Raccontino di Natale.

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Mauro Icardi

Questo breve articolo, vuole rendere conto di un episodio di pochi giorni fa. Io e la mia collega Valentina lavoriamo insieme da ormai quasi vent’anni. E nelle ore di lavoro parliamo di molte cose. E tra queste l’educazione e la crescita dei figli, le loro fatiche e i loro progressi scolastici sono tra gli argomenti principali. Martina, la sua primogenita, era tra il pubblico durante la mia conferenza di Ottobre a Milano. Il suo secondo figlio, Emanuele, o il piccolo tecnico come a me piace chiamarlo, è un simpatico bambino di otto anni, ma con una dote che apprezzo ed ho sempre ritenuto fondamentale. E’ spinto da una genuina voglia di conoscere, di capire le cose che avvengono intorno a lui. E da sempre è incuriosito e affascinato dal trattamento delle acque, e in particolare dai fanghi. E pone tante domande. Oltre a questo, io e lui condividiamo la passione per la bicicletta. E quest’anno Babbo Natale lo ha reso davvero felice.

In attesa di fare una bella sgambata insieme, io e lui abbiamo approfondito la conoscenza reciproca. Emanuele frequenta la terza elementare, e quando ho saputo che doveva nel compito di scienze fare esperimenti di base di chimica, qualcosa immediatamente mi ha risvegliato ricordi, sensazioni, ed una passione mai sopita, e mi sono offerto di dargli una mano. Doveva spiegare cosa fosse un gas, e doveva eseguire due semplici esperimenti per comprendere che cosa fosse una soluzione. Mescolare acqua e aceto, capire se dopo il mescolamento l’aceto si distinguesse ancora dall’acqua o no. Poi ancora un altro passo: sciogliere una bustina di zucchero in acqua. Pesare l’acqua sottraendo il valore della tara di una piccola beuta che avevo portato con me, poi sciogliere una bustina di zucchero che avevamo pesato precedentemente, e dopo averla sciolta completamente, pesare la soluzione di acqua e zucchero.

Le basi della chimica e della stechiometria. Confesso che la cosa mi ha molto divertito. L’osservavo con attenzione, e in più di una occasione mi sono trattenuto dall’usare termini non adatti per un bambino di quella età (mi venivano in mente ricordi degli anni di studio, volevo spiegargli cosa fosse il “corpo di fondo), poi mi sono frenato. Ma mi è piaciuto vedere il suo sorriso, quando gli ho fatto vedere come doveva impugnare correttamente la beuta, per sciogliere i granelli di zucchero, e mi sono complimentato per la sua ottima manualità. Infatti non ha rovesciato una sola goccia di soluzione, ed impugnava la beuta con una naturale abilità. Abbiamo osservato insieme alla luce, se lo zucchero si stava sciogliendo, chiacchierato delle differenze tra il mescolamento di due liquidi, e quello di un solido in un liquido, sotto l’occhio vigile di mamma Valentina.

Sono tornato bambino insieme a lui, ma il giorno dopo riparlandone con Valentina, non ho potuto fare a meno di esprimere il mio apprezzamento alla maestra di Emanuele, per queste iniziative. Sono decisamente stimolanti e formative. E a mio parere qualunque sarà il percorso scolastico del piccolo tecnico, ma da oggi potrò chiamarlo il piccolo chimico, credo che non le dimenticherà. Un futuro collega, visto l’interesse che ha per il risparmio idrico, e per il depuratore.

Batteria a ioni fluoruro a temperatura ambiente

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Rinaldo Cervellati

Agli elettrochimici era noto che batterie ricaricabili a ioni fluoruro (FIB), possono in teoria avere una densità di energia[1] circa otto volte maggiore di quelle attuali agli ioni litio, ma senza applicazioni pratiche. Infatti i dispositivi FIB finora realizzati generano elettricità per migrazione degli ioni fluoruro da un elettrodo all’altro attraverso un elettrolita solido che diviene conduttore efficace solo riscaldandolo sopra 150 ° C, il che ovviamente ne limita fortemente le applicazioni.

Nel numero del 20 dicembre scorso di Chemistry & Engineering newsletter on-line, Mitch Jacoby riporta che un gruppo di ricerca ha realizzato una batteria a ioni fluoruro con un elettrolita liquido

(V.K. Davies et al., Room-temperature cycling of metal fluoride electrodes: Liquid electrolytes for high-energy fluoride ion cells., Science, 2018, 362, 1144–1148.), funzionante a temperature ambiente.

Il gruppo costituito da ben 21 ricercatori facenti capo al Gruppo di Tecnologie Elettrochimiche, Jet Propulsion Lab, California Institute of Technology, coordinato dal Dr. Simon C. Jones, si è diviso in sottogruppi ciascuno occupandosi dei diversi aspetti sperimentali e teorici della complessa e lunga ricerca.Dr. Simon C. Jones

La stesura dell’articolo è stata fatta da Victoria K. Davis con i suggerimenti degli altri autori e la supervisione del Dr. Jones. Davis ha partecipato alla sintesi, analisi e caratterizzazione di una numerosa serie di sali e solventi organici fra i quali sono stati scelti i più opportuni.

Dr. Victoria Davis, fellow National Science Foundation

Per la soluzione elettrolitica, i ricercatori hanno cercato una combinazione di un sale e un solvente organico fluorurato che garantissero ampio intervallo di solubilità, alta conducibilità ionica e stabilità elettrochimica. La ricerca ha portato a un fluoruro di neopentil alchilammonio e al bis (2,2,2-trifluoroetil) etere o BTFE.

Simulazione delle interazioni molecolari tra uno ione fluoruro (verde) e il solvente elettrolitico fluoroetiletere.

I ricercatori hanno poi realizzato un nuovo catodo costituito da un nucleo di rame e un guscio di trifluoruro di lantanio, Cu@LaF3. Il guscio evita la dissoluzione del rame e la decomposizione del BTFE, consentendo una facile diffusione degli ioni fluoruro tra l’elettrolita liquido e il nucleo di rame. Elettrodi fabbricati con queste nanoparticelle a temperatura ambiente sono stati sottoposti reversibilmente in una opportuna cella a sette cicli. La conversione reversibile di Cu a CuF2 (Cu0 + 2F ⇌ CuF2 + 2e) è stata evidenziata tramite spettrometria a raggi X di polveri, il che suggerisce che il guscio di LaF3 consente il passaggio di ioni F permettendo la formazione di CuF2 come atteso. Gli autori della ricerca terminano così:

Utilizzando un elettrolita liquido semplice ma robusto con alta conducibilità di ioni fluoruro abbiamo dimostrato il ciclo elettrochimico reversibile di elettrodi di fluoruro di metallo a temperatura cui è lo ione Fil trasportatore attivo, non il catione metallico.

