Colla Neanderthal: garantita 200.000 anni.

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Claudio Della Volpe

(una parte del testo è tradotto liberamente dall’introduzione del lavoro citato appresso)

In altri articoli e post ho ricordato che la attività chimica dell’uomo è iniziata molto presto; a parte il fuoco, che risale a 1 milione di anni fa e che è addirittura precedente a Homo Sapiens Sapiens, essendo un ritrovato di Homo erectus, i ritrovamenti di Blombos dimostrano che 100.000 anni fa Homo Sapiens svolgeva in Sud Africa una attività chimica propriamente detta consistente nel preparare pigmenti e la svolgeva in un sito apposito, non usato per altre attività.

C’è un ulteriore prova di come la Chimica sia una attività “umana” in senso proprio, attinente ad altre specie di ominidi, diverse da noi ed è la produzione di adesivi da parte di Homo sapiens Neanderthalensis, una specie umana che ha preceduto la nostra nell’ambiente europeo che era all’epoca, attorno a 200.000 anni fa, seconda metà del Pleistocene, più difficile di quello africano da cui provenivano i nostri antenati propriamente detti (in pratica possiamo metterla così: mentre il clima europeo cambiava, i nostri antenati furono immigrati invasori che spodestarono i Neanderthal nell’ambiente europeo il cui clima andava lentamente riscaldandosi).

L’uomo di Neandertal che è diventato parte della nostra cultura, delle nostre storie, dei nostri modi di dire ci ha certamente lasciato anche eredità genetiche, ma soprattutto culturali; piano piano si evidenzia che le differenze fra noi e “loro” non erano poi così forti.

Oltre al fatto che aveva sensibilità artistica e che seppelliva i morti, ci sono parecchie evidenze sperimentali che Neanderthal gestiva il fuoco e produceva ed usava adesivi per bloccare le sue punte di freccia di pietra su un’asta di legno, una sofisticata attività da chimico e tecnologo.La produzione e l’impiego di adesivi per hafting (adesivi da traino, che consentono di attaccare un dispositivo ad un supporto, per esempio una punta ad una freccia o ad un giavellotto, un metodo sviluppato durante il Paleolitico che ha potenziato enormemente la capacità umana di procurarsi cibo) è diventato un punto focale nel dibattito sulle capacità cognitive e tecnologiche dei Neanderthaliani e degli esseri umani primitivi.

Journal of Archaeological Science 33 (2006) 1310e1318 A new Palaeolithic discovery: tar-hafted stone tools in a European Mid-Pleistocene bone-bearing bed, di Paul Peter Anthony Mazza et al.

Gli adesivi sono una delle più antiche tecnologie trasformative conosciute e la produzione di catrame è vecchia di almeno di 200 mila anni. Il catrame è sintetizzato dalla distillazione asciutta (distruttiva) di materiale organico, comunemente la corteccia di betulla (Betula sp.) o di pino (Pinus sp.). La distillazione della corteccia è considerata un processo complicato che richiede pianificazione, conoscenza dei materiali e l’astrazione. I più antichi strumenti di pietra a catrame conosciuti sono stati scoperti in un sito di Pleistocene medio in Italia, (Campitello, in Valdarno) durante un periodo in cui solo Neanderthaliani erano presenti in Europa. L’età di questi reperti è stimata in circa 200.000 anni, dunque ben più antichi di quelli di Blombos.

Sono stati trovati anche grumi e residui adesivi su utensili in pietra su due siti di Neanderthal in Germania, appartenenti a 40-80 ka e ~ 120 ka . L’evidenza diretta dell’uso di adesivi in Africa è più numerosa ma risale solo a ~ 70 Ka. Tali adesivi sono di composizione più complessa ma gli adesivi composti condividono molte analogie con la produzione di catrame di betulla e possono essere altrettanto sensibili agli additivi o post processi di produzione. La produzione di catrame nell’Europa paleolitica è a sua volta utilizzata per argomentare le somiglianze tra le capacità tecnologiche dei neanderthaliani e dei loro emulatori in Africa.

La corteccia di betulla è più adatta alla produzione di catrame rispetto ad altri materiali, ma l’assenza di betulle in Africa potrebbe essere una ragionevole spiegazione del diverso tipo di adesivo usato.

Nei periodi storici e moderni, il catrame è stato prodotto su una scala industriale utilizzando grossi tumuli di terra o in forni usando contenitori in ceramica o in metallo. Non è chiaro come è stato prodotto durante il Pleistocene quando i contenitori in ceramica sono rari o sconosciuti. I tentativi sperimentali precedenti alla produzione di catrame utilizzando la tecnologia aceramica o paleolitica spesso non forniscono dettagli. Inoltre, la resa in catrame risultante è sconosciuta o troppo piccola da misurare (ad esempio residui superficiali che rivestono una termocoppia) e quindi non sono sufficienti per bloccare in modo efficace uno strumento. Non possiamo comprendere appieno le complessità cognitive e ricostruire il grado richiesto di innovazione associato alla produzione di catrame se non sappiamo quali metodi di produzione erano disponibili.

Nel lavoro di cui parliamo qui, che è un lavoro di archeologia sperimentale si è cercato di riprodurre un metodo di produzione del catrame di betulla con metodi disponibili all’uomo di Neanderthal e in quantità sufficienti allo scopo.

SCIENTIFIC REPORTS 7-8033 Experimental methods for the Palaeolithic dry distillation of birch bark: implications for the origin and development of Neanderthal adhesive technology di P.R.B.Kozowyk et al. liberamente scaricabile qui. Un commento semplificato scaricabile qui.

Quindi se volete si è trattato di riprodurre i metodi di questi chimici-tecnologi primitivi che erano fondamentalmente dei costruttori di frecce e lance.

