La nostra avventura.

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Luigi Campanella, già Presidente SCI.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Reinventare il ruolo della Chimica nella Società

 Vincenzo Balzani, Università di Bologna

Coordinatore del gruppo di scienziati energiaperlitalia

 La Chimica: ieri

Negli ultimi decenni, e in parte ancora oggi, sui mezzi di comunicazione la Chimica ha fatto e fa notizia principalmente in relazione a guerre, disastri ecologici, inquinamento e sofisticazioni. Ne consegue che, anche fra persone di una certa cultura, la Chimica è percepita come una scienza malvagia, di cui diffidare. Ma come accade per tutti gli strumenti che la scienza e la tecnica mettono nelle mani dell’uomo, da un semplice coltello all’energia nucleare, malvagio non è lo strumento in sé, ma chi lo usa senza le dovute cautele o, peggio, per fare del male deliberatamente.

Negli ultimi 100 anni la Chimica ha portato enormi benefici all’umanità. Ha fornito potenti fonti di energia, vaccini e farmaci capaci di prevenire e curare molte malattie, materiali con proprietà eccezionali come i polimeri, le materie plastiche e i semiconduttori, fertilizzanti per lo sviluppo dell’agricoltura e molto altro ancora. Si può dire che non c’è nulla di quello che usiamo che non sia stato fabbricato dai chimici o basato sui materiali che i chimici hanno ideato. La Chimica, però, deve anche riconoscere la sua responsabilità nell’aver creato strumenti di distruzione e di morte come esplosivi e armi chimiche e nell’aver contribuito, spesso senza volerlo, a volte addirittura senza saperlo, all’insorgere di gravi problemi a livello locale e globale. Nell’ultimo secolo, infatti, la grande accelerazione nell’attività dell’uomo ha coinvolto la Chimica in molti modi e con risultati spesso disastrosi, come il danneggiamento dello strato protettivo di ozono, il riscaldamento del pianeta, l’inquinamento atmosferico e lo sfruttamento senza limiti delle risorse naturali. L’effetto dell’attività umana degli ultimi decenni sulle caratteristiche del pianeta è ritenuto epocale, come dimostra il nome Antropocene ormai comunemente adottato per indicare l’epoca presente [1].

I chimici sono stati fra gli scienziati più attivi nel forgiare, nel bene e nel male, questa nuova epoca.

L’astronave Terra

Il pianeta Terra su cui viviamo è una specie di astronave che viaggia nell’infinità dell’Universo. E’ un’astronave del tutto speciale perché non potrà mai “atterrare” in nessun luogo per fare rifornimento, per essere riparata o per sbarazzarsi dei rifiuti che vi si accumulano. L’unico rapporto con l’esterno è la luce che riceve dal Sole, risorsa fondamentale per la vita dei 7,3 miliardi di passeggeri.

La prima cosa di cui essere consapevoli è che il pianeta Terra ha dimensioni “finite” [2]. Pertanto, le risorse di cui disponiamo sono limitate ed è limitato anche lo spazio in cui collocare i rifiuti. Si tratta di una realtà innegabile; eppure, spesso, anche i chimici non ne hanno tenuto conto. Molti economisti, poi, sembrano addirittura non saperlo.

Nel 1980, le risorse utilizzate estratte dalla Terra ammontavano a 40 miliardi di tonnellate; nel 2015 sono salite a circa 70 miliardi di tonnellate, pari a 27 kg per persona al giorno. Alle risorse utilizzate vanno aggiunte quantità da due a tre volte maggiori di risorse estratte, ma difficili da usare, rapporto che aumenta costantemente man mano che i depositi di risorse più ricchi si vanno esaurendo [3]. Ci si può chiedere: rimarrà qualcosa per le future generazioni?

Le dimensioni finite del pianeta hanno conseguenze anche per quanto riguarda la collocazione dei rifiuti che si producono ogni volta che si usano risorse [4]; non possiamo sbarazzarcene collocandoli in un inesistente “non luogo”. I rifiuti finiscono inesorabilmente sotto terra, sulla superficie della terra, sulla superficie o sul fondo dei mari e nell’atmosfera; in ogni caso, con conseguenze poco piacevoli. Le scorie di materie plastiche che si sono accumulate nell’Oceano Pacifico formano un’ “isola” grande come l’Europa. La quantità di anidride carbonica riversata in atmosfera supera i 30 miliardi di tonnellate all’anno e, come sappiamo, causa un aumento dell’effetto serra ed i conseguenti cambiamenti climatici. Il particolato fine generato dai motori a combustione ha causato nel 2012 più di 941.000 morti premature in Europa, 84.000 delle quali in Italia. Ci sono poi le scorie delle centrali nucleari, pericolose per decine di migliaia di anni, che nessuno sa dove collocare. Cosa diranno le prossime generazioni dei danni, in parte irreversibili, che abbiamo creato con i nostri rifiuti all’astronave su cui anche loro dovranno viaggiare?