In particolare, l’ottimizzazione di un catodo Cu@LaF3 e il suo accoppiamento con un anodo metallico elettropositivo, ad esempio Ce, indicano un percorso per sviluppare un dispositivo ad alta energia a temperatura ambiente.

Jun Liu, specialista in materiali per lo stoccaggio di energia presso il Pacific Northwest National Laboratory ha affermato che lo studio dimostra buoni progressi, sottolinea però la necessità di un numero maggiore di ricerche per sviluppare una batteria a lunga vita che possa superare le prestazioni delle batterie agli ioni litio in termini di elevata densità di carica.

[1] La densità di energia di una batteria è data dal rapporto fra la forza elettromotrice moltiplicata per la carica spostata e il suo volume: zFE°/V, dove z è il numero di elettroni scambiati nella reazione redox che avviene nella pila e E° è la forza elettromotrice standard (fem) della batteria.

Piante, animali e altre storie di chimica.

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Claudio Della Volpe

Quest’anno per superare la solita incertezza del regalo di fine anno mi sono rivolto all’oggetto più comune della mia vita: il libro. E ho trovato una serie di testi su un argomento di cui avevo sentito parlare ripetutamente, ma senza approfondirlo: l’intelligenza delle piante.

Si tratta di un tema affascinante e che viene da lontano, ma il più recente e famoso scienziato che se ne è occupato è un italiano, Stefano Mancuso, professore ordinario presso UniFi e ricercatore al LINV (Laboratorio di Neurobiologia vegetale).

Ha scritto vari testi su questo tema ed io ho scelto il più agile fra tutti, Verde brillante, sensibilità e intelligenza del mondo vegetale, Ed. Giunti 140 pagine 2014.

E’ un testo non recentissimo scritto insieme alla divulgatrice Alessandra Viola, ma molto ben scritto che ripercorre la trama della discussione sul modo in cui concepiamo le piante, i “vegetali”, termine tutto sommato dispregiativo, che vegetano; ma che, l’autore ci fa scoprire, hanno un comportamento molto articolato e costituiscono un caso di vita senziente, non diversamente da quella animale, solo con una organizzazione diversa da quella degli animali. Le piante hanno una intelligenza ed una struttura della sensibilità distribuita invece che concentrata in organi specifici (cervello, occhi, naso, lingua) le piante “vedono”, sentono, reagiscono con molte delle loro cellule, usando una strategia di sopravvivenza diversa; non possono scappare e dunque sono state obbligate a scegliere di poter perdere anche il 90% del loro corpo potendolo ricostruire completamente; inoltre hanno nella maggior parte dei casi una velocità dei comportamenti inferiore, ma non per questo meno complessa.

In uno degli episodi di Star Trek (del 1995) si affronta questo tema della diversa velocità di esistenza; noi potremmo essere come piante per esseri che vivessero molto più velocemente di noi.

In fotografia il tema del diverso apparire delle cose molto veloci o molto lente costituisce uno splendido argomento tramite le due tecniche complementari delle riprese ad alta velocità riproiettate a bassa (diventate oggi comuni grazie all’avanzare dei processori dei cellulari) e della slow motion o delle riprese tramite filtri ND che sottolineano il paesaggio, ma eliminano le figure che ci si trovano per tempi brevi (la prima foto di paesaggio nel 1839 era di fatto slow motion). Nel caso che ci interessa si applica una terza tecnica, il time lapse, (letteralmente lasso di tempo) le riprese video che si usano anche per nuvole o il paesaggio rese comuni anche queste tramite la possibilità di fare foto ad intervalli lunghi in gran numero per poi riproiettarle a velocità normale, dunque con una grandissima accelerazione; il time lapse fa comprendere come anche le piante abbiano una vita e siano capaci di movimenti ben precisi ed altamente intelligenti se visti in questo nuovo contesto.

https://www.youtube.com/watch?v=w77zPAtVTuI

https://www.youtube.com/watch?v=g9NpE2jntNs

https://www.youtube.com/watch?v=p6rCAuzSQ8U

https://www.youtube.com/watch?v=dTljaIVseTc

Gli ultimi due video mostrano rampicanti che si avvolgono attorno ad un supporto; nel primo caso il fagiolo si gira verso il supporto ancora prima di attaccarcisi; come fa a sapere che è lì? Non lo sappiamo; ma potrebbe essere che in qualche modo avesse ragione Gottlieb Haberlandt, famoso fisiologo vegetale, che ipotizzò la presenza di ocelli foliari (finora mai confermati).

Un esempio altamente poetico di questa tecnica video si trova nel film Il giardino segreto, tratto dall’omonimo romanzo di Frances Hodgson Burnett, in cui viene mostrato il risveglio primaverile della terra e delle piantine del giardino riscoperto dalla piccola Mary Lennox; il film nella versione che ho visto io è del 1993 ed era diretto da Agnieszka Holland che usa con abilità la tecnica time lapse per mostrare la vita delle piante. Lo consiglio a voi e ai vostri bambini.

Nel libro di Mancuso si fa anche notare la ritrosia che hanno avuto anche grandissimi scienziati da Linneo a Darwin nel riconoscere questi aspetti della vita delle piante, per esempio la capacità di molte di queste di cibarsi di insetti o piccoli animali (anche mammiferi) come fonte di azoto, di comunicare fra di loro ed avere un comportamento altamente complesso che se rivisto a diversa velocità e nel contesto degli “animali” non esiteremmo a definire “intelligente” e sensibile; libro consigliatissimo e fra l’altro ottimamente illustrato, ben equilibrato negli aspetti tecnici e storici e anche fra la filosofia della natura e la scienza (sarò fesso ma non credo che l’analisi scientifica risolva ogni aspetto delle cose, la filosofia serve ancora, mia idea per carità).

La cosa che mi ha colpito di più è stata una osservazione di tipo chimico; il fatto che le piante usano delle molecole, che liberano nell’ambiente interno ed esterno per comunicare alle proprie cellule (non hanno segnali nervosi) ed alle altre piante, diverse specie di eventi.

Ora la chimica delle piante come ricorderete è stato un cavallo di battaglia della Chimica in Italia, basti ricordare i lavori di Ciamician e Ravenna di cui abbiamo parlato su questo blog.

Sapevo già che le piante usano una comunicazione “chimica”, ma mi ha colpito molto una di queste molecole in particolare, il metil-jasmonato che non conoscevo e di cui sono andato subito a cercare la formula; le piante usano il metil-jasmonato per segnalare alle congeneri o ad altre piante situazioni di sofferenza e di pericolo (per esempio l’attacco di parassiti). Ho scoperto con grandissimo interesse che è un derivato lipidico ciclopentanoico; ma, ho subito pensato, questa molecola di allarme allora è simile, molto simile, alle molecole che usano anche gli animali in condizioni analoghe: le cosiddette prostanglandine, che sono la base della risposta infiammatoria (e la cui produzione cerchiamo di inibire con gli antiinfiammatori come l’aspirina (ne abbiamo parlato varie volte)). Ho voluto verificare se la similitudine fosse stata notata; beh la risposta è si, ma non ci sono poi così tanti lavori in merito.

