Nuovi materiali a base perovskite.

In evidenza

Rinaldo Cervellati

Nuovi materiali perovskite-strutturati potrebbero rivoluzionare la microelettromeccanica e forse il fotovoltaico.

La perovskite naturale è un minerale costituito essenzialmente da titanato di calcio (CaTiO3), scoperto nel 1839 nei monti Urali e così chiamato in onore del mineralogista russo Lev Perovsky (1792-1853). In seguito il nome è stato esteso a tutti i composti aventi la stessa stechiometria del CaTiO3 (A2+B4+X32-) detta appunto struttura perovskite. Molti cationi diversi possono essere incorporati in questa struttura (es. Ba2+, Pb2+, Sn2+), consentendo la crescita di diversi minerali appartenenti al gruppo delle perovskiti. La simmetria cristallina è ortorombica. I cristalli sono tipicamente cubici, ottaedrici o combinazioni di queste forme base[1].

Perovskite (minerale)

Le perovskiti sono materiali ferroelettrici: sotto un campo elettrico applicato esibiscono una polarizzazione spontanea, il che significa che le cariche positive e negative si separano rapidamente all’interno del cristallo. Per questa proprietà hanno trovato applicazioni nella conversione dell’energia solare in energia elettrica, particolarmente nella realizzazione di celle fotovoltaiche.

A questo scopo sono stati utilizzati materiali ibridi inorganici-organici a struttura perovskitica il più studiato dei quali è stato il metilammonio triioduro di piombo:

Struttura cristallina di CH3NH3PbI3

Inizialmente tuttavia la realizzazione del dispositivo non permise di andare oltre a un rendimento (power conversion efficiency o PCE) del 3.8%. Anche  il rivestimento perovskitico rimase stabile per poco tempo, finendo con il degradarsi.

Nel 2013, migliorata notevolmente la tecnologia dei pannelli fotovoltaici, un gruppo di ricercatori inglesi e italiani rispettivamente del Clarendon Laboratory (Università di Oxford) e dell’Istituto Italiano di Tecnologia (Politecnico di Milano) utilizzarono un materiale perovskitico misto metilammonio piombo ioduro-cloruro che opportunamente inserito nella cella fornì un rendimento del 12.2% [1]. Recentemente sono stati sintetizzati materiali con i quali si sono raggiunti rendimenti fino al 22.7% [2].

Oltre che nei pannelli fotovoltaici, le perovskiti artificiali sono impiegate anche nell’imaging medicale e nelle memorie dei computers in quanto conservano le informazioni anche quando un dispositivo è spento.

Nonostante tutte queste applicazioni, i materiali perovskitici sono abbastanza costosi da produrre e contengono piombo e altri metalli pesanti tossici. Per questi motivi, i ricercatori hanno cercato perovskiti senza metallo e sono riusciti a sintetizzarne alcune. Ma i composti privi del metallo pesante presentano deboli proprietà ferroelettriche che ne precludendo molte applicazioni.

Nel numero del 12 luglio scorso di C&EN newsletters on line, Mitch Jacobi riporta il lavoro di un gruppo di ricerca cinese, guidato dal prof. Yu-Meng You e Ren-Gen Xiong della China’s Southeast University, che ha prodotto una famiglia di 23 perovskiti prive di metallo, alcune delle quali stanno alla pari con il titanato di bario (BTO) per quanto riguarda le proprietà ferroelettriche [3].

Le dimensioni degli ioni sono uno degli attributi importanti del comportamento elettronico di questi materiali, ma anche altri fattori, come le forze di van der Waals e le interazioni intermolecolari tra gli ioni nel cristallo, giocano un ruolo importante. Integrando opportune strategie di progettazione con sperimentazioni ‘tentativi ed errori’ (trial-and-error), i ricercatori cinesi sono pervenuti alle loro perovskiti senza metallo pesante.

A – Struttura di una perovskite senza piombo, al centro del cubo si trova la parte organica es:

In blu = NH4+   In rosso = Cl-, Br-, I-

In breve hanno fatto reagire un gran numero di composi organici con alogenuri di ammonio inorganici. La stechiometria dei composti ottenuti è A(NH4)X3, in cui A è un eterociclo organico a due atomi di azoto carichi positivamente e X è un alogeno.

Tra i 23 composti riportati nello studio, quello denominato MDABCO-NH4I3, che contiene un gruppo diazabiciclo, sembra particolarmente promettente.

Struttura cristallina di MDABCO-NH4I3 confrontata con quella di BaTiO3

Questa struttura perovskitica esibisce un notevole valore di polarizzazione spontanea, 22 μcoulomb per cm2, molto vicino al valore 26 del titanato di bario (BTO). Il nuovo composto sembra essere particolarmente stabile in quanto rimane ferroelettrico fino a una temperatura di transizione di fase di circa 180 °C, superando di 60 °C il limite del BTO.

Gli autori concludono che i loro composti, combinando la notevole proprietà ferroelettrica con i vantaggi applicativi di materiali molecolari, possiedono un grande potenziale per la prossima generazione di sistemi microelettromeccanici.

Wei Li, uno specialista in materiali funzionali inorganici all’Università di Nankai, afferma che questi risultati sono sorprendenti, una pietra miliare raggiunta 70 anni dopo lo sviluppo delle perovskiti ferroelettriche convenzionali.

Wei Li

Li aggiunge che il contenuto organico, che può essere modificato per ottimizzare le proprietà cristalline, rende questi materiali facili da sintetizzare, leggeri e poco costosi, che potrebbero presto portare a nuove applicazioni.

Bibliografia

[1] S. D. Stranks et al., Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber., Science, 2013, 342, 341-344.

[2] https://it.wikipedia.org/wiki/Cella_fotovoltaica_perovskitica

[3] Heng-Youn Ye et al., Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics., Science, 2018, 361, 151–155.