Gli autori hanno testato tre procedure diverse qui sotto rappresentate che danno produzioni crescenti con la complessità del metodo:

In tutti i casi l’elemento critico è riprodurre il contenimento “ceramico” che si è usato anche in tempi moderni; la metodologia richiama ampiamente la tradizione della produzione di carbone di legna che affonda anch’essa in una storia certamente millenaria; l’altro elemento chiave è il controllo della temperatura. La produzione di fuoco in modo ripetitivo da parte dei Neanderthal è stato spesso contestato ma test di questo tipo confermano che in effetti essi erano ragionevolmente capaci di un buon controllo del fuoco se sono stati in grado di produrre dispositivi come quelli ritrovati in Toscana e in Germania.

La cosa che ha più colpito me come scienziato che si occupa di adesione è che l’adesivo in questione è rimasto adeso al supporto all’aperto per 200.000 anni (il legno verosimilmente si è degradato e non conosco colle moderne in grado di assicurare una tenuta di questa durata); come chimico invece mi ha colpito il fatto che la chimica è in grado di svolgere qui un ruolo duplice: essa è contemporaneamente l’oggetto di studio ma è anche il metodo di indagine, è una specie di riscoperta delle proprie origini, del proprio punto di partenza, di quella enorme base sperimentale che si è poi elaborata in secoli e secoli per divenire solo di recente una teoria astratta.

Fra l’altro mi chiedo quanto invece potrebbe essere utile riproporre queste tecniche (quelle primitive o legate alla vita quotidiana) nell’insegnamento elementare della chimica a scuola.

La nostra avventura.2.

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Luigi Campanella, già Presidente SCI.

Torno su un mio recente post indicavo “la natura come la stella polare” ( l’espressione é dell’amico Vincenzo Balzani) per la diffusione della chimica ed anche per le attività accademiche di insegnamento e ricerca.

Ci ritorno perchè in una biografia di Alexander Von Humboldt scritta da Andrea Wulf si parla di lui come di un poeta della natura,un eroe perduto della scienza,il creatore della Naturgemalde (descrizione della Natura).

Von Humboldt ha intuito per primo che la Natura non é solo una sommatoria di parti,ma piuttosto un integrale divenendo con tale impostazione un illuminista romantico.

Alexander Von Humboldt

Il ruolo delle foreste nell’ecosistema e per il clima,le basi della classificazione di animali e piante, la trasformazione antropica dell’ambiente in paesaggio sono alcune delle sue ricerche descritte in testi importanti come Cosmos o Quaderni della Natura. La Natura diviene così anche la ispiratrice capace di influenzare l’immaginazione delle persone e di conseguenza di produrre arte in chi ne ha la sensibilità. Guardando a quanti hanno cercato di mettersi in scia a Von Humboldt troviamo biologi, naturalisti, genetisti, perfino  politici a partire da Charles Darwin con la sua teoria dell’evoluzione,dall’inventore della biologia Lamark, dallo zoologo Ernest Haeckel con le sue ricerche sui protozoi, dal naturalista John Muir il primo ambientalista “arrabbiato”, dal politico Perkins Marsh, il primo ecologista americano.

Probabilmente però oltre ad avere avuto posteri Von Humboldt ha anche avuto antenati: si pensi per tutti a Tito Lucrezio Caro ed al suo De Rerum Natura o al botanico svedese Linneo ed alla sua prima teoria della selezione degli organismi viventi.

Mi chiedo come sia stato possibile che nessun chimico abbia colto la sfida e l’invito di Von Humboldt e me lo chiedo proprio per quanto ho scritto ed a cui mi riferivo all’inizio di questo post.

Forse si comprende proprio da questa assenza quanto oggi ci si debba impegnare per rivalutare la nostra disciplina agli occhi della società e per instillare la cultura chimica nei nostri giovani. Credo che questa oggi sia la sfida più grande da affrontare da  parte della nostra comunità e che per avere probabilità e speranze di vincerla dobbiamo guardare con più attenzione analitica e dialettica alla nostra stella polare.

Noterelle di economia circolare.7. Glover

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Giorgio Nebbia

(i precedenti articoli della stessa serie si possono cercare con la funzione search (in alto a destra) inserendo la parola “circolare”)

Ogni generazione crede di essere la più furba di tutta la storia; la nostra generazione, per esempio, è orgogliosa di avere scoperto l’ecologia, il risparmio energetico, la lotta all’inquinamento, il recupero dei sottoprodotti, l’economia circolare, le merci verdi, convinta di essere la prima ad affrontare con successo i problemi della moderna società industriale. Eppure gli stessi problemi con cui ci confrontiamo oggi sono stati incontrati e risolti, talvolta in maniera ingegnosa, da molti nostri predecessori ai quali siamo debitori di quello che siamo oggi.

Casi di questo genere si trovano nella storia della chimica, per esempio nella storia della produzione dell’acido solforico. Questo acido corrosivo era noto agli alchimisti arabi; dalla traduzione delle loro opere i chimici medievali occidentali ne conobbero l’utilità nel trattamento dei metalli e nella fabbricazione di altre sostanze e impararono a fabbricarlo dapprima su piccola scala poi in vere e proprie industrie. I primi chimici producevano l’acido solforico scaldando lo zolfo con il nitrato di sodio o di potassio in presenza di acqua. In queste condizioni lo zolfo viene ossidato ad anidride solforosa e poi ad anidride solforica che, assorbita in acqua, si trasforma in acido solforico.

Dapprima la reazione veniva condotta in grossi recipienti di vetro, sostituiti, già nel 1746, da “camere di piombo”, uno dei pochi metalli resistenti alla corrosione da parte dell’acido solforico. Durante la reazione si liberano degli ossidi di azoto che si disperdevano nell’aria, che sono nocivi e che sono stati una delle prime fonti di inquinamento atmosferico industriale. I principali produttori, in Inghilterra, Francia e Germania, dovevano importare le costose materie prime: lo zolfo dalla Sicilia, le piriti dalla Spagna, i nitrati dal Cile; bisognava perciò produrre l’acido usando la minima quantità di materie prime.