In particolare ho trovato il lavoro di cui vi riporto l’immagine qui sopra che parla del tema e anche della scoperta di molecole analoghe che si trovano sia nelle piante che negli animali, gli isoprostani, antenati probabilmente sintetizzati originariamente in modo non enzimatico. E questa è una bella ipotesi; perchè significherebbe che sono veramente molecole antiche; l’ipotesi del lavoro di Mueller (Chemistry & Biology 1998, Vol5 No 12 ) è che siano venute fuori prima dalla reazione spontanea fra lipidi e ossigeno; e possano essere dunque segnali dell’evento forse più traumatico per la vita sulla Terra, ossia il passaggio da forme di vita anaerobie a quelle aerobie, avvenuto fra 2 miliardi e 650 milioni di anni fa. Il pericolo da inquinamento per eccellenza che la vita ha passato finora (l’altro siamo noi che crediamo di essere superiori, ma in effetti……siamo una piaga)

L’ossigeno rimane per la vita a base ossigeno una molecola a doppia faccia; da una parte non possiamo farne a meno, dall’altra essa può produrre spontaneamente radicali liberi molto pericolosi, data la natura altamente reattiva dell’ossigeno atmosferico, la sua forma di molecola con ben due elettroni in orbitali di antilegame altamente disponibili, ciascuno dei quali cerca di appaiarsi; questo ci ha costretti a convivere con esso e anzi imparare a gestirlo.

Un esempio fra tutti potrebbe essere la nostra capacità di gestire enzimaticamente lo ione superossido O2(numero di ossidazione -1/2), che si forma spontaneamente, ma la cui sintesi noi perfino catalizziamo tramite un enzima, la NADPH ossidasi in caso di pericolo; e che usiamo, senza colpo ferire, contro i batteri molti dei quali non sono capaci di resistere al suo attacco ossidante (a meno di non possedere la superossido dismutasi). Lo ione superossido (la cui struttura elettronica è qui sotto) è un’arma letale perchè distrugge gli enzimi basati sul ferro e sullo zolfo e riusciamo a tenerlo a bada solo tramite la superossido dismutasi.

https://chemistryonline.guru/molecular-orbital-theory/

Non è l’unico radicale che usiamo sapientemente, ricordiamoci anche NO, usato in laboratorio di cinetica come scavenger dei radicali, considerato molto tossico, ma che noi maschietti umani produciamo (in piccole quantità) ed usiamo per controllare la pressione arteriosa nel luogo deputato, tutte le volte che qualche femmina della nostra specie ci fa impazzire adeguatamente. Incredibile quante cose si scoprano leggendo! Robe da chimico, ma credo interessanti per tutti.

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.5: i controlli (considerazioni finali)

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Mauro Icardi

(I precedenti post di questa serie sono qui, qui , qui e qui)

Terminati i controlli per verificare il corretto funzionamento della fase di ossidazione biologica, e successivamente quelli relativi alla stabilizzazione del fango , la fase successiva si riferisce ai controlli da effettuare sul fango ormai disidratato, e destinato a smaltimento, incenerimento, o riutilizzo in agricoltura.

Sul fango si possono determinare diversi parametri. Vediamo nello specifico la determinazione dei metalli.

L’analisi si effettua su campione umido per la determinazione del mercurio, e su fango secco per tutti gli altri parametri. Per la determinazione dei metalli si effettua attacco acido con acido solforico e nitrico, ed eventualmente con acqua ossigenata. Questa tecnica viene sempre di più sostituita dalla mineralizzazione con forno a microonde. Utilizzando questa tecnica le microonde riscaldano contemporaneamente tutto il campione, senza riscaldare i contenitori utilizzati che sono di materiali trasparenti alle microonde. In questo modo le soluzioni raggiungono molto più rapidamente il proprio punto di ebollizione e il riscaldamento è molto più veloce ed efficace del sistema tradizionale. La concentrazione dei metalli portati in soluzione viene determinata attraverso analisi eseguite tramite spettroscopia di assorbimento atomico, normalmente utilizzando la tecnica in fiamma, oppure con spettroscopia di emissione al plasma (ICP Ottico). La concentrazione dei metalli nei fanghi viene espressa in mg/Kg di metallo estraibile, riferito alla sostanza secca.

I fanghi di depurazione delle acque reflue industriali contengono metalli pesanti di tipo e quantità variabili e derivano dal tipo di lavorazioni e dalla dimensione delle industrie. I metalli pesanti provenienti dalle attività civili si ritrovano, inoltre, nella fase gassosa dei combustibili utilizzati per il riscaldamento, nei fumi provenienti dagli inceneritori o dal traffico veicolare; tali metalli raggiungono il suolo attraverso le precipitazioni atmosferiche. Alcune attività tipicamente agricole, come l’uso di prodotti fitosanitari e di concimi minerali, possono costituire una fonte di inquinamento da metalli pesanti.

In genere, i metalli pesanti si concentrano nei sottoprodotti di alcuni settori industriali o, anche se in misura minore, nei rifiuti urbani e nei reflui civili; per questo, lo smaltimento di questi materiali, per i rischi di tossicità sopra riportati, è regolamentato da apposite normative.

Vediamo ora, per alcuni dei principali metalli, ricercati nella matrice fanghi, le provenienze.

Cadmio totale

La concentrazione di cadmio nel suolo, è funzione delle caratteristiche dei materiali originari e dell’utilizzo sul suolo di sostanze contenenti metalli pesanti utilizzate per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione (concimi fosfatici, fanghi di depurazione).

Cromo totale

La concentrazione di cromo è riconducibile in parte a naturali processi di degradazione dei substrati geologici, da cui i suoli stessi traggono origine; in parte è funzione dell’utilizzo sul suolo di sostanze contenenti metalli pesanti utilizzate per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione. In particolare il contenuto di cromo può essere molto elevato in alcuni sottoprodotti dell’industria conciaria utilizzati per la produzione di concimi organici.

Piombo

La concentrazione di piombo riscontrabile nei fanghi di depurazione, relativamente alle attività produttive, riguarda principalmente gli scarichi delle fonderie. Un’altra fonte di contaminazione riguarda l’utilizzo di prodotti fitosanitari contenenti arseniti di piombo. Da rammentare che in passato si poteva avere contaminazione da piombo tetraetile, che veniva utilizzato come antidetonante nella benzina.