[1] In realtà la reale simmetria della perovskite e di alcuni altri minerali del gruppo è pseudocubica, perché lievemente distorta rispetto alla struttura ideale.

Cloaca Massima.

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Luigi Campanella, già Presidente SCI

Il concetto di Bene Culturale si é molto evoluto nel tempo. Dapprima soprattutto statue, palazzi, quadri; oggi anche siti ambientali, strumenti scientifici ed altro ancora frutto dell’ingegno e dell’intuito umani. Oggi da chimico suggerisco una visita ad un bene culturale ed ambientale di insolita natura: intendo parlare della Cloaca Maxima, la regina di tutte le fogne, la più antica della vecchia Roma, ancora percorribile e visitabile, vero Museo dell’ingegno umano.

E’ nata per merito di Tarquinio Prisco e soprattutto dei suoi tenici per proteggere dall’inquinamento alcune zone della vecchia Roma (Foro, Suburra) convogliando i rifiuti conferiti verso il Tevere. Risale al settimo secolo a.C. ed é ancora in buone condizioni, soprattutto in relazione alla sua più che bimillenaria età.

La sua altezza era all’origine  di circa 3 m per una larghezza di 2, poi estesa ad oltre 4 m. Si sviluppava in massima parte sotterranea, ma-come alcune metrolitane del ns tempo-erano in essa presenti tratti alla luce del sole. Erano previste regolari attività di spurgo e di pulizia che ne hanno garantito il funzionamento per oltre un millennio, purtroppo anche come tomba per quanti – imperatori e cittadini-hanno chiesto di venirvi sepolti. Oggi se ne possono visitare spezzoni a via Cavour; nel Foro Romano, al Foro Boario ed allo sbocco al Tevere presso il Ponte Rotto.

Il collettore raccoglieva acque bianche ed acque nere senza alcuna differenziazione. Nell’ottocento con la confluenza della Cloaca Maxima nella rete fognaria urbana ovviamente le cose sono cambiate. Anche l’architettura della fogna è interessante e tenicamente apprezzabile con la correlazione fra muri tufacei e blocchi regolari a parallelepipedo fino ai fregi che arricchivano i suoi tombini, il più famoso e conosciuto dei quali è presso la Bocca della Verità, a S.Maria in Cosmedin, dove i turisti infilano la mano. Si pensi che i resti di queste preziosità sono stati la ricompensa pattuita con la Ditta americana che a metà novecento drenò il fiume. Malgrado rappresenti un patrimonio culturale di immenso valore che ha ispirato nei secoli autori e pittori (ad esempio il quadro di S.Sebastiano gettato nella Cloaca, esposto al Getty Museum di Londra)-si pensi che i massi utilizzati per la sua costruzione sono considerati i più antichi di queste dimensioni- non è mai stato neanche progettato uno studio articolato e sistematico della Cloaca Maxima. Credo che un progetto di tale natura troverebbe anche nella nostra comunità chimica sostegno culturale, supporto tenico-scientifico e convinta adesione.

Depuratori del futuro: trattamenti a membrana, nanotecnologie e grafene.

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Mauro Icardi

Le tecnologie a membrana per i trattamenti di depurazione e potabilizzazione delle acque, sono note e in fase di sviluppo ed applicazione. Ma lo sviluppo tecnologico nel settore è in costante crescita e può trovare un giusto abbinamento con le energie rinnovabili, per ottenere sia una qualità dell’acqua migliore, che la riduzione di consumi energetici ed emissioni.

Il grafene è un materiale che si presta molto bene ad ottenere membrane che siano meno soggette a problemi di intasamento e di incrostazione da accumulo e deposito di organismi viventi, animali e vegetali (bioincrostazione o biofouling).

Due società australiane hanno iniziato un progetto pilota di produzione di membrane in ossido di grafene, in collaborazione con la Monash University di Melbourne.

Secondo i ricercatori impegnati in questo progetto le prospettive dell’utilizzo di questo materiale sono estremamente incoraggianti e si prevede che possano ridurre in maniera significativa i consumi energetici per il processo di filtrazione delle acque.

Altre membrane di nuova progettazione e concezione sono le cosiddette membrane “biomimetiche”.

Il loro funzionamento si ispira al meccanismo con il quale le radici delle piante di mangrovia riescono a utilizzare l’acqua salmastra delle lagune costiere, o dei litorali delle coste marine tropicali. All’interno delle radici ci sono membrane che funzionano grazie a speciali proteine (le acquaporine che sono presenti anche nei reni). Funzionano esattamente come le membrane di osmosi inversa, quindi filtrano l’acqua trattenendo all’esterno i sali. Ma per la loro speciale struttura non richiedono però l’applicazione di alte pressioni di esercizio, e anche in questo caso si ottiene un notevole risparmio energetico ed un maggior vita operativa delle cartucce di filtrazione.

La società danese “Acquaporin” ha già messo in commercio cartucce di filtrazione per uso domestico basate su questo principio. Per il futuro pensa ad una applicazione su scala industriale per la dissalazione a costi concorrenziali delle acque marine, da destinare poi all’utilizzo potabile o industriale.

Altra tecnologia applicata alle membrane, in questo caso destinate alla depurazione delle acque reflue, è quella di costruire membrane costituite da migliaia di tubicini in polimetilsilossano (una resina permeabile appartenente alla categoria dei siliconi). In questo modo si ottiene una maggiore efficienza di diffusione dell’aria alla popolazione batterica che dovrà operare le reazioni di biodegradazione.

In particolare membrane di questo genere riescono ad ottenere un’efficienza di trasferimento di aria pari al 50 – 60%, rispetto al 35% dei diffusori a microbolle presenti negli impianti di depurazione tradizionali.

Se si opera con ossigeno puro l’efficienza può arrivare anche al 100%. Con l’adozione di questo tipo di membrane l’energia necessaria per la depurazione di 1 mc di acqua passa da 0.5-0.6 a 0.2 kWh.

