Macchine molecolari attraversano membrane cellulari

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Rinaldo Cervellati (con un commento di Vincenzo Balzani)

Opportuni dispositivi o “macchine” molecolari ruotando attraverso le membrane cellulari potrebbero veicolare farmaci e distruggere le cellule cancerose

Sono titolo e sottotitolo di una recente notizia riportata da Bethany Halford sul n. 35 di Chemistry & Engineering newsletter on line il 30 agosto scorso. Premesso che per macchina molecolare, o nanomacchina, si intende un insieme di molecole legate fra loro (supramolecola) in grado di eseguire movimenti simili a quelli meccanici in risposta a specifici stimoli luminosi o elettrici, Halford riporta i risultati di una recente ricerca compiuta da un gruppo coordinato dal prof. James M. Tour, direttore del Center for Nanoscale Science and Technology della Rice University a Houston. (V.Garcià-Lopez et al., Molecular machines open cell membranes, Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature23657)

James M. Tour

Quando stimolato dalla luce ultravioletta, un opportuno motore molecolare può ruotare nel suo percorso entro le cellule causando aperture attraverso le quali potrebbero scivolare i terapeutici o potrebbero essere sufficienti per distruggere l’integrità della cellula tumorale, sostengono gli autori della ricerca.

La ricerca di Tour è da tempo focalizzata sulla creazione di macchine molecolari con queste caratteristiche. Quando illustro le nostre ricerche, spesso le persone mi chiedono se le macchine molecolari potranno un giorno essere usate per curare i tumori, dice Tour.

Tali domande si sono moltiplicate dopo l’assegnazione del Premio Nobel per la Chimica lo scorso anno [1].

Poiché le macchine molecolari sono molto più piccole delle strutture biologiche, come le cellule, Tour inizialmente non pensava che potessero avere un uso pratico in medicina. Ma poi, dice, mi sono reso conto che circondare una cellula con macchine molecolari con una parte potenzialmente rotante poteva dare risultati interessanti.

Così ho interessato Robert Pal della Durham University, Gufeng Wang della North Carolina State University e Jacob T. Robinson di Rice a esplorare questa idea (tutti coautori dell’articolo su Nature)

Il gruppo di Tour ha costruito diverse molecole con il seguente schema:

La luce UV isomerizza il doppio legame in questa supramolecola, rendendo il gruppo rotore libero di ruotare.

Alcune supramolecole costruite hanno catene peptidiche (R) che si associano a proteine ​​specifiche sulla superficie di alcune cellule. Nelle prove su cellule tumorali della prostata umana, il gruppo ha scoperto che queste macchine potrebbero saltare sulle cellule e, dopo l’esposizione a luce UV, distruggerle in meno di tre minuti.

Ma succede solo quando si espongono alla luce“, afferma Tour. Ciò significa che se le macchine saltano su cellule sane senza essere irradiate le aperture rimarranno inattive lasciandole inalterate.

La prossima sfida che i ricercatori affronteranno, continua Tour, sarà quella di ottenere la stessa azione nanomeccanica mediante irradiazione visibile o nel vicino infrarosso, raggi che penetrano più profondamente nel tessuto, in modo che le molecole del motore possano essere ampiamente utilizzate negli animali e nelle persone.

A tal fine, Tour dice che il gruppo sta già lavorando allo sviluppo di motori che ruotano in risposta alla luce visibile e alla radiazione a raggi infrarossi a due fotoni.

[1] P. Greco, http://www.scienzainrete.it/contenuto/articolo/pietro-greco/balzani-pioniere-delle-macchine-molecolari-premiate-stoccolma

Commento di Vincenzo Balzani

La rottura del doppio legame C=C in seguito ad eccitazione fotonica è una delle più conosciute reazioni fotochimiche. Usualmente viene utilizzata per convertire isomeri trans nei corrispondenti isomeri cis, che poi termicamente tornano alla più stabile forma trans. La foto isomerizzazione avviene perché lo stato eccitato ha un minimo di energia per angoli di rotazione attorno ai 90°, dove lo stato fondamentale ha un massimo. Ben Feringa, premio Nobel per la Chimica 2016, ha utilizzato da molto tempo composti di questo tipo per sviluppare una serie di motori rotanti unidirezionali (Figura 1) [1]:

Figura 1. Motore rotante molecolare azionato dalla luce [1].

James Tour aveva poi tentato di utilizzare con scarso successo fotoisomerizzazioni di questo tipo per costruire il prototipo di una nano macchina azionata dalla luce [2]:

Figura 2. Nanomacchina potenzialmente azionata dalla luce [2].

Un altro tipo di macchina molecolare potenzialmente utile in medicina è la nano valvola illustrata nella Figura 3, azionata da impulsi redox [3]:

Figura 3. Nano valvola azionata da una reazione redox

Tornando ai composti con doppio legame C=C, l’eccitazione fotonica in genere causa solo una rotazione di 180° attorno al doppio legame (non è che si crea un rotore libero). Quindi per avere un effetto distruttivo su una cellula credo si tratterebbe di provocare tante successive foto isomerizzazioni della “macchina”, che potrebbe “rompersi” a causa di reazioni secondarie. Bisogna anche tener conto che usando luce UV si possono direttamente distruggere cellule anche senza l’azione di “macchine” fotosensibili; penso che gli autori abbiano tenuto conto di questo. Utilizzare luce visibile o infrarossa credo sia complicato perché il doppio legame in tal caso dovrebbe essere molto delocalizzato sul resto della molecola e la barriera di isomerizzazione sarebbe allora molto bassa, accessibile termicamente. Poi c’è il problema tutt’altro che semplice, in vivo, di irradiare le “macchine” che sono vicine alle cellule malate e non a quelle sane.

