrimonio ma anche l’interazione con la sua cultura. Per raggiungere tale obiettivo, collaborano con i diversi settori del museo, ma anche con i colleghi che operano nelle reti pedagogiche, culturali, sociali ed economiche.

I loro compiti principali possono essere così descritti:

   * concepire, realizzare, coordinare, seguire e valutare le attività e la creazione di supporti per il pubblico attuale e potenziale: i progetti educativi e culturali elaborati devono allacciare il maggior numero di legami tra il museo e la popolazione;

   * partecipare alla concezione di esposizioni permanenti e temporanee, integrandovi le attività pensate per soddisfare le esigenze dei visitatori;

   * garantire l’accompagnamento dei visitatori e degli interlocutori nell’ambito dei progetti educativi e culturali legati alle collezioni come pure alle manifestazioni temporanee del museo;

   * creare supporti e materiali didattici per le diverse forme di mediazione culturale (mediazione-presenza, mediazione tecnologica, ecc.);

   * formare e dirigere i collaboratori che partecipano ai progetti di mediazione culturale o scientifica del museo;

   * curare le relazioni con i colleghi coinvolti nella mediazione culturale come pure con i vari tipi di pubblico;

   * informare il responsabile o la responsabile della mediazione culturale dei bisogni e delle attese del pubblico;

   * partecipare alla valutazione dei programmi e delle attività di mediazione culturale come pure agli studi sui diversi tipi di pubblico;

   * dare il proprio apporto alla ricerca e allo sviluppo nel campo della mediazione culturale e contribuire in tal modo alla diffusione dell’attività del museo;

   * tenersi aggiornati sulle ultime novità e tendenze che riguardano il proprio settore, accrescendo così le proprie competenze professionali.

I mediatori culturali sono dunque l’interfaccia fra popolazione e museo: da un lato contribuiscono alla democratizzazione dell’accesso alla cultura e ad un’educazione pluralistica, dall’altro valorizzano il museo all’interno di una comunità. In passato alcuni giornalisti illuminati (cito uno per tutti Foresta Martin) hanno svolto anche questa funzione attraverso i loro continui interventi e le loro pubblicazioni. Oggi le pagine della Scienza nei quotidiani sono meno presenti ed il patrimonio rappresentato dai giornalisti di competenza si è purtroppo impoverito.

Quest”ultima riflessione riguarda soprattutto i Musei Scientifici: il loro carattere prevalentemente storico e collezioniostico che ha prevalso dal Rinascimento all’Illuminismo oggi deve integrarsi con un ruolo formativo del Museo. L’utente non è più una lastra fotografica vergine: i mezzi telematici di informazione lo hanno già in qualche modo impresso per cui un approccio solo di documentazione  non basta, soprattutto se il Museo deve svolgere anche un ruolo formativo nella cultura scientifica. Se trasferiamo queste considerazioni ai Musei di Chimica c’è subito da rilevare che molti possono essere gli spunti guida: la dimensione delle apparecchiature, simbolicamente rappresentata da “Dall’armadiio alla Scatola”, l’evoluzione chimica dell’universo, la chimica nel corpo umano, la sensibilità analitica: dal macro al nano.

Materiali nanostrutturati con proprietà antiappannanti

In evidenza

Rinaldo Cervellati.

La nebbia è il fenomeno meteorologico per cui l’umidità dell’aria, a contatto con particelle solide o liquide (aerosol atmosferico) si condensa in microscopiche o submicroscopiche gocce di acqua liquida. A causa della diffusione della luce solare o artificiale la nebbia appare più o meno come un fitto alone opaco che riduce la visibilità fino anche a pochi metri, diventando così molto pericolosa. Il problema si complica perché la nebbia può ulteriormente condensare incontrando superfici come i parabrezza degli autoveicoli, compresi i vetri delle cabine degli aerei.

A questi inconvenienti si è tentato di ovviare rivestendo queste superfici con materiali trasparenti idrofobici, tuttavia anche l’utilizzo di materiali superidrofobici a struttura scabra si è rivelato insufficiente a evitare la condensazione delle goccioline più fini di nebbia che scivolano fra le scabrosità, accumulandosi in gocce più grandi fino a formare rivoli d’acqua.

Nella grande classe degli artropodi si posso individuare particolari tessuti dotati di proprietà essenziali per la loro sopravvivenza. Gli occhi antiriflesso delle zanzare e le ali impermeabili e autopulenti delle cicale ne sono un esempio (Fig. 1).

 

Guidati da questi esempi naturali, il gruppo di ricercatori guidati dal Prof. David Quéré di ESPCI (École supérieure de physique et de chimie industrielles, Parigi) ha recentemente intrapreso una ricerca sistematica per la progettazione di superfici idrofobiche nanostruttrate che superano il problema dell’appannamento.

La ricerca, riportata da c&en newsletter del 13 marzo, è pubblicata on line su Nature Materials:

  1. Mouterde et al., Antifogging abilities of model nanotextures, Nat. Mat., 2017 DOI: 10.1038/nmat4868

Poiché l’idrorepellenza dipende da dimensioni e forma delle scabrosità della superficie, i ricercatori hanno usato una tecnica laser per realizzare modelli nanostruttrati di forma e dimensioni diverse in base alle condizioni di esperienza. Sono state realizzate matrici con strutture a cilindri, piloni, coni e vari altri tipi di nanoprotuberanze. Anche la disposizione delle protuberanze è stata presa in esame, a reticolo quadrato, romboidale. Le matrici sono film sottili del copolimero polistirene-poli metil metacrilato, il tutto rivestito infine con i gruppi idrofobici di clorosilano fluorurati. Per dare un’idea delle dimensioni di una struttura a nanoconi, l’altezza dei coni è 115 nm e la distanza fra essi è 52 nm (Fig. 3 sinistra).

Il gruppo di ricerca ha poi sottoposto questi modelli a esperimenti in atmosfera che riproduce in modo realistico la formazione di rugiada. Queste condizioni sono state mantenute costanti per 45 minuti scattando una foto ogni 2 secondi al microscopio inverso. L’analisi statistica dei risultati ha mostrato che dimensioni e forma sono determinanti per l’insorgenza dell’idrorepellenza. Tuttavia la performance largamente migliore è stata realizzata dalla matrice a nanoconi. Infatti la loro forma e impacchettamento fanno si che gocce che arrivano fra le basi dei coni vengono talmente strette da generare una pressione che le fa schizzare via (Fig. 3 destra).

Notare che le strutture a cilindro e nanoconi riproducono quelle degli occhi di zanzara e delle ali di cicala rispettivamente.

Gli autori dicono comunque che l‘ottima prestazione dei nanoconi deve essere ulteriormente studiata esplorando forme intermedie fra cilindri e coni (effetto forma) e la densità dei coni (effetto dimensioni). D’altro canto l’eiezione delle gocce all’esterno della matrice pone interessanti problemi di fluidodinamica.

Certamente il tasso di espulsione di gocce d’acqua di dimensioni inferiori anche a 2μm riscontrati in questo lavoro è talmente più grande di quanto osservato in precedenza, ciò potrebbe già aiutare gli ingegneri a progettare più efficienti parabrezza antiappannamento, specchi, e celle solari.

Aggirare l’indeterminazione?

In evidenza

Claudio Della Volpe

La Meccanica Quantistica (MQ) è una concezione delle cose radicalmente diversa dalla meccanica classica e basata su una matematica più sofisticata e complessa; proprio per questo motivo sia gli addetti ai lavori che il grande pubblico fanno fatica a capirsi e la divulgazione ne soffre moltissimo.

Un buon esempio di questo problema viene da una recente scoperta effettuata in terra spagnola ma ad opera di un gruppo internazionale di scienziati diretto da Morgan W. Mitchell e pubblicata su Nature in un articolo il cui primo nome è quello di un giovane italiano Giorgio Colangelo.

Simultaneous tracking of spin angle and amplitude beyond classical limits”, di Giorgio Colangelo, Ferran Martin Ciurana, Lorena C. Bianchet, Robert J. Sewell e Morgan W. Mitchell

La maggior parte dei giornali divulgativi che hanno riportato la scoperta si sono lanciati in titoli del tutto fuori luogo:

Scientists evade the Heisenberg uncertainty principle

oppure

The study reports a technique to bypass the Heisenberg uncertainty principle.

Ma se uno legge con attenzione non c’è nessuna evasione o aggiramento.

Anche il giornale dell’INAF che ha intervistato l’autore italiano, l’abruzzese Giorgio Colangelo scrive:

Indeterminazione, scacco ad Heisenberg

Il più celebre principio della meccanica quantistica è stato aggirato grazie a uno stratagemma, messo a punto all’Icfo di Barcellona

Le cose sono più complesse e dunque più difficili da esprimere; l’intervista successiva è a questo proposito più chiara, ma anche l’autore si lancia in una spiegazione tutto sommato al limite del rigore e che lascia un pò di ….incertezza.

D. Colangelo, partiamo dall’inizio, da quel principio che Werner Karl Heisenberg enunciò 90 anni fa, nel 1927, e che ora voi state sfidando. Cosa dice esattamente?

R.«Il principio di indeterminazione di Heisenberg correla due quantità per descrivere completamente un sistema fisico. Questo vale per posizione e velocità di un atomo ma anche per l’ampiezza e la fase di un segnale. Al conoscere precisamente una di queste due l’altra diventa indeterminata, per cui resta impossibile descrivere completamente il nostro sistema. Tuttavia altri sistemi fisici, come per esempio lo spin di un atomo, non vengono descritti da due, bensì da tre quantità, come per esempio le tre direzioni spaziali su cui può orientarsi lo spin».

D.Questi sistemi a tre quantità non sono soggetti anch’essi al principio d’indeterminazione?

R.«Questi sono descritti da una relazione d’indeterminazione un po’ più generale che correla le tre quantità dello spin: la relazione d’indeterminazione di Robertson-Schrödinger. Anche in questo caso risulta comunque impossibile conoscere esattamente tutto del sistema, cioè le tre orientazioni dello spin, tuttavia se ne possono conoscere quasi precisamente due. E quelle due sono sufficienti per conoscere l’ampiezza e la fase di un segnale rivelato dagli atomi con estrema precisione, che è quello a cui effettivamente siamo interessati».

D. Geniale: ne “sacrificate” una per salvare le due che vi servono. E siete stati voi i primi a pensarci?

R.«Probabilmente per un teorico questo fatto era già noto, perché è una conseguenza semplice della teoria. Ma spesso le idee semplici sono anche quelle che possono essere applicate ai sistemi più diversi. Il nostro merito è che noi siamo stati i primi ad accorgerci che da questa conseguenza si poteva derivare un protocollo sperimentale semplice da utilizzare nella pratica. E abbiamo dimostrato, con un esperimento, che se ne poteva ottenere un vantaggio metrologico significativo rispetto a quello che è fatto fino a ora, tanto da poter migliorare gli attuali strumenti».

 

«Il nostro esperimento ha dimostrato che, effettivamente, l’uso di spin atomici in opportune configurazioni rispetto al campo magnetico permette di misurare ampiezza e fase dello spin con precisione oltre i limiti classici.

Si può tentare di fare meglio senza avere la certezza di riuscirci? Ci provo e potrei non riuscirci.

Cominciamo col ricordare di cosa parliamo.

In MQ le grandezze fisiche sono rappresentate da operatori, ossia operazioni analitiche condotte su funzioni, le funzioni d’onda; poniamo di avere a che fare con le due operazioni prodotto e derivata applicate entrambe ad una funzione d’onda e sia questa funzione indicata da ψ(x).

Se applichiamo due operatori uno dopo l’altro alla funzione l’ordine di applicazione non è indifferente; poniamo di applicare prima il prodotto e poi la derivata o prima la derivata e poi il prodotto avremo:

Come si vede i due risultati non sono uguali e dunque la loro differenza non è nulla; tale differenza viene definita commutatore e si dice che il commutatore fra i due operatori non è nullo e che i due operatori non commutano.

Se questo avviene le due grandezze corrispondenti ai due operatori sono dette incompatibili; di più se la differenza fra le due operazioni è pari a ossia all’unità immaginaria per il quanto di Planck diviso 2 pigreco le due grandezze si dicono canonicamente coniugate.

Il famosissimo principio di indeterminazione di Heisenberg che proclama la non conoscibilità contemporanea delle quantità fisiche con precisione assoluta si riferisce proprio a grandezze o variabili incompatibili e coniugate, non a qualunque coppia (o tripletta) di grandezze o variabili.

Già in passato la comprensione del principio di indeterminazione ha portato a problemi; per esempio Condon nel 1929 credette di aver trovato una violazione del principio nel caso dei momenti angolari dell’atomo di idrogeno, ma le grandezze a cui faceva riferimento sono incompatibili ma non coniugate e dunque il principio di indeterminazione non si applicava.

U. Condon, Remarks on uncertainty principles, in Science, nº 69, 1929, pp. 573-574.

Alle variabili che non siano coniugate ma solo incompatibili si applica una diversa relazione detta relazione di indeterminazione di Robertson- Schroedinger. Mentre Schroedinger lo conoscete sicuramente , non molti si ricorderanno di Howard Percy Robertson un fisico matematico che diede punti anche ad Einstein, perchè fece da referee ad un suo lavoro e lo rifiutò, costringendo a cambiarne le conclusioni; Einstein non visse bene la cosa, ma la Fisica e noi tutti ne abbiamo avuto giovamento.

Questa però è un’altra storia che potete trovare qui:

Einstein Versus the Physical Review Daniel Kennefick

Physics Today 58, 9, 43 (2005); doi: 10.1063/1.2117822 View online: http://dx.doi.org/10.1063/1.2117822

In conclusione alle grandezze misurate dal gruppo di ricercatori guidato da Mitchell si applica la relazione di Robertson e non quella di Heisenberg e dunque non c’è alcun aggiramento. Ma cosa dice la relazione di Robertson?