I tempi di trattamento sono ridotti del 40%, e la produzione di fanghi di circa 1/3. La produzione di biofilm risulta limitata dalla maggiore efficacia nella diffusione dell’aria o dell’ossigeno, che produce effetti di cavitazione idrodinamica sui fiocchi di fango biologico, e che riduce quindi la deposizione sulle membrane.

La depurazione, e più in generale il trattamento delle acque sta vivendo un momento di rinnovamento e di implementazione di tecnologie che aiutano nella gestione del bene acqua. E questo è un segnale incoraggiante. Ora l’auspicio è che queste tecniche trovino una diffusione generalizzata sia negli impianti di più antica progettazione e realizzazione, che in quelli di nuova costruzione.

Acqua di mare in vendita.

In evidenza

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Una recente notizia ci informa circa la messa in vendita da parte di una ditta spagnola (vedi NdP) di acqua di mare ultrafiltrata o alternativamente purificata e rivitalizzata  per ovvii motivi di sicurezza igienica che non sarebbe garantita da acqua di mare non trattata. Nella sua composizione compaiono alte quantità di sostanze minerali come potassio, magnesio, ferro, iodio. Quali le possibili applicazioni di un acquisto di tale genere che ne possono giustificare la commercializzazione?

L’acqua di mare in vendita, “100% naturale” costa come e più dell’acqua minerale.

Innanzitutto gastronomiche utilizzando quest’acqua in luogo di quella corrente per la cottura soprattutto di pesce, ma anche per produrre pane ed originali birre o per essere utilizzata negli alimenti in luogo del sale. Ma non solo: anche salviette rinfrescanti, soluzioni per la pulizia interna delle orecchie proteggendole dalla dannosa presenza di cerume sono applicazioni dell’acqua di mare.

Da chimici è logico porgersi qualche domanda circa la relazione fra le proprietà chimico fisiche dell’acqua di mare ed i suoi usi, ovviamente accettato il principio della necessaria purificazione prima di qualsiasi impiego che la porti a contatto con l’organismo umano.
Vediamo insieme di analizzare questa matrice per capirne anche le potenzialità.

Si tratta innanzitutto di una soluzione matura e stabilizzata quindi capace di rilasciare il soluto senza alcuna resistenza al trasferimento di massa. Essendo poi una soluzione a concentrazione variabile, ma intorno mediamente a 35 g/l essa risulta influenzata dall’effetto sale (se fosse a concentrazione tripla l’effetto prevalente sarebbe quello salatura con risultati completamente diversi); questo effetto comporta un aumento della solubilità in essa di tutte le specie ioniche; inoltre la capacità del sale puro a coordinare l’acqua rappresenta un inconveniente alla sua assunzione diretta – si producono essiccazioni ed indurimenti e, nel caso di assunzioni da parte dell’uomo, aumento della pressione che obbliga gli ipertesi a mangiare sciapito – inconveniente ridotto nel caso dell’impiego di soluzioni che, a parità di quantità di soluto, producono un maggiore effetto sul gusto salato.
Quindi, in questo senso, l’acqua di mare di fatto contribuisce a tenere bassa la pressione sanguigna. Ma l’acqua di mare è anche antibatterica e stimolante del metabolismo; aiuta a respirare meglio e chi soffre di reumatismi , dolori articolari, problemi alla tiroide. Il paese che in passato ha maggiormente sviluppato le applicazioni dell’acqua di mare è stato la Francia; oggi il maggiore consumatore di acqua di mare è il Nicaragua. L’ acqua di mare, resa isotonica,  è molto simile al liquido interno che circonda le nostre cellule; secondo alcuni si può anche usare nelle trasfusioni. E’ il miglior mezzo di coltura: solo in quest’acqua vivono i globuli bianchi (esperimento realizzato 100 anni fa e riprodotto all’Università di Alicante nel 2012).

L’ acqua marina per certi aspetti può essere considerata complementare all’acqua minerale  naturale perché possiede alcuni elementi presenti anche nel nostro organismo, ma non nelle acque minerali ed alcuni microorganismi che vengono rilasciati, che giustificano l’azione antibatterica a cui più sopra si accennava e che inducono alcuni a ritenere che la igienizzazione dell’acqua di mare debba essere un intervento controllato. Tra  i più interessanti benefici dell’acqua di mare c’è anche quello che riguarda il drenaggio dei liquidi, da essa favorito grazie ad un processo di osmosi. Questo spiega perchè fare il bagno in questa acqua regala molti vantaggi sia per la salute della pelle, sia per l’azione vitalizzante e detergente.
Voglio concludere con una riflessione: avremmo un tesoro gratuito, invece lo degradiamo e poi lo ricompriamo a costi improponibili!

Riferimenti
https://www.dazebaonews.it/breaking-news/49168-l-acqua-marina-un-bene-comune-a-costo-zero-dai-vantaggi-incredibili.html

http://web.ua.es/es/actualidad-universitaria/octubre2012/octubre2012-22-28/un-
estudio-de-la-universidad-de-
alicante-revela-que-el-agua-de-mar-activa-el-sistema-inmunologico-y-ejerce-un-efecto-protector-reforzando-el-organismo.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Seawater

NdP Esistono parecchi marchi di acqua di mare in Spagna ma anche in altri paesi europei e anche in Italia, con base di estrazione in Sardegna.

Inedito su medicina e omeopatia.

In evidenza

Vincenzo Balzani

Con il consenso dell’autore pubblichiamo un capitolo inedito riguardante la medicina e l’omeopatia.

I confini della Scienza

 

  1. La medicina

La medicina è una delle branche più importanti della scienza, per cui merita una discussione specifica. Si tratta di una scienza un po’ particolare perchè deve agire sull’uomo, che è fatto di corpo e di spirito. Mi limito a discutere il problema dei farmaci tradizionali e dei farmaci omeopatici.