In conclusione, le macchine molecolari artificiali [4] potranno certamente essere utili per applicazioni mediche, ma c’è ancora molta strada da fare.

  1. Koumura, N., Zijlstra, R.W.J., van Delden, R.A., Harada, N. and Feringa,B.L. (1999) Nature, 401, 152.
  2. Morin, J.-F., Shirai, Y. and Tour, J.M. (2006) Organic Letters, 8, 1713.
  3. Saha, S., Leug, K.C.-F., Nguyen, T.D., Stoddart, J.F. and Zink, J.I. (2007) Advanced Functional Materials, 17, 685.
  4. Balzani, V., Credi, A., Venturi, M. (2008) Molecular Devices and Machines, Concepts and Perspectives for the Nanoworld, Second Edition, Wiley-VCH, Weinheim.

 

Great Salt Lake, un grande laboratorio naturale.

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Claudio Della Volpe

Pochi giorni fa AstroPaolo, ossia Paolo Nespoli, attualmente sulla Stazione Spaziale, ha fotografato il Grande Lago salato, nello Utah, NO degli Stati Uniti e si è chiesto da dove nascesse la strana differenza di colore che si nota dal satellite e che vedete riprodotta qui sotto. ”Il Great Salt Lake nello Utah, le cui acque sono più salate del mare! Qualcuno sa indovinare cosa sia la linea nel mezzo?” ha scritto AstroPaolo.

(Foto dall’ISS 2003, quando il lago a seguito di una serie di stagioni secche ha raggiunto le dimensioni minori in epoca storica, Nord in alto è più rosso, Sud in basso più verde)

Poi ha trovato la risposta che riporto qua da La Repubblica:
”Dagli anni ’50 le acque sono divise da una ferrovia! I due colori sono dovuti alle diverse alghe e batteri che abitano le due metà del lago”.

Ma è proprio così? Una foto ravicinata mostra meglio la situazione:

Questo lago è veramente speciale e costituisce a mio parere un grande laboratorio naturale sulla chimica fisica, la biologia e la meteorologia innescate dal comportamento delle soluzioni saline.Cominciamo col dire che la striscia al centro del lago non è semplicemente una ferrovia, ma una strada sopraelevata sulla quale corre una ferrovia, la Lucin Cutoff; una strada sopraelevata dunque fondamentalmente una barriera di terra che separa le parti nord e sud del lago. Essa divide il lago in tre parti, come si vede da questa mappa, anche se una delle tre divisioni è meno vistosa. E in certi momenti anche in quattro zone come apprezzate dalla mappa più avanti.Questa barriera di terra ha costituito una divisione semipermanente fra le due parti del lago anche se di recente (dicembre 2016) si è definitivamente accettato che ci fosse un punto di connessione fra le due metà, qui rappresentato (il Sud è in alto in questa foto):Il Grande Lago Salato (GLS) è il residuo di un lago glaciale, denominato Lago Bonneville, la cui area era 10 volte maggiore e che 16800 anni fa si scaricò in Idaho; al momento GLS è comunque un lago di notevoli dimensioni, poichè è lungo 120 km e largo 45; questo in media, poichè esso è un lago particolare, privo di emissari e dunque soggetto a forti variazioni di livello e di superficie; l’acqua arriva nella zona Sud da parte di tre affluenti e viene persa solo per evaporazione; data la separazione (separazione parziale poichè anche in passato c’erano due punti di giunzione) la parte Sud viene diluita da parte dell’acqua in arrivo e si presenta meno salata della parte Nord, la baia di Gunnison; questa diversa concentrazione salina comporta una differente crescita algale e questa componente biologica dà al lago la diversa colorazione visibile dall’alto. Al momento dell’apertura della connessione mostrata in figura (che al momento è l’unica fra le due zone) la differenza di altezza era di quasi un metro, ma si è ridotta in questi mesi del 2017. La profondità del lago è di qualche metro.

Il GLS presenta una salinità molto più alta di quella oceanica, il bacino principale quello Sud, la Gilbert Bay, varia dal 5 al 27% a seconda delle precipitazioni. In paragone la salinità media dell’oceano è del 3.5% mentre è del 33.7% quella del Mar Morto in Medio oriente. La composizione ionica è simile a quella oceanica ma arricchita di potassio e impoverita di calcio.Nella zona Nord dove la concentrazione salina è maggiore sono situati alcuni impianti per l’estrazione di sali che producono: cloruro di sodio, solfato di potassio e cloruro di magnesio; dal sale di magnesio si produce magnesio metallico in una quantità pari ad un settimo della produzione mondiale totale.

Le specie animali che possono tollerare una salinità così alta sono sostanzialmente tre: i crostacei come Artemia franciscana, le mosche del sale, e gli uccelli che se ne nutrono; su alcune delle isole sono stati reintrodotti i bisonti che una volta dominavano tutta la zona prima che stupidi uomini con il cappello e il fucile li distruggessero. Tutte queste alla fine basano la propria esistenza sulle alghe.

Le alghe rosse, Dunaliella salina, il cui colore rosso dipende dall’accumulo nei loro tilacoidi di β-carotene e la specie batterica Halobacterium dominano la parte Nord più salata, mentre quelle verdi come Dunaliella viridis dominano la parte Sud più diluita.

Dunaliella salina e il b-carotene.