La relazione dice che il prodotto delle due deviazioni standard riferite a due grandezze incompatibili deve essere superiore alla metà del valore medio del commutatore applicato ad una certa funzione; in definitiva mentre Heisenberg si applica nel caso di misure delle osservabili sullo stesso sistema la disuguaglianza di Robertson fa riferimento alla distribuzione dei valori (con deviazioni standard σA e σB ) delle osservabili A e B in un insieme statistico di sistemi quantistici identici. Le due condizioni sono alquanto diverse e dunque lo sono anche le rispettive “violazioni”. Tutto qua spero di non aver detto sciocchezze. Correggetemi.

Per saperne di più:

Simultaneous tracking of spin angle and amplitude beyond classical limits”, di Giorgio Colangelo, Ferran Martin Ciurana, Lorena C. Bianchet, Robert J. Sewell e Morgan W. Mitchell

Intercalazione e altre storie. 3.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Continuiamo a parlare di accumulo energetico elettrochimico e di intercalazione come abbiamo fatto nei due post precedenti (che trovate qui e qui).

Molti sanno del litio come intercalante, e ne riparleremo in un prossimo post, ma pochi immaginano che altri ioni possano intercalare con utilità e parliamo qui di sodio e ione idronio, H3O+.

Il primo è vicino ad una applicazione commerciale, mentre il secondo è in stato di studi di laboratorio.

La ricerca nel campo delle batterie ad intercalazione usanti sodio è iniziata nel 1980, ma batterie commerciali allo ione sodio non sono di fatto ancora sul mercato mentre quelle allo ione litio i cui primi esemplari sono stati prodotti nel 1970 sono diventati una realtà pratica già nel 1991 Ovviamente la situazione attuale che spinge così fortemente verso le rinnovabili ha suscitato di nuovo interesse sul tema e così dal 2010 è ripresa una ricerca intensa.

Storicamente l’inserzione di ioni sodio a temperatura ambiente fu dimostrata nel 1980 in TiS2 e nel medesimo anno si provarono le proprietà elettrochimiche di composti come NaxCoO2 , simile a quello comunemente usato col nome di cobaltite nelle batterie al litio ricaricabili.

Vedete qui sotto uno schema del funzionamento delle batterie al sodio-ione, che non si distacca più di tanto da quello delle battterie al litio-ione.

           In fase di carica gli ioni sodio migrano dall’ossido misto alla grafite usata casomai in una forma nanocristallina che consente una penetrazione maggiore del sodio.

Tuttavia se consideriamo in dettaglio alcune proprietà dei diversi ioni che si possono usare al posto del litio ci rendiamo conto che mentre la capacità teorica rimane sostanzialmente invariata il voltaggio della batteria scende in modo significativo spostandosi verso ioni più carichi, la cui reversibilità di intercalazione fra l’altro è inferiore; ciò che attira verso ioni diversi dal litio è sostanzialmente il costo più basso; fra tutti questi aspetti il sodio costituisce un buon compromesso.

Journal of The Electrochemical Society, 162 (14) A2538-A2550 (2015) Review—Practical Issues and Future Perspective for Na-Ion Batteries Kei Kubotaa,b and Shinichi Komaba

Non è dunque strano se il lavoro di ricerca si è concentrato verso batterie di questo tipo sperimentando anche al posto della grafite altre sostanze di intercalazione, come per esempio composti di Na e Sb . C’è stato il ripetuto annuncio da parte di una ditta, la Aquion, della realizzazione di dispositivi commerciali la cui struttura è descritta nella figura qui sotto e che comprende un catodo misto di grafite e fosfato di titanio, mentre il catodo è un ossido misto di manganese. In effetti sembra sia già possibile comprare queste batterie definite “miste” anche in Italia:

http://www.tecnolario.it/prodotti/solare-fotovoltaico/batterie-per-accumulo-di-energia/177-batterie-aquion-energy.html

Un altro lavoro sulla intercalazione di ioni diversi da litio è stato molto recentemente publicato su Angewandte Chemie; si tratta di un lavoro ancora di laboratorio che ha testato la possibilità di intercalare reversibilmente lo ione idronio in un elettrodo cristallino di un colorante rosso con proprietà semiconduttrici, un derivato del perilene (i 5 anelli centrali qui sotto), la sua dianidride nelle posizioni 3,4,9,10 (PTCDA).

Gli autori di questo lavoro hanno dimostrato per la prima volta che gli ioni idronio possono essere reversibilmente immagazzinati in un elettrodo cristallino di questo materiale con una capacità di accumulo di 85 mAh/g alla velocità di scarica di 1A/g. L’analisi ai raggi X mostra che avviene una significativa e reversibile dilatazione della struttura per assorbimento degli ioni idronio da una soluzione acida, fenomeno spiegabile solo per intercalazione degli ioni idronio nella struttura originale come proposto qui sotto, con una reazione corrispondente alla riduzione della dianidride ad acido. Questa ipotesi è stata confermata attraverso una analisi teorica usando il metodo cosiddetto DFT la teoria del funzionale della densità (Density Functional Theory, DFT) una teoria quantistica microscopica per lo studio di sistemi a molti elettroni.

E’ interessante notare che i sistemi di accumulo elettrochimico di idrogeno esibiscono di solito efficienze coulombiche basse a causa della evoluzione di idrogeno indicata in inglese come HER. In questo caso invece la specie che si intercala è proprio lo ione idronio che ha un raggio ionico di 100pm (picometri) simile a quello dello ione sodio.

Certo al momento i risultati sono esclusivamente di laboratorio, ma considerate che questa è la dimostrazione sperimentale di un sistema di accumulo basato interamente sulla chimica organica e sarebbe il primo potenzialmente sostenibile. Una sorta di elettrodo ad idronio da accoppiare ad altri elettrodi per realizzare una batteria funzionante. E dite voi se è poco.

 

Acesulfame K: un dolcificante per monitorare l’urina nelle piscine

In evidenza

Rinaldo Cervellati

L’acesulfame potassico (ACE K) è un dolcificante di sintesi, oggi largamente impiegato da solo o in associazione con altri edulcoranti, solitamente con l’aspartame. A differenza di quest’ultimo, l’ACE K è resistente al calore e a pH sia acidi che basici, ha un potere dolcificante 200 volte quello della saccarina e uguale a quello dell’aspartame, il che lo rende particolarmente utile in pasticceria, per prodotti ad alta conservazione, come pure nell’industria cosmetica.

Dal punto di vista chimico l’ACE K è il sale di potassio del 6-metil-1,2,3-oxathiazine-4 (3H) -one 2,2-diossido[1]. Si presenta come polvere cristallina bianca, solubile in acqua. La sua struttura è mostrata in figura 1.

A tutt’oggi non sembrano esserci pericoli per la salute nell’impiego di acesulfame K come additivo alimentare, esso è stato approvato sia dall’agenzia statunitense FDA (Food and Drug Administration) sia dall’European Food Safety Authority (EFSA, con codice E950).

La caratteristica interessante di ACE K è che non viene metabolizzato dall’organismo, in altre parole una volta ingerito viene escreto con le urine praticamente intatto. Quindi non solo i tessuti non lo metabolizzano ma neanche la flora batterica presente nel lume dell’apparato digerente, dalla bocca all’intestino.

Questa caratteristica ha motivato un gruppo di ricercatori dell’Università di Alberta (Canada) a utilizzare ACE K come marker per l’urina nelle piscine. La ricerca, recentissima, riportata da c&en newsletter on line del 7 marzo è pubblicata su Environmental Science and Technology Letters

(L. K. Jmaiff BlackstockW. WangS. VemulaB. T. Jaeger, and X. F. Li, Sweetened Swimming Pools and Hot Tubs, Environ. Sci. Technol. Lett.2017, on web March 1, DOI: 10.1021/acs.estlett.7b00043)

L’immissione di urina umana nelle piscine e negli idromassaggi è un problema di sanità pubblica, affermano gli autori, infatti anche se l’urina di per sé è sterile, contiene però molti composti azotati (urea, ammoniaca, aminoacidi, creatinina) che possono reagire con i disinfettanti contenuti nell’acqua. Per esempio reagendo con il cloro queste sostanze formano composti volatili (trialometani, acidi aloacetici, aloammine, e alonitrometani) che possono indurre patologie. L’esposizione a questi composti, ad esempio alla tricloroammina provoca irritazione agli occhi e all’apparato respiratorio fino a indurre una forma di asma[2].

I ricercatori canadesi, guidati dalla Prof. Xing-Fang Li,hanno messo a punto un appropriato metodo analitico per la determinazione di ACE K nell’acqua senza necessità di pre-concentrazione. In breve si tratta di cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) accoppiata a spettrometria di massa tandem (MS-MS), una tecnica di riframmentazioni successive effettuate su frammenti di ioni già analizzati. Si tratta in pratica di ripetere più volte la frammentazione e l’analisi sugli stessi ioni. Sono stati analizzati 250 campioni da 31 fra piscine e idromassaggi e più di 90 campioni di acqua dai corrispondenti rubinetti di alimentazione, tutta acqua municipale di due città canadesi.

Il monitoraggio è stato effettuato nell’arco di tre settimane e i campioni sono stati tutti analizzati in triplicato.

I risultati sulle due città hanno mostrato che la quantità di ACE K riscontrata nelle piscine e idromassaggi va da 30 ng/L a 7110 ng/L, in confronto all’intervallo 6 – 15 ng/L per l’acqua dei rubinetti. Nel caso delle piscine e vasche riscaldate i valori mostrano una grande variabilità, spiegabile in base ai cicli temporali di cambio dell’acqua, al numero di utenti ed eventi, e alle pratiche di facility management. In genere, nelle piscine si aggiunge acqua dolce solo per mantenerne i livelli, mentre nelle vasche idromassaggio di strutture comunitarie l’acqua viene sostituita frequentemente per evitare problemi di salute associati con il loro più intenso utilizzo.   La variabilità nel caso dell’acqua dei rubinetti è molto minore.

Con opportuni metodi statistici i ricercatori hanno potuto ricavare un valor medio per la quantità di ACE K contenuta nelle strutture delle due città: 156 ng/L per la prima città, 210 ng/L per la seconda, valori di molto superiori a quelli dell’acqua dei rubinetti (6-15 ng/L). A questo punto, in base alla capacità delle piscine, 420000 L per la prima città, 836000 L per la seconda e utilizzando il valor medio della quantità di ACE K contenuta nell’urina umana misurata su campioni provenienti da 20 individui (2360 mg/mL), i ricercatori hanno stabilito che il volume di urina contenuta in una tipica piscina pubblica della prima città è mediamente di 30 L, mentre nella seconda si arriva a 75 litri.

Sebbene sia considerata una grave scorrettezza, il 19% degli adulti ha ammesso di aver urinato in piscina almeno una volta, ma la situazione è più preoccupante come mostrato in una recente indagine:

http://healthypools.org/files/WQHC_swimmer_hygiene_survey_results.pdf

Il metodo analitico di analisi dell’urina nelle acque utilizzato dai ricercatori canadesi presenta ottime caratteristiche: LOD = 0.5 ng/L; LOQ = 2.2 ng/L, oltre a una rapida determinazione del marker acesulfame K.

I risultati riportati in questa ricerca sottolineano la necessità di monitoraggi frequenti dell’acqua di piscine e idromassaggi ma prima di tutto sarebbe necessario un maggiore rispetto delle regole e della salute pubblica da parte degli individui[3].

Per un dettagliato approfondimento della “chimica in piscina”, si rimanda a:

Henry Arnaud, C. The chemical reactions taking place in your swimming pool. Chem. Eng. News 2016, 94, 28−32.

http://cen.acs.org/articles/94/i31/chemical-reactions-taking-place-swimming.html

[1] Acesulfame K è stato sintetizzato casualmente per la prima volta nel 1967 dal chimico tedesco Karl Clauss della allora Hoechst AG Company.

[2] Molti continuano a pensare che episodi di irritazione a occhi e gola siano imputabili al cloro o ad altri disinfettanti che lo contengono, in realtà la causa principale di questi episodi è dovuta a composti prodotti dalla reazione fra urina e cloro.

[3] La ricerca riguarda il Canada, ma è presumibile che in altri Paesi la situazione non sia molto diversa (v. link). Nel 1997 una ricerca tedesca riportò che l’escrezione di urina media per nuotatore è di 70 mL.

L’acqua, un indicatore di sostenibilità.

In evidenza

Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Acqua, cultura, pace: un triangolo molto significativo. Pace vuol dire messa in comune di ricchezze e di risorse: il nostro Pianeta è nato senza barriere, senza confini. Le risorse del pianeta appartengono a tutte le Nazioni. Il pianeta Terra non conosce né le Nazioni, né i confini di proprietà degli Uomini. Esso cela, conserva ed elargisce i beni primari perché i Regni di Natura più evoluti ne possano trarre sostentamento.

E’ in questo spirito che l’Umanità deve operare con scambievole collaborazione, utilizzando le materie prime secondo il principio di equità. Fra queste risorse l’acqua è di certo la più necessaria per il nostro corpo: si può sopravvivere alla fame non alla sete.

L’acqua è una risorsa essenziale per la vita dell’uomo.Essa è fondamentale non solo per la sopravvivenza stessa, ma anche per attività quali agricoltura ed industria. Senza di essa non vi può essere sviluppo ed il mantenimento delle risorse idriche è problema molto importante. Le riserve idriche sono infatti soggette ad un deterioramento dovuto a molti fattori, tra i quali gli scarichi industriali, l’utilizzo di pesticidi in agricoltura, l’inquinamento atmosferico, riportato al suolo dalle piogge acide.

La ricchezza d’acqua non sempre significa disponibilità: in un terreno agricolo ad esempio si possono creare a seguito di ripetuti interventi sbagliati da parte dell’uomo delle condizioni assai negative a fini della trasferibilità e del trasporto dell’acqua. Sono stati messi a punto test idonei propri e finalizzati a misurare non la quantità di acqua presente, ma il grado di disponibilità.