Rame

La concentrazione di rame dovuta ad attività antropica è anch’essa riferibile all’utilizzo del rame per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione, soprattutto con reflui zootecnici. In particolare l’elevato contenuto di rame nelle deiezioni zootecniche è dovuto all’utilizzo di integratori e additivi alimentari che contengono questo elemento. I composti del rame sono anche utilizzati nel settore della coltivazione della vite, e molto spesso come componente alghicida per le vernici antivegetative, destinate normalmente a ricoprire il fondo delle imbarcazioni.

Per chiudere queste piccole lezioni sui fanghi, e sui controlli che si possono effettuare, parliamo di una analisi di tipo batteriologico, cioè la determinazione della Salmonella.

Considerando che i fanghi sono il prodotto finale del trattamento delle acque, essi posseggono un’ampia variabilità delle loro caratteristiche fisiche, chimiche, biologiche e tecnologiche che dipendono dalla loro origine, dal tipo di trattamento subito dai reflui, dal fango stesso, dalla durata dello stoccaggio. Se si tiene conto oltretutto che il numero dei microrganismi concentrati nei fanghi supera quello presente nelle acque grezze, bisogna considerare come diventi altrettanto rilevante lo studio delle loro caratteristiche microbiologiche. A qualunque recapito finale vengano destinati, è necessario renderli igienicamente innocui. Dal punto di vista microbiologico la normativa (dlgs 99/1992) fissa il limite di concentrazione nei fanghi per il solo parametro Salmonella. I processi di trattamento del fango sono comunque in grado di ridurre il numero di salmonelle, come di tutti i microrganismi in essi presenti.

L’analisi della Salmonella prevede l’omogeneizzazione, la filtrazione di un campione di fango precedentemente risospeso in una soluzione di acqua sterile tamponata. Il campione, diluito in funzione della concentrazione di Salmonella stimata, è omogeneizzato e filtrato; la membrana è recuperata asetticamente e incubata a 36°C,posizionata su un filtro sterile a fibre di vetro imbibito con un terreno favorevole alla crescita del microrganismo (Brodo al terationato). Dopo 24 ore la membrana è recuperata asetticamente e incubata a (36±2)°C su terreno cromogeno (Rambach® agar).

Le membrane sono esaminate dopo 24 e 48 ore. Trascorso questo tempo di incubazione si procede a quantificare il numero di colonie. Le salmonelle presuntive crescono su questo terreno come colonie di un colore rosso brillante, derivante dalla fermentazione del glicole propilenico.

Ho scritto queste brevi lezioni sui fanghi di depurazione, spinto sia dalla mia personale passione per il tema, che con la nemmeno troppo nascosta speranza che siano in qualche modo utili a chi voglia avvicinarsi ad un tema troppo spesso ancora ignoto ai non addetti. Credo sia utile ribadire un concetto: i fanghi, quali prodotti di risulta derivati dai processi di trattamento dei liquami, costituiscono il concentrato di tutti gli inquinanti presenti nei reflui: sostanze organiche, composti inorganici anche difficilmente biodegradabili, metalli pesanti e microrganismi. Bisogna lavorare a soluzioni economicamente sostenibili, ecologicamente praticabili, socialmente accettabili. E paradossalmente, più fanghi si producono, meglio le acque si depurano. In futuro probabilmente si privilegeranno trattamenti più spinti di riduzione della produzione. Ma non dimentichiamoci che “nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma”.

E che come giustamente faceva osservare Primo Levi “La materia è materia né nobile né vile e non importa affatto quale sia la sua origine prossima”.

Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Hertha Sponer (1895-1968)

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Rinaldo Cervellati

Hertha Sponer è stata un fisico e chimico fisico che ha dato notevoli contributi in meccanica quantistica, considerata pioniera nel campo della spettroscopia molecolare.

Hertha Sponer nacque l’1 settembre 1895 a Niesse (Slesia prussiana, oggi Nyese, Slesia polacca), prima di cinque figli da una famiglia della classe media. Il padre, negoziante, apprezzava la cultura e consentì a Hertha e ai suoi fratelli di acquisire un’educazione. Sebbene Hertha fosse ambiziosa e desiderasse frequentare l’università dovette prima diventare indipendente facendo la governante e l’insegnante elementare.Hertha Sponer giovanissima

Ottenne l’Abitur (diploma liceale) nel Realgymnasium di Niesse, nel marzo 1917, poi frequentò per un anno l’Università di Tübingen studiando matematica, fisica e chimica, per passare a quella di Giessen dove ottenne il dottorato in fisica nel 1920 discutendo la tesi “Über ultrarote Absorption zweiatomigen Gases” (On the infrared absorption of diatomic gases) [1], con la supervisione di Peter Debye[1]. A proposito di questo lavoro Debye commentò:

“ essa ha risolto il problema di chiarire la situazione [di descrivere gli spettri molecolari] in base agli attuali concetti quantomeccanici.”

La tesi fu approvata magna cum laude. In effetti fu uno dei primi studi in cui furono usati metodi di teoria quantistica per interpretare gli spettri vibro rotazionali delle molecole [2].

Hertha Sponer nel 1920

Dal 1920 al 1921 Sponer lavorò su esperimenti di impatto elettronico nel dipartimento di fisica del Kaiser Wilhelm Insitute di Chimica Fisica con James Franck[2]. Allo stesso tempo fu assistente al corso di fisica sperimentale per le matricole dell’Istituto di Fisica dell’Università di Berlino.

Quando James Franck diventò professore ordinario all’Università di Göttingen, Sponer lo seguì diventando una dei suoi assistenti, continuando le sue ricerche sull’impatto elettronico e la spettroscopia molecolare [2]. Nel 1925 ottenne l’abilitazione all’insegnamento della fisica presentando un lavoro sul potenziale di eccitazione degli spettri a bande dell’azoto [3]. Nello stesso anno vinse una borsa di ricerca della Fondazione Rockefeller e si recò negli USA, a Berkeley,  per un anno.

Durante la sua permanenza a Berkeley, collaborò con R.T. Birge[3], sviluppando quello che verrà chiamato il metodo Birge-Sponer per determinare le energie di dissociazione.

Il lavoro didattico e scientifico di Sponer fu molto apprezzato all’Università di Göttingen tanto che fu raccomandato il suo passaggio a professore ordinario, ma le leggi prussiane vietavano alle donne questa posizione. Divenne così professore associato (massimo grado cui potevano aspirare le donne) nel 1932.

Hertha Sponer nel suo laboratorio a Göttingen

Nel 1932 Sponer aveva già pubblicato una ventina di lavori, quasi tutti a suo nome, anche su riviste internazionali importanti come Nature e Physical Reviews [4], diventando un noto fisico.