Alla Conferenza COP21 tenutasi nel dicembre 2015 a Parigi [5], 185 nazioni hanno concordemente riconosciuto che il cambiamento climatico, causato dall’uso dei combustibili fossili, è il problema più preoccupante per l’umanità e nell’Enciclica Laudato si’ [6] papa Francesco ha ammonito: “Il ritmo di consumo, di spreco e di alterazione dell’ambiente ha superato le capacità del pianeta, in maniera tale che lo stile di vita attuale, essendo insostenibile, può sfociare solamente in catastrofi”.

La nostra è la prima generazione che si rende conto di questa situazione di crisi e quindi è anche la prima (qualcuno dice che potrebbe essere l’ultima) che può e deve cercare rimedi [4].

Economia lineare ed economia circolare

Dovrebbe essere ormai chiaro a tutti che non è possibile continuare con l’attuale modello di sviluppo basato sull’economia lineare (Figura 1) che parte dall’ingannevole presupposto [7] che le risorse siano infinite e che non ci siano problemi per la collocazione dei rifiuti.

antropocene21Figura 1. Schema del sistema economico lineare oggi adottato, basato sul falso presupposto che le risorse siano infinite e che non ci siano problemi per la collocazione dei rifiuti.

Non è possibile continuare col consumismo e con “l’usa e getta”. Questo tipo di economia ci sta portando sull’orlo del baratro ecologico [8] ed è la causa delle crescenti, insostenibili disuguaglianze [9]. Il papa, nell’enciclica Laudato si’ [6], lancia un appello accorato: “Di fronte al deterioramento globale dell’ambiente, voglio rivolgermi a ogni persona che abita questo pianeta. Ciò che sta accadendo ci pone di fronte all’urgenza di procedere in una coraggiosa rivoluzione culturale”.

Uno dei punti cardine della rivoluzione culturale, di cui c’è tanto bisogno, è il passaggio dall’economia lineare all’economia circolare. In questo modello di sviluppo alternativo (Figura 2), l’energia usata proviene da fonti rinnovabili e le risorse della Terra vengono usate in quantità il più possibile limitate (risparmio) e in modo intelligente (efficienza) per fabbricare oggetti programmati non solo per essere usati, ma anche per essere riparati, raccolti e riciclati per fornire nuove risorse.

antropocene22Figura 2. Schema di un sistema economico circolare basato sul concetto che le risorse naturali sono limitate ed è limitato anche lo spazio in cui mettere i rifiuti. Tutta l’energia usata è ricavata da fonti rinnovabili.

La differenza fondamentale fra economia lineare e economia circolare riguarda l’energia, che è la risorsa chiave di ogni sistema economico. L’economia lineare è basata sui combustibili fossili, una fonte in via di esaurimento, mal distribuita sul pianeta e causa di danni gravissimi all’ambiente e alla salute dell’uomo. L’economia circolare, invece, utilizza l’energia solare e le altre fonti di energia (eolica, idrica) ad essa collegate: abbondanti, inesauribili e ben distribuite. Gli ammonimenti degli scienziati [10], le direttive dell’Unione Europea, le decisioni prese alla Conferenza COP21 di Parigi sui cambiamenti climatici [5] e la bellissima enciclica Laudato si’ di papa Francesco [6] sostengono la necessità di accelerare la transizione dai combustibili fossili alle energie rinnovabili.

 

La Chimica: scienza centrale

La Chimica è una scienza centrale (Figura 3) che, col suo linguaggio, quello degli atomi e delle molecole, invade e pervade numerosi altri campi del sapere e fa da tramite per molte altre scienze. Ha quindi davanti a sé immensi territori da esplorare. Ha dato nuove prospettive alla biologia, che nella sua versione più avanzata, infatti, prende il nome di biologia molecolare e che a sua volta ha profondamente rivoluzionato il campo della medicina.

antropocene23Figura 3. La Chimica: una scienza centrale.

Solo la Chimica potrà dare risposte ad alcune domande fondamentali: come si è originata la vita? come fa il cervello a pensare? c’è vita su altri pianeti?

La Chimica è il fondamento di discipline di primaria importanza come la scienza dei materiali e l’ecologia. Solo con il contributo della Chimica si potranno trovare soluzioni ai quattro grandi problemi che l’umanità deve risolvere per continuare a vivere bene su questo pianeta, senza comprometterne l’uso alle future generazioni: alimentazione (cibo e acqua), salute e ambiente, energia e informazione.