Anche l’aspetto energetico sembra oggi cambiare. L’era dell’idrogeno, la nuova forma pulita di accumulo dell’energia ci obbliga a considerare l’acqua anche da questo punto di vista: risorsa preziosa di idrogeno. Se poi gli aspetti economici di bilancio non saranno soddisfatti, questo nulla toglie ad un’ennesima preziosità dell’acqua, essere un abbondante potenziale contenitore di idrogeno. Tra l’altro l’impiego della luce solare (in presenza di un catalizzatore) come energia estrattiva apre ulteriori spazi da percorrere.

Lo stesso ruolo che l’acqua esercita per il nostro corpo, la cultura esercita per la nostra anima e la nostra mente che sono alimentate dalla cultura, intesa in senso formativo e stimolante, conoscitivo e sociale. Traduzioni, religioni, arti di un popolo ne rappresentano la ricchezza comune, ma anche quella di ogni singolo cittadino. Queste risorse, acqua e cultura, contribuiscono alla crescita sociale ed economica, alla qualità, della vita, alla salute dei popoli ma esse stesse, se distribuite in modo iniquo, diventano strumenti di discriminazione, di dominio e di potere. La pace ne risulta compromessa.

A chi vengono tolte acqua e cultura vengono sottratte risorse di vita. Ne risulta un quadro internazionale di paesi troppo ricchi e paesi troppo poveri: allora la globalizzazione che potrebbe in senso positivo essere interpretata come messa a comune di risorse, trasferimento di tecnologie, condivisione di progresso, caduta di barriere diviene invece occasione per discriminazioni, compressioni, prepotenze.

La comunità culturale è certamente più sensibile alle discriminazioni e all’equa ripartizione delle risorse di quanto non lo sia la comunità dell’acqua, intesa come espressione della comunità economica. La pace che da questo viene spesso compromessa può essere salvata da quella: in questo senso convegni, incontri, appelli delle comunità scientifiche e culturali rappresentano preziosi strumenti in difesa della pace, dell’equilibrio sociale,del diritto alla vita ed alle sue indispensabili risorse.

 

Quaestio de aqua. Riflessioni sulla giornata mondiale dell’acqua.

In evidenza

Mauro Icardi.

Mercoledì 22 Marzo 2017 è la giornata mondiale dell’acqua. E di acqua è molto difficile non parlare, per motivi davvero molto evidenti. Lo abbiamo sentito ripetere da almeno due decenni. L’acqua è una risorsa che non è inesauribile come inconsciamente abbiamo sempre pensato. Il tema della corretta gestione e protezione di una risorsa vitale indispensabile, si lega a filo doppio anche ad altri problemi ambientali che ci troviamo a dover affrontare. Uno su tutti quello del riscaldamento globale che impatta notevolmente sul ciclo idrogeologico dell’acqua.
Le risorse disponibili di acqua dolce sono sottoposte a una pressione crescente, ulteriormente aggravata dagli effetti dei cambiamenti climatici. Dagli anni ’80 il tasso dei prelievi di acqua dolce è cresciuto ogni anno dell’1%. Tra il 2011 e il 2050 si prevede che la popolazione mondiale crescerà del 33%, passando da 7 a 9 miliardi di persone, mentre la domanda di beni alimentari crescerà nello stesso periodo del 70%.
Ma contestualmente secondo quanto riportato dal quinto rapporto dell’IPCC (Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico) circa il 7% della popolazione mondiale vedrà ridursi la disponibilità di risorsa idrica del 20% per ogni grado di innalzamento della temperatura globale.
Altri numeri sono indicativi: 750 milioni di persone nel mondo secondo l’Unicef non hanno accesso all’acqua potabile. Noi ci permettiamo di usarla anche per i servizi igienici.

Foto-giornatamondiale-dellacqua

E a proposito di servizi igienici un terzo della popolazione mondiale non vi ha accesso.
Mentre lo scorso anno il tema centrale della giornata era dedicato al legame possibile tra acqua e lavoro, la giornata del 2017 pone l’attenzione ai reflui, alle acque rilasciate dagli impianti di depurazione civili e industriali, che raggiungono i corpi idrici superficiali; gli impianti non sempre sono presenti e talvolta non funzionano efficacemente o sono insufficienti.
Per il futuro ci si propone di raggiungere “l’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile n°6” – acqua potabile e servizi igienico-sanitari per tutti entro il 2030 – dimezzando la percentuale di acque reflue non trattate e aumentando il riciclo dell’acqua con un riuso sicuro.
In futuro, la possibile carenza d’acqua richiederà l’impiego di risorse idriche non convenzionali, come ad esempio la raccolta di acqua piovana e il riciclaggio di acque reflue e di deflusso urbano.
Tutto questo richiede ovviamente un grande sforzo. E questo deve avvenire non solo nei paesi meno sviluppati, ma anche in Italia.

Discharge_pipe

Per le inadempienze nell’attuazione della Direttiva l’Italia ha già subito due condanne da parte della Corte di Giustizia Europea, e l’avvio di una nuova procedura di infrazione.
E a questo proposito devo purtroppo constatare che quando si parla di acqua appunto, sembra che tutto si limiti al parlare e basta. E che a parlare siano i soggetti più disparati, ma che troppo spesso i tecnici e gli operatori del servizio siano i meno ascoltati.
Dopo il referendum del 2011 che ha sancito la volontà degli Italiani che l’acqua sia gestita da aziende pubbliche, tutto sembra essersi rallentato. Premesso che ho votato a favore della gestione pubblica dell’acqua, devo però constatare che spesso si sono fatte molte discussioni stancanti ed inutili, di pura lana caprina. Uno dei tabù è quello legato alla tariffa del servizio idrico. Occorre ricordare che le aziende del ciclo idrico non ricevono finanziamenti dalla fiscalità generale, ma solo dalle bollette dell’acqua e dalla tariffazione degli scarichi industriali. Altro tasto dolente è la resistenza che c’è sia da parte della politica locale, che della pubblica opinione che spesso sono contrarie a priori all’aggregazione (prevista per legge) del ciclo idrico a livello di gestione unica provinciale. Per motivi diversi (campanilismo, lotte politiche) ma che di fatto impediscono la creazione di strutture più grandi che possano essere meglio organizzate a livello tecnico ed operativo.

Sedimentprima

Sono situazioni che vivo e seguo da ormai dieci anni. E’ infatti dal 2007 che in provincia di Varese si è iniziato il processo di aggregazione. Ancora non è terminato, si attende una decisione del Consiglio di Stato a seguito di un ricorso presentato da una delle aziende del territorio.
Nel frattempo gli investimenti ormai non più differibili sono ancora fermi.
Sarebbe il caso di fare una riflessione anche su queste tematiche. L’acqua non arriva nelle case se le strutture non sono efficienti, e questo vale per acquedotti e conseguentemente si riflette sui depuratori. Quindi fermo restando che debba essere un bene pubblico e universale non è con atteggiamenti di rigidità, e qualche volta di demagogia che si migliora la situazione. Le multe europee potrebbero costarci 482 milioni di euro l’anno.
Allo stesso tempo però non è accettabile che, come dichiarato dall’allora amministratore delegato di Nestlè Peter Brabeck nel 2005 l’acqua sia “la più importante delle materie prime che abbiamo oggi nel mondo“,
ma anche che “La questione è se dovremmo privatizzare la fornitura dell’acqua comune per la popolazione. E ci sono due opinioni diverse in merito. Un’opinione, che ritengo sia estremistica, è rappresentata dalle ONG, che fanno rumore allo scopo di dichiarare l’acqua un diritto pubblico.

L’acqua deve essere e restare un diritto pubblico universale.

Per farlo nel migliore dei modi dobbiamo tutti imparare a conoscerla, a rispettarla e a non sprecarla inutilmente. Visto che il tema riguarda quest’anno la depurazione voglio citare un piccolo esempio.
Ultimamente a pochi giorni di distanza uno dall’altro, nel territorio della provincia di Varese due sfioratori di piena sono entrati in funzione, sversando liquami nei fiumi Olona e Ticino in periodo di tempo secco. Questo si è verificato a causa del fatto che le pompe di sollevamento dei liquami agli impianti di depurazione sono risultate ostruite da stracci.

sfioratore

Sarebbe bastato buttare quegli stracci nel bidone apposito, e non nel wc per evitare l’inquinamento dei due corsi d’acqua.

Io credo che, almeno nei paesi sviluppati, molte persone considerino l’acqua disponibile in maniera praticamente inesauribile, ritengano che quella potabile debba costare poco se non essere gratuita, e non si preoccupino affatto di quello che è il processo laborioso di depurazione, ogni volta che premono il pulsante di uno sciacquone. E magari sono accaniti consumatori di acqua in bottiglia, ed in questo caso non si preoccupano del fatto che un bene demaniale, un bene universale sia gestito da multinazionali private che, per sfruttare i diritti di captazione delle fonti pagano canoni di fatto irrisori e fanno su questo bene di diritto universale profitti enormi.
Non sono questi gli atteggiamenti che dobbiamo adottare. Dobbiamo pensare che l’acqua è vita. Frase che può sembrare banale, ma che invece non lo è affatto.
Un impegno di tutti a preservarla, un impegno soprattutto di chi come me nell’acqua e nel suo trattamento e gestione ha trovato il suo lavoro quello di fare informazione e di impegnare le proprie risorse e le proprie conoscenze.
Per augurare a tutti buona giornata dell’acqua credo che questo brano de “ Il Piccolo Principe” sia davvero indicato.

pozzo principe

“Buongiorno”, disse il Piccolo Principe.
“Buongiorno”, disse il mercante.
Era un mercante di pillole perfezionate che calmavano la sete. Se ne inghiottiva una alla settimana e non si sentiva più il bisogno di bere.
“Perché vendi questa roba?” disse il Piccolo Principe.
“È una grossa economia di tempo” disse il mercante. “Gli esperti hanno fatto i calcoli. Si risparmiano cinquantatré minuti alla settimana.”
“E cosa se ne fa di questi cinquantatré minuti?”
“Se ne fa ciò che si vuole…”
“Io”, disse il Piccolo Principe, “se avessi cinquantatré minuti da spendere, camminerei adagio adagio verso una fontana…”

Intercalazione e altre storie.2.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Nella prima parte di questo post abbiamo introdotto il concetto di intercalazione e discusso di una delle sue applicazioni in elettrochimica, come anche delle ricadute economiche della tecnologia elettrochimica moderna.

Ma perchè parlare di accumulo elettrochimico?

Personalmente ritengo che lo sviluppo del settore accumulo energetico sia fondamentale per la crescita seria delle energie rinnovabili; è pur vero che negli ultimissimi anni quasi il 40% dell’energia elettrica italiana è stata prodotta da rinnovabili, ma di fatto l’energia elettrica è solo una parte dell’energia che consumiamo, circa 300TWh/anno contro quasi 200 Mtoe/anno (oltre 2300TWh equivalenti) di energia primaria; pur considerando che il 60% dell’elettrico è prodotto da fossile, stiamo parlando (se vogliamo abbandonare il paradigma fossile) di almeno altri 1500-1600TWh equivalenti di elettrico da estrarre da qualche altra parte; dunque per passare integralmente alle rinnovabili quanti impianti FV o eolici o idro ci servono? E dato che il loro tempo di funzionamento complessivo annuale è solo del 10-15% (per il solare) e 20-30% (per l’eolico) del totale (tecnicamente si chiama fattore di capacità) quanti impianti nominali dobbiamo avere per usarli quando c’è sole o vento ed accumularne il prodotto per il futuro uso? Risposta approssimata diciamo in media 5 volte in più. Oggi per ogni MW rinnovabile installato occorre usare una guardia equivalente di fossile, questo pochi lo dicono, ma il settore fossile si frega le mani per questo; ma in futuro dovremo farne a meno e come faremo?

La risposta è questa: dovremo avere una quantità di impianti multipla rispetto alla loro potenza nominale e una corrispondente capacità di accumulo.

Il consumo italiano di energia annua primaria totale corrisponde (spalmando banalmente i numeri precedenti in un anno) a circa 200-250GW continui, ossia moltiplicando per il fattore di capacità delle rinnovabili parliamo di circa 1 TW installato e backuppato di energia rinnovabile; avete capito bene 1000GW (oggi sono 120 compreso tutto); e tenete presente che un backup di 1 giorno corrisponderebbe a 5-6TWh. E’ una quantità enorme, che occuperà molto territorio.

Al momento il nostro paese dispone di una ridicola capacità di idroelettrico di pompaggio come segue:Se li usassimo al massimo sono 67GWh, ossia 0.067TWh; ma li sottoutilizziamo perfino come qui mostrato:Quindi 0.067TWh, contro 5-6 al giorno, necessari per il futuro: caspita, ma sono 100 volte di meno del necessario (per ogni giorno di backup)!!!

E allora?

Deve cambiare tutto. Abbiamo molti investimenti da fare, altro che piattaforme petrolifere!

Ovviamente sto trascurando cose fondamentali; parlo del risparmio energetico (risparmio!! non efficienza), parlo di altri metodi di accumulo (si può estendere l’idro? Quanto possono pesare altri metodi fisici o chimici?), parlo per esempio dell’ammodernamento del parco dei principali utilizzatori elettrici, i motori elettrici installati che sono in Italia quasi 100GW totali; pochi aggiornati alle tecnologie moderne: abbiamo già accennato a questo tema che prevede l’uso generalizzato degli inverter e dei motori in grado di usare una frequenza variabile.

La velocità di rotazione del motore è strettamente connessa con la frequenza della tensione con cui lo si alimenta. Nell’inverter la tensione alternata della rete (trifase o monofase) viene raddrizzata in corrente continua e quindi viene riconvertita in corrente alternata trifase a frequenza variabile per alimentare il motore. Una cosa del genere consentirebbe di ridurre i consumi ed esaltare la flessibilità del sistema.

Chiaro che sto approssimando. Ci sarà anche dell’altro (penso all’eolico di alta quota per esempio che teoricamente è immune dal problema discontinuità).