Gli halobacteria presenti nel GLS possiedono la rodopsina nella loro membrana, una proteina capace di produrre ATP in assenza di ossigeno e in presenza di luce. La rodopsina o batteriorodopsina è una proteina che dà ai batteri un colore rossastro. Alla fine della loro stagione di crescita quando la concentrazione dei batteri è al massimo l’acqua assume una tinta fortemente rossastra. La rodopsina è anche una proteina di membrana con 7 domini transmembrana a α-elica, che si trova nelle cellule a bastoncello della retina umana che permettono la vista in bianco e nero. Del confronto fra le due rodopsine trovate trattazione in un articolo di qualche anno fa su Le Scienze.

Un altro aspetto che è legato alla chimica è il comportamento meteorologico molto particolare; la concentrazione salina influenza molto la tensione di vapore del lago e comunque impedisce ad esso di congelare, attraverso il meccanismo dell’abbassamento crioscopico. Una delle conseguenze di questa situazione è il cosiddetto effetto Grande lago salato che ha una certa specificità anche rispetto a comportamenti analoghi del mare o di altri laghi meno salati.

Le forti precipitazioni tipiche del Great Salt Lake si verificano quando un vento che proviene da NO soffia attraverso un lago relativamente più caldo. Questa situazione è comune dopo il passaggio di un fronte freddo, dove i venti siano prevalentemente da NO e l’aria parecchio più fredda del lago.

Quando il vento arriva sul lago si forma una zona di convergenza che si rafforza sul centro del lago ed incrementa la precipitazione.La salinità del GLS impedisce il congelamento, anche se riduce la tensione di vapore saturo e il flusso di calore latente nell’aria sul lago.

Come risultato l’aggiunta di umidità e di calore al flusso di aria è più basso, ma in assenza di congelamento e dunque l’azione è attiva anche a temperature più basse, durante quella parte dell’anno in cui altri laghi sono gelati. Infine i rilievi montagnosi delle Wasatch mountains rinforzano il fenomeno producendo enormi nevicate molto intense, specie nella vallate a sud-est.I colori della Terra sono i colori della vita, la reazione chimica meglio riuscita!

Per approfondire:

http://hydrology.usu.edu/dtarb/ibrahim_thesis.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Lake-effect_snow

https://wildlife.utah.gov/gsl/index.php

http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0434%281993%29008<0181:TLEOTG>2.0.CO%3B2

https://ral.ucar.edu/projects/armyrange/references/forecastconf_06/11_lakeEffect.pdf

Post, F.J., 1977a, Microbiology of the Great Salt Lake north arm, Hydrobiologia 81, 59-69. Post, F.J., 1977b, The Microbial Ecology of the Great Salt Lake, Microbial Ecology 3, 143-165

Johannes Rydberg e la tavola periodica

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Rinaldo Cervellati

Nel mio precedente post sulla tavola periodica dimenticata di W. Rodebush, ho fatto torto a Johannes Rydberg, fisico svedese, relegandone la figura in una breve nota. Il lavoro di Rydberg non si è limitato infatti alla proposta di una forma, anzi di due possibili forme della tavola, sulla base della sua più importante scoperta sulla regolarità delle sequenze di righe negli spettri atomici di emissione degli elementi, ma ha dato notevoli contributi allo sviluppo della tavola con geniali intuizioni, tanto da meritarsi un capitolo in una raccolta di scritti di Wolfgang Pauli [1]. Lo scritto di Pauli inizia infatti così:

Non è noto come dovrebbe esserlo, che le ricerche di Rydberg sulle righe spettrali abbia avuto origine nel suo interesse per il sistema periodico degli elementi, un interesse che lo accompagnò per tutta la sua vita.[1, p. 73]

Fig. 1 Johannes Robert Rydberg

Johannes (Janne in colloquiale svedese) Robert Rydberg, nato nel 1894 a Halmstad (sud della Svezia), ottenne il Ph.D. in matematica nel 1879 all’università di Lund. Nel 1880 conseguì la docenza in matematica e due anni dopo quella in fisica. In questi anni iniziò a studiare il problema dello standard per i pesi atomici perché si chiedeva quale fosse la ragione dell’aumento apparentemente casuale del peso degli atomi nel sistema periodico di Mendeleev. Cercava invano una formula che giustificasse questo andamento caotico.

Nel 1885, J.J Balmer[1] presentò una equazione che interpretava lo spettro nel visibile dell’atomo di idrogeno, Rydberg quindi passò a studiare gli spettri atomici degli elementi e fra il 1887 e il 1890 trovò che considerando il numero d’onda (cioè il numero di onde per unità di lunghezza che equivale alla lunghezza d’onda) si semplificavano notevolmente i calcoli e ottenne infine una equazione valida per tutte le serie di righe spettrali di tutti gli elementi [2].

Fig. 2 Parte della formula di Rydberg in originale

L’equazione di Balmer diventava quindi un caso particolare della formula di Rydberg[2].