La Chimica è la scienza che ha maggior impatto sulla società. Quindi, può e deve giocare un ruolo guida in questo periodo storico caratterizzato dall’inevitabile transizione dall’economia lineare all’economia circolare e dai combustibili fossili alle energie rinnovabili.

Innovazione

L’innovazione è e rimarrà sempre il motore della crescita e dello sviluppo. Ma oggi sappiamo che crescita e sviluppo devono essere governati non più dal consumismo, ma dalla sostenibilità ecologica e sociale [11]. Un’innovazione volta soltanto ad aumentare i consumi e ad accrescere le disuguaglianze, come è accaduto negli scorsi decenni, è la ricetta per accelerare la corsa verso la catastrofe di cui parla anche papa Francesco.

Le prime cose da innovare, quindi, sono istruzione e cultura. Bisogna far sapere a tutti i cittadini, in particolare ai giovani, quale è la situazione reale del mondo in cui viviamo riguardo risorse, rifiuti e disuguaglianze. L’istruzione è in gran parte di competenza dello Stato, ma anche a livello locale si può fare molto. Lo possono fare, con opportuni corsi di aggiornamento, i comuni, le regioni, le confederazioni degli industriali e degli artigiani. Lo possono fare le grandi e anche le piccole imprese con appositi stages per gli studenti. Possono contribuire con iniziative culturali le Fondazioni bancarie, le parrocchie e le associazioni di ogni tipo.

Un esempio di innovazione sbagliata è la conversione delle raffinerie di petrolio in bioraffinerie, anziché la loro definitiva chiusura con ricollocazione del personale in altri settori. Infatti: 1) le bioraffinerie sono alimentate con olio di palma proveniente in gran parte dall’Indonesia e dalla Malesia, dove per far posto alle piantagioni di palma vengono compiute estese deforestazioni con gravi danni per il territorio e per il clima; 2) i biocarburanti prodotti dall’olio di palma hanno un EROI (Energy Returned on Energy Invested) mai dichiarato, ma certamente minore di 1, cioè forniscono una quantità di energia minore di quella spesa per produrli; 3) fra pochi anni ci si accorgerà che anche le bioraffinerie sono ecologicamente ed economicamente insostenibili e si riproporrà il problema della ricollocazione del personale. Quindi, le bioraffinerie non aiutano a risolvere la crisi energetico-climatica e neppure quella occupazionale.

Un altro esempio di innovazione sbagliata è l’accordo fra Governo, Regione Emilia-Romagna e Audi (l’azienda tedesca che possiede la Lamborghini) per la produzione del nuovo SUV Lamborghini a Sant’Agata Bolognese; un accordo celebrato da alcuni politici ed industriali come straordinario esempio di innovazione [12]. Ma tutti sanno che c’è poco o nulla da innovare nei motori a scoppio, usati da più di un secolo. Se si vuol fare innovazione nel campo delle automobili, oggi la si può fare solo sulle auto elettriche: motori elettrici, batterie (settore che riguarda direttamente la Chimica), dispositivi di ricarica veloce, ecc. Oppure si può fare innovazione per produrre combustibili sintetici mediante elettrolisi dell’acqua (utilizzando elettricità da fonti rinnovabili) e successive reazioni fra l’idrogeno così ottenuto e CO2 [13].

Per capire quanto poco innovativo sia il SUV Lamborghini, che entrerà nel mercato presumibilmente nel 2018, basta pensare che nel 2025 Olanda, Norvegia e anche India prevedono di vietare la vendita ad auto con alimentazione a benzina o gasolio [14‎]. Con la sua mostruosa potenza di 600 CV, il SUV Lamborghini è un emblema del consumismo e della “civiltà” dell’usa e getta, dalla quale le vere innovazioni dovrebbero farci uscire. Col suo costo di 250.000 euro, è anche l’icona delle disuguaglianze, causa prima dell’insostenibilità sociale.

Alcuni campi di sviluppo dell’industria Chimica

 

Nuovi materiali

La caratteristica fondamentale della nostra epoca è il continuo aumento della complessità. Basti pensare che mentre fino al 1990 tutto ciò che c’era in una abitazione era costituito da meno di 20 elementi, oggi in uno smartphone ci sono più di quaranta elementi diversi. Da qualche tempo destano molto interesse elementi relativamente scarsi e finora trascurati, per i quali si prevede un crescente uso nei dispositivi ad alta tecnologia. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha identificato sei elementi critici per le industrie americane: disprosio, europio, erbio, neodimio, ittrio e indio. Nell’Unione Europea, che è povera di risorse minerarie e ha industrie maggiormente diversificate, gli elementi critici sono più di venti. Per contrastare la scarsità di certi elementi si possono adottare varie strategie: 1) fare con meno; 2) riciclare; 3) individuare elementi più abbondanti che possano sostituire nei processi industriali quelli che scarseggiano; 4) reinventare i processi industriali sulla base dei materiali più facilmente disponibili.