Nel 1827 il famoso, professore universitario francese, Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1859), suggerì di recuperare una parte dei nocivi e preziosi ossidi di azoto perduti, inserendo nel processo una torre nella quale i gas azotati incontravano una pioggia di acido solforico; il prodotto di reazione veniva rimesso in ciclo per produrre altro acido solforico con minori perdite di composti azotati e con minore inquinamento. Così si otteneva acido solforico diluito che era richiesto su larga scala per produrre la soda necessaria per i saponi e i concimi richiesti per ridare fertilità ai terreni; molte reazioni chimiche per la produzione di coloranti ed esplosivi richiedevano però acido solforico concentrato che, nella metà dell’Ottocento, era costoso perché prodotto soltanto a Nordhaus nell’attuale Germania.

Chemistry, Society and Environment: A New History of the British Chemical Industry
a cura di Colin Archibald Russell,Royal Society of Chemistry (Great Britain)

A questo punto intervenne un altro inglese, John Glover (1817-1896), che perfezionò ulteriormente il processo delle camere di piombo. Glover era figlio di un operaio di Newscastle e fin da ragazzo aveva cominciato a lavorare come apprendista, seguendo anche dei corsi nel locale Istituto tecnico e studiando chimica. Nel 1852 fu invitato negli Stati Uniti a dirigere una fabbrica chimica a Washington; nel 1861 tornò in Inghilterra e fondò una propria società che produceva acido solforico e altri composti chimici. L’idea della torre che porta il suo nome venne a Glover nel 1859 e la prima unità fu costruita nel dicembre 1868. In tale “torre”, costituita da un cilindro verticale contenente mattoni resistenti agli acidi, l’anidride solforosa proveniente dai forni a pirite incontra, in controcorrente, una “pioggia” costituita dalla soluzione di acido solforico diluito e ossidi di azoto, uscente dalla torre di Gay-Lussac; una parte dell’anidride solforosa viene ossidata ad acido solforico e il resto viene avviato alle camere di piombo; l’acido solforico si forma a concentrazione più elevata di quella dell’acido che si formava nelle camere di piombo. Con la torre di Glover si aveva un recupero quasi totale dell’ossido di azoto e quindi si aveva un limitato consumo dei costosi nitrat, col vantaggio di diminuire ulteriormente l’inquinamento atmosferico. In realtà la chimica dell’intero processo è più complicata ma abbastanza nota.

Così perfezionato il processo delle camere di piombo ha prodotto acido solforico in tutto il mondo fino alla prima guerra mondiale. Intanto altri studiosi avevano messo a punto un altro processo di produzione dell’acido solforico per ossidazione dell’anidride solforosa con ossigeno su un catalizzatore. Dapprima fu usato come catalizzatore il costoso platino, poi sostituito da un ossido di vanadio; il processo catalitico richiedeva come materia prima zolfo molto puro come quello prodotto, dall’inizio del Novecento, negli Stati Uniti, molto migliore di quello siciliano, Da allora l’industria siciliana dello zolfo è scomparsa, è scomparsa anche quella americana; oggi lo zolfo si recupera dai rifiuti della raffinazione del petrolio e del gas naturale e ormai l’acido solforico si ottiene dovunque col processo catalitico.

Il grande chimico Justus von Liebig (1803-1873) nella metà dell’Ottocento scrisse che lo sviluppo industriale di un paese si misura sulla base della quantità di acido solforico che produce; di sicuro l’acido solforico era ed è il prodotto chimico fabbricato in maggiore quantità nel mondo, circa 230 milioni di tonnellate all’anno; per il 40 percento, in rapido aumento, nella solita inarrestabile Cina. La torre di Glover è ormai un ricordo, al più citata in qualche libro, ma la sua invenzione ha fatto fare un passo avanti gigantesco all’industria chimica.

Questa breve storia ha una sua morale: il progresso di un paese è basato su continue innovazioni tecnico-scientifiche alle quali chiunque può contribuire, anche cominciando nel garage di casa propria come avvenne per i pionieri dell’elettronica. Nessuno è escluso purché abbia curiosità e voglia di guardarsi intorno e nessuna generazione ha avuto occasioni di conoscenza come quella attuale, nell’era di Internet, strumento di accesso a libri e testi e documenti e informazioni come mai era avvenuto prima.

per approfondire: https://todayinsci.com/G/Glover_John/GloverJohn-Obituary.htm

https://pubs.acs.org/subscribe/archive/tcaw/10/i09/html/09chemch.html

http://ml2rconsultancy.com/sulfuric-acid-history/

Lettera aperta al governo

In evidenza

Vincenzo Balzani

Al  Presidente  del  Consiglio  dei  Ministri,  Paolo  Gentiloni

e,  p.c.,
   al  Ministro  dello  Sviluppo  Economico,  Carlo  Calenda

al  Ministro  dell’Ambiente  e  della  Tutela  del  Territorio  e  del  Mare,  Gianluca  Galletti

al  Ministro  per  le  Politiche  Agricole,  Alimentari  e  Forestali  ,
Maurizio  Martina

al  Ministro  dell’Economia  e  Finanze,  Pietro  Carlo  Padoan

al  Ministro  della  Salute,  Beatrice  Lorenzin

al  Ministro  per  le  Infrastrutture  e  Trasporti,  
Graziano  Delrio


al  Ministro  dell’Istruzione,  Università  e  Ricerca,  Valeria  Fedeli

Lettera Aperta

Caro  Presidente,

Dopo   mesi   di   siccità,   temperature   ben   più   alte   della   media   stagionale,   ghiacciai   che   si   sciolgono,   foreste  che  vanno  in  fumo,  chi  può  dubitare  che  il  cambiamento  climatico  sia  già  oggi  un  problema   che   colpisce   duramente   l’Italia?   Il   nostro   Paese,   collocato   in   mezzo   al   Mediterraneo,   è   uno  dei   punti   più   critici   del   pianeta   in   termini   di   cambiamento   climatico,   fenomeno   globale   dovuto   principalmente  alle  emissioni  di  gas  serra  causate  dalle  attività  umane.