Nella sua memoria del 1890 Rydberg scrive:

Con la scoperta di Mendeleev della tavola periodica degli elementi, è sorto un nuovo punto di partenza di grande importanza per tutto il lavoro che presento qui… ho concluso che la periodicità di un gran numero di coefficienti fisici deve dipendere dal fatto che la forza che agisce tra due atomi dello stesso o di elementi diversi è una funzione periodica del peso atomico. [2], cit in [3]

Poi egli afferma che:

… il problema della costituzione degli spettri luminosi è ancora irrisolto e la maggior parte dei tentativi che sono stati fatti per confrontare e calcolare gli spettri degli elementi lo sono sono stati in modo da gettare discredito su questo lavoro e per esagerare le difficoltà che i loro autori hanno trovato e non sono stati in grado di superare. [2], cit in [3]

Fornisce quindi una formula basata su vari costanti e osserva che:

… le lunghezze d’onda e i numeri d’onda delle linee corrispondenti, così come i valori delle tre costanti della corrispondente serie di elementi diversi, sono funzioni periodiche del peso atomico. Quindi, se sono noti gli spettri di due elementi [non contigui] nella tabella periodica, lo spettro dell’elemento tra di essi può essere calcolato per interpolazione. [2], cit in [3]

Ecco un risultato molto importante, attraverso la formula di Rydberg è possibile prevedere, con discreta approssimazione, lo spettro di emissione degli elementi lasciati vacanti in una casella noti gli spettri di due elementi vicini alla casella vuota. Un mezzo potente, tenendo presente che ai tempi di Mendeleev soltanto due terzi degli elementi erano noti.

Pauli annota:

Credo che bisogna ammettere che le congetture di Rydberg sembravano talvolta piuttosto stravaganti, ma d’altra parte si basavano sempre su osservazioni empiriche.[1, p.74]

Fig. 3 Wolfgang Pauli

A conferma di ciò Pauli cita un lavoro di Rydberg [4] del 1897 in cui l’autore afferma che:

Nelle indagini sul sistema periodico gli ordinali (Ordnungszahlen) degli elementi dovrebbero essere utilizzati come variabili indipendenti invece del peso atomico. [4] cit in [1]

A quel tempo l’idea era semplicemente inaccettabile. Ma Rydberg non basava la sua congettura solo sul fatto che il numero d’ordine nella tavola fosse un intero, egli nello stesso articolo riporta una regola semplice e interessante per la relazione fra il numero di massa A e il numero ordinale [numero atomico] Z. La regola è:

Se Z è dispari (valenza chimica dispari), A = 2Z + 1; se Z è pari, A = 2Z[3].[4] cit in [1]

Pauli scrive:

Rydberg era consapevole che l’azoto (Z = 7, M = 14) è un’eccezione, ma è vero che a parte ciò questa regola regge fino a circa il Calcio. Rydberg si è fidato di questa regola assumendo caselle vuote, spostando così i numeri atomici a valori più alti, fino a che la regola non si adattava. In questo modo egli ha la tendenza ad ammettere troppi buchi nel sistema periodico e valori troppo elevati per i numeri atomici. [1, p. 74]

Nel 1897 Rydberg assunse temporaneamente le funzioni di professore di fisica, rimanendo tuttavia un assistente docente. Nello stesso anno concorse alla cattedra di fisica, rimasta vacante, dell’università di Lund. Al concorso parteciparono sei persone. Alla fine fu deciso per Albert Victor Bäcklund, nonostante i membri della commissione giudicatrice lo avessero preliminarmente scartato[4]. Dopo la sua nomina, Bäcklund cercò di promuovere Rydberg a professore. Non è chiaro se Bäcklund stava tentando di correggere un torto o se avesse voluto un aiuto per rendere più leggero il suo carico di insegnamento [3]. Comunque, nel marzo 1901 Rydberg fu nominato professore straordinario, diventando ordinario solo nel gennaio 1909. Da quel momento fino al raggiungimento dell’età pensionabile, nel 1915, ha tenuto la cattedra di fisica a Lund.

Nel 1906 Rydberg fece un ulteriore passo in avanti nelle sue ricerche sul sistema periodico, riconoscendo per primo che i tre numeri 2, 8, 18 per gli elementi nei periodi sono rappresentati da 2×12, 2×22, 2×32 [5]. Vi era ancora qualche incertezza sul numero delle terre rare che Rydberg pensava fossero 36 mentre sono 32, alcuni numeri atomici erano ancora troppo alti ma non in così grande misura come nei lavori precedenti.

In una successiva ampia monografia del 1913 [6] Rydberg fa un altro passo avanti. Dopo aver riportato le scomposizioni del paragrafo prededente, scrive:

la continuazione sarebbe 2×42 = 32; 2×52 = 50 ecc.[6, §3]

Dice Pauli:

Questa è la famosa formula 2p2 (p intero) che Sommerfeld ha chiamato “cabbalistic” nel suo libro “Atombau und Spektrallinien” e che mi ha colpito molto quando ero studente. Certamente ora [Rydberg] è consapevole che il Gruppo G4 (p = 4, terre rare) consiste di 32, non di 36 elementi.[1]

Continua Pauli:

C’è un’importante differenza fra l’interpretazione di Rydberg del 1913 e quella odierna. Egli chiamò i numeri 2p2, che determinano la distanza tra due gas nobili, “un mezzo gruppo” e il suo doppio 4×12, 4×22 … 4×p2 “un intero gruppo”. È stato portato a questa interpretazione dal fatto che i periodi 8 e 18 si verificano due volte nel sistema periodico. E si convinse che lo stesso doveva valere per il primo gruppo che corrisponde a p = 1, che credeva consistere di quattro, non di due elementi. Il valore 4 per il numero atomico di He gli sembrava supportato da linee spettrali nelle nebulose e nella corona delle comete, che egli attribuì a due nuovi elementi ipotetici che lui chiamò nebulium e coronium[5].[1]

Tutto ciò si può vedere in Figura 4, tratta dall’articolo originale di Rydberg [6] del 1913, che mostra la sua rappresentazione “a spirale” della tavola periodica[6]: i gruppi “metà” e “intero” corrispondono qui al susseguirsi delle porzioni di 180° e 360° della spirale. I “buchi” nel sistema sono ora quasi completamente riempiti, in modo che i numeri atomici di Rydberg differiscono da quelli veri solo per la differenza costante di due, causata dall’assunzione dei due elementi nebulium e coronium tra H e He.