Sebbene Sponer non dovesse temere le persecuzioni antiebraiche del partito nazista essa si dimise dalla sua posizione accademica, abbandonando la Germania nell’ottobre 1934. L’anno precedente erano stati licenziati tutti i professori e ricercatori ebrei, il direttore del suo dipartimento, James Franck di origine ebraica aveva abbandonato per protesta il suo incarico[4], recandosi in Danimarca chiamato da Niels Bohr a lavorare nel suo istituto. Sponer accettò un posto di professore ospite all’Università di Oslo, in Norvegia. Poiché continuare le sue ricerche fu difficile, Sponer utilizzò il tempo per terminare il suo libro in due volumi Molekülspektren und ihre Anwendnungen auf chemische Probleme (Molecular spectra and their applications to chemical problems), pubblicati a Berlino nel 1935 e 1936 [2]. Questo libro fu usato da molti fisici e chimici di tutto il mondo dopo il 1945. Nel 1936 Sponer aveva pubblicato circa 40 articoli.

Nel 1936 si recò negli USA, dove le era stata offerta una cattedra nel Dipartimento di Fisica della Duke University, a Durham nel North Carolina. Non si deve pensare che questa offerta fu senza intoppi. In effetti già nel 1933 un funzionario della Fondazione Rockefeller, che sponsorizzava un programma per assistere studiosi tedeschi rifugiati, informò il rettore della Duke University, William Few, della possibile disponibilità di Sponer con parziale sponsorizzazione a carico della Fondazione. Few chiese consiglio a Robert A. Millikan[5], un famoso fisico del California Technical Institute, che diede parere negativo mostrando un forte pregiudizio nei confronti delle donne scienziate in una facoltà universitaria. La lettera di Millikan arrivò non molto tempo dopo che il Consiglio del Dipartimento di Fisica della Duke si era espresso a favore di Sponer, e va riconosciuto a loro merito aver ignorato il parere di Millikan [5].

Sponer alla Duke

Alla Duke, Hertha Sponer allestì un laboratorio di spettroscopia nel Dipartimento di Fisica, che fu trasferito nel 1949 in un nuovo edificio. Il laboratorio era collocato nel sottosuolo, appositamente attrezzato con piedistalli su basi separate per montaggi senza vibrazioni del principale componente ottico del suo spettrometro e a temperatura costante. Pubblicò molti articoli, un certo numero in collaborazione con altri fisici e chimico fisici, alcuni dei quali rifugiati come lei dalla Germania. Ampliò le sue ricerche spettroscopiche agli spettri di assorbimento nel vicino ultravioletto, sotto la sua guida 12 studenti diplomati conseguirono il Master e il dottorato. Uno degli articoli è stato scritto insieme a Hedwig Kohn, un’altra rifugiata dalla Germania, che era professoressa al Wellesley College. Dopo il suo ritiro nel 1952, Hedwig Kohn, anch’essa spettroscopista sperimentale, si unì al Dipartimento di Fisica della Duke e lavorò nel laboratorio di Sponer, dove supervisionò il lavoro di tre studenti laureati e diversi post-dottorati.

Come è stato affermato nella biografia completa di M. A. Maushart:

“il grande merito di Hertha Sponer è stato la conferma sperimentale, mediante spettroscopia, di molte previsioni quantomeccaniche. Ha anche razionalizzato la ricerca spettroscopica pubblicata in tutto il mondo, e ha mostrato come i dati si inseriscono in un’immagine complessiva. È stata una delle pioniere della ricerca interdisciplinare del XX secolo e ha compreso molto presto il significato delle indagini spettroscopiche in relazione ai problemi in chimica: già all’inizio della sua carriera accademica interagiva fortemente con il Dipartimento di Chimica dell’Università di Göttingen” [5].

Successivamente pubblicò nel Journal of Chemical Physics, fondato nel 1932, e ne divenne Associate Editor dal 1940 al 1943 e di nuovo dal 1947 al 1950. Non stupisce quindi che le sue ricerche siano state inserite principalmente nel campo della Chimica Fisica, anche se la sua formazione sperimentale era quella di un fisico. Fece da collegamento tra queste discipline, perché era in grado di comprendere sia la lingua della Fisica sia quelle della Chimica e di comunicare in entrambe [5].

Nel 1946, Hertha Sponer e il suo ex mentore e amico James Franck si sposarono. Essendo entrambi professionalmente attivi, e Franck professore all’Università di Chicago, continuarono a vivere nelle rispettive città, quindi si vedevano solo per poche settimane l’anno, soprattutto durante visite o viaggi comuni.

Negli anni 1952-53, Sponer fu visiting professor all’Università di Uppsala, dove fece studi teorici su metodi quantomeccanici di calcolo di proprietà strutturali di molecole complesse.

Hertha Sponer nel 1958

È stata membro dell’Accademia delle Scienze di New York, dell’American Physical Society e di altre organizzazioni scientifiche.

Ha lavorato alla Duke complessivamente per trentatré anni, ottenne il titolo di professore emerito nel 1965, all’età di 70 anni.

Nel 1966, divenuta vedova, ritornò in Germania, stabilendosi a Celle (bassa Sassonia) con la famiglia di suo nipote. L’anno successivo iniziò ad ammalarsi. Morì il 17 febbraio 1968 all’ospedale di Ilten, vicino a Hannover.

Nel 2001 la German Physical Society ha istituito l’Hertha Sponer Prize, assegnato ogni anno a una scienziata preferibilmente in una fase iniziale della sua carriera. Nel 2007, la Duke University ha istituito la Presidential Sponer Lectures, dove si sono distinte molte scienziate.

Per chi volesse approfondire:

Marie-Ann Maushart, Hertha Sponer: Woman’s Life as a physicist in the 20th Century. “So you won’t forget me”, Copyright © 2011 by Department of Physics, Duke University, Durham, North Carolina

 

Bibliografia

[1] H. Sponer, Über ultrarote Absorption zweiatomigen Gases, Jahrbuch der Philosophie., Fakultät d. Univ. Göttingen 1921, 1921, 153-160.

[2]M. Ogilvie, J. Harvey (Eds.), The Biographical Dictionary of Women in Science, Vol. 2, Routledge, New York & London, 2000, p. 1220.

[3] H. Sponer, Anregungspotentiale der Bandenspektren des Stickstoffs., Z. Physik, 1925, 34, 622-633.