Tutti   i   settori   economici   e   sociali   sono   colpiti   (se   non   addirittura   sconvolti)   dal   cambiamento   climatico:   l’agricoltura,   fortemente   danneggiata   dalla   siccità;   la   sanità,   che   deve   far   fronte   agli   effetti   diretti   (canicola,   inquinamento   atmosferico)   e   indiretti   (nuovi   vettori   di   malattie)   che   mettono  in  pericolo  la  salute  della  popolazione;  il  turismo  invernale,  che  non  può  più  contare  sulla   neve  naturale,  e  quello  estivo,  danneggiato  dalla  erosione  delle  spiagge;  il  territorio,  degradato  da   disastri   idrogeologici   (frane,   alluvioni);   gli   ecosistemi,   devastati   dai   cambiamenti   climatici;   le   città   che,  come  Roma,  hanno  gravi  difficoltà  di  approvvigionamento  idrico.

I  cambiamenti  climatici  sono  principalmente  causati  dall’uso  dei  combustibili  fossili  che  producono   anidride   carbonica   e   altri   gas   serra,   come   è   stato   unanimemente   riconosciuto   nella   Conferenza   delle  Parti  di  Parigi  del  2015  (COP21).     In   Italia,   in   media   ogni   persona   ogni   anno   provoca   l’emissione   di   gas   serra   per   una   quantità   equivalente   a   sette   tonnellate   di   anidride   carbonica.   Gran   parte   di   queste   emissioni   non   possono   essere   addebitate   direttamente   ai   singoli   cittadini   poiché   sono   l’inevitabile   conseguenza   di   decisioni   politico-­‐amministrative   errate,   a   vari   livelli.

Ad   esempio:   le   scelte   urbanistiche   (uso   del   territorio  e  localizzazione  dei  servizi)  da  parte  dei  comuni  e  delle  regioni;  le  decisioni  prese  in  tema  di   mobilità   locale,   regionale   e   nazionale   che,   direttamente   o   indirettamente,   favoriscono   l’uso   dell’auto;   gli   incentivi,   diretti   ed   indiretti,   alla   ricerca,   estrazione,   trasporto   (spesso   da   regioni   molto   remote)   e   commercio   dei   combustibili   fossili;   la   costruzione   di   infrastrutture   superflue   o   addirittura  inutili  (autostrade,  gasdotti,  supermercati);  la  mancanza  di  una  politica  che  imponga  o   almeno   privilegi   il   trasporto   merci   su   rotaia;   le   limitazioni   e   gli   ostacoli   burocratici   che   frenano   lo   sviluppo  delle  energie  rinnovabili;  gli  incentivi  alla  produzione  e  consumo  di  carne;  la  mancanza  di   una  politica  culturale  che  incoraggi  la  riduzione  dei  consumi  e  l’eliminazione  degli  sprechi.
Nel  nostro  Paese  sembra  che  molti  settori  della  politica,  dell’economia  e  del’informazione  abbiano   gli   occhi   rivolti   al   passato   e   siano   quindi   incapaci   di   capire   che   oggi   siamo   di   fronte   a   problemi   ineludibili   con   cui   è   necessario   e   urgente   confrontarsi:   le   risorse   del   pianeta   sono   limitate   e   limitato   è   anche   lo   spazio   in   cui   collocare   i   rifiuti,   l’uso   dei   combustibili   fossili   va   rapidamente   abbandonato  e  altrettanto  rapidamente  è  necessario  sviluppare  le  energie  rinnovabili.     Si   continua   a   sviluppare   politiche   economiche   ed   industriali   “tradizionali”,   senza   considerare   le   mutate   condizioni   climatiche   e   ambientali.   Il   dogma:   strade-­‐cemento-­‐idrocarburi   appare,   pur   con   qualche  piccola  deviazione,  l’unico  obiettivo  delle  politiche  economiche.     Se   puntassimo   seriamente   alla   realizzazione   di   mitigazione   e   adattamento   climatico   avremmo   grandi  benefici:  aumento  dell’occupazione,  minori  costi  per  emergenze  e  calamità  naturali,  minori   spese  sanitarie  e  un  miglioramento  nella  bilancia  commerciale  (minori  importazioni  di  combustibili   fossili).     Quali   sono   i   principali   obiettivi   strategici   che   dovrebbero   sostituire   il   dogma   strade-­‐cemento-­‐ idrocarburi?

Risparmio-­‐riuso-­‐rinnovabili.     Infatti,   la   sola   conversione   alle   energie   rinnovabili,   pur   essendo   una   condizione   necessaria,   non   è   di   per   sé   sufficiente   per   mitigare   i   cambiamenti   climatici.   E’   indispensabile   anche   ridurre   il   consumo  di  energia  e  di  ogni  altra  risorsa,  particolarmente  nei  paesi  sviluppati  come  il  nostro  dove   regna   lo   spreco.   Attualmente,   un   cittadino   europeo   usa   in   media   6.000   watt   di   potenza,   mentre   negli   anni   ’60   la   potenza   pro   capite   usata   in   Europa   era   di   2000   watt   per   persona,   corrispondenti   ad  una  quantità  di  energia  sufficiente  per  soddisfare  tutte  le  necessità.     Naturalmente,  questo  cambiamento  di  strategia,  richiede,  innanzitutto  una  rivoluzione  culturale  e   una   forte   coesione   sociale.   Senza   la   consapevolezza   della   inevitabile   necessità   di   cambiare   direzione  e  l’analisi  di  un’adeguata  transizione,  rimane  solo  la  conservazione  dello  stato  di  fatto,  e   la  ragionevole  certezza  che  ci  saranno  catastrofi  naturali  e  sociali.     Per   questi   motivi,   chiediamo   ai   colleghi   delle   Università   e   Centri   di   ricerca   italiani   e   a   tutti   i   cittadini   che   condividono   quanto   sopra   riportato   di   firmare   il   nostro   appello   sul   sito   energiaperlitalia   per   stimolare   il   Governo   ad   organizzare   una   Conferenza   Nazionale   sui   cambiamenti  climatici  e  a  mettere  in  atto  i  provvedimenti  necessari.