La tavola periodica a spirale di Rydberg [6]

Poco tempo dopo, grazie alle ricerche del chimico britannico Henry Moseley (1887-1915) fu chiaro che il principio della periodicità sta nella carica del nucleo e non nella massa degli atomi [7].

Rydberg, venuto a conoscenza dei lavori di Moseley, fu contento della conferma della sua idea del 1897 sull’importanza del numero atomico e sui dettagli della rappresentazione del sistema periodico. Tuttavia, in un articolo sui lavori di Moseley, egli ribadì l’ipotesi di due nuovi elementi tra H e He e di conseguenza la differenza costante di due fra i numeri atomici [8].

Dopo il 1914 Rydberg non pubblicò più nulla, causa il suo stato di salute. Infatti, due anni dopo la nomina alla cattedra di Fisica, venne colpito da ictus e sebbene si fosse ripreso abbastanza bene da tornare al lavoro, cominciò a soffrire di disturbi cardiovascolari. La sua salute continuò a deteriorarsi fino a che, nel 1914 decise di prendere un congedo per malattia. Lo sostituì il suo assistente Manne Siegbahn[7] (1886-1978) fino al 1919, anno in cui Rydberg fu congedato dall’università per raggiunti limiti di età (65 anni). Morì nel 1919 in seguito a un’emorragia cerebrale [3].

Sebbene sia stato candidato non gli fu assegnato il premio Nobel per la fisica del 1917 che quell’anno non fu aggiudicato. Fu candidato anche nel 1920, ma la sua prematura scomparsa lo rese inammissibile. Ancora più sorprendente è che egli non fu eletto alla Royal Swedish Academy of Sciences. Tuttavia, poco prima della sua morte, fu eletto membro della Royal Society of London. Certamente Rydberg ha ottenuto più fama dopo la morte che durante la vita. Nel 1954 l’Università di Lund organizzò una conferenza per celebrare il 100° anniversario della sua nascita, alla quale parteciparono anche Niels Bohr e Wofgang Pauli, con contributi originali [9, 1 rispettivamente] Anche a Rydberg sono stati dedicati un cratere della Luna e un asteroide.

Chi desiderasse saperne di più sulla persona e sulla costante di Rydberg può consultare il riferimento [10].

Infine, desidero ringraziare il nostro blogger, Claudio Della Volpe, che mi ha suggerito questo post fornendomi parte del materiale bibliografico sotto riportato.

Bibliografia

[1] W. Pauli, Rydberg and the Periodic System of the Elements, in: W. Pauli, Writings on Physics and Philosophy (C. P. Enz and K. von Meyenn Eds.) Translated by R. Schlapp, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1994, Cap. 7, pp. 73-77. Il capitolo è scaricabile al link: http://cds.cern.ch/record/265825/files/CERN.pdf?version=1422

[2] J.R. Rydberg, Recherches sur la constitution des spectres d’emission des elements chimiques, Kungl. Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar, VoI.23, Nr. 11, Stockholm 1890, pp 155.

[3] J.J. O’Connor, E.F. Roberts, Johannes Robert Rydberg, http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Rydberg.html

[4] J.R. Rydberg, Studien über Atomgewichtszahlen, Z. Anorg. Chem., 1897, 14, 66-102.

[5] J.R. Rydberg: Elektron, der erste Grundstoff, Gleerupska; Lund, 1906, p.11 (cit in [1])

[6] J.R. Rydberg, Untersuchungen über das Systemder Grundstoffe, Lunds Univ. Arsskrift, Bd. 9, No. 18, (1913), cit in [1]. In francese: Recherches sur le systeme des elements, J. Chim. Phys., 1914, 12, 585-639.

[7] a)H.G.J. Moseley, XCCIII.The high-frequency spectra of the elements., Phil. Mag., 1913, 26, 1024-1034. b)H.G.J. Moseley, LXXX. The high-frequency spectra of the elements. Part II, Phil. Mag., 1914, 27, 703-713.

[8] J.R. Rydberg, The ordinals of the elements and the high frequency spectra, Phil. Mag., 1914, 28,144-149.

[9] N. Bohr, Rydberg’s discovery of the spectral laws, in: Proceedings of the Rydberg Centennial Conference on Atomic SpectroscopyActa Universitatis lundensis,  1954, 50, 15-21.

[10] Sister St John Nepomucene, Rydberg : The Man and the Constant, Chymia, 1960, 6, 127-145.

 

[1] Johann Jakob Balmer (1825 –1898), matematico e fisico-matematico svizzero è ricordato soprattutto per l’equazione empirica che rappresenta lo spettro di emissione dell’idrogeno nel visibile, che ottenne all’età di sessant’anni. La serie di righe nel visibile è nota come serie di Balmer, in suo onore è stato chiamato Balmer anche un cratere della Luna e un asteroide.

[2] J.J. O’Connor, E.F. Roberts, due fra i biografi di Rydberg scrivono che egli pubblicò una nota preliminare intitolata On the Structure of the Line Spectra of Chemical Elements. Preliminary Notice. poi pubblicata nel 1890, in cui l’autore afferma che la sua ricerca ha riguardato solo gli elementi dei gruppi I, II e III della tavola periodica. Questa nota si trova in: Phil. Mag., 1890, 29, 331-337.