Qualcuno dirà: e l’idrogeno, l’idrogeno dove lo metti? Secondo me l’idrogeno è un metodo molto sopravvalutato; l’efficienza complessiva dell’idrogeno è bassa, molto bassa e dunque la strada dell’drogeno come vettore ed accumulo probabilmente non è così facilmente percorribile; ma non posso parlare di tutto in un solo post, ne riparleremo. A parte che per usare l’idrogeno ci vogliono 9 g di acqua per ogni grammo di idrogeno e non è acqua sporca o di mare. Questo è un costo nascosto e spesso trascurato in un mondo che va incontro ad un enorme cambiamento climatico che sta alterando le precipitazioni.

Tornando all’accumulo elettrochimico; è una strada possibile e ragionevole, ma ci sono da mangiare molte pagnotte; una di queste è capire bene, molto bene l’intercalazione.

L’intercalazione è oggi un argomento di avanguardia nel senso che molte ricerche sulla scienza e la tecnologia delle batterie, nel tentativo di scoprire meccanismi e metodi di accumulo energetico che ci aiutino a risolvere il problema di rendere più affidabili le energie rinnovabili, cercano di usare ed estendere l’intercalazione. Cosa hanno concluso? Continueremo questo discorso in un prossimo post.

La struttura del benzene fra chimica classica e chimica quantistica

In evidenza

Rinaldo Cervellati

 Quando ai chimici capita di avere a che fare con il simbolo stilizzato del benzene, con un cerchio inscritto in un esagono, quasi inevitabilmente il pensiero va agli orbitali molecolari dei sei elettroni p degli atomi di carbonio della molecola. Tuttavia questo simbolo fu introdotto a rappresentare il “sestetto aromatico” nel 1925 dai chimici britannici James W. Armit e Sir Robert Robinson[1] [1], qualche anno prima dell’interpretazione in base al concetto di risonanza di Pauling (1928) e del metodo degli orbitali molecolari di Hückel (1931).

Sir Robert Robinson

Arbit e Robinson scrivono:

il possesso di tali gruppi [elettronici] conferisce stabilità chimica come mostrato, per esempio, da una ridotta insaturazione e dalla tendenza a mantenere il tipo[chimico]. Queste sono, naturalmente, le caratteristiche principali dei sistemi benzenici, e qui la spiegazione è ovviamente che sei elettroni sono in grado di formare un gruppo che resiste alla rottura e possono essere denominati il sestetto aromatico [enfatizzato nell’originale]. Perciò:

Il cerchio nell’anello simboleggia l’opinione che sei elettroni nella molecola di benzene producono una associazione stabile che è responsabile del carattere aromatico della sostanza.[1].

Gli autori non cercano di interpretare il motivo per cui questi sei elettroni conferiscano questa particolare proprietà, essi si muovono nell’ambito della teoria di Lewis e poiché in tale teoria un legame a coppia elettronica condivisa viene rappresentato con un segmento che collega i due atomi contraenti il legame, ritengono opportuno usare un particolare simbolo per il sestetto elettronico responsabile dell’aromaticità. Al momento, scrivono Armit e Robinson, non si richiede alcuna assunzione particolare per quanto riguarda la posizione degli elettroni o delle loro orbite nello spazio.

Riprenderemo più avanti le idee di Robinson in proposito, vale tuttavia la pena ricordare che il cerchio inscritto nell’esagono cominciò a essere largamente usato nei testi e nei lavori di chimica organica solo più di venticinque anni dopo, verso la fine degli anni ’50 − inizio degli anni ’60 del secolo scorso.

L’interpretazione della geometria e della struttura della molecola del benzene fin dalla sua scoperta nel 1825 da parte di Michael Faraday[2] che lo isolò dal residuo oleoso della produzione del gas illuminante[3], chiamandolo bicarburo di idrogeno, è una storia lunga e complicata che qui viene riassunta senza pretesa di completezza. Molti altri composti con le proprietà del benzene furono scoperti in seguito, tanto che nel 1855 il chimico tedesco August Wilhelm von Hofmann (1818 – 1892) usò per essi il termine aromatici[4].

Nel 1834 fu determinata la formula minima del benzene (CH) e qualche tempo dopo la sua formula molecolare, C6H6, la prima molecola conosciuta con un numero uguale di atomi di carbonio e idrogeno. Altri fattori intrigarono i chimici del 1800 nel tentativo di attribuire al benzene una ragionevole struttura molecolare, in particolare il fatto che preferisse di gran lunga le reazioni di sostituzione a quelle di addizione e non rispondesse ai test analitici tipici delle sostanze contenenti doppi o tripli legami.

Fra il 1867 e il 1899 furono proposte diverse possibili formule di struttura, le principali sono riportate in figura 2.

I chimici di oggi, soprattutto i più giovani, possono pensare che si tratti di baggianate prive di alcun fondamento ma le cose non stanno affatto così. Se questi tentativi (che comunque cercavano di accordarsi ai fatti sperimentali) non ci fossero stati, probabilmente la rappresentazione moderna (quella “vera”?) avrebbe richiesto più tempo. Inoltre si è poi scoperto che composti reali corrispondono ad alcune di esse. Ad esempio, il diene biciclico, biciclo[2.2.0]esa-2,5-diene, sintetizzato nel 1962 è anche chiamato diene di Dewar perché ha la stessa struttura di quella che Dewar propose per il benzene. Una molecola con struttura analoga a quella di Lademburg, esiste e si chiama prismano (tetraciclo[2.2.0.02,6.03,5]esano), chiamato anche benzene di Lademburg, sintetizzato nel 1973. Infine, il benzvalene (triciclo[3.1.0.02,6]esa-3-ene), sintetizzato nel 1971, ha una struttura somigliante a quella proposta da Armstrong per il benzene, ed è a partire da esso che si è ottenuto il prismano.

Si può far risalire la prima struttura geometrica in accordo con la reattività del benzene ai lavori di Friedrich August Kekulé von Stradonitz[5] che, basandosi sull’evidenza che tutti gli atomi di carbonio nel benzene sono equivalenti ai fini della sua reattività (un solo derivato monostituito, tre isomeri disostituiti), postulò che gli atomi di carbonio fossero legati tra loro a due a due alternativamente con un singolo e un doppio legame in un anello chiuso a forma esagonale.

F.A. Kekulè

Per spiegare il fatto che questa struttura insatura rispondesse in modo negativo ai saggi di insaturazione, Kekulé avanzò l’ipotesi che i legami doppi e semplici scambiassero la loro posizione lungo l’anello con velocità tanto elevata che le reazioni caratteristiche degli alcheni non potevano avvenire. Le formule di struttura originali di Kekulé sono riportate in figura 4

Guardando la formula di struttura proposta da Thiele[6] nel 1899, si potrebbe pensare che egli abbia preceduto Robinson nel rappresentare un cerchio inscritto in un esagono ma le cose non stanno così. Nella rappresentazione di Thiele il cerchio è tratteggiato e non a caso, egli nel tentativo di giustificare la struttura di Kekulé avanzò l’ipotesi della valenza parziale in relazione ai doppi legami carbonio−carbonio. Il cerchio tratteggiato starebbe quindi a indicare queste “valenze parziali”che poco hanno a che vedere con il sestetto aromatico di Robinson.

L’aneddotica ci racconta che nel 1890 durante un convegno in suo onore per il 25° anniversario della struttura esagonale del benzene, Kekulé raccontò che 25 anni prima si era addormentato davanti al fuoco e nel sonno aveva visto un serpente che si mordeva la coda (l’ouroboro, un antico simbolo di origine egizia rappresentante un serpente o un dragone che si mangia la coda). Lo scienziato si svegliò e per tutta la notte lavorò per risolvere l’enigma della struttura ciclica esagonale del benzene.

Tuttavia la versione italiana di wikipedia (https://it.wikipedia.org/wiki/Friedrich_August_Kekul%C3%A9_von_Stradonitz)

riporta che due biochimici americani, John Wotiz e Susanna Rudofsky, nel 1984, studiando gli archivi di Kekulé conservati all’università di Darmstadt trovarono alcuni riferimenti, rispettivamente del 1854 e del 1858, a un saggio del chimico francese August Laurent (1807-1856), mai più successivamente citato dallo scienziato tedesco. In questo saggio il chimico francese proponeva già per il cloruro di benzoile una formula di struttura esagonale. Sembra quindi che quando Kekulé pubblicò la struttura esagonale del benzene ne avesse idea fin da circa dodici anni prima, ciò che non gli toglie nulla ma ridimensiona un aneddoto circolato per molto tempo.

Nonostante l’enorme importanza che ebbero nello sviluppo della strutturistica organica, le formule di Kekulé non si accordavano con le evidenze sperimentali per cui le lunghezze dei sei legami C−C dell’anello sono tutte uguali cui corrisponde un’energia di legame intermedia fra quella di un singolo e di un doppio legame. Ciò ci riporta al sestetto di Sir Robinson e alle prime interpretazioni quantomeccaniche. Come ricordato all’inizio del post, nella seconda metà degli anni venti e l’inizio anni trenta del secolo scorso nascono e iniziano a svilupparsi parallelamente due teorie con lo scopo di applicare la meccanica quantistica all’interpretazione del legame chimico: la teoria del legame di valenza (VB) e quella dell’orbitale molecolare (MO). Le due teorie si diversificano in quanto la prima si concentra sugli orbitali degli elettroni fra atomi che contraggono il legame, mentre la seconda considera l’insieme degli orbitali elettronici nella molecola. Nella teoria VB ha giocato un ruolo importante il concetto di risonanza, introdotto da Linus Pauling[7] nel 1928, come un modo di descrivere elettroni delocalizzati entro certe molecole o ioni molecolari per i quali il legame non può essere espresso con un’unica struttura di Lewis. Una molecola (o ione) con tali elettroni delocalizzati è rappresentato da più strutture (chiamate anche strutture di risonanza o strutture canoniche) che nel loro insieme contribuirebbero alla struttura della molecola (o dello ione). La struttura del benzene sarebbe quindi un ibrido di risonanza fra le due strutture di Kekulé, schematizzata come in figura 5:

le (principali) strutture canoniche essendo separate dal simbolo della freccia a doppia testa.

Sir Robinson non accettò mai la teoria della risonanza e questo suo istinto era giustificato. Gli argomenti su cui Pauling aveva basato il concetto di risonanza si rivelarono in seguito poco fondati e di natura puramente fenomenologica.

Come sappiamo oggi le due teorie (VB e MO) sono sostanzialmente equivalenti, conducendo in tutti i casi a conclusioni simili. L’unica differenza sta nel formalismo usato e nel concetto di risonanza, rivelatosi, secondo alcuni, fuorviante per i chimici organici, avendo dato luogo a numerosi errori e malintesi. Ad esempio, Hugh Longuet-Higgins[8] ebbe ad affermare che la teoria della risonanza, lungi da essere una benedizione, aveva contribuito poco all’avanzamento della chimica del 20° secolo [2]. George Willard Wheland (1907-1972), allievo di Pauling, estimatore e diffusore della teoria della risonanza però scrisse:

“la risonanza è concetto inventato dall’uomo, in un certo senso più fondamentale della maggior parte delle altre teorie fisiche. Non corrisponde ad alcuna proprietà intrinseca della molecola stessa, ma è solo uno strumento matematico deliberatamente inventato dal fisico o chimico per la propria convenienza.” [3]

Molti pensano che sarebbe opportuno eliminare i termini risonanza ed energia di risonanza, sostituendoli con delocalizzazione ed energia di delocalizzazione.

Un ulteriore episodio contribuì ad alimentare la sfiducia di Sir Robertson verso la chimica quantistica. Lord Todd e J.W. Cornforth, biografi di Robinson, così lo raccontano [2].

Nel 1931 Erich Hückel[9] pubblicò un trattamento teorico (teoria MO) sulle sostituzioni aromatiche elettrofile giungendo alla conclusione che l’effetto di gruppi elettron attrattori doveva essere orto- para direttore, mentre i gruppi elettron repulsori sarebbero stati meta direttori. Conclusioni diametralmente opposte a quelle espresse da Robinson e sostenute da Lapworth, sicché i due scrissero una nota alla rivista Nature affermando che i risultati di Hückel erano in netto contrasto con le evidenze chimiche sperimentali. Hückel replicò, più con compatimento che con rabbia, che le sue conclusioni erano una conseguenza diretta della teoria quantistica, quindi al di là di ogni critica, pertanto dovevano essere i chimici organici a trovare l’errore nei loro esperimenti. Infastidito da questa supponenza Robinson interpellò Edward Milne, famoso matematico e fisico-matematico a Oxford per chiedergli di controllare i calcoli di Huckel. Dopo aver ascoltato attentamente Robinson, Milne rispose: “Se ho ragione, Hückel ha ottenuto tutto esattamente al contrario. In tal caso è ovvio cosa è successo, ha sbagliato un segno”. Tuttavia Milne rifiutò di perdere tempo a cercare uno sbaglio di segno nei calcoli di Hückel. Per quanto lo riguardava, la cosa finiva lì, per Robinson fu anche la fine della chimica quantistica.

(L’errore fu trovato più tardi dal chimico americano George Willard Wheland, però non era così banale come aveva pensato Milne. Hückel fece una serie di assunzioni semplificative non giustificabili o scorrette. Lo sbaglio non riguarda quindi la chimica quantistica, ma il suo uso scorretto da parte di Hückel).

La sfiducia di Sir Robinson nella chimica quantistica durò fino alla fine della sua vita. A questo proposito Lord Todd e J.W. Cornforth affermano:

Il primo trattamento quantistico rappresentò invero un effettivo avanzamento rispetto al concetto originale di Robinson del sestetto elettronico, culminato nei lavori di Lennard-Jones e Coulson[10] dell’inizio anni ’40 ma ci volle diverso tempo per essere fruibile, anche a causa della mancanza di sensibilità chimica da parte di coloro che vi contribuirono. Se Robinson avesse avuto un atteggiamento diverso e si fosse impegnato a fondo nello studio dei metodi quantomeccanici e con la sua profonda conoscenza della chimica organica, probabilmente la chimica organica teorica avrebbe seguito uno sviluppo molto più rapido [2].