E’ chiaro che in ciascuna di queste strategie c’è ampio spazio per la ricerca e l’industria chimica.

 

Energia

La transizione energetica, già avviata, dai combustibili fossili alle energie rinnovabili ha molto bisogno della Chimica. L’energia solare è abbondante, ma deve essere convertita nelle energie di uso finale: calore, elettricità e combustibili. Ad esempio, la quantità di energia elettrica ricavabile dai 170 Wm-2 di potenza solare media dipende dalla nostra capacità di costruire pannelli, accumulatori e altri dispositivi con le risorse della Terra. Spesso è necessario usare elementi chimici poco abbondanti, come litio, selenio e neodimio, per cui i “reagenti limitanti” nell’utilizzo delle energie rinnovabili spesso non sono i fotoni del Sole, ma gli atomi della Terra, con tutti i problemi prospettati nella sezione precedente. Accade così che mentre la transizione dall’economia lineare all’economia circolare deve fare fulcro sulle energie rinnovabili, la disponibilità di queste ultime è a sua volta legata all’uso delle materie prime secondo i principi dell’economia circolare: risparmio, efficienza e riciclo (Figura 2).

Chimica verde

L’industria chimica in passato aveva come unico traguardo un’alta resa di produzione, senza troppe preoccupazioni per la compatibilità ambientale dei prodotti, sottoprodotti, rifiuti, solventi e catalizzatori, nonché per i consumi idrici ed energetici; a volte, non si è valutata con cura neppure la potenziale pericolosità degli impianti. Nell’ultimo decennio sono stati fatti notevoli progressi, ma molto c’è ancora da fare per giungere ad un Chimica sostenibile, cioè che fornisca quello di cui abbiamo bisogno senza far danni al pianeta e ai suoi abitanti.

Chimica per il Terzo Mondo

Miliardi di persone vivono in paesi tecnologicamente sottosviluppati dove i sofisticati e costosi processi chimici dell’industria non si possono utilizzare. In questi paesi la Chimica deve inventare soluzioni tecnicamente accessibili ed economicamente sostenibili per risolvere problemi di base legati all’acqua, al cibo e all’energia.

 

Monitoraggio, raccolta di informazioni

Un campo particolarmente importante della Chimica è quello dei sensori per monitorare l’ambiente, i cibi, i materiali, le merci, la salute dell’uomo e la sicurezza pubblica. Per esempio, nella difesa contro il terrorismo la Chimica può dare un contributo fondamentale nel prevenire l’attacco, nel controllarlo e nel fornire prove sull’accaduto. In un mondo che diventa via via più complesso e globalizzato ci sarà sempre più bisogno di raccogliere ed elaborare informazioni anche per svelare truffe come, ad esempio, quella messa in atto dalle case automobilistiche, in particolare dalla Volkswagen, per quanto riguarda il livello di sostanze inquinanti prodotte.

Conclusioni

Negli ultimi decenni il mondo è profondamente cambiato. Siamo in una nuova era, l’Antropocene [1], che anche la Chimica ha contribuito a forgiare. Appare evidente che i progressi della scienza e della tecnologia e l’uso dei combustibili fossili [15] hanno rafforzato le mani dell’uomo, ma hanno aumentato la fragilità del pianeta. Scienziati e filosofi sono preoccupati per il futuro dell’umanità. Secondo Zygmunt Bauman, la scienza e la tecnica hanno fatto vincere all’uomo molte battaglie contro la Natura, ma ora rischiano di farci perdere la guerra causando l’irreversibile degrado del pianeta. Hans Jonas ha scritto che è lo smisurato potere che ci siamo dati, su noi stessi e sull’ambiente ad imporci di sapere che cosa stiamo facendo e di scegliere in quale direzione vogliamo inoltrarci. Umberto Galimberti è più pessimista: “L’uomo è impotente contro la scienza, perché la scienza è più forte dell’uomo. La domanda non è più cosa possiamo fare noi con la scienza e la tecnica, ma che cosa la scienza e la tecnica possono fare di noi”.