La  versione  integrale  della  lettera-­‐appello  al  governo  è  sul  sito  energiaperlitalia

Vincenzo  Balzani   Coordinatore  del  gruppo  energiaperlitalia

La tavola periodica “dimenticata” di W. Rodebush

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Rinaldo Cervellati

Fra poco più di un anno, ricorre il 150° anniversario della Tavola periodica che è considerata dai chimici la pietra miliare che contiene in forma sintetica la maggior parte di tutta la scienza chimica. Anche l’home page del nostro blog ha come sfondo la tavola periodica.

Nel 1869 il chimico russo Dimitri I. Mendeleev pubblicò una tabella in cui gli elementi fino allora conosciuti erano ordinati in base al peso atomico crescente in gruppi orizzontali e periodi verticali in modo che ad ogni periodo corrispondevano elementi con proprietà fisiche chimiche simili e in ogni gruppo queste proprietà variavano allo stesso modo in cui variano le valenze degli elementi stessi. La tabella fu chiamata Sistema Periodico dallo stesso Mendeleev ed è mostrata in figura 1, tratta dal lavoro originale dell’Autore.

Figura 1

Il lavoro, intitolato Sulla dipendenza tra le proprietà e i pesi atomici degli elementi, fu pubblicato in un’oscura rivista russa [1a] quindi ripubblicato in tedesco sullo Zeitschrift für Chemie [1b]. La genialità di Mendeleev sta non solo nell’aver lasciato caselle vuote dove non trovava elementi che dovevano appartenervi, ma nell’aver previsto i pesi e le proprietà chimiche di questi, che furono poi effettivamente scoperti (ad es. il germanio fra il silicio e lo stagno, ecc.).

Nel 1871, Mendeleev pubblicò la sua tavola periodica in una nuova forma, con i gruppi di elementi simili disposti in colonne piuttosto che in righe, numerate da I a VIII in corrispondenza delle valenze minima e massima dell’elemento (Figura 2) [2].

Figura 2 (le linee tratteggiate indicano elementi ancora sconosciuti)

La tavola non poteva prevedere i gas nobili, tuttavia Mendeleev lasciò uno spazio, e quando quest’intera famiglia di elementi è stata scoperta, William Ramsay (1852-1916) riuscì ad aggiungerli come Gruppo 0, senza che il concetto di base della tabella periodica fosse modificato.

Vale la pena ricordare che tutta la costruzione di Mendeleev è stata concepita come uno strumento empirico, un modo per organizzare gli elementi secondo le loro proprietà in assenza di qualsiasi teoria. La tavola periodica è stata costruita nel 1869, 30 anni prima della scoperta dell’elettrone, 40 anni prima che Ernest Rutherford scoprisse il nucleo atomico e 50 anni prima dell’interpretazione quantomeccanica della struttura atomica. Solo all’inizio del ventesimo secolo il chimico britannico Henry Moseley (1887-1915) scoprì che il ruolo fondamentale della periodicità sta nella carica del nucleo e non nella massa degli atomi. In questo modo, si sono posti limiti precisi su quanti elementi sono rimasti da scoprire.

Nel 1945, Glenn Seaborg, chimico americano, formulò l’ipotesi che il nuovo gruppo di elementi detti attinidi stessero occupando gli orbitali 4f così come i lantanidi avevano riempito il sotto-livello 3f. Propose quindi, una tabella molto simile a quella generalmente più usata oggi (figura 3)[1]. Questo tipo di tabella è usualmente chiamata “compatta”. Nelle tabelle “compatte” gli elementi dei blocchi f (lantanidi e attinidi) sono elencati nella parte inferiore della tavola con un richiamo a uno spazio lasciato vuoto o comprendente i simboli del primo e dell’ultimo elemento del gruppo nel corpo della tabella, v. figura 3.

Figura 3 – Tavola periodica di Seaborg [3][2]

Ma Seaborg non è stato il primo a proporre la tavola periodica in forma compatta. Uno dei primi, se non il primo[3] a fare una proposta simile è stato W. H. Rodebush, di cui abbiamo già parlato, insieme a W.M. Latimer a proposito del legame a idrogeno.

Worth H. Rodebush

Worth Huff Rodebush (1887-1959) è stato uno dei “ragazzi” di G.N. Lewis a Berkeley dal 1914/5 al 1920/1, prima di trasferirsi all’University of Illinois dove diventerà full professor e Direttore del Dipartimento di Chimica Fisica nel 1924. Appassionato alla ricerca e all’insegnamento anche a livello di scuola superiore, nel 1924 tenne una conferenza al Convegno dell’Association for the Advancement of Science Sec. C, pubblicata nella rivista Science [4]. In questa conferenza Rodebush ravvisa la necessità di migliorare la presentazione della tavola periodica, ne indica i punti principali e i principali vantaggi, ma la sua tavola non è riprodotta nel testo pubblicato da Science. Probabilmente una copia fu distribuita a parte ai partecipanti. L’autore pubblica poi un articolo per il Journal of Chemical Education, dove riprende il tema [5]. Scrive Rodebush:

La vecchia Tavola di Mendeleev ha avuto [queste] virtù ma sebbene i suoi difetti siano evidenti alla luce delle recenti conoscenze, essa è ancora generalmente in uso perché non è apparsa alcuna nuova sistemazione che sia semplice e compatta. Alcune tabelle pubblicate di recente hanno il difetto di tentare di mostrare troppi dettagli. Dal momento che il numero di relazioni che esistono tra gli elementi è molto grande… è necessario sacrificare alcune relazioni…   Una soddisfacente sistemazione della tavola periodica deve ottemperare almeno le seguenti condizioni: (1) disporre gli elementi secondo il numero atomico; (2) conservare i periodi di Rydberg[4]; (3) mostrare il raggruppamento degli elettroni intorno al nucleo; (4) mostrare il numero di elettroni di valenza; (5) mostrare le reali somiglianze chimiche; (6) indicare l’entità della proprietà comunemente detta elettronegatività posseduta da ciascun elemento. Tutte le altre relazioni appaiono subordinate a quelle elencate sopra [5, p. 382].