Comunque il simbolo dell’esagono con cerchio inscritto non ebbe subito un grande impatto nei testi di chimica organica, lo stesso Robinson non ne fece uso nel suo saggio sulla teoria elettronica dei composti organici 4]. Solo alla fine del 1950 e primi anni 1960 il simbolo finalmente fece la sua comparsa nei testi introduttivi di chimica organica, in particolare nell’edizione 1959 del conosciutissimo testo di Morrison e Boyd, dove fu utilizzato non solo per il benzene, ma anche per naftalene, antracene, fenantrene e altri aromatici policiclici [5, 6]. Ma il dibattito sull’uso del simbolo non è cessato. Ancora nei tardi anni ’90 due autori avevano idee diametralmente opposte: McMurray (1996) rifiuta di usarlo considerandolo ambiguo mentre Solomons (1992) ne fa ampio uso. Questo dibattito prosegue anche sul significato del simbolo. Alcuni vorrebbero restringerlo al sestetto aromatico del benzene, come nell’originale intenzione di Robinson, altri lo ritengono applicabile a tutti i composti che obbediscono alla regola di Huckel[11] per l’aromaticità [6].

Infine, data l’importanza del simbolo per l’anello benzenico gli sono stati assegnati due unicode uno per l’esagono con cerchio inscritto:

http://www.fileformat.info/info/unicode/char/23e3/index.htm

l’altro per l’esagono con i tre doppi legami alternati: http://www.fileformat.info/info/unicode/char/232c/index.htm

Bibliografia

[1] J. W. Amit, R. Robinson, Polynuclear Heterocyclic Aromatic Types. Part II. Some Anhydronium Bases, J. Chem. Soc., 1925, 1604-1618.

[2.] Lord Todd and J. W. Cornforth, Robert Robinson 13 September 1886 – 8 February 1975., Biogr. Mems Fell. R. Soc., 1976, 414-527.

[3] George Willard Wheland, The Theory of Resonance and Its Application to Organic Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 1944 (1a Ed.), 1955 (2a Ed.)

[4]R. Robinson, Outline of an Electrochemical (Electronic) Theory of the Course of Organic Reactions, Institute of Chemistry: London, 1932.

[5]R. T. Morrison, R. N. Boyd, Organic Chemistry, Allyn and Bacon: Boston, 1959. Gli autori originariamente utilizzarono linee tratteggiate per il cerchio. Nelle edizioni successive queste furono sostituite da linee continue.

[6] W.B. Jensen, The Circle Symbol for Aromaticity, J. Chem. Educ., 2009, 86, 423-424.

[1] Sir Robert Robinson (1886-1975) chimico organico britannico. Premio Nobel per la Chimica 1947 per i suoi studi sui composti contenuti nelle piante: polifenoli, antociani e alcaloidi. Noto anche per alcune sintesi e per la scoperta della struttura molecolare di morfina e penicillina. A lui si deve l’introduzione delle frecce per indicare gli spostamenti elettronici nei meccanismi della chimica organica. Membro dell’Ordine al Merito del Regno Unito 1949.

[2] Michael Faraday (1791-1867), insigne fisico e chimico inglese noto sopratutto per i suoi contributi fondamentali nell’elettromagnetismo e nell’elettrochimica.

[3] Il gas illuminante (o gas di città), ampiamente usato per l’illuminazione notturna delle città prima dell’energia elettrica, veniva ottenuto per distillazione del carbon fossile (litantrace) e distribuito attraverso un complicato sistema di tubazioni. Tipicamente la miscela gassosa era costituita dal 50% di idrogeno, 35% di metano, 10% di monossido di carbonio e 5% di etilene. In alcune città, ad es. Bologna, nei pressi della Stazione Centrale è ancora in piedi l’enorme struttura cilindrica del gasometro, dove veniva immagazzinato il gas illuminante.

[4] Il termine si riferì inizialmente ai derivati del benzene che hanno in generale un odore gradevole, al contrario dei composti alifatici, successivamente fu esteso a molti composti, ad es. contenuti nelle piante anch’essi di odore gradevole. Va detto comunque che vi sono composti “aromatici” dal cui “aroma” è meglio stare alla larga…

[5] Friedrich August Kekulé von Stradonitz (1829-1896) chimico tedesco pubblicò un primo lavoro sul benzene nel 1865 in francese perché in quell’anno stava insegnando nel Belgio francofono (Kekulé, F.S,Sur la constitution des substances aromatiques., Bulletin de la Societe Chimique de Paris, 1865, 3, 98–110.). L’anno successivo pubblicò un più ampio articolo in tedesco sullo stesso argomento (Untersuchungen über aromatische Verbindungen.,  Liebigs Annalen der Chemie und Pharmacie. 1866, 137, 129–36). Nella seconda metà del XIX secolo Kekulé è stato uno dei più eminenti chimici.

[6] Friedrich Karl Johannes Thiele (1865 – 1918), chimico organico tedesco, mise a punto diversi strumenti per la sintesi organica compreso un apparecchio per la misura del punto di fusione, detto tubo di Thiele. Fra le sintesi che si devono a lui ricordiamo la condensazione di chetoni e aldeidi con ciclopentadiene come strada per ottenere fulveni.

[7] Linus Carl Pauling (1901-1994) americano, chimico, biochimico, educatore, attivista per la pace, Premio Nobel per la chimica 1954 “per le sue ricerche sulla natura del legame chimico e la sua applicazione all’elucidazione della struttura di sostanze complesse”. Oltre che della chimica quantistica è considerato anche fondatore della biologia molecolare. Nel 1962 ottenne anche il Premio Nobel per la pace “per la sua campagna contro i test nucleari”.

[8] Hugh Cristopher Longuet-Higgins (1923-2004), inglese, chimico teorico e cognitivista, ancora prima di ottenere il dottorato propose la struttura corretta per il diborano B2H6 con legame a 2centri-3elettroni fra i due anelli H2B, talvolta detto legame a banana. Fu professore di Fisica teorica a Cambridge, poi cominciò a interessarsi di intelligenza artificiale e nel 1967 si trasferì a Edimburgh dove co-fondò il Dipartimento di Intelligenza delle Macchine. Cambiò ulteriormente interesse, occupandosi di psicologia sperimentale all’università del Sussex.

[9] Erich Armand Arthur Joseph Hückel (1896-1980), chimico e fisico tedesco. Noto principalmente per lo sviluppo della teoria di Debye-Huckel per le soluzioni elettrolitiche e per il metodo di Hückel per il calcolo approssimato degli orbitali molecolari di sistemi π.

[10] Charles Alfred Coulson (1910 –1974) britannico, matematico applicativo e chimico teorico. Considerato un pioniere nell’applicazione della teoria quantistica della valenza a problemi di struttura molecolare, dinamica e reattività. Curioso il fatto che Coulson succedette a Milne come Professore di Matematica a Oxford nel 1952. Fu poi chiamato a ricoprire la cattedra di Chimica teorica, istituita nel 1972.

[11] Secondo questa regola, tra tutti i composti ciclici, quelli aromatici: (a) hanno struttura planare e atomi di carbonio ibridati sp2; (b) hanno un numero di elettroni π delocalizzati su tutto il ciclo, pari a 4n + 2, dove n è un numero intero maggiore o uguale a 0.

 

Ci risiamo….

In evidenza

Mauro Icardi

Dopo che i giornali nel riferire di tristi fatti di cronaca, in particolare di violenza familiare o di genere hanno confuso con allarmante regolarità e frequenza acidi e basi, definendo acido un prodotto come la soda caustica, adesso anche il quiz preserale “L’eredità” mette in mostra alcune disarmanti lacune nella conoscenza chimica di base.

Qui a fare la brutta figura sono i concorrenti, non certo gli autori del programma.
Prima di riferire l’episodio nello specifico vorrei fare un breve preambolo. I quiz sono programmi televisivi che da sempre hanno avuto un gran riscontro da parte del pubblico televisivo. Se il programma a quiz annovera autori di valore, e propone argomenti validi può diventare utile nel suo insieme.
Io personalmente ho un buon ricordo di una certa televisione del passato, ed in particolare di programmi come “Chissà chi lo sa” condotto da Febo Conti.

Pensato per ragazzi che frequentavano la scuola dell’obbligo, in generale faceva riferimento nelle domande a quiz ad argomenti presenti nei programmi scolastici.
Negli anni successivi si è assistito ad una maggior tendenza alla spettacolarizzazione, e meno alla qualità del programma e delle domande poste. La televisione generalista ha perso molto nella qualità generale della sua offerta. La concorrenza delle tv a pagamento e di Internet si è fatta sentire, la rincorsa al sensazionalismo e alle ragioni degli inserzionisti pubblicitari e agli indici di share anche. Il risultato è stato quello di una flessione nella qualità dell’offerta televisiva.
Si sono proposti programmi letteralmente inguardabili. Ricordo con sgomento la “Pupa e il secchione”, “Tamarreide” e buon ultimo a rinverdire la tradizione “Riccanza”.
Io ho di fatto smesso da molti anni di guardare programmi televisivi, ma prima di cenare mi concedo un’ora per guardare programmi come “L’eredità”, oppure nel periodo estivo “Reazione a catena” perché sono costruiti sulla risoluzione di giochi che sono derivati dall’enigmistica.
Durante lo svolgimento della puntata i concorrenti sono chiamati a rispondere anche a domande di cultura generale.
Di strafalcioni e di risposte improbabili ne ho sentite molte. Molti concorrenti faticano a collocare personaggi storici nella loro giusta epoca, anche se si tratta di personaggi del novecento. Memorabile chi ha risposto che Hitler era stato nominato cancelliere tedesco nel 1979.

eredità

Qualche giorno fa su una domanda relativa alla chimica, nella quale ai concorrenti veniva mostrata la formula bruta del saccarosio (C12H22O11) e chiesto a quale composto chimico appartenesse, venivano loro date quattro possibilità di risposta. Una ovviamente era quella esatta e poi tra quelle errate vi era sia l’acido solforico che l’ammoniaca. Inutile dire che la risposta giusta è arrivata dopo che i tre concorrenti precedenti avevano indicato quelle errate.

Onestamente faccio molta fatica a capire come chi sia stato anche solo alla scuola dell’obbligo non abbia mai sentito parlare degli zuccheri, o che non si ricordi almeno a memoria che la desinenza –osio si riferisca ad essi. Oppure non abbia mai sentito parlare di formule elementari come quelle dell’acido solforico o dell’ammoniaca. La sensazione che ho provato è di delusione e sgomento. Bastava aver seguito con un minimo di attenzione le lezioni di quelle che ai miei tempi si chiamavano osservazioni scientifiche durante gli anni della scuola media, per non incorrere in errori così grossolani e banali.

acido solforico
Sono anni che veniamo informati del fatto che in Italia cresce l’analfabetismo di ritorno, che gli Italiani mostrano da sempre una ostinata disaffezione alla lettura ed allo studio.
Episodi come questo ne sono una triste conferma. Spesso però si tende a sminuire la gravità di cose come queste (mi riferisco agli errori grossolani su domande non eccessivamente difficili nei quiz televisivi). Spesso i commenti che sento in altri programmi radiofonici o televisivi tendono a sminuirne la gravità e a mettere in campo elementi quali l’emozione. In generale percepisco quasi una elevazione dell’ignoranza a pregio e simbolo di modernità.
E allora chiudo citando le parole che Isaac Asimov scienziato, oltre che scrittore di conosciutissimi racconti di fantascienza scrisse nel 1980 in un articolo pubblicato su Newsweek.
C’è una specie di culto dell’ignoranza negli Stati Uniti e c’è sempre stato. L’anti-intellettualismo si è insinuato come una traccia costante nella nostra vita politica e culturale, alimentato dal falso concetto che democrazia significhi la mia ignoranza vale quanto la tua conoscenza
Bisogna cercare di invertire questa tendenza senza alcun dubbio o tentennamento.

Briscole, tromboni e trombette.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Qualche mese fa abbiamo segnalato su questo blog le posizioni di alcune riviste e di alcuni scienziati sulla elezione di Donald Trump* alla presidenza degli USA; posizioni molto critiche.

In questi giorni abbiamo la conferma di alcuni di quegli effetti e di quelle previsioni, in parte catastrofiche.

La prima è che Trump ha cominciato a revocare la precedente dirigenza e a nominarne una nuova; in particolare ha nominato il nuovo capo dell’EPA: Scott Pruitt.

Nel corso di un’intervista condotta dall’emittente CNBC, Pruitt ha risposto a una precisa domanda sul ruolo della CO2 e in generale dell’attività umana rispetto al riscaldamento climatico

I think that measuring with precision human activity on the climate is something very challenging to do and there’s tremendous disagreement about the degree of impact, so no, I would not agree that it’s a primary contributor to the global warming that we see,” ha detto alla CNBC; “But we don’t know that yet. … We need to continue the debate and continue the review and the analysis.”

Nei fatti non c’è alcuna “mancanza di consenso”, né tantomeno “enorme”. Negli ultimi anni tutte (e sottolineo il tutte) le principali organizzazioni scientifiche hanno concordato che siano le attività umane a contribuire più di ogni altro fenomeno al surriscaldamento del pianeta, attraverso le emissioni di CO2.

La stessa pagina web dell’EPA afferma “Il diossido di carbonio è il principale gas serra che sta contribuendo al recente cambio climatico

Il punto di vista di Pruitt è agli antipodi di quello di NASA e NOAA .

The planet’s average surface temperature has risen about 2.0 degrees Fahrenheit (1.1 degrees Celsius) since the late 19th century, a change driven largely by increased carbon dioxide and other human-made emissions into the atmosphere,” hanno affermato NASA e NOAA nel gennaio 2017.

Il Sen. Brian Schatz, co-presidente della Senate Climate Action Task Force, ha violentemente criticato Pruitt per i suoi commenti definiti “extreme” and “irresponsible.”