12.1 il nostro corpo

Dal punto di vista puramente materiale (sottolineo: puramente materiale), il nostro corpo è un insieme molto complicato di reazioni chimiche. Addirittura in passato c’era la tendenza a paragonarlo ad una macchina: alimentazione mediante un combustibile, cabina di guida, produzione di energia, lavoro meccanico, scarico dei prodotti di scarto. Come in una macchina, può succedere che un componente non funzioni e allora si sostituisce il pezzo guasto, con un ricambio “originale” (un trapianto) o “non originale” (una protesi).

Abbiamo già visto che il nostro corpo è fatto di scompartimenti, le cellule, che sono molto piccoli, ma che a loro volta contengono tante cose ancor più piccole. Le ricerche di biologia molecolare hanno chiarito infatti che nelle cellule c’è un numero molto grande di dispositivi, congegni, macchine piccolissime, a livello molecolare (cioè, di dimensioni nanometriche) che funzionano mediante reazioni chimiche. Queste reazioni producono movimenti e generano segnali attraverso lo scambio di molecole e ioni. Così, ad esempio, i movimenti macroscopici dei nostri muscoli sono originati da movimenti su scala molecolare di proteine chiamate miosina e kinesina. Queste proteine si muovono sfruttando una reazione chimica, la trasformazione dell’ATP (adenosintrifosfato) in ADP (adenosindifosfato) e Pi (fosfato inorganico). I movimenti molecolari si possono mettere in evidenza con delle tecniche speciali escogitate di recente. L’ATP, che è un po’ il carburante di tutti i muscoli, a sua volta è prodotto da un altra “macchina”, un motore rotante, l’ATP synthase.

12.2 La medicina tradizionale

Vediamo adesso come si può schematizzare, nel modo più semplice possibile, il modo di agire di una medicina (un farmaco). Chiedo ai medici e a chi conosce un po’ questi problemi di scusarmi per le grossolane semplificazioni e approssimazioni, ma il mio scopo è semplicemente quello di mettere in evidenza alcuni aspetti della medicina tradizionale e di quella omeopatica.

I congegni e macchine molecolari che sono all’interno delle cellule hanno bisogno, per funzionare, di certe sostanze chimiche, ad esempio lo ione potassio (K+). Le cellule però sono delimitate da una membrana, una specie di muro che impedisce ai componenti della cellula di disperdersi e impedisce anche che nella cellula entrino componenti indesiderati. Il potassio può entrare solo attraverso opportuni canali molecolari (“porte” molto selettive) che attraversano la membrana. Supponiamo che una cellula sia “ammalata”, cioè funzioni male perché non contiene abbastanza potassio. Dico “supponiamo” perchè non sarà facile capirlo, ma supponiamo che sia vero, che lo si possa stabilire con certezza. Per “guarirla” dovrò farvi entrare più potassio. Vado dal medico che mi dice di mangiare cibi che contengono potassio e poi, sapendo che ben difficilmente cambierò le mie abitudini alimentari, mi prescrive il Polase, un farmaco a base di potassio. Prendo una bustina di Polase al giorno, e dopo una settimana supponiamo che io sia guarito (dico “supponiamo” perché a volte non si guarisce, o almeno non si guarisce subito). Dunque, se sono guarito la spiegazione sembra semplice: 1) sono guarito perché ho preso il Polase che contiene potassio; prendendo il Polase ho fatto entrare più potassio nelle mie cellule, che si sono rimesse a funzionare bene. Questa è la risposta più ovvia. Ma è proprio così? Se non avessi preso il Polase, non sarei guarito? O sarei guarito ugualmente, o addirittura sarei guarito prima? Sono proprio sicuro che nelle cellule non c’era abbastanza potassio perché ne mangiavo poco? Poteva anche essere successo che il canale attraverso cui può entrare il potassio, che è una struttura chimica complicatissima e sensibile ad un gran numero di fattori, si fosse un po’ stretto; in questa ipotesi la guarigione potrebbe essere avvenuta perché, ad un certo punto, a causa di altri fattori sconosciuti, il canale si è allargato nuovamente. In tal caso l’aver ingerito del Polase non mi avrebbe aiutato. Potrebbe anche essere successo che lo ione aspartato (o un altra sostanza secondaria presente nel Polase) abbia agito sulle proteine che costituiscono il canale attraverso cui entra il potassio impedendo al canale, che spontaneamente cercava di riallargarsi, di farlo più in fretta. In questa ipotesi, sarei guarito prima se non avessi preso il Polase; ma anche questo non posso dimostrarlo. C’è, infine, un’altra possibilità. L’uomo è fatto di carne (cioè di materia, di reazioni chimiche), ma anche di psiche: pensieri, immaginazioni, convincimenti e aspettative. Sappiamo tutti che una buona notizia ci fa star bene e che una cattiva notizia ci fa star male, attraverso meccanismi anch’essi basati su reazioni chimiche, ma complessi e del tutto insondabili. Dunque, come quarta ipotesi potrebbe essere successo questo: sono andato dal medico, che mi ha detto che la mia malattia era dovuta alla scarsità di potassio e che prendendo del potassio sarei guarito; mi ha prescritto un farmaco contenente potassio; io, ubbidiente, l’ho preso e sono guarito, ma sono guarito mediante un meccanismo psicologico, perché ho fiducia nel mio medico e so che mi prescrive sempre la medicina giusta. Se è così, sarei guarito anche se nelle bustine del Polase, anziché il potassio, ci fosse stato dello zucchero, o della farina, o qualsiasi altra cosa. E’ quello che in medicina si chiama “effetto placebo””: si crede di prendere la medicina giusta e si guarisce anche se, in realtà, non la si prende. Infatti (e anche qui schematizzo) per capire se un farmaco è efficace, si scelgono cento persone ammalate della stessa malattia e si dà a tutte una pillola uguale nell’aspetto e nel sapore; cinquanta pillole, però, contengono il farmaco, il principio attivo che cura la malattia, mentre le altre cinquanta non lo contengono. Solo il medico sa quali sono i cinquanta pazienti che hanno avuto la pillola “vera” e i cinquanta che hanno avuto la pillola “falsa” (placebo); i pazienti non lo sanno. In questi tipi di esperimenti si trova sempre che guarisce anche un certo numero dei pazienti che hanno preso la pillola “falsa”; guariscono perché il corpo umano in molti casi rimedia da solo, magari aiutato in modo misterioso dall’aspettativa e dalla volontà di guarire. Secondo studi recenti, per i problemi di depressione il placebo ha effetto positivo nell’80% dei casi.