La seguente tabella è un tentativo di sistemazione [compatta].(Figura 4)

Figura 4. La proposta di Rodebush, tratta dal rif. [5], p. 382, redatta a penna

Siamo nel 1924, la meccanica quantistica di Schrödinger e Heisenberg deve ancora essere pubblicata. Rodebush scrive quindi:

Essa [tabella] è basata sulla concezione di Bohr del raggruppamento di elettroni in orbite senza necessariamente accettare il punto di vista di Bohr circa il moto degli elettroni. Tali raggruppamenti siano essi costituiti da elettroni stazionari o in movimento su orbite li chiameremo gusci [shell], secondo la terminologia di G.N. Lewis. [5, p. 382]

Rodebush passa poi a illustrare la sua tabella, costituita da 17 colonne e sette righe o periodi. Non entriamo ulteriormente nel merito, tutte le condizioni da lui indicate sono soddisfatte. In particolare dice:

L’idrogeno è stato posto insieme agli alogeni[5]… il numero di elettroni di valenza per idrogeno e elio è scritto tra parentesi sopra ai simboli degli elementi. La struttura del guscio completo per i gas inerti è mostrata sulla destra. Alcuni preferiscono designare i gusci in ordine alfabetico con le lettere K, L, ecc. Agli elementi i cui atomi sono in grado di assumere la stessa valenza e che mostrano proprietà chimiche molto simili viene assegnata una singola casella nella tavola periodica, ad esempio le terre rare.[5, p.383]

Dalla Figura 4 è chiara l’intenzione di Rodebush di elencare a parte gli elementi della famiglia dei lantanidi (terre rare) nella parte inferiore della tavola.

Sembra addirittura che egli fosse in dubbio se isolare anche le terne (Fe, Co, Ni), (Ru, Rh, Pd), (Os, Ir, Pt) con pesi atomici e caratteristiche chimico fisiche molto simili per rendere la tavola ancora più compatta.

Infine Rodebush così conclude:

Non ho alcuna pretesa di originalità per questa sistemazione, molte variazioni e aggiunte si proporranno al critico. [5, p. 383]

Non sembra che la proposta di Rodebush sia stata rilevante, la sua tabella non compare nell’INTERNET Database of Periodic Tables, il database più completo che raccoglie e aggiorna le centinaia di forme diverse di tavole periodiche da Mendeleev ai giorni nostri [3]. La sua attenzione al riguardo non è menzionata neppure dai suoi biografi C.S. Marvel e F.T. Wall (i due scritti citati qui sono comunque riportati nell’elenco delle pubblicazioni) [6]

Nemmeno Eric Scerri, docente di chimica e storia della chimica all’University of California Los Angeles (UCLA), una autorità mondiale in filosofia della scienza, specializzato in storia e filosofia della tavola periodica, cita i lavori di Rodebush nelle sue principali pubblicazioni [7].

Una brevissima citazione dell’articolo al rif. [5] si trova invece nella II Parte nel lavoro del 1934 di G.N. Quam e M.B. Quam [8], p. 219.

Tuttavia le raccomandazioni di Rodebush sono state accolte da molti estensori di tavole periodiche, in particolare la (6) sull’elettronegatività. Parleremo del contributo dato da Rodebush sull’elettronegatività (anche esso poco noto) in un prossimo post.

Vorrei terminare con una nota di costume. La Tavola Periodica degli Elementi non è un’icona dei soli chimici, in qualche modo è entrata nell’immaginario collettivo. Sono moltissimi i gadget, dalle magliette alle tazze, dai nomi propri costruiti con le sue caselle alle calamite per lo sportello del frigo, fino alle cover per i cellulari. Sono troppi per scegliere un’immagine, vi rimando quindi a:

https://www.google.it/search?q=gadget+tavola+periodica&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwiV85L0wd7VAhVML1AKHSbjDXUQsAQILA&biw=1366&bih=613

Buon divertimento !

Bibliografia

[1a] D.I. Mendeleev, On the Correlation Between the Properties of Elements and Their Atomic Weight (in russo), Zurnal Russkogo Kimicheskogo Obshchestva 1, no. 2-3 1869 35, 60-77; [1b] D.I. Mendeleev, Über die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente, Zeitschrift fur Chemie, 1869), XII, 405-406

[2] D.I. Mendeleev, Die periodische Gesetzmassigkeit der chemischen Elemente. Annalen der Chemie und Pharmacie, Supplementband, 1871, VIII, 133-229.

[3] The INTERNET Database of Periodic Tables

http://www.meta-synthesis.com/webbook//35_pt/pt_database.php

[4] W.H. Rodebush, The Subject Matter of a Course in Physical Chemistry, Science, 1924, 59, 430-433

[5] W.H. Rodebush, A Compact Arrangement of the Periodic Table, J. Chem. Educ., 1925, 2, 381-383

[6] C.S. Marvel, F.T. Wall, Worth Huff Rodebush 1887—1959, A Biographical Memoir, Biographical Memoir, National Academy of Sciences, Washington D.C., 1962

[7] a) E. Scerri, & McIntyre L, Philosophy of Chemistry: Growth of a New Discipline, Springer, Dordrecht, Berlin, 2015; b) E. Scerri, , The periodic table: Its story and its significance, Oxford University Press, New York, 2007

[8] G.N. Quam e M.B. Quam, Types of Graphic Classifications of the Elements. II. Long Charts, J. Chem. Educ., 1934, 11, 217-223, p. 219

[1] Glenn Seaborg (1912-1999) fu sconsigliato a pubblicare la sua ipotesi in quanto vi era la convinzione che gli attinidi formassero una quarta riga di blocco d. Seaborg non ascoltò il consiglio, il suo suggerimento si dimostrò corretto e nel 1951 gli fu assegnato il Premio Nobel per i suoi lavori sugli attinidi.

[2] La casella 43, lasciata vuota per molti anni, è oggi occupata dal Tecnezio (Tc), il primo elemento prodotto artificialmente, anche se successivamente la sua esistenza in natura è stata dimostrata sia all’interno, sia all’esterno del sistema solare. Anche la 61 è vuota, oggi è occupata dal Promezio (Pm), prodotto artificialmente e radioattivo.