[3] Oggi sappiamo che la regola riguarda la massa dell’isotopo più frequente dell’atomo di numero atomico Z.

[4] La storia di questo concorso, i giudizi dei commissari e il perché della quantomeno bizzarra decisione finale sono riportate da O’Connor e Roberts [3]. Vi si può accedere direttamente al link: http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/history/Extras/Rydberg_application.html

[5] Oggi sappiamo che queste righe spettrali sono dovute agli ioni di elementi noti, il nebulium a ioni di ossigeno e azoto, il coronium a ferro fortemente ionizzato [1].

[6] In Rcherches [6] è presentata anche una versione “rettangolare” della tavola che si può trovare anche in The INTERNET Database of Periodic Tables:

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

[7] Manne Siegbahn, fu successore di Rydberg alla cattedra di Fisica dell’Università di Lund. Premio Nobel per la Fisica 1924 per le sue scoperte nel campo della spettrometria a raggi X.

Nuove strade per le batterie al litio.

In evidenza

Claudio Della Volpe

(una parte del testo è tradotto “liberamente” dall’articolo citato)

Le batterie ricaricabili con anodi metallici (per esempio di Li, Al, Na) hanno richiamato di recente una grande attenzione perchè promettono di accrescere di 10 volte la capacità anodica rispetto alle odierne batterie al litio.

Il lettore non esperto potrebbe pensare che un limite sia costituito dal solvente: l’acqua reagisce violentemente con il litio o il sodio, ma in realtà questo problema è stato risolto già in passato usando solventi non acquosi come per esempio il CH3CN acetonitrile o il propilencarbonato CH3CHCH2CO3. Questi solventi resistono alla differenza di potenziale indotta dalla reazione principale e dunque possono essere usati con problemi ridotti, anche se la sicurezza ha portato ad una evoluzione che sta privilegiando solventi molto particolari, polimeri come il PEO per esempio.

Tuttavia nonostante questi enormi progressi una barriera importante è costituita dal fatto che durante le fasi di ricarica la elettrodeposizione del metallo è irregolare e porta alla formazione per diffusione di dendriti, strutture allungate, simili ai rami di un albero come dice la parola, che in condizioni opportune (ricariche complete e veloci per esempio) possono crescere da un lato all’altro, in modo da cortocircuitare la batteria.

Come si può evitare questo problema?

Non c’è ancora una soluzione vittoriosa, ma ci sono molti tentativi.

Un ruolo importante nel percorso per l’eliminazione della crescita dendritica è giocato dal calcolo teorico che permette di prevedere gli effetti delle varie strategie prima di fare dei complessi e costosi esperimenti.

Per esempio elettroliti con un modulo meccanico significativo, oppure elettroliti a stato solido, polimeri nanoporosi o materiali ceramici che ospitano il liquido nella porosità, polimeri cross-linkati o gelificati.

Però nonostante questo si è scoperto che si possono anche verificare reazioni indesiderate fra elettrolita in soluzione ed elettrodo metallico.

Teoricamente nelle batterie che usano elettrodi metallici l’eletrolita tende a formare uno strato passivato, ossia un film di materiale che ha reagito e che è anche compatto e limita la reazione ulteriore, la cosiddetta interfase dell’elettrolita solido (SEI).

Qui interviene un altro fenomeno “sottile” tipico delle batterie ricaricabili, che coinvolgano materiali solidi (anche delle vecchie batterie piombo acido): l’elettrodo viene distrutto e ricostruito durante le fasi di carica/scarica; l’elettrodo ha “una storia”, invecchia e questo lo porterà a fine vita dopo un certo nero di cicli (a differenza di ciò che accede nelle batterie in flusso per esempio che hanno elettrodi “liquidi”). Questo processo ciclico degrada il SEI esponendo il metallo nativo all’elettrolita e formando così ulteriori prodotti di reazione.

Anche in questo caso la creatività dei ricercatori si è sbizzarrita nel cercare una soluzione che protegga il film iniziale oppure che impedisca una deposizione irregolare.

Per esempio strati di nanosfere cave di carbonio che formino uno strato protettivo, fibre di polimero prodotte per elettrospinning o ancora strati molto sottili di allumina. Si è anche provato a generare dei film molto sottili di materiali provenienti dalla soluzione elettrolitica: come fluoroetilene carbonato (FEC) oppure sali come LiFSI, LiPF6, LiF, e CsF.

In questo lavoro si è tentata una nuova strada per certi aspetti più semplice.

Creare un rivestimento uniforme per prevenire il contatto con l’elettrolita ma senza eliminare uno scambio ionico veloce.

I colleghi americani hanno pensato di usare l’Indio come strato protettivo. Essi hanno dimostrato prima teoricamente e poi sperimentalmente che questo è possibile; si spera che quanto prima questa o altre strategie possano incrementare di almeno un ordine di grandezza le prestazioni delle batterie ricaricabili; uesto ci consentirebbe di superare una parte essenzizale del gap che rende ancora così indispensabili i combustibili fossili.