Anyone who denies over a century’s worth of established science and basic facts is unqualified to be the administrator of the EPA. Now more than ever, the Senate needs to stand up to Scott Pruitt and his dangerous views,” ha affermato.

Come ci racconta Il Post: Pruitt ha del resto una lunga storia alle spalle di negazionismo del riscaldamento globale. Da procuratore generale dell’Oklahoma, Pruitt fece causa all’EPA per 13 volte contestando i suoi regolamenti per proteggere l’ambiente, ridurre le emissioni e regolamentare lo sversamento di sostanze pericolose nei fiumi. Nel corso degli anni, Pruitt ha inoltre ricevuto numerosi contribuiti e finanziamenti da parte delle aziende petrolifere. Secondo un articolo del New York Times, Scott Pruitt intende portare nell’EPA suoi ex collaboratori e conoscenti che negano il riscaldamento globale.

In passato Pruitt ha anche detto di essere contrario all’accordo di Parigi sul clima, il più importante e incisivo degli ultimi anni, già osteggiato dall’amministrazione Trump. Il nuovo capo dell’EPA vorrebbe inoltre rivedere le regole dell’agenzia che impongono ai produttori di veicoli di costruire motori più efficienti e meno inquinanti.

Già questo basterebbe a far capire che le preoccupazioni che avevo richiamato nel post di qualche mese fa erano ragionevoli. Ma quel che mi preoccupa ancor più sono le conseguenze di questo cambio della guardia americano sul resto del mondo visto il ruolo guida in politica che gli USA hanno sulle classi dirigenti di molti altri paesi.

In Italia abbiamo assistito al seguente episodio che coinvolge il Corriere della Sera, un giornale che sappiamo essere in prima fila nell’attaccare l’interpretazione corretta del global warming; il suo ex-direttore Paolo Mieli non le manda a dire. Ai suoi commenti ha risposto in maniera dettagliata Oca Sapiens, una delle più famose blogger italiane. Ma stavolta Mieli e gli altri giornalisti-ignoralisti (l’autrice dell’articolo in questione si chiama Serena Danna) l’hanno combinata grossa; sentite qua.

Il blog Climalteranti (a cui ogni tanto contribuisco) l’ha definita “L’infortunio della Lettura”. Infatti riguarda il supplemento La lettura publicato settimanalmente dal Corriere.

Ne trovate il testo integrale qui.

Ci racconta Climalteranti:

L’idea della giornalista, Serena Danna, non è affatto nuova: un “dibattito” alla pari fra un negazionista con poche o nulle competenze in climatologia e un esperto di clima. Ne abbiamo visti tanti in passato, anche in televisione. Essendo la quasi totalità dei climatologi certa che la terra si sia surriscaldata, dare spazio a una tesi largamente minoritaria, peraltro sostenuta da un dilettante in materia, è una cosa poco sensata. Come lo sarebbe dare spazio all’odontotecnico che straparla di vaccini. 

William Happer, definito “guida degli scettici del cambiamento climatico”, è una pedina minore del negazionismo climatico. Il termine “scettico” per Happer è scorretto sia dal punto di vista culturale che giornalistico: si tratta di un fisico nucleare senza alcuna pubblicazione sul clima, consulente di petrolieri e produttori di carbone e membro di numerose lobby statunitensi dell’energia da fonti fossili, che si è dichiarato disponibile a scrivere articoli a pagamento (250 $/ora) sui benefici della CO2 (sarebbe utile sapere se Happer ha ricevuto un compenso per questo “confronto”). La sua presentazione nella colonna informativa si conclude con “negli ultimi anni il suo lavoro si è concentrato sui dubbi relativi al riscaldamento globale e ai danni della CO2”, senza precisare che si è trattato di un “lavoro” da opinionista, senza alcuna pubblicazione scientifica a supporto.

Nell’intervista pubblicata da “La Lettura” del 26 febbraio 2017, intitolata “Credetemi, il clima non è surriscaldato”, William Happer ha rispolverato molti dei miti del negazionismo climatico, da tempo confutati dalle evidenze scientifiche disponibili. Come spiegato nel precedente post, nell’articolo dell’inserto culturale del Corriere della Sera (qui il testo) è stato proposto un finto confronto fra il fisico William Happer e il climatologo Mark Cane (raggiunto via mail, Cane ha dichiarato di non essere al corrente della presenza di un interlocutore nell’articolo, com’è raccontato qui). Molte delle affermazioni di Happer non sono state confutate nell’articolo, che ha anzi dato pari dignità, e più spazio e visibilità complessiva, alle sue opinioni rispetto a quelle del climatologo Cane.

Sarebbe difficile confutare punto per punto qui le affermazioni di Happer, per cui vi rimando per una confutazione puntuale delle ridicole posizioni di Happer a questo post a cui ho anche un po’ contribuito.

Ma la cosa grave rimane: uno dei principali giornali italiani ha “costruito” un falso confronto fra le posizioni pro e contro il GW disinformando nel merito i suoi lettori e addirittura tenendo non informato almeno uno dei suoi intervistati di cui ha confuso volutamente il ruolo scientifico : uno esperto di lunga data definito un ambientalista, e un non–esperto lobbista a pagamento per Big Oil, definito come la guida degli scienziati scettici. Non solo.

Leggendo l’articolo del Corrierone-La Lettura si ha l’impressione che i due discutano tra di loro, ma in effetti non sanno nemmeno di farlo, come scritto da Cane (si veda l’ultima parte di questo link); le loro frasi sono semplicemente giustapposte dall’autrice secondo il proprio intendimento e non si capisce se quelle frasi siano risposte a precise domande o meno. E questo spiegherebbe anche perché le frasi citate di Cane a volte appaiano del tutto fuori tema. Ma è questo un modo di fare informazione o disinformazione? Non sembra il massimo della correttezza dott. Fontana(direttore del Corriere), dott. Troiano (direttore de La Lettura), dott. Mieli (attualmente redattore) e dott. Danna (autrice dell’articolo)!

*Il titolo del post viene dal significato della parola inglese trump: briscola; il resto potete immaginarlo da soli.

Link utili:

https://www.desmogblog.com/william-happer

http://ocasapiens-dweb.blogautore.repubblica.it/2017/03/05/californexit/

http://www.climalteranti.it/2017/02/27/linfortunio-de-la-lettura/

Il colore giallo.

In evidenza

Luigi Campanella, ex Presidente SCI.

Colori a base di sostanze minerali sono stati utilizzati sin dalla preistoria: gesso, ocra, nelle varie gradazioni dal rosso chiaro al giallo chiaro; neri ricavati da biossido di manganese o da carbone di legna, sono stati utilizzati per le pitture rupestri del paleolitico superiore, più raramente terre verdi e ossido di manganese marrone, ed eccezionalmente anche violetto di manganese.

A partire dal neolitico si amplia la gamma di minerali utilizzati per la pittura e la ceramica, e si creano vari coloranti a base vegetale o animale per la tintura di tessuti, quali il rosso di robbia, il blu indaco, il blu di guado, il giallo di reseda. Con lo sviluppo della tecnica metallurgica diventano inoltre disponibili nuovi composti metallici, come ossido salino e carbonato basico di piombo, antimoniato di piombo.

Gli Egizi sono stati il primo popolo a dedicare un particolare impegno nella preparazione di colori per la pittura. La “fritta Egizia” o “blu Egizio”, ottenuto per cottura in forno a 800-900o di una precisa miscela di calce, ossido di rame e quarzo, e successiva macinazione, partendo da minerali come calcare, malachite e sabbia, è il più antico pigmento di sintesi. Altro pigmento di sintesi è l’antimoniato di piombo, dal Seicento noto come giallo di Napoli, prodotto come ossido o carbonato di piombo e ossido d’antimonio, ottenuti mediante trasformazioni di minerali.

Alcuni pigmenti prodotti (inventati?) circa 4000-5000 anni fa sono rimasti dei colori fondamentali fino al 1700-1800. Per esempio la biacca rappresenta fino alla fine del 1800 un pigmento fondamentale della pittura.

Unico documento rimasto della pittura greca: La Tomba del Tuffatore a Paestum (480-470 a.C.)

Dell’epoca greca non sono rimasti documenti diretti dell’arte pittorica, ma solo ampie descrizioni (a parte la tomba del tuffatore e i dipinti su vaso).

In epoca romana, soprattutto a partire dall’epoca imperiale era disponibile una gamma sufficientemente ampia di pigmenti. Quelli più apprezzati erano il minio e il cinabro, estratti minerali che mescolati a ocre davano differenti toni di rosso, come quelli delle pareti pompeiane; il blu, il porpora, il verde estratto da una preziosa lega di rame e stagno utilizzata per produrre un bronzo dorato, il crisocalco; il giallo oro, il nero, il bianco, per il quale si utilizzavano almeno tre varianti di creta, distinguendo tra bianco brillante e bianco opaco. Si producevano anche colori splendidi, luminosi e resistenti, a partire da sostanze organiche, come il rosso porpora, che si ricava dalla secrezione di un gasteropodo del genere Murex, e un blu superbo, denominato vitrum, ottenuto dal guado, che si affiancava all’indaco e all’azzurrite, minerale composto di carbonato basico di rame. Anche i pigmenti gialli erano disponibili sin dall’antichità in molte varietà e in genere stabili e resistenti. Tra questi, terre gialle, solfuri come l’orpimento e il realgar, l’antimoniato di piombo e il giallo di reseda, un pigmento vegetale utile sia in tintoria che in pittura.

I pigmenti utilizzati nel Medioevo sono quelli ereditati dall’antichità. Minio e cinabro sono i due colori base del primo Medioevo (basti pensare alle miniature), insieme alla lamina d’oro, ottenuta semplicemente per battitura delle monete. Un importante nuovo pigmento è il blu oltremare prodotto dal blu lapislazzuli, importato dal lontano Afganistan, che si aggiunge all’azzurrite; da questa si sono ottenute diverse tonalità utilizzando differenti gradi di macinazione. I pittori medioevali fecero anche largo uso di sostanze organiche: tinture blu indaco e blu di guado cui aggiunsero il tornasole, oltre alla lacca di chermes, o cremisi, e alla lacca rossa del brasile.

Dal XI al XIV secolo la pratica della pittura passa dai monasteri alla città ed inizia l’attività professionale dei pittori, passando con Giovanni Bellini e con Tiziano, dalla tempera alla pittura a olio. I pittori erano costretti per dare luminosità ad aggiungervi biacca, divenuto segno rivelatore del passaggio dal colore medioevale a quello moderno. Ancora alla fine del Rinascimento i pittori preparavano direttamente nelle loro botteghe i propri pigmenti; così ai materiali di base si aggiungevano tutta una serie di materie come leganti e cariche.

I colori primari per il pittore sono il rosso (rosso-magenta), il blu (il blu-ciano) e il giallo. Ogni popolo in ogni tempo ha attribuito ai colori significati simbolici diversi e i nomi dati alle tinte variano da una cultura all’altra. Come racconta Manlio Brisantin, studioso dei colori, oggi il giallo affascina pittori, musicisti, stilisti, pubblicitari, consumatori, per la sua natura calda, luminosa, positiva. Ma non è sempre stato così. Nel passato il giallo è stato spesso associato a caratteristiche negative: era il colore della menzogna, del tradimento, della malattia, della follia.

Colore primario e perciò base di innumerevoli sfumature di colore, il giallo era uno dei colori prediletti dagli impressionisti, da Matisse e Gauguin, dai Fauves e dai rappresentanti dell’arte astratta come Mirò,che generalmente alla ricerca di colori vivi e contrari in buona parte a miscugli fra colori hanno trovato nel giallo le due caratteristiche cercate, colore caldo e preimario (insieme al rosso ed all’azzurro). Kandinskij nel suo “Lo spirituale è nell’arte” associa il giallo al triangolo, al misticismo e allo spirituale: colore dell’oro, del sole, del grano, del pane fragrante, dell’elevazione.

Orpimento giallo allo stato di minerale

Questo colore così pieno di significati, nasconde altri segreti che riguardano il mistero della sua composizione e produzione sin dall’antichità. Cennini lo definisce colore “artificiato” per poi ribadire, tuttavia, la sua provenienza non alchemica. Con il progredire della scienza moderna, questo colore divenne il centro di un dibattito sempre più appassionato che investì persino la prestigiosissima Acadèmie Royale des Sciences de Paris, dove vi si dedicano ancora oggi incontri enciclopedici, intrecciando la passione per settori culturali della conoscenza naturale all’attenzione per altri più coinvolti negli interessi economici dell’industria,come dimostrato dalle aree di studio più sviluppate nell’accademia,che vanno dalla biologia alla biofisica,dalla metrologia alla geodesia. Giallo di bario, giallo di cadmio, giallo di cobalto, giallo di cromo, giallo di marte, giallo di napoli, giallo di piombo-stagno, giallo di smalto, giallo di spincervino, giallo di stronzio, giallo di titanio, giallo di zinco, giallo indiano, giallo minerale, gomma gutta, lacca gialla, litargirio, massicot, ocra gialla, oro, oro musivo. orpimento, terra di siena naturale, terra d’ombra naturale, zafferano, sono i nomi dei pigmenti gialli più noti.

Nel XX secolo l’uso del colore deve essere messo in relazione soprattutto a Matisse (quello della forma probabilmente a Cezanne): colori basati sulla gioia indotta dalle tinte cobalto,cromo e cadmio della chimica del secolo prima.