In questo quadro, è evidente che molte cose devono cambiare nella politica, nell’economia e nella scienza. La Chimica, la scienza che più interagisce con l’uomo e con l’ambiente, deve reinventare il suo ruolo in questo nuovo mondo. Ha il dovere di trovare soluzioni per i problemi che essa stessa ha contribuito a creare in passato e deve svolgere un compito di importanza fondamentale: mettere a disposizione dell’umanità energia, materiali e prodotti di sintesi senza compromettere l’integrità dell’ambiente e la salute dell’uomo. Il ruolo che la Chimica deve giocare, oggi e domani, è quindi addirittura più importante di quello che ha svolto in passato. Infatti, anziché sfruttare opportunità per un generico sviluppo industriale, deve contribuire a risolvere problemi urgenti, quali il cambiamento climatico, l’inquinamento, la conversione delle energie rinnovabili in energie di uso finale, la disponibilità di cibo e acqua, il recupero dei materiali, la preparazione di farmaci per le popolazioni del terzo mondo e la riduzione delle disuguaglianze. E non c’è dubbio che dall’impegno volto a risolvere questi problemi pratici nasceranno nuove idee e scoperte fondamentali.

C’è molto bisogno di una nuova Chimica e quindi di giovani che vi si dedichino, consapevoli della grande missione che li aspetta.

[1] V. Balzani, Sapere, agosto 10-15, 2015,

[2] N. Armaroli, V. Balzani: Energia per l’astronave Terra, Zanichelli, 2011.

[3] U. Bardi: Extracted: How the Quest for Mineral Wealth Is Plundering the Planet, Chelsea Green, White River Junction, Vermont (USA), 2014.

[4] V. Balzani, M. Venturi: Energia, risorse, ambiente, Zanichelli, 2014.

[5] http://www.accordodiparigi.it/

[6] Francesco: Laudato si’, Lettera enciclica sulla cura della casa comune, Paoline Editoriale Libri, 2015.

[7] http://www.scienzainrete.it/contenuto/articolo/La-fuga-dalla-realta-e-il-mito-della-crescita-infinita

[8] L.R Brown: World on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse, Earth Policy Institute, Washington (DC), 2011.

[9] T. Piketty: Disuguaglianze, Università Bocconi Editore, 2014

[10] http://ar5-syr.ipcc.ch/

[11] V. Balzani, La Chimica e l’Industria, ottobre 2016 (in stampa)

[12] http://www.regione.emilia-romagna.it/notizie/2015/maggio/nuovo-suv-lamborghini-firmato-a-palazzo-chigi-protocollo-dintesa-tra-ministero-sviluppo-economico-e-regione

[13] N. Armaroli, V. Balzani, Chem. Eur. J., 22, 32–57, 2016

[14] www.huffingtonpost.it/…/auto-elettriche-olanda_n_9640970.html

[15] Nel 2015, su scala mondiale abbiamo consumato ogni secondo 250 tonnellate di carbone, 1000 barili di petrolio e 105.000 metri cubi di gas.

 

Narrare la chimica, rompere l’isolamento

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

a cura di Marco Taddia

 Consigliare un libro non è sempre facile perché occorre tener conto non solo delle qualità dell’opera ma anche delle preferenze, delle eventuali aspettative e del retroterra culturale di chi lo deve leggere. Mi capita abbastanza spesso di farlo, su richiesta di singoli e anche di bibliotecari che conoscono la mia passione per la lettura. Negli ultimi anni, per quanto riguarda i libri in grado di “narrare” efficacemente e piacevolmente la chimica, al primo posto ho quasi sempre collocato “Favole periodiche – Vite avventurose degli elementi chimici” di Hugh Aldersey-Williams (Rizzoli, 2011). Ho già avuto modo di parlarne (http://www.scienzainrete.it/contenuto/articolo/favole-periodiche) e non mi soffermerò più di tanto su questo riuscitissimo libro se non per ricordare un passaggio del prologo che avevo trascurato e che qui torna di attualità. Aldersey-Williams ricorda che gli elementi chimici sono parte della nostra cultura e che di questo non bisogna stupirsi perché, in fondo, sono gli ingredienti di ogni cosa. Ciò di cui bisognerebbe meravigliarsi è la scarsa attenzione che si presta al fatto ma aggiunge: “Questa inconsapevolezza è in parte da ricondursi alla presunzione dei chimici di riuscire a studiare e insegnare la loro materia in un superbo isolamento dal mondo”. Sono d’accordo con lui e ho sperimentato di persona quanto sia poco apprezzato lo sforzo di chi tenta di rompere l’isolamento e “narrare” la chimica. L’edizione originale del libro di Aldersey-Williams (Penguin Books, 2010) ha per titolo “Periodic Tales”. Suppongo che il traduttore abbia avuto qualche dubbio in merito alla differenza fra “racconti” e “favole”. Ma la scelta, benché non ottimale, era quasi obbligata per comprensibili motivi lessicali. Ma che differenza c’è tra raccontare una favola e raccontare la chimica? Da un punto di vista tecnico, vorrei dire nessuna. La differenza infatti sta nel fatto che raccontare la chimica vuol dire raccontare una “storia” vera. Una storia fatta di donne e uomini come noi, non di maghi, fate, streghe, principesse o animali parlanti. Una storia di fatiche e di sudore, di rinunce e sacrifici. Vuol dire raccontare la storia delle idee e anche quella di formule che sono belle ed eleganti al punto da far concorrenza alla opere d’arte. Raccontare la chimica evocando oggetti, laboratori, colori, odori e sapori, è invece narrare.

