Un cammino tra gli atomi…….

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

di Gianfranco Scorrano, già Presidente SCI

Spesso,nelle aule universitarie di chimica, si trova, appesa alle pareti, una riproduzione della tavola periodica di Mendeleev. Se ne parla quel poco che serve a ricordare Mendellev e il suo primo tentativo nel 1869, ed è e rimane la bandiera della chimica. Negli anni vi sono stati vari tentativi di usare la tabella come guida anche di racconti da trasmettere ad un pubblico meno specialista: ad esempio Il sistema periodico di Primo Levi percorso2e Uncle Tungsten (Memories of a Chemical Boyhood) di Oliver Sacks.percorso1

Entrambi gli autori sono stati citati nel nostro blog; in particolare Sacks, purtroppo scomparso ad 82 anni il 30 agosto 2015, ha ricevuto l’attenzione anche della stampa normale (Per esempio il New York Times ha pubblicato un accurato necrologio (rif.1) nonché la riproduzione di alcuni degli articoli pubblicati da Sacks sul giornale) e del collega Campanella sul blog.

Tornando per un attimo alla tabella di Mendeleev è bene ricordare che la classificazione degli atomi viene fatta seguendo quanto sperimentato da Moseley , purtroppo ucciso dai turchi il 10 agosto 1915 nella battaglia di Gallipoli (stretto dei Dardanelli) a soli 28 anni. Moseley dimostrò che la frequenza dei raggi X emessi da un elemento chimico è funzione del relativo numero atomico Z. Pertanto, è possibile disporre gli elementi nella tavola periodica sulla base di una quantità fisica misurabile.

percorso3

E’ interessante riportare la lettera di condoglianze del Prof. Georges Urbain, dell’università di Parigi scritta a Rutherford: “Sono rimasto molto sorpreso, quando ho visitato i laboratori di Moseley a Oxford e ho trovato un così giovane scienziato capace di completare un pezzo di lavoro rimarchevole…… La legge di Moseley ha confermato in pochi giorni le conclusioni di venti anni di paziente lavoro….La sua legge si sostituisce alla piuttosto romantica classificazione di Mendeleev con scientificamente completa accuratezza“.

Mi riferisco ora ad episodi raccontati dal giovane Sacks, ma anche proseguiti in età matura: la tradizione di ottenere, come regalo di compleanno, un metallo dello stesso numero atomico dell’anno compiuto. Mi piacerebbe che in questo blog potessimo celebrare i compleanni dei colleghi allo stesso modo: descrivendo le proprietà e gli usi dei composti il cui numero atomico corrisponda agli anni compiuti dal collega. Ovviamente sarebbe bene che si trattasse di un blog che venisse preparato dallo stesso collega.

Vi presento un esempio. Ho compiuto gli anni (76) il 4 settembre (auguri;grazie): sono quindi sotto il segno dell’osmio.

percorso4Nella mia vita da chimico non ho mai incontrato l’osmio come tale, ma ho discusso con legioni di studenti sull’uso del tetrossido di osmio. Entriamo nei dettagli. L’osmio viene scoperto da Smithson Tennant a Londra nel 1803. Di studi medico, che però si disgustò del dolore dei suo pazienti, smise la professione medica e si dedicò alla chimica. Studiando lo scioglimento del platino con l’acqua regia, Tennant notò la formazione di un residuo insolubile, costituito da iridio e osmio. Naturalmente a quel tempo era difficile classificare i composti sulla base di qualche loro proprietà così Tennant dette il nome all’iridio perché è capace di dare una fantastica quantità di colori, mentre all’osmio il nome venne assegnato sulla base dell’odore (greco osme) poco gradevole del suo ossido.

L’osmio è un metallo di transizione, del gruppo del platino, trovato come elemento, in tracce, e in lega con platino, iridio,etc. E’ il meno abbondante sulla crosta terrestre: si stima in 50 parti per trilione sulla crosta continentale. In realtà viene ricavato dai residui di lavorazione dei metalli della famiglia e poco citato perfino in relazione e alla sua produzione e al suo prezzo: stime del 2012 sono intorno ai $ 400 per oncia (33 grammi) e la produzione annua si aggira sui 534 chili/annui. In realtà l’osmio non esiste in natura libero: la sua polvere viene ossidata all’aria in osmio tetrossido, ma piuttosto in lega con per esempio iridio. Durissimo, e quindi difficile da modellare, le sue applicazioni sono state pochissime ma anche ora superate: puntine per grammofoni (non servono più), filamenti per lampadine (vedi prima). Di fatto l’unico composto che trovi uso è il tetrossido di osmio.

Il tetrossido si forma spontaneamente per reazione all’aria dell’osmio in polvere ed è usato come ossidante: per anni ho spiegato agli studenti di chimica organica come il tetrossido di osmio OsO4 possa essere utilizzato per trasformare un alchene in un 1,2-diolo

percorso5

Negli ultimi anni per dire il vero ho alquanto approfondito il passaggio seguendo come prima cosa i problemi ambientali e poi lo scopo della reazione per illustrare il lavoro del prof.Sharpless, premio Nobel nel 2001.

I problemi nascono con la tossicità del tetrossido di osmio: un solido che fonde a 40°C e che bolle a 140°C; ha una elevata tensione di vapore e il limite di esposizione (media pesata delle 8 ore) è di 2 µg/m3 .

Per superare questo problema Sharpless propose prima di usare un precursore del tetrossido che, reagendo con un ossidante, si trasformasse in situ nel tetrossido di osmio: si tratta dell’osmato (K2OsO2(OH)4 ) e del K2Fe(CN)6 come ossidante; ha poi aggiunto carbonato, per controllare il pH della soluzione ed ha usato due composti chirali come (DHQD)2-PHAL e (DHQ)2-PHAL, due composti appartenenti alla famiglia dell’alcaloide cincona, contenenti un atomo di azoto che si lega all’osmio e rende così chirale il catalizzatore, e quindi capace di attaccare l’alchene solo da una faccia. Le rese ottiche ottenute sono superiori al 95% e più.

percorso6

Rimando gli interessati a questa reazione di Sharpless a wikipedia (rif. 2).

Tornando alla Tavola, vi sono descritti al momento 118 elementi. L’età media della popolazione continua per fortuna a crescere; chimici di molte estrazioni possono partecipare a rintracciare il proprio elemento ed a raccontarci un po’ della loro vita. Certo elementi molto usati, i primi della fila, sono generalmente noti, forse anche a qualche non-chimico; quelli più avanti, raccomandati per l’attenzione ai miei quasi coetanei, sono parecchi e poco studiati per varie ragioni.

Buona lettura e coraggio ai volontari.

1) http://www.nytimes.com/2015/08/31/science/oliver-sacks-dies-at-82-neurologist-and-author-explored-the-brains-quirks.html?ribbon adidx=4&src=me&module=Ribbon&version=origin&region=Header&action=click&contentCollection=Most%20Emailed&pgtype=article

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Sharpless_asymmetric_dihydroxylation

Eric R. Scerri The Periodic Table: Its Story and Its Significance

2 thoughts on “Un cammino tra gli atomi…….

  1. Pingback: Attinio, con rimpianto. | il blog della SCI

  2. Il Tetrossido d’Osmio ha accompagnato tutta la mia vita professionale. Pericoloso e poco maneggevole, è però l’unica sostanze usata comunemente come fissativo per i campioni biologici da preparare per la Microscopia elettronica a trasmissione (TEM), e penso resti ancora insostituibile.
    Tanti auguri, Osmio!

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