Ulivi con cielo giallo e Sole di Vincent Van Gogh. 1889. SI trova in un museo di Minneapolis (USA)

La pittura acrilica, una tecnica nuova pittorica, è nata in epoca relativamente recente. Le prime ricerche ed i primi esperimenticon emulsioni sintetiche iniziarono intorno agli anni ventida parte di pittori messicani come Orozco, Rivera e Siqueiros,la cui esigenza era quella di avere colori con le caratteristiche di praticità come quelli ad olio,duttilità come quelli a tempera, trasparenza come l’acquarello e resistenza agli agenti atmosferici come l’affresco. Le vernici sono prodotte con polveri colorate (pigmenti) mischiate con una resina acrilica (quasi esclusivamente di origine chetonica) di essicazione variabile, generalmente veloce, a seconda delle resine, dei pigmenti e della fabbrica produttrice. Presentano vantaggi e difetti, ma hanno una caratteristica importante:a differenza delle tradizionali tempere, sono indissolubili una volta asciutti.

I colori acrilici sono tranquillamente mescolabili fra loro e come diluente è preferibile semplice acqua, utilizzabile anche per cancellare, prima dell’asciugatura, parti di colore. Alcuni tipi di colori acrilici sono sensibili alla luce che li fa schiarire, tipo i colori rosso-violacei e blu-violacei, perché creati con pigmenti derivati da composti chimici organici fotosensibili, a questo fenomeno si ovvia con una lacca di resina acrilica con filtro UV che protegge tali colori.

Per gli altri colori non c’è bisogno di fissativo perché la resina acrilica che li compone li fa resistere alla luce e agli agenti atmosferici, smog compreso. Si comprende allora l’importanza della scelta dei sistemi di illuminazione focali e generali all’interno dei musei e delle gallerie d’arte,in quanto da essa può dipendere la salvaguardia di opere d’arte pittoriche

Quel nostro ingegnoso collega: Leo Baekeland.

In evidenza

Giorgio Nebbia.

“Sappi che l’avvenire è racchiuso in una sola parola, una sola: plastica”. Nel celebre film “Il laureato”, di Mike Nichols (1967) è questo il consiglio che un amico di famiglia dà al giovane Braddock (Dustin Hoffman), durante la sua festa di laurea, per indicare dove orientare il suo futuro di lavoro.

La frase rifletteva il pensiero corrente nell’età dell’oro della plastica; si può ben dire che il Novecento è stato segnato dai nuovi materiali sintetici che, del resto, sono “nati”, si può dire, proprio agli inizi del secolo scorso, nel 1906.
A quell’anno infatti risale il brevetto americano n. 942.699 depositato da Leo Baekeland (1863-1944), per un nuovo materiale ottenuto dalla combinazione del fenolo con la formaldeide. Quando fece la rivoluzionaria invenzione “della plastica” questo Leo Baekeland era già un personaggio speciale. Nato in Belgio da modesta famiglia, si era laureato in chimica, poi si era trasferito negli Stati Uniti, animato dalla passione per le invenzioni, e per il successo economico.

Leo Baekeland (1863-1944)

Baekeland aveva già inventato una carta fotografica, chiamata Velox, con la quale era possibile sviluppare le fotografie anche alla luce artificiale, una innovazione molto importante perché fino allora le fotografie potevano essere sviluppate soltanto alla luce del Sole; per la produzione di questa carta Velox aveva fondato la società Nepera. George Eastman (1854-1932), altro imprenditore nato povero che aveva fatto una fortuna con l’invenzione della macchina fotografica popolare Kodak, capì l’importanza dell’innovazione e acquistò nel 1899 la Nepera e i brevetti Baekeland per un milione di dollari, una cifra allora favolosa.

Ma intanto altri problemi richiamarono l’attenzione di Baekeland; la fine dell’Ottocento era stata caratterizzata dall’espansione dell’elettricità; le forze del calore e del moto delle acque potevano essere trasformate in elettricità mediante dinamo e l’elettricità poteva azionare le macchine mediante motori elettrici e l’elettricità poteva arrivare dalle dinamo ai motori e agli impianti di illuminazione e nelle città e nelle fabbriche e ai telegrafi mediante fili di rame. Per evitare dispersioni e perdite nelle dinamo e nei motori i fili elettrici erano rivestiti con la gommalacca, una sostanza resinosa che esce dai rami di alcune piante in seguito alla puntura di una cocciniglia, l’insetto Laccifera lacca, che va a deporvi le uova. L’aumento della richiesta aveva reso la gommalacca scarsa e costosa e Baekeland cercò di ottenere un surrogato artificiale.

Qualche anno prima, durante le ricerche per la sintesi dell’indaco, il grande chimico tedesco Adolf von Baeyer (1835-1917) aveva osservato che dalla reazione del fenolo, un liquido derivato dalla distillazione del catrame di carbone, con la formaldeide, un sottoprodotto della distillazione secca del legno, si formava un residuo resinoso e appiccicoso che rappresentava uno scarto inquinante; partendo da questo rifiuto Baekeland studiò a fondo la reazione fra fenolo e formaldeide e osservò che il materiale resinoso risultante era un buon isolante elettrico e rappresentava il surrogato ideale della gommalacca. Si trattava della prima vera macromolecola artificiale e quindi era la prima materia plastica.

La resina fenolo-formaldeide non si rivelò soltanto adatta come vernice e isolante elettrico. Nel 1907 si scoprì che, miscelando la resina con farina fossile, si otteneva una materia solida, stampabile a caldo, che fu chiamata bachelite e che ebbe un grande successo per oggetti domestici, telefoni, apparecchiature elettriche, eccetera. Baekeland creò la società “Bakelite” per la fabbricazione e commercializzazione delle resine fenolo-formaldeide (la società fu venduta successivamente al gigante chimico Union Carbide).

Gli anni successivi videro molti altri successi della materia scoperta da Baekeland; mentre cercavano dei surrogati per la mica, il minerale usato come isolante elettrico in sottili fogli, alcuni scoprirono che una materia adatta allo stesso scopo, che fu chiamata “For-mica” (al posto della mica) si otteneva miscelando resine fenolo-formaldeide con segatura o polvere di legno; da questa scoperta derivarono i laminati plastici denominati “formica” ancora oggi usati, partendo da resine diverse.

Leo Baekeland, che era stato, oltre che scienziato e inventore, un fortunato e abile imprenditore, morì nel 1944 nella sua villa vicino New York.

Ormai si parla di resine fenoliche per indicare molte materie plastiche sintetiche termoindurenti ottenute facendo reagire con formaldeide o con altre aldeidi, il fenolo e i cresoli, con addizione di vari materiali di carica. Benché non siano fra le più diffuse materie plastiche commerciali, sono usate ancora per molti oggetti di uso comune e addirittura alcuni stilisti ne stanno riscoprendo alcune virtù estetiche.

Ho voluto raccontare questa storia perché offre l’occasione di alcune considerazioni; molte invenzioni sono nate alla ricerca di surrogati di materiali diventati scarsi e costosi; molte invenzioni sono nate osservando le proprietà di cose buttate via, rifiutate; molti inventori erano nati poveri e sono diventati persone di successo perché tenevano gli occhi aperti sul mondo circostante. Pasteur disse una volta che il caso aiuta la mente preparata.

Che cosa potremmo fare per aiutare tanti giovani, scoraggiati e disoccupati, ad aprire gli occhi su un mondo che è ancora pieno di cose da scoprire, di scarti da trasformare in oggetti utili, e in occasioni di lavoro e di benessere anche personale ?

 

Intercalazione e altre storie. 1.

In evidenza

Claudio Della Volpe.

Dato che il nostro blog vuole occuparsi soprattutto di chimica dell’antropocene dobbiamo in qualche modo fare spazio a quei concetti di chimica, una volta considerati avanzati, ma che oggi costituiscono la base di molte delle applicazioni antropoceniche della chimica. L’intercalazione è uno di questi. Nel discuterne l’aspetto scientifico e tecnico troveremo, quasi naturalmente, i motivi per cui chimica e società ci appaiono così strettamente connesse.

Una delle parole entrate più di recente (si fa per dire eravamo comunque negli anni 60 del secolo scorso) nel linguaggio dei chimici è : intercalazione.

La inventò Lerman, un biologo USA. analizzando il caso delle acridine, molecole aromatiche, che interagivano col DNA intercalandosi fra le basi del DNA, distorcendole dunque inducendo effetti mutageni; oggi trovate il termine nel linguaggio ufficiale della chimica: http://goldbook.iupac.org/I03077.html.

intercalaz1Tuttavia intercalazione è anche quella che dà luogo a composti veramente curiosi, come per esempio il potassio metallico che si intercala fra gli strati della grafite formando un composto dalla formula KC8 o il litio, che in analoghe circostanze forma un LiC6. Ioni diversi possono co-intercalare con effetti reciproci che possono essere anche molto interessanti.

intercalaz2L’intercalazione si può immaginare come una interazione mediata da un legame “a trasferimento di carica”, una parziale donazione di carica fra gli orbitali di frontiera degli atomi coinvolti, dall’HOMO di uno al LUMO di un’altro.

Questi composti sono alla base di molte moderne applicazioni elettrochimiche, come per esempio le batterie al litio ricaricabili.

Nelle batterie al litio lo ione litio viene sostanzialmente pompato contro il suo gradiente di potenziale elettrochimico da un ambiente ad un altro in fase di carica. In particolare il litio può essere spostato dalla cobaltite (un ossido misto di litio e cobalto) verso la grafite durante la fase di carica e tornare verso la cobaltite nella fase di scarica. Lo ione viaggia attraverso la soluzione elettrolitica mentre gli elettroni, come in ogni processo elettrochimico, viaggiano attraverso il circuito esterno; dunque il litio si libera dell’elettrone, si “ossida” sull’elettrodo di grafite e si “riduce” sull’elettrodo di cobaltite, come si può vedere in figura:

intercalaz3Ma se il litio si “ossida” e si “riduce” sui due lati rimanendo però sempre nella sostanza uno ione positivo, quale è il motore del processo? Nelle comuni batterie gli ioni coinvolti sono quelli che si ossidano e si riducono, qui sembra di no. Come riconciliare questa descrizione con le conoscenze comuni di elettrochimica?

Possiamo visualizzare il processo in due modi diversi; in uno meno formale il litio abita i due contesti dei due elettrodi e si sposta fra due potenziali (elettro)chimici diversi; una stessa specie in entrambi gli elettrodi. E il processo non dipende dal suo stato di ossidoriduzione, che rimane il medesimo, ma dal potenziale chimico dei due sistemi, più basso nella cobaltite, più alto nella grafite.

In modo più formale possiamo attribuire al contesto, al resto degli atomi, non al litio, la variazione dello stato di ossidazione: nel contesto della grafite il carbonio acquisisce una carica formale -1/6, oscillando fra 0 e -1/6, mentre nella cobaltite, un’ossido misto CoLiO2, il cobalto oscilla fra due stati +3 in presenza del litio intercalato e +4 in sua assenza, con l’avvertenza che la deplezione di litio dall’elettrodo non può superare il 50% per rimanere un processo reversibile, con tutte le variazioni di volume e di densità che comportano un notevole comportamento a fatica che a lungo andare distruggerà comunque entrambi gli elettrodi.

Come in molte altre batterie ricaricabili (quelle basate su elettrodi allo stato solido) occorre che non tutto il reagente che mettiamo in gioco reagisca se vogliamo che il processo possa essere effettivamente invertito. Solo le batterie con reagenti allo stato liquido e in cui la parte solida funga solo da catalizzatore, possono sfuggire a questa regola e non portare quote morte di reagente (per esempio le batterie al vanadio meglio conosciute come batterie in flusso, flow batteries).

In questo modo possiamo anche interpretare correttamente come anodo la grafite, poichè in fase di scarica il carbonio nell’anodo si ossida da -1/6 a 0, inviando elettroni, mentre il cobalto si riduce da +4 a +3 accettando tali cariche al catodo. Viceversa in fase di carica.

E’ da notare che in condizioni tipiche il rapporto fra atomi intercalati e strati di grafite è tipico di composti non-stechiometrici, ossia che non seguono le leggi usuali di combinazione della chimica, poichè solo alcuni strati o alcune porzioni sono interessati all’intercalazione.

In definitiva l’intercalazione ha espanso l’insieme dei numeri di ossidazione del carbonio (e di altri atomi) a valori frazionari, che raramente sono considerati nelle presentazioni basiche di questo concetto.

Questo meccanismo di funzionamento delle batterie al litio (almeno di alcune) chiarisce due ordini di cose; da una parte a differenza delle tradizionali batterie non esiste un solo potenziale tipico di queste batterie, perchè in effetti ogni coppia di elettrodi fa storia a se e corrisponde ad un salto di energia differente.

Ma non solo; questo spiega l’interesse tecnologico ed economico per le altre specie chimiche coinvolte in questi materiali. Sui giornali degli ultimi giorni qualcuno avrà notato degli articoli che raccontavano la storia del rastrellamento del cobalto sul mercato mondiale.

Gli elettrodi di cobaltite, composto ormai di sintesi perchè non ne esiste più di naturale, sono quelli che in coppia con la grafite producono la più alta differenza di potenziale, ma sono anche quelli che più facilmente danno luogo a problemi di surriscaldamento in fase di ricarica (un fenomeno che va sotto il nome di effetto runaway). Tuttavia il cobalto costituisce comunque un componente importante delle moderne batterie al litio; proprio per questo si pensa che il raddoppio del prezzo del cobalto negli ultimi mesi sia la conseguenza di un rastrellamento del prodotto sul mercato mondiale da parte di pochi operatori che intendono controllare il mercato dell’energia in questo modo.

La Repubblica Democratica del Congo produce quasi la metà del cobalto a livello mondiale. Il cobalto lavorato viene venduto a tre aziende che producono batterie per smart phone e automobili in Cina e in Corea del Sud. Queste ultime riforniscono le aziende che vendono prodotti elettronici e automobili in Europa e in America.

Il cobalto è estratto dai residui di lavorazione di altri metalli e le formazioni più ricche sono in Congo.

Insieme con i prezzi del litio anche il cobalto e la grafite stanno andando alle stelle e sono al centro della speculazione finanziaria.