12.3 La medicina omeopatica

Queste considerazioni si collegano direttamente alle cure omeopatiche. I principi fondamentali delle cure omeopatiche sono: 1) il simile cura il simile; 2) maggiore è la diluizione e più efficace è il trattamento; 3) la “succussione” (agitazione violenta) è essenziale per l’efficacia del trattamento. Torniamo all’esempio precedente. In caso di mancanza di potassio, il medico tradizionale prescrive il Polase: in ogni bustina ci sono, come c’è scritto sopra, 450 mg (poco meno di mezzo grammo) di aspartato di potassio. Se vado dall’omeopata, mi prescrive una cura omeopatica di potassio, cioè (anche qui schematizzo), mi fa bere una bottiglina al giorno di acqua contenente, mi dice, piccolissime quantità di potassio. Per curiosità, mi informo su quanto potassio contiene ogni bottiglina. Mi ha detto che ne contiene poco: ma quanto? Nel Polase c’è poco meno di mezzo grammo di aspartato di potassio in ogni bustina, e nella bottiglina della cura omeopatica? C’è scritto 30C. Cosa vuol dire? Vuol dire (ancora schematizzando, ma senza travisare il senso) che chi l’ha preparata ha preso mezzo grammo di aspartato di potassio (l’equivalente di una bustina di Polase) e l’ha sciolto in un litro d’acqua. In questo litro d’acqua c’è mezzo grammo di aspartato di potassio che a conti fatti significa 1022 molecole, cioè diecimila miliardi di miliardi di molecole (“molecola” nel caso dell’ aspartato di potassio non è un termine scientifico del tutto esatto, ma in questo contesto può essere usato per semplicità senza che il significato di quello che voglio dire venga modificato). Poi il preparatore della medicina omeopatica ha cominciato a diluire e a agitare la soluzione. Diluire vuol dire tenere una parte e buttare il resto. Nel caso delle preparazioni omeopatiche si opera con diluizioni 1:100, cioè si butta via 99/100 della soluzione e al rimanente 1/100 viene aggiunto solvente puro, di solito acqua. Dopo la prima diluizione 1:100, la quantità di aspartato di potassio nella bottiglia si è ridotta a 5 mg, e il numero di molecole a 1020, cioè cento miliardi di miliardi. Alla sesta diluizione c’è rimasto ben poco: 5 decimillesimi di miliardesimo di grammo, una cosa invisibile, meno di un millesimo di granellino di Polase, anche se il numero di molecole è ancora alto (10 miliardi). Ecco, alcuni preparati omeopatici hanno queste diluizioni (6C) e si fa fatica a concepire che possano avere un qualche effetto terapeutico. Ma il bello deve ancora venire, perché i preparati omeopatici considerati più potenti sono quelli che si ottengono non diluendo sei volte, ma trenta volte. A questo punto seguiamo come cala non più in numero di grammi, che giunge a frazioni incredibilmente basse, ma il numero di molecole, che all’inizio erano tante. Ebbene, alla decima diluizione rimangono 100 molecole, e all’undicesima ne rimane 1. Se a questo si effettua una ulteriore diluizione 1:100, è molto probabile che la soluzione non contenga più alcuna molecola. Se fossi stato così “fortunato” (1/100 di probabilità) di pescare nella diluizione l’unica molecola di aspartato di potassio ancora presente, questa “fortuna” non potrà continuare nella tredicesima, quattordicesima,….per cui c’è la “certezza” che giunti alla trentesima diluizione nella bottiglia non c’è più neanche una molecola di aspartato di potassio. In conclusione, nella “cura” prescritta dal medico omeopata, di potassio non ce n’è neppure l’ombra. La boccettina contiene solo acqua sbattuta, cioè acqua, acqua schietta. Quindi, quando compro una medicina omeopatica compro acqua pura, che non può avere nessun effetto chimico sul mio organismo. Eppure qualcuno guarisce. Nel caso della cura omeopatica si può certamente escludere quella che era stata la prima e più solida ipotesi della guarigione ottenuta con i metodi tradizionali (ingresso nella cellula di una maggior quantità di potassio) e anche un ipotetico effetto collaterale negativo della cura. Rimangono due casi: sarei guarito lo stesso (la più probabile) oppure sono guarito perché ho creduto nel medico e nella cura che mi ha dato. Di certo, non sono guarito per l’effetto di quella boccetta d’acqua pura sul mio organismo.

“L’efficacia” (quando c’è) delle cure omeopatiche e “l’effetto placebo” dimostrano quanto sia complicato l’organismo umano; dimostrano, se ce ne fosse bisogno, che non siamo solo “carne” e che la medicina non è una scienza “esatta”.

Samuel Hahnemann 1755-1843

12.4 La “memoria” dell’acqua

L’omeopatia va presa così com’è: dal punto di vista chimico e fisico, non ha alcun senso; se va bene, può avere un effetto psicologico. Ma i sostenitori dell’omeopatia, e in particolare quelli che producono e vendono medicine omeopatiche, giurano che queste medicine hanno un’effettiva azione scientifica, “chimica”. Secondo loro c’è proprio a livello scientifico, e non psicologico, una differenza fra l’acqua pura e le loro complicate preparazioni, che come abbiamo visto finiscono per arrivare all’acqua pura ugualmente. Se non ci fosse un fondamento scientifico, come si potrebbero far pagare tanto i farmaci omeopatici? Quindi, risultati scientifici in favore della omeopatia sono necessari per far aumentare il giro di affare.