[3] In effetti una forma “compatta”, nota come forma comune o standard, viene attribuita a Horace Groves Deming (1885-1970), un insegnante di chimica americano. Nel 1923, Deming, pubblicò il libro General chemistry: An elementary survey. New York: J. Wiley & Sons., contenente una tavola periodica di 18 colonne e 7 righe in cui le terre rare erano elencate separatamente in basso. La tavola di Deming, molto fitta, riporta numerosissimi dettagli, risultando di difficile lettura [3]. La Compagnia Merck nel 1928 e la Sargent-Welch nel 1930 ne presentarono una forma semplificata che ebbe una larga diffusione nelle scuole americane.

[4] Questo punto non è chiaro. Johannes Robert Rydberg (1854-1819), fisico austriaco è noto soprattutto per la formula che interpreta lo spettro di emissione dell’idrogeno come anche di altri elementi. E’ noto il suo interesse per i pesi atomici e la sua ricerca di un motivo per l’incremento casuale dei pesi atomici nella tavola di Mendeleev, ricerca inutile. Tuttavia ho trovato nell’INTERNET Database of Periodic Tables una tabella periodica del 1913 attribuita a Rydberg, molto sfocata che tuttavia richiama alla mente i periodi.

[5] La posizione dell’idrogeno è ancora oggi oggetto di controversia.

(v. https://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table), Rodebush ritiene che le caratteristiche chimico-fisiche dell’idrogeno siano meno lontane da quelle degli alogeni, in particolare il fluoro, piuttosto che dai metalli alcalini. Deming, per essere equidistante, lo pone in alto, al centro della sua tavola, con due frecce rispettivamente verso il Litio e verso il Fluoro (v. nota 3)

La nostra avventura.

In evidenza

Luigi Campanella, già Presidente SCI.

Scrivo questo post nella mia veste anche di direttore di CNS Chimica Nella Scuola il giornale della SCI edito da ARACNE dedicato all’insegnamento della Chimica nella Scuola primaria e secondaria,quindi di fatto all’inizializzazione della cultura chimica nei giovani.

La nostra è disciplina complessa, non facile da insegnare e anche da comprendere, tanto da richiedere una creatività didattica capace di superare queste difficoltà. Proprio in questa convinzione CNS cerca di mettere a comune esperienze,originalità, veri e propri prodotti del capitale umano al fine di accrescere la capacità creativa ed innovativa del sistema didattico. Su questa base mi avvicino sempre con interesse a testi che possono promuovere in me stimolazioni e provocazioni da raccogliere da parte di colleghi che appartengono alla stessa comunità, intendendo per essa quella della didattica, non necessariamente limitata alla Chimica.

Ho così letto le due ultime fatiche di Carlo Rovelli , SETTE BREVI LEZIONI DI FISICA e L’ORDINE DEL TEMPO (ADELPHI ED.).Mi ha subito colpito l’approccio: la disciplina da spiegare vista come un’avventura, quasi verso l’ignoto, cercando quindi in questa prospettiva di offrire a chi fruirà della descrizione, la soddisfazione di avere superato un ostacolo, di essere arrivato in porto dopo una procellosa navigazione. Da qui la convinzione che la conoscenza è figlia dell’ignoranza precedente. Pensare di sapere tutto frena l’interesse scientifico, ma limita anche la curiosità formativa e quindi l’apprendimento.

La creatività dell’insegnante si misura proprio in questa capacità.

Quando il primo ministro inglese chiese a Faraday a cosa servisse l’elettricità, lui rispose che un giorno sarebbe stata tassata. Quando la scoperta delle onde gravitazionali  ha confermato la teoria di Einstein non si pensava che poi i gps avrebbero funzionato anche grazie alla relatività generale.

Nella ricerca  di linee guida che l’esplorazione didattica richiede si misura il secondo aspetto della creatività didattica. Per la Fisica Rovelli crede molto al “tempo” per questa funzione. Sembra ovvio che scorra in avanti,ma perchè il futuro è diverso dal presente e questo diverso dal passato? Sappiamo che è l’entropia, l’aumento del disordine a differenziare i livelli temporali. Ma per spazio e tempo la gravità quantistica obbliga a ripensarne certi modelli. La materia oscura poi, di cui si intuisce  l’esistenza, ma che non sappiamo rappresentare potrebbe ai concetti di tempo e di spazio assegnare nuovi connotati.

Mi chiedo ora: se volessimo anche noi trovare una linea guida per l’insegnamento della Chimica,come la dovremmo scegliere? Qual’è il corrispondente del Tempo di Rovelli?

Se si leggono con attenzione le ultima annate di CNS, anche le precedenti più antiche, se disponibili, ci si rende conto come la nostra stella polare è la Natura, a partire dall’evoluzione chimica dell’universo, per proseguire con le leggi che regolano i processi chimici, anche quelli naturali, con la trasformazione dell’ambiente in paesaggio a seguito delle attività antropiche, con il passaggio dalla CHIMICA DELLA VITA (conoscenza ,esplorazione), ALLA CHIMICA PER LA VITA(sicurezza,salute,qualità della vita).

Credo che la Chimica abbia fatto molto per la Natura,ma questa ha fatto, fa e  farà molto per la Chimica, in quanto ne agevolerà sempre l’insegnamento e lo sviluppo di una cultura.

Chimica in fogna.

In evidenza

Mauro Icardi

La notizia è stata rilanciata dai quotidiani è mi ha ovviamente colpito, visto che lavoro in questo settore.

http://palermo.repubblica.it/cronaca/2017/08/28/news/ragusa_esalazioni_dalla_fognatura_gravi_due_coniugi_in_viaggio_di_nozze-174040427/?ref=search

Notizia che non è nuova se si fanno ricerche in rete, ma che colpisce per le modalità. I gas fognari sarebbero stati respirati nella stanza di un albergo e si sarebbero sprigionati dal condotto fognario sul quale erano stati eseguiti dei lavori.

La prima impressione, molto immediata e superficiale è quella che ovviamente episodi di questo genere non dovrebbero accadere. Ne ho scritto diverse volte, ed è un normale argomento di discussione per me.