Rowlandson_-_Chemical_Lectures2Chi narra la chimica, perciò, evoca un mondo che non ha nulla di fantastico ma forse per questo è più bello di una favola. Chi riesce a narrare bene la chimica? Colui che è un po’ scienziato e un po’ scrittore. Il grande Robert Musil ha scritto: “Un uomo che vuole la verità, diventa scienziato; un uomo che vuol lasciare libero gioco alla sua soggettività diventa magari scrittore; ma che cosa deve fare un uomo che vuole qualcosa di intermedio fra i due?”. Nel filmato che segue, registrato il 12 marzo scorso a Bologna (Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari) nel corso del seminario “L’arte di narrare la chimica e il resto”, troverete alcune risposte alla domanda di Musil. Quattro relatori di ottimo livello, incalzati dal sottoscritto e dai suoi studenti, le hanno fornite in maniera esauriente. Erano: Gianni Fochi (chimico e divulgatore, già alla Normale di Pisa), Marco Malvaldi (chimico e scrittore), Marco Ciardi (storico della scienza, UniBo) e Marco Fontani (chimico e storico della chimica, UniFi). Se vi interessate di divulgazione, tre di loro li conoscete già mentre, Malvaldi è così popolare che lo trovate addirittura sul banco dell’edicolante. Dopo una tesi in chimica computazionale, il dottorato e alcuni anni di precariato in Università, Malvaldi ha messo da parte il mestiere di chimico e ha trasformato in professione l’amore per la scrittura. Gli è andata meglio che nella carriera universitaria, notoriamente simile al gioco del lotto. Dopo “La briscola in cinque” (2007), Malvaldi ha perseverato con “Il gioco delle tre carte” (2008) e con “Il re dei giochi” (2010), che insieme all’ultimo “La carta più alta” (2012) costituiscono la cosiddetta “trilogia del BarLume”, apparsa per l’editore Sellerio. Nel video vedrete che il suo intervento inizia in maniera abbastanza insolita per l’ambiente universitario ma preferisco non privarvi di una simpatica sorpresa.

“L’arte di narrare la chimica e il resto”,  Gianni Fochi (chimico e divulgatore, già alla Normale di Pisa), Marco Malvaldi (chimico e scrittore), Marco Ciardi (storico della scienza, UniBo) e Marco Fontani (chimico e storico della chimica, UniFi)

Conferenza 12 Marzo 2014

Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari”, Viale del Risorgimento 4, Bologna

Commento a “Chimica e radici”

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

a cura di Carlo Gessa,  UniBo

Sul blog della Società Chimica Italiana è recentemente comparso un articolo di Claudio Della Volpe “Chimica delle radici ed altre storie”. L’autore, dopo aver richiamato in modo banale alcuni processi di alterazione delle rocce, cita un articolo di Christopher E. Doughty e coll. pubblicato su “Geophysical Research Letters” per  sostenere una tesi, che preferisco non definire, essendo un’estrapolazione discutibile di una ipotesi proposta sulla base dei risultati di una simulazione effettuata  utilizzando un modello di “biological weathering.”

Nel loro lavoro,  C.E Doughty e coll. ipotizzano:

“as global temperatures rise, the soil organic matter layer will shrink, and more roots will grow in the mineral layer, thereby accelerating weathering and reducing atmospheric CO2. We examine this mechanism with a process-based biological weathering MODEL and demostrate that this negative feedback COULD HAVE CONTRIBUTED to moderating long-term global Cenozoic climate during major Cenozoic CO2 changes linked to volcanic degassing and tectonic uplift events.”

Nessuno può negare che le foreste abbiano giocato un importante ruolo “ in stabilizing (CO2)a and climate over the past 45 Myr”( milioni di anni),  quando il pianeta era una immensa palla scoppiettante e terribilmente inquieta.

Il controllo della concentrazione della CO2 nell’atmosfera viene attribuito principalmente  all’attività fotosintetica delle piante, mentre l’azione dell’weathering sia inorganico che biologico è stato sempre sottovalutato. Doughty e coll. cercano di colmare questa lacuna  sostenendo che anche i processi di weathering possono, in qualche misura, aver dato un loro contributo.