Ecco che allora di tanto in tanto saltano fuori pubblicazioni (“lavori”) che vorrebbero dare una base scientifica all’omeopatia. Abbiamo già visto che se un lavoro scientifico viene pubblicato su una rivista poco qualificata nessuno lo legge e nessuno se ne cura; abbiamo anche visto che ci sono riviste scientifiche molto serie, che prima di pubblicare un lavoro chiedono il giudizio di esperti. I lavori scientifici che appaiono su queste riviste fanno colpo ed in effetti fece colpo, nel 1988, un lavoro di autori francesi, apparso sulla rivista scientifica più prestigiosa, Nature (volume 333, p. 816), che sostanzialmente dava credito scientifico alle cure omeopatiche.

Questi ricercatori francesi riportarono dei risultati, un po’ complicati da illustrare, che sostanzialmente dimostravano che l’acqua ha “memoria”. Sostenevano, cioè, che se un composto chimico (nell’esempio di prima, l’aspartato di potassio) viene sciolto nell’acqua e poi tolto via tutto con successive diluizioni, ebbene l’acqua , che ormai non lo contiene più, si “ricorda”, per così dire, che prima dentro ad essa c’era quella certa sostanza. Secondo questi ricercatori, rimarrebbe nell’acqua come una “impronta” della sostanza disciolta, e questa impronta conferirebbe all’acqua proprietà diverse da quelle dell’acqua in cui non ho mai sciolto quella sostanza. Molti capirono subito che questi risultati avevano sapore di magia più che di scienza, ma fecero scalpore lo stesso per l’autorevolezza della rivista su cui erano stati pubblicati, il loro possibile significato teorico e, soprattutto, perché avrebbero dato un senso scientifico all’omeopatia. Subito altri ricercatori provarono di ripetere l’esperimento, senza successo, dimostrando anzi che i ricercatori francesi avevano fatto vistosi errori di metodo tanto da rendere completamente infondati i loro risultati. Questa vicenda lascia l’omeopatia senza supporti scientifici e conferma che la scienza riesce a verificare o a smentire la validità dei suoi risultati.

Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Martha Annie Whiteley (1866-1956)

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Rinaldo Cervellati

Martha Annie Whiteley, oltre a essere stata una ricercatrice originale in chimica, fu coautore e editore capo dell’11° volume, 4a edizione dell’importante dizionario britannico Thorpe’s Dictionary of Applied Chemistry e fervente attivista per le pari opportunità delle donne nelle Facoltà di Chimica.

Nata a Hammersmith, un distretto di Londra, l’11 novembre 1866 da genitori del ceto medio, Martha ricevette la sua educazione nella Girls Public Day School Trust[1] (divenuta poi Kensington High School) di Chelsea, una scuola femminile che offriva una buona istruzione scolastica. Sebbene le scienze non fossero considerate discipline adatte per l’istruzione delle ragazze, esse erano incluse nel curriculum di tutte le GPDST [1]. Martha continuò la sua formazione presso il Royal Holloway College for Women, ottenendo nel 1890 il diploma (B.Sc.) in chimica superando gli esami finali all’Università di Londra. Rimase al Royal Holloway College for Women studiando per un altro anno, superando con onore l’esame finale del primo anno di matematica all’Università di Oxford.

Martha A. Whiteley in gioventù

Nel contempo ha lavorato come insegnante prima alla Wimbledon High School e successivamente al St. Gabriel’s Training College; nel 1898 decise di continuare gli studi di chimica, avendo iniziato a lavorare a tempo parziale al Royal College of Science (poi parte dell’Imperial College of London) sotto la guida del professor Sir William Tilden[2]. Ottenne il dottorato in chimica (D.Sc.[3]) nel 1902, discutendo una tesi sulla preparazione e proprietà di ammidi e ossime, l’anno successivo fu invitata da Tilden a far parte del personale docente e riercatore del Royal College of Science.

Martha Annie Whiteley nel 1907

Promossa a dimostratore nel 1908, divenne docente nel 1914, all’età di quarantotto anni. Per quattordici anni, dal 1920 fino al pensionamento nel 1934, ha ricoperto la carica di assistant professor [1,2].

L’interesse di Whitely per la ricerca in chimica organica è evidente fin dal primo dei suoi lavori scientifici pubblicato 7 anni prima del dottorato, riguardante i punti di fusione di miscele di sostanze [3], mentre stava insegnando alla Wimbledon High School. Nell’articolo (in collaborazione con H. Crompton), l’autrice afferma che il lavoro subì molte interruzioni, dovute probabilmente ai suoi impegni didattici.

Le sue prime ricerche, pubblicate nel periodo fino al 1909, riguardarono gli studi intrapresi nel lavoro di tesi su ammidi e ossime di acidi dicarbossilici e ureidi cicliche correlate, compresi i derivati di caffeina e acido barbiturico. Si concentrò in particolare sul problema del tautomerismo nelle ossime, un’area che stava ricevendo considerevole attenzione a quel tempo, e un interesse particolare di Sir Jocelyn Field Thorpe[4].

Sir Jocelyn Field Thorpe

Anche se Whiteley era collega giovane di Thorpe e sua collaboratrice, è chiaro dai suoi scritti che lei aveva un suo indipendente programma di ricerca [2].