[4] L’elenco completo dei lavori di Hertha Sponer si trova in: https://web.archive.org/web/20110725160730/http://www.quantum-chemistry-history.com/Sponer1.htm

[5] https://phy.duke.edu/about/history/historical-faculty/HerthaSponer

[1] Peter Joseph William Debye (1884-1966), fisico e chimico fisico olandese naturalizzato USA, le sue ricerche hanno spaziato dall’elettrochimica alla meccanica quantistica. Professore in diverse università europee, si stabilì definitivamente alla Cornell University a Ithaca (New York). Premio Nobel per la Chimica 1936 “per il suo contributo alla conoscenza della struttura molecolare attraverso gli studi sui dipoli elettrici e la diffrazione dei raggi X degli elettroni nei gas”

[2] James Franck (1882-1964) fisico tedesco, vinse il Premio Nobel per la fisica 1925 con Gustav Hertz “per la scoperta delle leggi che governano l’impatto di un elettrone su un atomo”. Esule negli USA, si sposerà con Hertha Sponer nel 1946. Partecipò al progetto Manhattan. Nel suo Franck Report raccomandò che i giapponesi fossero avvertiti prima dello sgancio delle bombe atomiche sulle loro città ma non fu ascoltato.

[3] Raymond Thayer Birge (1887–1980), fisico statunitense, dopo il dottorato all’Università del Wisconsin, fu cooptato nel gruppo del College of Chemistry a Berkeley sotto la guida di G.N. Lewis. Sostenitore dell’atomo di Bohr ebbe controversie con Lewis, continuò comunque con le sue idee facendo ricerche in spettroscopia molecolare (metodo di Birge-Sponer) e in statistica.

[4] In effetti James Franck essendo un veterano della Prima Guerra era esonerato dalle leggi antiebraiche del 1933, ma volle ugualmente lasciare il posto per protestare contro il regime nazista, in sostegno ai colleghi ebrei costretti a dimettersi o licenziati, a molti dei quali trovò un posto all’estero prima di lasciare la Germania.

[5] Robert Andrews Millikan (1868- 1953), fisico statunitense, Premio Nobel per la Fisica 1923 per i suoi lavori sulla determinazione della carica elettrica dell’elettrone e sull’effetto fotoelettrico.

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.4. I controlli (parte terza).

In evidenza

Mauro Icardi

(I precedenti post di questa serie sono qui, qui e qui)

Terminata l’esposizione di controlli sul comparto di ossidazione, passiamo ai controlli del fango estratto come fango di supero (o di spurgo) dalla vasca di ossidazione. Normalmente il fango estratto viene inviato ad una sezione di ispessimento Dal punto di vista analitico si effettuano i medesimi controlli già visti per il fango della vasca di ossidazione (determinazione dei solidi sospesi totali e della sostanza volatile).

Prima di passare alla fase di disidratazione il fango deve subire un trattamento di stabilizzazione, per ridurne il contenuto di sostanza organica putrescibile, ridurne la carica batterica potenzialmente patogena, ed essere più facilmente sottoposto ai trattamenti di disidratazione. Sui piccoli impianti, generalmente con potenzialità inferiori ai 5000 A.E (abitanti equivalenti) gli impianti sono progettati con una sezione di digestione aerobica. Si tratta sostanzialmente di una vasca di ossidazione, dove il fango viene fortemente areato per tempi prestabiliti, senza ricevere apporto di acqua reflua. In questo caso il parametro fondamentale da controllare è la riduzione percentuale della sostanza organica volatile, che analogamente a quanto ritenuto soddisfacente per la digestione anaerobica non deve essere inferiore al 40%.

Lo svantaggio di questo tipo di tecnica è che non consente alcun recupero energetico, ed ha costi abbastanza elevati. Dati del 2002 indicavano un costo per abitante equivalent pari a 11,2 euro.

Il trattamento normalmente più usato per la gestione del fango è quello della digestione anaerobica. Nei sistemi anaerobici si sfrutta l’azione di microrganismi in grado di sopravvivere in assenza di ossigeno disciolto. Il processo di digestione anaerobica procede attraverso queste fasi:

Suddivisione delle molecole più grandi, come ad esempio:

carboidrati →zuccheri semplici

proteine →amminoacidi

grassi →glicerolo

Fermentazione acida, condotta da acido produttori, in cui i prodotti formatisi nella fase precedente sono trasformati in acidi grassi volatili (butirrico, propionico, acetico) ed in NH3, H2S, CO2(nel corso di tale fase il pH si porta fino a 5).

Tali acidi sono soggetti a degradazione da parte di batteri metanigeni, che utilizzano quale accettore di idrogeno unicamente il carbonio delle molecole organiche con formazione prevalente di CH4 e CO2.

Nella gestione degli impianti reali è necessario controllare che si stabilisca un equilibrio tra la fase acida e quella metanigena. È necessario, cioè, che la quantità di acidi volatili che si produce non superi la capacità di degradazione della massa batterica metanigena, che, essendo caratterizzata da una più ridotta velocità di degradazione, regola la velocità dell’intero processo.

La temperatura del processo anerobico è un fattore fondamentale (come per tutti i processi biologici).

Le temperature di esercizio di un processo di digestione anaerobica possono essere principalmente:

processo psicrofilo(4-25 °C; valori ottimali 15-20 °C);

processo mesofilo(10-40 °C; valori ottimali 30-35 °C);

processo termofilo(45-70 °C; valori ottimali 55-60 °C).

La possibilità effettiva di poter regolare la temperatura di esercizio è legata, nel caso specifico, alla disponibilità del biogas prodotto.

I controlli che si devono dunque effettuare su questa fase del processo sono diversi, e devono essere confrontati. Sul fango in digestione si deve verificare il valore della temperatura di processo, determinare ad intervalli di tempo prestabiliti il valore degli acidi volatili e dell’alcalinità, verificare la riduzione di sostanza organica percentuale. Tutti questi dati permettono di identificare le disfunzioni del processo, pianificare la necessità di interventi di manutenzione per esempio allo scambiatore di calore, che col tempo può diminuire l’efficienza a causa dei fenomeni di biofouling.

Vengono utilizzati poi per il controllo direttamente sull’impianto dei misuratori portatili di gas, che consentono di verificare la quantità percentuale di CH4 e di CO2 che sono i parametri principali che definiscono la qualità del biogas prodotto. Il terzo parametro importante da determinare è quello del valore di H2S per due principali ragioni: la prima è la tossicità del composto, la seconda è che, se il valore di questo parametro è elevato, occorre prevedere un processo di desolforazione del biogas, per impedire fenomeni di malfunzionamento e di corrosione e quindi di usura prematura delle parti metalliche. Un tipico esempio può essere quello della corrosione della caldaia di combustione del biogas prodotto, soprattutto negli impianti di costruzione più remota.

Dopo questa fase di trattamento, il fango viene inviato al trattamento di disidratazione.