Perché Claudio  Della Volpe cita questo lavoro per sostenere che i guai del pianeta sono iniziati con l’uomo agricoltore ( circa 10000 anni fa )? Forse perché ritiene che nei millenni precedenti la terra era un termostato planetario?

A questa idea, contrappongo le parole di Stephen H. Schneider che, nel suo splendido libro “La strategia della genesi, modificazioni climatiche e sopravvivenza globale”, scrive:

Il clima e la geografia terrestri si sono modificati radicalmente nelle varie epoche geologiche. Ma, dal punto di vista dell’esperienza umana, anche il più rilevante di questi cambiamenti sembra scarsamente significativo.Il progredire e il retrocedere delle principali glaciazioni terrestri sono stati sempre separati da decine o centinaia di migliaia di anni. In una tipica registrazione della temperatura, effettuata per gli ultimi 100000 anni , periodo caldi (interglaciali) si alternano spesso a periodi freddi  (ere glaciali) ed è chiaro che noi oggi ci troviamo in un periodo caldo.

Ma il clima varia anche in periodi di tempo molto più brevi e vi sono molte fluttuazioni su piccola scala e a breve termine, che si verificano nell’ambito di un andamento climatico molto più ampio. E’ questo un buon esempio di che cosa la storia del clima possa fondamentalmente insegnare: il clima varia su molte scale del tempo e, anche se le variazioni più lunghe sono spesso le più grandi, le più significative e dannose per l’umanità si possono verificare su tempi molto più brevi.”

Come è possibile prendere seriamente in considerazione la nota di C.D.V. che recita: “Abbiamo distrutto un termostato planetario
e l’abbiamo sostituito con una stufa planetaria anche un po’ sporca”. Il disastro avrebbe avuto inizio “con la sostituzione del ciclo della foresta col ciclo dell’agricoltura” e si sarebbe aggravato con la fertilizzazione minerale delle piante. In pratica, il clima del pianeta sarebbe entrato in crisi 10000 anni fa con la scoperta dell’agricoltura. La crisi sarebbe andata  aggravandosi per colpa di Justus von Liebig che, nel 1840, propose la teoria mineralistica sulla la nutrizione delle piante: i vegetali si nutrono di minerali e non di sostanza organica come sostenevano gli umisti.

E’ stata proprio l’Agricoltura  ad aiutare l’uomo nel suo divenire. A Liebig, un insigne chimico, è giustamente riservata la riconoscenza dell’umanità intera, perché con Lui si è avviata la fertilizzazione minerale delle colture, pratica agronomica che ha decuplicato la produzione agraria. Se non ci fosse stato Liebig, le carestie e la fame avrebbero imperversato anche nel nostro grasso occidente e Maltus avrebbe avuto ragione.

Al periodo di Augusto, l’Italia era un giardino. Con la caduta dell’impero romano, l’uomo abbandona la campagna e la terra ritorna allo stato selvatico. Il paesaggio si modifica, la foresta prende il sopravvento sui campi coltivati, le opere idrauliche ( canali,impianti di irrigazione e drenaggio) vengono demolite, i terreni si impaludano e vastissime aree bonificate diventano pericolosamente insalubri. (oggigiorno si sta verificando una situazione in qualche modo simile: senza  controllo,  cura del territorio e  pulizia dei fiumi etc.,  l’ambiente si degrada velocemente con i disastrosi effetti che conosciamo).  E’ forse questo l’ambiente che l’autore preferisce?

Il paradiso terreste o il mondo di Saturno  esistono solo nella nostra fantasia; la natura è matrigna ed è l’agricoltura che la può migliorare, una agricoltura correttamente intesa, condotta nelle aree pedoclimaticamente vocate, una agricoltura che utilizza in modo razionale tutti i mezzi di produzione, fertilizzanti compresi.

Ciò significa anche il rispetto:

a)     della foresta, in particolare della foresta pluviale tropicale come la foresta amazzonica dove la deforestazione ha disastrose conseguenze. (A. Ehrlich e P. Ehrlich nel loro libro The end of affiance scrivono: “Gli attuali sforzi dei brasiliani renderanno loro semplicemente pochi raccolti in cambio di un’irreversibile distruzione della regione.);

b)    del suolo (solo comparto ambientale di autodepurazione dell’ambiente) e lotta alla speculazione edilizia, alla spinta urbanizzazione e all’insediamenti industriali inquinanti e non sufficientemente garantiti.

Sta agli uomini agire con giudizio onde evitare una agricoltura di rapina.

Dal ragionamento di C.D.V. si deduce che, se l’agricoltura è responsabile di questo disastro planetario, non meno responsabile deve essere considerata la CHIMICA, colpevole di avere sintetizzato i fertilizzanti.