Worth H. Rodebush e l’elettronegatività

In evidenza

Rinaldo Cervellati

Per imparare la chimica, si procurarono il corso di Regnault ed appresero dapprima che “i corpi semplici sono forse composti”; si distinguono in metalli e metalloidi, differenza “che non ha nulla di assoluto”, dice l’autore; lo stesso vale per gli acidi e le basi “poiché un corpo può comportarsi come un acido o come una base secondo le circostanze”

  1. Flaubert, Bouvard et Pécuchet, Paris, 1881, Chap. 3

Il motivo per cui alcuni elementi mostrano una maggior tendenza a combinarsi fra loro rispetto ad altri è stato oggetto di primario interesse dei chimici fin dalle origini della scienza chimica. Per esempio Etienne Francois Geoffroy (1672-1731) presentò all’Accademia Francese delle Scienze nel 1718 e nel 1720 la Tabula affinitatum (in francese table des rapports).

Figura 1 Tabula affinitatum

Questa tabella era stata compilata sulla base di osservazioni sperimentali sulle mutue azioni delle sostanze l’una con l’altra, riportando i vari gradi di affinità mostrati da corpi analoghi per diversi reagenti (figura 1). La Tabula fu una guida per i chimici fino alla fine del XVIII inizio XIX secolo, quando fu superata dalle idee di C.L. Berthollet (1748-1822) e H. Davy (1778-1829), che misero in relazione l’affinità rispettivamente con le proprietà acido-base e con le proprietà elettriche rispettivamente.

Oggi si ragiona in termini di elettronegatività, che ci fa venire subito in mente Linus Pauling (1901-1994), colui che propose una scala basata sulle energie di legame nell’ambito della teoria quantomeccanica del legame di valenza [1a,b]. Lo storico della chimica Willam B. Jensen fa notare che in nessuna parte del lavoro di Pauling è riportata la definizione del concetto di elettronegatività. Egli ha proceduto come se esso fosse auto-evidente ai suoi lettori, e a buon diritto visto che di elettronegatività i chimici ne discutevano fin da prima della sua introduzione, dovuta a J.J. Berzelius (1779-1848), circa 125 anni prima di Pauling [2]. A proposito di questa lunga storia, scrive Jensen:

Yet this early pre-Pauling history seems to have almost completely dropped out of sight, at least as far as the modern textbook and electronegativity literature are concerned.

The intent of this paper is to try to recapture some of this lost history and, in so doing to remind to modern theorist that those to ignore history always run the risk of repeating it, a cliché no doubt, but unhappily one that embodies a sizable, albeit depressing amount of truth. [2, p. 11]

Non riassumeremo qui la preistoria, rimandando gli interessati al lungo lavoro di Jensen che avrebbe dovuto comprendere tre parti, ma ne risultano pubblicate solo due [2,3]. È importante tuttavia ricordare, come fa Jensen, il contributo di Amedeo Avogadro (1776-1856) allo sviluppo del concetto. Egli fu il primo a notare il parallelismo fra la neutralizzazione di un acido con una base e quella fra una carica negativa e una positiva. Avogadro non solo suggerì che carattere acido o basico erano concetti puramente relativi, ma anche che potevano essere generalizzati per poterli applicare a tutte le interazioni chimiche, sia fra sostanze semplici sia fra composti. Jensen dà ampio spazio al lavoro di Avogadro, con molte citazioni al suo lavoro del 1809. [4]

In un precedente post abbiamo ricordato le proposte di Worth H. Rodebush (1887-1959) riguardo una forma compatta di tavola periodica contenente le informazioni essenziali per comprendere la chimica degli elementi. Nei due articoli che Rodebush pubblicò a tale proposito è però contenuto anche un metodo per quantificare l’elettronegatività. Scrive Rodebush nel 1924:

In ogni caso, con nient’altro che la legge di Coulomb e il concetto di gusci elettronici successivi possiamo prevedere qualitativamente l’elettronegatività di ogni elemento. Avevo sperato che potessimo sostituire l’affinità elettronica e il potenziale di ionizzazione con una qualche valutazione dell’elettronegatività, perché queste quantità vengono misurate allo stato gassoso e le proprietà chimiche ordinarie riguardano prevalentemente fasi condensate. Ad esempio, l’affinità elettronica dell’atomo di cloro è minore del potenziale di ionizzazione del sodio, in modo che un atomo di cloro non potrebbe mai sottrarre l’elettrone all’atomo di sodio, eppure nulla è più sicuro che ciò avvenga formandosi cloruro di sodio. [5, p. 430]

Un anno dopo Rodebush espone la sua proposta per calcolare l’elettronegatività:

Se possibile vorrei introdurre una formula [qualitativa] in una scienza che sta rapidamente diventando esatta, possiamo rappresentare l’elettronegatività in funzione di V/S dove V è il numero di elettroni di valenza e S il numero di gusci nell’atomo. La base di questa formula è la legge di Coulomb e credo che in pochi anni calcoleremo i cambiamenti energetici nelle reazioni chimiche per mezzo di essa. [6, p. 383].

Anzitutto, secondo W.B. Jensen [7], a cui si deve la riscoperta e la rivalutazione del lavoro di Rodebush, nella parola qualitativa della citazione precedente potrebbe esserci stato un errore di stampa per quantitativa, visto che subito dopo è riportata l’equazione V/S che implica appunto una formulazione quantitativa.

Ma sono altri i motivi per cui questa proposta è stata praticamente ignorata dai suoi contemporanei, cercherò di presentare sia quelli dello storico sia alcuni miei personali.