(continua)

Nota: Per abitante equivalente si intende la quantità di sostanze organiche biodegradabili, derivate da un’utenza civile o assimilabile a questa, convogliate in fognatura nell’arco temporale di un giorno (24 ore) cui corrisponde una richiesta biochimica di ossigeno a 5 giorni (120 ore) pari a 60 grammi di O2 al giorno (D.Lgs. 152/06 art. 74-Definizioni)

Spettroscopia casalinga. 1. Le basi.

In evidenza

Claudio Della Volpe

La chimica moderna non può essere identificata con la meccanica quantistica (MQ), anche se la MQ ne costituisce la trama essenziale, la legge costitutiva; la chimica è basata sulla conservazione della massa e sulle leggi delle combinazioni scoperte da Lavoisier, Proust e Dalton, le quali sono leggi empiriche (ed approssimate). Si può dunque parlare di chimica (e fare chimica, grande chimica) senza introdurre la MQ.

Questo è un fatto, anche se i colleghi teorici o i fisici potranno ripetere quanto vorranno che dopo tutto la chimica è una delle applicazioni della MQ; al momento dedurre tutto dalla MQ, con procedimenti ab initio è un tantino costoso in termini di tempo e soprattutto oscuro alla gran parte delle persone, inclusi molti chimici.

Ciò detto però occorre chiarire che la MQ è e rimane il fondamento concettuale, teorico di tutta la faccenda, una sorta di rete nascosta che correla tutto il contenuto della chimica; tuttavia la sua essenza matematica è talmente complessa che l’uomo comune e anche il chimico comune possono farne a meno in molti casi. In altri casi la correlazione esiste ma è talmente complessa da sfuggire, al momento non la conosciamo. La questione a questo punto diventa opposta; ma se è possibile fare della chimica anche facendo a meno della MQ come si fa a giustificare la MQ? Esistono fenomeni comuni che la testimonino a tutti, anche all’uomo comune o al chimico più limitato?

Altrimenti la MQ diventerebbe una sorta di deus ex machina, ma chiunque potrebbe dire, “roba da professori, non ci serve”.

La risposta è si, esistono fenomeni fondamentali, ed alcuni di essi sono sotto i nostri occhi, che non si possono interpretare senza MQ; il più basilare e comune di essi, facile da esplorare è la interazione fra luce e materia, in particolare c’è un fenomeno comunissimo dell’interazione luce-materia che ognuno può osservare e che è la quintessenza della MQ, ossia la quantizzazione delle interazioni luce-materia, il fatto che alcune frequenze sono molto più adatte di altre a fare certe cose, anzi sono uniche, ben determinate sempre uguali e facilmente misurabili.

I fenomeni a cui faccio riferimento sono gli spettri a righe sia in emissione che in assorbimento.

La luce emessa da alcune comuni sorgenti e quella assorbita, attorno a noi proveniente dalla più importante sorgente luminosa del nostro pianeta, il Sole, è quantizzata, è rappresentata solo da alcune righe ben precise, che sono luminosissime in emissione e scurissime in assorbimento (queste ultime sono le cosiddette righe di Fraunhofer).

Entrambe queste tipologie di righe, non spiegabili con la fisica classica, possono essere viste con strumenti semplici ed usate per dimostrare a tutti le peculiarità base della MQ.

La scienza che studia gli spettri si chiama spettroscopia ed è un argomento molto bello ed interessante, ma spesso considerato ingiustamente “avanzato”. Il suo strumento base è lo spettroscopio, un dispositivo separatore che serve a separare la luce nelle sue componenti di frequenza diversa. La base di questo effetto separatore è conosciuta a tutti, è la rifrazione della luce, l’angolo diverso di uscita della luce da certi mezzi trasparenti a seconda della sua frequenza (che dipende a sua volta dalla diversa velocità della luce NEL MEZZO trasparente); è un fenomeno che dà origine all’arcobaleno e che tutti voi avete potuto osservare dopo una forte pioggia, ma anche vicino ad una cascata o ad una fontana in un giorno soleggiato. Fu analizzato fin dal 900dC (da uno studioso arabo che scrisse per primo una legge di Snell-Cartesio) anche se comunemente si accetta che sia stato Newton a darne una interpretazione “moderna”; non mi addentro ma la disamina sarebbe interessante. Trovate una spiegazione molto dettagliata qui.

Nei prossimi post vi racconterò quindi come si fa a costruire un semplice ma potente spettroscopio usando strumenti e materiali molto semplici e comuni ed in genere non costosi e ad osservare tramite esso questi due tipi di spettri, facendo se possibile anche delle osservazioni quantitative.

Gli oggetti che vi servono assolutamente sono una macchina fotografica comune o almeno un cellulare, ma meglio sarebbe una macchina reflex, ossia una con obiettivo smontabile; un ago da cucito ben lucido e di generose dimensioni, che costituirà la nostra fenditura; una stoffa di velluto nero, il velluto ha la proprietà di assorbire la luce e costituisce un ottimo sfondo; un reticolo di diffrazione, costituito di solito da un foglio di polimero su cui sono state stampate delle righe parallele in gran numero, dell’ordine di centinaia o migliaia per mm; il costo di questo foglio è molto ridotto, tanto è vero che viene usato per costruire occhiali “da discoteca” usa e getta. Dove acquistarlo? Si tratta dell’unico oggetto diverso dal comune, che potrebbe è vero essere sostituito da un CD o un DVD, ma personalmente ho trovato semplice comprare un foglio stampato su internet; ve ne mostro un possibile link.

https://www.amazon.com/Diffraction-Gratings-Slide-Excellent-demonstrating/dp/B006ZBISI4

costa qualche euro e si trovano fogli interi non montati per poco di più. Fra i dieci e i venti euro:

https://www.amazon.it/Rotolo-Foglio-Reticolare-Diffrazione-Lineare/dp/B007G0MW2Q

A questo punto il vostro spettroscopio è solo da montare. Per tenere il foglio di plastica davanti all’obiettivo fotografico si può usare un supporto per filtri Cokin, che si avvita sull’obiettivo e costa meno di dieci euro.