Questo aspetto deve essere particolarmente sottolineato perché se da un lato la produzione scientifica di Whiteley comprende solo 10 articoli nell’arco di tempo 1987 – 1927 [4], dall’altro è altrettanto vero che essa figura sempre come autore responsabile della ricerca [1]. In realtà, anche se diverse donne inglesi del tempo di Whiteley sono state più produttive dal punto di vista del numero di pubblicazioni, spesso il loro contributo è stato limitato ad assistere il professore maschio. A parte il lavoro originale di Ida Smedley MacLean[5] in biochimica, Whiteley, è stata probabilmente l’unica a “ritagliarsi” una propria ricerca in una certa area della chimica in una fra le più importanti istituzioni scientifiche e educative come l’Imperial College of London: un risultato notevole per una donna chimico della sua generazione, afferma M. Creese [2].

Allo scoppio della I Guerra Mondiale, i laboratori dell’Imperial College vennero requisiti dal Ministero delle Munizioni, e il personale fu impegnato ad analizzare campioni di bombe e esplosivi raccolti dai campi di battaglia e dalle città bombardate in Inghilterra. Whiteley e il suo gruppo rivolsero la loro attenzione all’analisi e sintesi di gas lacrimogeni e irritanti. Uno di questi, una miscela di etil iodo acetato e etanolo (noto come SK) fu effettivamente utilizzato in battaglia.

Nel 1917, i tedeschi usarono un nuovo gas vescicante, chiamato iprite[6]. I suoi effetti furono drammatici e causarono la perdita di migliaia di alleati anche perché le maschere antigas si mostrarono inefficaci contro di esso. Un piccolo campione di questo gas fu inviato al gruppo di Whiteley. Scrisse Martha:

Naturalmente ho voluto testare questa proprietà applicandomi un piccolo striscio al braccio: per quasi tre mesi ho sofferto grande disagio dalla ferita che si aprì diffondendosi fino al gomito e di cui porto ancora la cicatrice [1].

Durante la guerra il gruppo si occupò anche alla sintesi di farmaci per gli ospedali militari soprattutto fenacetina, novocaina e b-eucaina, fino a prima del 1914 importate proprio dalla Germania.

Inoltre, in assenza di Thorpe, impegnato in guerra, a Marha Whiteley fu assegnata anche la supervisione dell’intero programma di ricerca organica del Dipartimento di chimica dell’Imperial College.

Whiteley ricevette l’Ordine dell’Impero Britannico (OBE) nel 1920 per il suo contributo durante la guerra, ma il suo trattamento economico rimase invariato (300 £ annue), al contrario di quello dei colleghi maschi che ottennero fino anche al raddoppio dello stipendio.

Tuttavia, nello stesso anno, Whiteley, caduta la pregiudiziale misogina, fu eletta membro della Chemical Society (FRSC[7]), una fra le prime donne a esservi ammessa.

Certificato di candidatura e elezione di Martha Whiteley alla Chemical Society

Nel 1925 fu pubblicata la prima edizione del Manual of Organic Chemical Analysis: Qualitative and Quantitative (con J.F. Thorpe coautore), l’opera ebbe origine dall’esperienza accumulata da Whiteley in venti anni di insegnamento nei laboratori didattici e di ricerca in chimica organica dell’Imperial College, essa diresse anche il corso avanzato per studenti del dottorato. Il manuale (241 pagine) era talmente completo e aggiornato che soltanto due anni dopo si rese necessaria una ristampa.

Anche a causa della sua pluridecennale esperienza nell’insegnamento, dalle high schools ai Colleges, Martha Whiteley fu un’eccellente didatta, ricordata da studenti e giovani colleghi come punto di riferimento e fonte di ispirazione. R. Nicholson e J. Nicholson [1], fanno notare che a quei tempi, il Dipartimento di Chimica aveva più dottorandi femmine di qualsiasi altro Dipartimento dell’Imperial College, il che suggerisce che la figura di Martha Whiteley attirava più studentesse a fare ricerca sotto la sua guida.

Occorre poi menzionare il suo impegno nella compilazione del Dictionary of Applied Chemistry.

Il Dictionay fu originariamente compilato da Thomas Edward Thorpe[8] e pubblicato per la prima volta nel 1890. Whiteley fu coinvolta nella preparazione di alcuni dei volumi della seconda edizione e, quando fu programmata una terza edizione, fu invitata a modificarlo e aggiornarlo in collaborazione con J.F. Thorpe. Ciò comportò per Whiteley non solo doveri editoriali, ma anche la scrittura di diverse voci. Ha continuato con questo lavoro dopo il suo pensionamento dall’Imperial College. Dopo la morte di J. F.Thorpe nel 1940, assunse il ruolo di redattore capo del Dictionary, l’ultimo volume su cui lavorò apparve nel 1954.

Martha Whiteley ha svolto un ruolo significativo nella lunga battaglia per assicurare l’ammissione delle donne alla Chemical Society. Nel 1904, Whiteley fu una delle 19 donne chimico che presentarono una petizione per ammettere le donne nella associazione. La petizione fu ignorata. Nel 1908 successe un fatto più grave. I membri della Società votarono in maggioranza per l’accesso alle donne, ma le manipolazioni del segretario misogino della Società, Henry Armstrong, assicurarono che le donne non fossero realmente ammesse. Quello che successe fu riportato dalla rivista Nature come segue:

“… un elemento contumace e recalcitrante in minoranza ..[impostandosi] per contrastare i desideri della maggioranza … “[5]

Questa azione vergognosa significò che occorse aspettare fino al 1920 quando, come immediata conseguenza della legge sulla rimozione della pregiudiziale sessuale del 1919, le donne furono finalmente autorizzate a diventare membri della Royal Chemical Society e Martha Whiteley è stata, come ricordato, una delle prime.

Martha Whiteley morì il 24 maggio 1956, alle soglie del novantesimo anno di età, non molto tempo dopo aver visto il completamento della revisione del Dictionary.