In un mondo che ha sempre più fame di energia e risorse, il controllo sociale di queste risorse diventa sempe più necessario. Quando qualcuno si lamenta dei flussi crescenti di migranti di colore dall’Africa si dovrebbe ricordargli che per dare a lui un telefonino di ultima generazione si sta sacchegiando la terra d’Africa (oltre il cobalto anche il tantalio, il coltan viene dallAfrica) e le guerre e le migrazioni sono indotte anche da questo furto di ricchezza ai danni delle giovani generazioni di quei paesi. C’è un costo sociale dell’energia, che paghiamo in questo modo, che la grande speculazione ripartisce sui consumatori specie europei e sui giovani africani, costretti dalle guerre e dalla distruzione dell’ambiente, oltre che dal cambiamento climatico e dalla povertà, a lasciare la loro terra.

 

Inquinanti organici e loro effetti negli impianti di depurazione.

In evidenza

Mauro Icardi.

L’interesse per i microinquinanti organici, in particolare per gli effetti che essi possono esercitare sull’ambiente è al centro di ricerche, convegni e studi non solo nella comunità scientifica, ma anche tra gli addetti alla gestione operativa degli impianti di depurazione e di potabilizzazione. Molti di questi composti organici sono di origine sintetica, possono avere proprietà mutagene, carcinogene o teratogene anche a livelli di concentrazione molto bassi (ppb-ppt, ossia parti per miliardo, 10-9

o parti per biliardo,10-12).
Generalmente questo tipo di sostanze costituisce una parte abbastanza limitata del contenuto organico totale di uno scarico (circa 1%-2%) e conseguentemente i saggi di routine aspecifici come COD, TOC, BOD risultano poco significativi per il controllo della loro efficienza di rimozione, in special modo per impianti di depurazione biologica meno recenti e non dotati di un trattamento terziario delle acque depurate prima dello scarico nel corpo idrico finale (filtrazione su sabbia o su carboni attivi, oppure ossidazione con lampade UV.)
Per quanto riguarda l’origine dei microinquinanti di questo tipo essi possono provenire sia dalla rete fognaria, sia dal dilavamento di suoli sia da precipitazioni atmosferiche. Anche i processi di clorazione finale delle acque trattate o il condizionamento del fango tramite polielettroliti organici possono rappresentare fonti puntuali di sostanze organiche inquinanti.

depuratore

Dal punto di vista della loro determinazione analitica la fase importante è quella del loro isolamento e concentrazione ancor prima della loro determinazione strumentale. Le tecniche solitamente sono quelle di concentrazione tramite evaporatore rotante o colonnine di preconcentrazione.
Per quanto riguarda le concentrazioni presumibilmente riscontrabili, mentre gli inquinanti organici che arrivano attraverso la rete fognaria di solito raggiungono concentrazioni più elevate (mg/lt per i tensioattivi per esempio) microgrammi/litro per solventi, quelli che affluiscono all’impianto di depurazione per percolazione o per dilavamento atmosferico (fonti diffuse) hanno normalmente valori di concentrazione più bassi (microgrammi/litro o picogrammi litro).
Per quanto riguarda i principali processi di rimozione in un impianto di trattamento di acque di rifiuto si distinguono quattro principali tipi di di processi.
Adsorbimento sul fango: questo processo dipende dalla concentrazione del fango biologico misurata come carbonio organico e dalla lipofilicità del composto organico. Per quest’ultimo parametro può essere utile utilizzare il coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua (Kow) dalla solubilità in acqua.
In passato diversi studi hanno mostrato che la rimozione di composti organici per adsorbimento diventa significativa per valori di log Kow > 4
Altro fenomeno che può intervenire nella degradazione è quello di stripping. Questo effetto risulta lievemente maggiore in impianti con areatori superficiali (turbine) . L’esperienza e studi di laboratorio hanno mostrato che composti con punti di ebollizione inferiori a 150 ° C riescono in qualche misura ad essere volatilizzati con questo tipo di meccanismo durante un normale processo di trattamento biologico a fanghi attivi.
Degradazioni di tipo chimico possono avvenire principalmente per idrolisi. L’effetto di degradazione fotochimica è invece assai poco rilevante. Questo a causa della bassa efficienza di trasmissione della luce sia nell’acqua inquinata che nella stessa vasca biologica di trattamento, che sono di per sé anche dal punto di vista analitico matrici piuttosto complesse.
Il meccanismo principale di funzionamento di un depuratore biologico a fanghi attivi è però la degradazione biologica. In questo caso la previsione e la standardizzazione del comportamento di questi inquinanti è maggiormente variabile. Influiscono non solo le caratteristiche chimico fisiche degli inquinanti, ma anche i periodi di acclimatamento della biomassa, gli eventuali effetti di accumulo. Le biodegradbilità sono quindi variabili. Da composti che mostrano spiccata attitudine alla biodegradabilità, ad altri che invece risultano invece refrattari nonostante lunghi periodi di acclimatazione della biomassa.
Un terzo tipo di composti mostra biodegradabilità fortemente variabili ed influenzate non solo dalla sorgente di inoculo batterico, ma anche dalle caratteristiche di gestione e di modalità di operazione gestionali dell’impianto. Questa caratteristica rimane di fatto costante dalla modalità di prove in scala di laboratorio, di impianto pilota, fino all’impianto reale.
Negli anni passati su un inquinante non particolarmente critico e presente normalmente nelle acque di scarico come l’alchilbenzensolfonato lineare (LAS) che non è particolarmente refrattario si è visto sia nelle prove di laboratorio, e in seguito applicando i risultati di queste ultime nella gestione ordinaria dell’impianto si potevano ottenere abbattimenti dell’ordine del 75-80% rispetto alla concentrazione del LAS nelle acque in ingresso all’impianto.

abs

La rimozione per adsorbimento su fango riusciva mediamente ad abbattere il 20% del LAS, e la restante quantità tramite degradazione batterico-enzimatica. La degradazione del LAS non risultava influenzata dal carico organico (inteso come valori di COD e BOD) ed era sufficiente un tempo di ritenzione in vasca di ossidazione che non scendesse al di sotto dei tre giorni. Anche il frequente ricambio della biomassa in vasca di ossidazione con una regolazione mirata dello spurgo fanghi manteneva costante l’abbattimento.
Oggi la situazione si presenta decisamente più complessa. In particolar modo per la presenza piuttosto rilevante di metaboliti di farmaci, di moltissimi composti di sintesi e delle loro miscele nelle acque di rifiuto da destinare al trattamento
Occorre quindi una sinergia globale tra enti preposti al controllo, gestori ed autorità d’ambito. La perizia dei gestori di impianti, il gran lavoro di ricerca a livello universitario e degli stessi gestori deve essere adeguatamente supportato da investimenti importanti e da una trasformazione del sistema della gestione della risorsa idrica. Altrimenti ogni sforzo sarà di fatto inutile. Fermo restando il concetto (rimarcato recentemente anche da Papa Francesco) sulla necessità assodata di considerare l’acqua e la sua disponibilità in quantità adeguate e di qualità come un bene primario ed un diritto essenziale per gli esseri umani e per la loro sopravvivenza sul pianeta.

– B Hultmann, Removal of specific pollutants in biological waste water treatment
Water pollution Research Report n° 6 ,EUR 11356 Brussel 1988
-P.L MC Carty and M Reinhard, Statistical evaluation of trace organics removal by advance waste water treatment
P.V. Roberts, Volatilization of organic pollutants waste water treatment _ Model studies. Draft Final Report EPA-R -806631, Cincinnati Ohio, 1982

L’elio forma molecole stabili ad alte pressioni

In evidenza

Rinaldo Cervellati

Gli autori di libri di testo di chimica potrebbero presto dover riscrivere i capitoli sui gas nobili e l’inerzia chimica, commenta Mitch Jacoby nel riportare, per c&en newsletter, la notizia della sintesi di un composto di elio e sodio stabile ad alte pressioni, ottenuto da un team di ricercatori internazionale. Il gruppo, una ventina di ricercatori in prevalenza russi, cinesi e americani con alcuni europei fra i quali l’italiano Carlo Gatti, ha recentemente pubblicato i dettagli della ricerca (Xiao Dong et al., A stable compound of helium and sodium at high pressure, Nature chemistry, 2017 on line 6 february 2017, DOI: 10.1038/nchem.2716).

La caratteristica più nota dell’elio è stata la sua assenza di volontà di reagire. Con una configurazione elettronica stabile, affinità elettronica tendente a zero e una energia di ionizzazione superiore a quella di tutti gli altri elementi, l’elio è il prototipo dell’inerzia chimica.

Per esaminare la scarsissima reattività di questo elemento, gli scienziati hanno tentato sia attraverso metodi teorici sia sperimentali di individuare le condizioni per ottenere composti dell’elio. Con scarso successo, almeno fino a oggi, ottenendo solo specie insolite, come il radicale HeH+, stabile solo nella sua forma positivamente carica, e HHeF, una molecola metastabile. Al contrario, è noto da molto tempo che i gas nobili a più elevato peso atomico, xeno e cripto, sono in grado di formare una varietà di composti stabili. In particolare i fluoruri di xeno: XeF2, il difluoruro, è il più stabile, si presenta come un solido cristallino bianco molto sensibile all’umidità, disponibile commercialmente e usato nelle reazioni di fluorurazione. Il tetrafluoruro, XeF4 è stato il primo composto di un gas nobile a essere sintetizzato nel 1962 (H. H. Claassen, H. Selig e J. G. Malm, Xenon Tetrafluoride, J. Am. Chem. Soc., 1962, 84, 3593), si presenta pure come solido cristallino sensibile all’umidità, molto più reattivo del difluoruro. L’esafluoruro, XeF6, è ancora più reattivo potendo funzionare sia come donatore sia come accettore di ioni fluoruro.

Il team internazionale di ricerca, coordinato dai Prof. Artem R. Oganov (Skolkovo Institute of Science & Technology, Mosca; Stony Brook University, USA), Xiang-Feng Zhou (Nankai University, Tianjin, Cina; Chemistry Division, Brookhaven National Laboratory, NY USA), Hui-Tian Wang (Nankai University, Tianjin, Cina), ha continuato e ampliato la ricerca di composti stabili dell’elio.

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Il gruppo ha usato una strategia computazionale nota come previsione della struttura evolutiva (USPEX) per individuare gli scenari di interazione elio-sodio in una vasta gamma di pressioni. La conclusione è stata che Na2He dovrebbe essere termodinamicamente stabile a pressioni superiori a circa 115 GPa, cioè più di 1 milione di volte superiore a quello della pressione atmosferica della Terra.

Per realizzare gli esperimenti i ricercatori hanno utilizzato una cella a incudini di diamante (DAC) che permette di raggiungere altissimi valori di pressione, ottenendo infine il composto cercato. In breve, e con riferimento allo schema di figura 2:

fig-2-schema-apparato-sperimentaleuna cella ad incudini di diamante è formata da due diamanti tagliati a forma di tronco di piramide con punta molto fine in modo da esercitare una fortissima pressione. Il campione (cioè l’oggetto in questione), che in condizioni normali può essere sia solido, che liquido o gassoso, di dimensioni opportune, viene posto tra le facce piane dei due diamanti naturali, e mantenuto in questa posizione mediante una guarnizione metallica, anch’essa schiacciata tra i diamanti. I due diamanti sono poi pressati uno contro l’altro e così facendo esercitano una grande pressione sul campione posto nel mezzo. Si usano i diamanti naturali perché essi sono gli oggetti più duri che esistono in Natura e non si danneggiano a causa delle altissime pressioni che producono. Si possono così studiare, in condizioni estreme, sistemi di grande importanza in fisica fondamentale, in geologia, in scienza dei materiali e in astrochimica.

Il composto Na2He è stato caratterizzato per diffrattometria a raggi X, spettroscopia Raman e altri metodi. Il gruppo di ricerca riporta che la sua struttura è simile a quella del minerale fluorite, è elettricamente isolante e rimane stabile fino a 1000 GPa. La struttura del nuovo composto è mostrata in figura 3.

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Questa scoperta dimostra che l’elio non è completamente inerte come si pensava”, ha commentato Carlo Gatti (Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari del CNR, Milano), che ha contribuito allo studio come esperto di legami chimici, “In certe condizioni può formare dei composti e addirittura assumere una carica negativa. Di fatto, quello che capita è la creazione di coppie elettroniche che occupano alternativamente le posizioni dell’elio”.

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Carlo Gatti

Na2He appartiene infatti alla categoria dei cosiddetti elettruri – materiali cristallini simili a sali – in cui gli elettroni prendono il posto degli ioni negativi alternandosi a un reticolo di ioni carichi positivamente, rappresentati in questo caso dal sodio.

I ricercatori hanno anche teorizzato che il composto Na2HeO, che non hanno ancora sintetizzato, dovrebbe essere stabile a pressioni superiori a 15 GPa.

Questo studio mette in evidenza come l’alta pressione può essere utilizzata per la sintesi di composti con nuove stechiometrie e strutture elettroniche“, dice Eva Zurek, specialista in chimica computazionale presso la State University of New York, SUNY a Buffalo. Na2He non potrebbe mai essere stabile in condizioni atmosferiche, osserva Zurek, ma è stato ottenuto a circa il 40% della pressione presente al centro della Terra. I risultati amplieranno la comprensione dei processi chimici che possono verificarsi a grandi pressioni all’interno giganti gassosi come Giove e Saturno.

Il chimico inorganico Sven Lidin dell’Università di Lund (Svezia), osserva che le implicazioni per l’astronomia sono chiaramente interessanti “ma per quanto riguarda la nostra percezione della reattività chimica, questo risultato è un cambio di prospettiva.

Dice infatti Lidin: già le scoperte precedenti di altri composti dei gas nobili avevano messo in chiaro che l’inerzia è una questione di condizioni di reazione. Ma l’elio è stato un resistente anche in condizioni estreme, perché si tiene i suoi elettroni chiusi quasi ermeticamente e non li lascia andare. Questi nuovi risultati, aggiunge, mostrano che in un certo senso, “l’ultimo bastione sulla inerzia chimica è finalmente caduto.

Fonte: c&en newsletter web february 9, 2017