Bisogna effettuare investimenti non prorogabili ulteriormente sulle reti fognarie e sul sistema depurativo.

Abbiamo già ricevuto due condanne da parte della corte di giustizia europea e una successiva procedura di infrazione è stata aperta per non aver raggiunto i livelli di qualità di depurazione delle acqua reflue.

http://www.acqua.gov.it/index.php?id=3

Dobbiamo anche ricordare che fognature efficienti servono a contrastare eventuali problemi di malattie ed epidemie. Le tubazioni che allontanano i nostri rifiuti stanno sotto i nostri piedi. Spesso le dimentichiamo, ma sono state un grande progresso, fin dai tempi degli insediamenti di Mohenjo Daro.

Le fognature dei romani, fino alle grandi costruzioni di Londra e Parigi. L’evoluzione e lo sviluppo delle corrette pratiche igieniche passano anche attraverso l’efficienza degli impianti fognari.

Su quanto accaduto a Ragusa è stata aperta un’inchiesta e non vi sono ulteriori notizie. Sembrerebbe che l’albergo sia stato scagionato da responsabilità per quanto accaduto. Io non mi occupo di progettazione e realizzazione di impianti di scarico. Ma so, come probabilmente molte altre persone, che per evitare il ritorno di cattivi odori dall’impianto di scarico delle acque si devono prevedere, oltre alla colonna di scarico delle acque, anche colonne di ventilazione e sifoni che non permettano appunto il ritorno di gas provenienti dalla fogna nei locali di abitazione.

I rischi attribuibili a chi viene in contatto con gas di fognatura, sono quelli di natura biologica che sono relativi all’aerosol batterico che può trascinare virus e batteri, ma che è meno probabile riscontrare se non vi sono situazioni di turbolenza che tipicamente si verificano nelle zone di trattamento, quali vasche di ossidazione o salti d’acqua, e tipicamente negli impianti di depurazione. Ma occorre tenere presente anche il fattore caldo estivo e la situazione di temperatura del condotto fognario

Il possibile sviluppo di idrogeno solforato nei condotti fognari invece è conosciuto e studiato. Soprattutto per gli effetti di corrosione che esercita sui condotti fognari. Studi iniziati fina dal 1895.

https://www.deepdyve.com/lp/elsevier/corrosion-of-concrete-sewers-the-kinetics-of-hydrogen-sulfide-7sO1HhYbz2

L’idrogeno solforato è presente nelle fognature in equilibrio tra la forma indissociata (H2S) e la forma ione idrogenosolfuro (HS-) I due composti sono presenti presenti al 50% a valori di pH prossimi alla neutralità (condizione che normalmente si verifica nell’acqua di fogna).

L’idrogeno solforato è un gas che presenta una moderata solubilità, la quale naturalmente diminuisce al crescere della temperatura. Se quindi viene a verificarsi un abbassamento del pH o un aumento della temperatura, il gas può facilmente sfuggire, dando luogo a vari inconvenienti, dovuti soprattutto al suo cattivo odore e alla sua elevata tossicità.

L’idrogeno solforato ha una soglia di riconoscimento molto bassa, pari a 0,0047 ppm. A questa concentrazione il 50% delle persone riconosce il suo caratteristico odore di uova marce.

Concentrazioni di 10-20 ppm provocano irritazione oculare. Concentrazioni di 320-530 ppm possono provocare edema polmonare con rischio di morte.

Le misure di prevenzione consistono in pulizia meccanica delle condutture, eventuale clorazione o dosaggio di altri battericidi. Secondo il Water Pollution Research Laboratory anche la velocità dell’acqua di fogna gioca un ruolo importante. Non deve possibilmente essere inferiore a 0,75 m/s valore minimo di auto pulitura di una fognatura.

Nella letteratura specifica si trovano anche studi che mettono in relazione la velocità di formazione dell’idrogeno solforato in un’acqua di fogna deossigenata. Lo sviluppo aumenta del 7% per ogni aumento di temperatura di 1° C.

2 Pomeroy, R., and Bowlus, F. D., … Sew. Works Jour., 18, 4, 597(1946)

Ovviamente poi all’interno di una fognatura sono altri i composti maleodoranti che si possono trovare, per esempio i mercaptani. Per quanto riguarda il metano, relativamente a quanto verificatosi a Ragusa, è un’ipotesi che ritengo poco plausibile. Negli articoli relativi alla vicenda si è parlato di lavori eseguiti sulla rete fognaria. Ma il metano si forma in condizioni anaerobiche e quindi si sarebbe eventualmente potuto sviluppare in una sacca riscaldata ed isolata dal resto del condotto. Possibilità che richiama alla mia mente un classico di fantascienza, da me letto e riletto.

Queste le note del retro di copertina: “Nelle fogne di una grande città, per l’incredibile varietà di sostanze che vi confluiscono e l’infinito numero di combinazioni chimiche che ne risultano, può nascere in ogni momento qualsiasi cosa. Qui le fogne sono quelle di Chicago; il momento è alle 0,51 di una notte di settembre; la “cosa” è un grumo gelatinoso non più grande di un granello di sabbia. Un’ora dopo il granello è diventato una massa di un piede quadrato, in un’altra ora, crescendo con progressione geometrica, si espande per i collettori laterali. Alle 7 del mattino, risalendo per le tubature, la sostanza occhieggia dal foro di scarico di innumerevoli lavandini. Alle 7,35 certa Maude Wendell, casalinga, cerca di sturare il suo lavandino col dito…”

Sto parlando, sia ben chiaro di un’opera di fantascienza, una breve digressione.

Tornando in tema, l’episodio di Ragusa merita gli approfondimenti del caso, da parte delle autorità preposte. Deve far riflettere in primo luogo chi come me è impegnato a lavorare in questo settore. Ma più in generale portare l’attenzione sull’importanza di avere reti fognarie e impianti di trattamento dei reflui di qualità adeguata. E di conseguenza effettuare manutenzioni e controlli capillari per garantirne il corretto funzionamento.