Bibliografia

[1]R.M. Nicholson, J.W. Nicholson, Martha Whiteley of Imperial College, London: A Pioneering Woman Chemist., J. Chem Educ., 2012, 89, 598−601-

[2]M.R.S. Creese, Martha Annie Whiteley (1866-1956): Chemist and Editor., Bull. Hist. Chem. 1977, 20, 42-45.

[3]H. Crompton, M.A. Whiteley, The melting point of mixtures., J. Chem. Soc., Trans., 1895, 67, 327−337.

[4] Gli articoli scientifici di Whiteley sono citati in [1] rifs. (8)-(14) e in [2] rif. 3.

[5] Editor. Women and the Fellowship of the Chemical Society., Nature 1909, 79, 429−431.

[1] Nel 1871, le sorelle Maria e Emily Shireff fondarono in Gran Bretagna l’ “Unione Nazionale per il miglioramento dell’istruzione delle donne di tutte le classi”, con lo scopo principale di “promuovere l’istituzione di scuole diurne buone ed economiche per tutte le classi ” Per raccogliere sovvenzioni, l’Unione fondò una Società denominata la ‘Girls Public Day School Company (dal 1905 Girls Day Public School Trust, GPDST). Entro il 1905 furono istituite 37 scuole della GPDST, note come “high schools”, attirando un insieme di classi sociali a causa delle loro tasse relativamente basse. Dimostrando gli effetti positivi dell’istruzione delle ragazze, contribuirono enormemente al cambiamento delle istituzioni scolastiche britanniche [1].

2 Sir William Augustus Tilden (1842 -1926), chimico britannico. Scoprì che l’isoprene poteva essere ottenuto dalla trementina, ma non riuscì a trasformare questa scoperta in modo tale da produrre gomma sintetica commercialmente conveniente.

[3]All’epoca, in Inghilterra non esisteva ancora il titolo Ph.D. (Philosophy Doctor), l’equivalente era appunto D.Sc., Doctor of Science [1].

[4] Jocelyn Field Thorpe (Sir) (1872-1940), chimico inglese che ha scoperto la reazione che porta il suo nome e l’effetto Thorpe-Ingold.

[5] Ida Smedley Maclean (1877-1944), un biochimico inglese, considerata la prima donna ammessa alla Chemical Society. Particolarmente nota per i suoi studi sulla sintesi degli acidi grassi dai carboidrati.

[6] Nota anche come gas mostarda per il suo cattivo odore di senape e aglio, l’iprite (solfuro di 2,2’ diclorodietile) fu messa al bando dal Protocollo di Ginevra del 1925 insieme a tutte le armi chimiche…

[7] Fellows of the Royal Society of Chemistry (FRSC) è un titolo onorifico che viene assegnato dai giudici della Società a persone che “hanno fornito un importante contributo al progresso delle scienze chimiche”. Istituita nel 1840 come Chemical Society si è fusa nel 1980 con il Royal Institute of Chemistry, la Faraday Society e la Society for Analytical Chemistry nella Royal Society of Chemistry.

[8] Thomas Edward Thorpe (Sir) (1845-1925), chimico britannico, ha fatto ricerche in svariati campi della chimica. Professore al Royal College, è stato membro della Commissione Internazionale sui Pesi Atomici.

Equilibrio delle risorse.

In evidenza

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Più volte anche in questo blog si è parlato dell’oro blù, l’acqua raccomandandone l’utilizzo responsabile e la disponibilità crescente. E’altrettanto vero che spesso abbiamo affrontato il tema dei cambiamenti climatici e delle bombe d’acqua che spesso li caratterizzano.

Due facce della stessa medaglia:mancanze ed eccessi della stessa preziosa sostanza, che ci obbligano a riflettere sulla mancata capacità dell’uomo a convogliare in misura equilibrata le risorse naturali. Ora però giunge un nuovo allarme: le bombe d’acqua non sono sufficienti, proprio per la loro disomogenea distribuzione nel tempo e nello spazio, per garantire all’agricoltura la necessaria contribuzione alle risorse alimentari. Così in Svizzera, un paese a noi così vicino, portano con gli  elicotteri l’acqua ai campi aridi ed in Austria e Germania i tempi della vendemmia sono stati anticipati proprio per l’aridità. Il problema è comunque planetario: in Argentina della caduta del PIL è responsabilizzata la ridotta produzione agricola correlata alla siccità, in Australia si sta attraversando una  crisi idrica senza precedenti, in Sud Africa cercano soluzioni tecniche per una  crescente aridità e fra quelle offerte dai  consulenti colpisce quella di trasportare un iceberg dall’Atlantide del peso di 500  mila tonnellate. La difficoltà principale della proposta è stata  individuata nella forma dell’iceberg che possa garantirne la stabilità durante il trasporto. L’idea è merito del capitano Nick Sloane, lo stesso  che ebbe  l’incarico del recupero del relitto dellaCosta Concordia all’isola del Giglio.

(http://www.dire.it/03-07-2018/217574-sudafrica-iceberg-polo-sud-siccita-nick-sloane/)

Riflettendo però si deve concludere che l’idea non è poi così nuova: le piattaforme petrolifere temono gll iceberg e quando li hanno vicini provvedono al loro spostamento,anche se si tratta di dimensioni  minori. Tornando al Sudafrica c’è anche da affrontare la conservazione dell’iceberg trasportato e la sua fusione modulata e modellata, ma da quanto   viene comunicato sembra che siano disponibili soluzioni per entrambi i problemi. Quanto fin qui detto ci fa riflettere sulle ripetute similitudini  circa il valore prezioso dell’ energia rinnovabile e dell’acqua: la ragione prima di tale preziosità è probabilmente da attribuire alla difficoltà di accumulo; gli eccessi non sono utilizzati per  coprire le carenze. Forse una delle sfide del futuro prossimo è proprio nelle tecnologie di accumulo che consentano una distribuzione equilibrata delle risorse nel tempo e nello spazio.