L’ago potrebbe essere sostituito meglio da un cilindro metallico lavorato accuratamente con una rugosità bassa, diciamo fra i 50 e i 100 nanometri; un ago ha una superficie che presente dei difetti più grandi e questo contribuisce a spezzare l’immagine della luce riflessa fornendo una apparenza “spettrale”, delle righe scure perpendicolari a quelle effettive che disturbano l’immagine principale (il cosiddetto transversalio, un elemento immaginario). Per ridurre l’effetto del transversalio mi sono procurato cilindri di questo tipo facendoli fare da industrie meccaniche che fanno lavori del genere o producono pezzi di cuscinetti (in realtà un grosso cuscinetto o una palla dell’albero di Natale è una fenditura di riflessione a sua volta); il costo di un cilindro non supera i 30-40 euro, spedizione compresa. La macchina fotografica che ho usato è una Canon digitale che già possedevo, una reflex è comoda per poter scegliere l’obiettivo adatto; nel mio caso è una 550D usata, che sul mercato vale sui 200 euro senza obiettivo. Non l’ho acquistata per questo come non ho acquistato per questo gli obiettivi o il treppiede che consente di avere immagini stabili e ben controllate. Ma si tratta in ogni caso di oggetti sostituibili con altri simili. Ho scelto la Canon perchè il software di funzionamento della Canon è di fatto disponibile e un numeroso gruppo di appassionati internazionali lo ha riscritto sfruttando le routine di sistema e col nome di Magic Lantern si ha a disposizione un software alternativo potentissimo che consente di fare cose incredibili a costo zero. Ma questo è un altro tema.Lo spettro di emissione di una lampada fluorescente ad alta efficienza ottenuto con il metodo descritto. Le righe visibili sono da attribuire a vari elementi fra i quali predomina il mercurio. A sin. il riflesso zero e a destra le righe colorate che costituiscono il riflesso del primo ordine. La fenditura lavora in riflessione ed è costituita dall’ago, che funge anche da riflesso zero.

Ovviamente ci vuole anche un po’ di inventiva per adattare le soluzioni che vi propongo qui al vostro caso specifico; inoltre potrete usare dei riferimenti per così dire di letteratura, nel senso che libri, articoli sul tema della spettroscopia amatoriale e anche software dedicato una volta che avrete qualche immagine si sprecano.

Fra gli altri abbiamo in Italia un autore prolifico e molto bravo che si è occupato della spettroscopia amatoriale, Fulvio Mete che ha pubblicato nel 2016, mettendolo online, un testo in italiano di ben 377 pagine dedicato al tema, frutto di una attività multidecennale dedicata a questo tema appassionante:Cenni di Spettroscopia astronomica Amatoriale, che trovate qui e che vi consiglio assolutamente, oltre ai riferimenti che troverete in questi articoli.

Notiamo anche una cosa importante, non vi sto consigliando l’uso di un prisma come separatore delle frequenze; i prismi sono costosi e pesanti; vi sto consigliando un reticolo di diffrazione, fra l’altro trasparente. Ma come funziona?

Mentre il prisma usa la rifrazione per separare le frequenze, il reticolo sia di riflessione che di trasmissione sfrutta invece la diffrazione, ossia sfrutta la natura ondulatoria della luce. E questo comporta che l’effetto sulla separazione sia ben diverso come qui mostrato in figura: 1 il reticolo, 2 il prisma; vedete che la deviazione è opposta e il prisma in più mostra un solo ordine di raggi.Il prisma devia di più le radiazioni a lunghezza d’onda più corta; ma allora perchè l’arcobaleno mostra il violetto più vicino al centro? La domanda è utile a ricordare come funziona l’arcobaleno: noi vediamo l’immagine come mostrato nella figura qui sotto e la vediamo con il Sole alle spalle, tenetene conto e invertite il vostro modo di “vedere” le cose:Torniamo all’argomento principale.

Allora un reticolo di diffrazione è costituito semplicemente di fenditure affiancate in gran numero (i primi furono costruiti allineando su una coppia di viti dei capelli, Journal of the Franklin Institute Volume 214, Issue 1, July 1932, Pages 99-104 ) dall’astronomo americano David Rittenhouse nel 1785 (D. Rittenhouse, Trans. Amer. Phil. Soc. , 2:201 (1786) in risposta ad una domanda che gli era stata rivolta da F. Hopkinson

https://ia802605.us.archive.org/2/items/transactionsofame02amer/transactionsofame02amer.pdf

ed analogamente nel 1821 da J. v. Fraunhofer J. v. Fraunhofer, “Kurtzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben,” Ann. d. Physik , 74:337-378 (1823) che li costruì tendendo dei fili finissimi molto vicini e incidendo il vetrino lungo le linee da essi individuate con un diamante e ci scoprì le insospettabili e misteriose righe nere che portano il suo nome nello spettro solare.

Come funziona il reticolo? Ogni incisione funge da sorgente del raggio in arrivo e questi raggi interferiscono tra di loro.

Esistono inoltre dei reticoli tridimensionali: i cristalli. Ogni nodo del reticolo (atomo o molecola) è un sito di diffusione. È la base della diffrazione dei raggi X, della figura di diffrazione in microscopia elettronica in trasmissione e della diffrazione neutronica.

Le scanalature di un compact disc agiscono come un reticolo di diffrazione producendo delle riflessioni iridescenti.

I comuni CD e DVD sono esempi quotidiani di reticoli di diffrazione: si può notare la loro capacità di scomporre la luce incidente osservandone la superficie. Questo è un effetto collaterale della produzione, infatti la superficie di un CD è ricoperta di molte piccole scanalature concentriche nella plastica ricoperte da un sottile strato di metallo che le rende più visibili. La struttura di un DVD è analoga.Uno dei primi spettri solari ottenuti dall’autore con il metodo descritto; l’immagine è volutamente naive per mostrare il contesto; notate la “fenditura di riflessione”, un semplice ago, il panno di velluto che costituisce lo sfondo, ma anche le piante del mio balcone e gli altri spettri dovuti a sorgenti indesiderate.Una immagine più recente ottenuta con un teleobiettivo, ma con il medesimo metodo, sfruttando un cilindro metallico. Notate il doppietto del sodio nella parte destra gialla dell’immagine. Circa 100mm di focale ed un reticolo da 500l/mm. Queste immagini si possono poi analizzare con vari programmi. Le bande luminose orizzontali dovute ai difetti superficiali della fenditura di riflessione, ossia dell’ago, sono definite transversalio, un elemento immaginario. Le macchie bianche sono un difetto del vellluto.

In definitiva i normali spettroscopi con cui lavora il chimico usano un prisma o un reticolo di diffrazione in riflessione e una fenditura di trasmissione; qua vi propongo di costruire in pochi passi una sistema costituito da una fenditura di riflessione (l’ago o il cilindro o la sfera di cuscinetto o la palla di Natale) e un reticolo di trasmissione.

Nella foto qui sopra il sistema al lavoro, a sin la macchina fotografica con un vecchio teleobiettivo Tamron 70-200 (25 euro) e davanti il filtro Cokin che monta il foglio di diffrazione e nel cui display vedete lo spettro della lampadina posta in alto, nel lampadario fuori vista; al centro dell’immagine, all’estremità del supporto di polistirolo ricoperto di stoffa nera e di una striscia di velluto la piccola “fenditura”, ossia il cilindro d’acciaio, opportunamente orientato e fissato alla stoffa con uno spillo e di cui le righe sono l’immagine riflessa e diffratta; sotto il risultato.(continua)