Non c’è dubbio che questo interessante suggerimento sia il risultato di un tentativo esplicito da parte di Rodebush di rendere più rigoroso il concetto di elettronegatività, come aveva già espresso di voler fare un anno prima. Ci si può chiedere quindi perché, dopo aver suggerito questa formula, egli apparentemente non ha fatto nulla di più, anche se ci vogliono solo pochi minuti per calcolare i valori di elettronegatività per gli elementi del blocco principale usando il numero di elettroni di valenza e i gusci di Bohr disponibili nel 1925, come mostrato nella tavola periodica proposta nello stesso articolo [6, p. 382]. Jensen ha fatto questi semplici calcoli ottenendo la tabella riportata in figura:

Figura 2 Elettronegatività (Rodebush) degli elementi del blocco principale [7]

Jensen ha trovato un coefficiente di correlazione r = 0.92 fra i valori in tabella e quelli riportati da Pauling nel suo libro del 1959 [1b], perfettamente in linea con i valori delle correlazioni fra le circa 25 scale moderne proposte per l’elettronegatività.

Certamente vi è un problema nell’applicazione della formula ai metalli di transizione, perché gli elettroni di valenza per questi atomi risiedono in due gusci differenti. L’uso di un numero medio di elettroni per i due gusci fornisce probabilmente risultati coerenti. Un altro problema è che l’equazione di Rodebush fornisce valori troppo bassi per gli elementi post-transizione (Zn, Cd, Hg; Ga, In, Tl) poiché non tiene conto degli effetti degli inserimenti degli elettroni nei blocchi d e f sulle costanti di schermo dei nuclei di questi elementi.

Anche il fatto che Rodebush appaia ironico nella frase riportata in [6, p. 383] e anche un po’ supponente nell’insistere che concetto e formula si basino semplicemente sulla legge di Coulomb, senza ulteriore spiegazioni, come fosse un’ovvietà, potrebbero aver influenzato l’oblio in cui sono caduti i suoi articoli. Ebbene, guardando il blocco principale nella tabella si vede che andando dal basso in alto in una colonna verticale V resta costante mentre S aumenta schermando di più l’effetto attrattivo della carica positiva del nucleo sugli elettroni di valenza, di conseguenza il rapporto V/S diminuisce. Andamento opposto andando da sinistra a destra in una colonna orizzontale dove V cresce mentre S resta costante. È la legge di Coulomb, bambini…

Jensen sostiene che la storia del concetto di elettronegatività sarebbe stata molto diversa se Rodebush avesse adeguatamente sviluppato il suo suggerimento. Avere una scala completa nel 1925, anche solo per gli elementi del blocco principale, avrebbe significato un notevole anticipo rispetto a quanto effettivamente è accaduto. In realtà Pauling, nel suo articolo originale del 1932 forniva i valori di elettronegatività per soli dieci elementi non metallici [1a], quelli per cui erano noti i dati sperimentali delle necessarie entalpie di legame. Nell’edizione del 1939 della sua famosa monografia, La natura del legame chimico, estese la sua scala a 33 elementi, anche se non pubblicò mai i calcoli su cui si basava questa estensione. Nel 1959, con la pubblicazione della terza edizione del libro, apparve finalmente una scala completa [1b].

Pur condividendo le opinioni di Jensen penso che il concetto di elettronegatività e la formula di Rodebush siano stati ignorati perché l’autore non ha voluto presentarli in modo adeguato. Il termine elettronegatività non è esplicitato nei titoli dei due articoli, il primo dei quali è la trascrizione di una conferenza e il secondo viene pubblicato da una rivista nata da poco più di un anno, il Journal of Chemical Education, che inizia le pubblicazioni nel 1924. Inoltre, il brano che riporta l’equazione è al termine dell’articolo che per tutto il resto riguarda una sistemazione compatta della tavola periodica. Il perché di queste scelte non ci è dato sapere, Rodebush ha continuato l’attività di ricerca in termochimica e spettroscopia infrarossa fino alla sua scomparsa.

Lascio invece ai filosofi della scienza commentare questa citazione [8]:

…mentre la definizione di elettronegatività di Rodebush è un esempio di ciò che Ferreira chiama una definizione primaria, vale a dire basata su proprietà atomiche fondamentali e con una chiara giustificazione teorica, la definizione termochimica di Pauling è in realtà un esempio di una definizione secondaria, cioè basata su una correlazione empirica tra una proprietà macroscopica di qualche tipo (nello specifico energie di legame da misure termochimiche) e l’elettronegatività e che pertanto non presenta una chiara giustificazione teorica.

Bibliografia

[1] a) L. Pauling, The Nature of the Chemical Bond. IV. The Energy of Single Bonds and the Relative Electronegativity of Atoms”. J. Am. Chem. Soc.1932, 54, 3570–3582; b) L. Pauling, La natura del legame chimico, Edizioni Italiane, Roma, 1960, pp. 84-109 (trad. italiana sulla 3a ed. americana, 1959)

[2] W.B. Jensen, Electronegativity from Avogadro to Pauli. Part I: Origins of the Electronegativity Concept, J. Chem. Educ., 1996, 73, 11-20.

[3] W.B. Jensen, Electronegativity from Avogadro to Pauling: II. Late Nineteenth- and Early Twentieth-Century Developments, J. Chem. Educ., 2003, 80, 279-287.

[4] A. Avogadro, Idée sur l’acidité, Journal de Chimie, de Physique, d’Histoire Naturelle et des Arts, 1809, 69, 142-148, cit. in [2].

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

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

[7] W.B. Jensen, When Was Electronegativity First Quantified? I., J. Chem. Educ., 2012, 89, 94-96.

[8] R. Ferreira, “Electronegativity and Chemical Bonding,” Adv. Chem. Phys., 1967, 13, 55-84, cit in [7].

Colla Neanderthal: garantita 200.000 anni.

In evidenza

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.

In evidenza

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.