Dalla sintesi dell’ammoniaca, una delle scoperte più importanti per l’umanità, parte la produzione industriale dei fertilizzanti azotati; Fritz Haber e Carl Bosch  dovrebbero essere additati a pubblico ludibrio e dichiarati nemici dell’Uomo e del suo Ambiente?

Oggigiorno è in atto una velenosa campagna di demonizzazione della CHIMICA; una sua errata applicazione potrebbe, è vero, avere effetti disastrosi, ma noi tutti siamo fermamente convinti che le scoperte registrate in questi ultimi secoli abbiano reso un eccellente servizio a tutta l’umanità e devono essere utilizzate e “manipolate” con estrema cura.

Un giorno in classe

a cura di Alfredo Tifi

palloncini_7_6_07Questo altro frammento di esperienza didattica risulta anch’esso dalla applicazione dei protocolli ALCA (academic language of chemistry for all). In questo caso si tratta di un frammento dell’applicazione della quarta fase (su 5) del protocollo avanzato, cioè mirante ai concetti più generali di quelli che emergono dallo studio di casi particolari che si sviluppa in concomitanza.

Struttura interna: riflessioni 14/11/13

12/11 Scrive Mr nel doc. del suo gruppo: “Nelle trasformazioni fisiche la molecola non cambia ma cambia la struttura interna della sostanza, in quelle chimiche cambia sia la molecola che la struttura interna.”

Feedback: Alfredo Tifi 02:42 12 nov
[struttura interna] di che cosa? della molecola? o della sostanza?

Nel frattempo (13/11 mattina, El, Al, Mr e Sm, mentre presentano e difendono la risposta data alla domanda: focale “da cosa si capisce che si formano nuove sostanze in quelle che chiamiamo T. chimiche?” riferiscono oralmente alla classe la loro risposta che:
“Nelle trasformazioni fisiche cambia la struttura interna ma non cambiano le molecole. Nelle T. chimiche cambiano i legami e cambiano le molecole”, seguita dall’obiezione di Mc: “ma se i legami cambiano, come fanno a non cambiare anche le sostanze?”)

Precisazione del gruppo stimolata da me: “i legami di cui parliamo sono quelli tra molecole”
(Il ‘legame’ qui è evidentemente un pseudoconcetto secondo Vygotsky: stesse parole dei concetti scientifici, ma usate con significati spontanei, non accademici e diversi tra loro e soprattutto senza rendersi conto delle differenze).

Mr conferma poi rispondendo sul doc del gruppo:
19:10 Ieri 13/11/13
i legami tra molecole prof.

Da tutto ciò si deduce che il concetto quotidiano di “struttura interna” nel linguaggio della classe è il modo di aggregazione tra molecole, che può cambiare nei passaggi di stato. Un concetto molto chiaro costruito dalle medie a partire dai passaggi di stato.
Il problema con questa concezione è l’aggettivo “interno” che non è più utilizzabile quando si considera che anche le molecole hanno una struttura o quando una data sostanza non abbia struttura molecolare, e quando si frequenta il triennio di chimica.
In effetti il punto critico qui è che i ragazzi non hanno concetti per pensare alla struttura “veramente interna” (molecolare, di coordinazione) basata sui legami “forti”, perché quei pochi concetti che hanno sui legami chimici sono a sé stanti, non inseribili nel continuum che va dalle proprietà fisiche alla struttura “intermolecolare”, proseguendo fino alla struttura molecolare e a quella degli atomi. A metà percorso le loro rappresentazioni hanno uno scatto: dal modello particellare elementare, che va bene per rappresentare i passaggi di stato, per andare “più dentro” non c’è null’altro che le FORMULE. La formula e la struttura intima di una sostanza, quella che causa una composizione determinata, ma anche le sue proprietà, diventano un tutt’uno, decisamente più facile da padroneggiare delle rappresentazioni basate su relazioni di contiguità e legami interatomici.

How-not-what

Per i protocolli si può fare riferimento alle due comunicazioni che ho mandato e cercato di presentare al congresso didichim.

Alfredo Tifi -Apprendimento attivo del concetto di equilibrio chimico –

al XVIII Congresso Nazionale – Divisione di Didattica – Società Chimica Italiana
si veda per un riassunto:

http://www.divini.net/alfredo/

Un anno di blog e il suo futuro.

a cura di C. Della Volpe

Con il 14 novembre è un anno che questo blog è partito e quindi è il momento di tirare le fila e capire come sono andate le cose; anzitutto quanti post e documenti e filmati abbiamo prodotto o raccolto ? In tutto oltre 100 post, una quarantina di paginette brevi e una decina di filmati; abbiamo totalizzato oltre 72000 contatti, oltre 100 followers e 300 interventi. Siamo costantemente nei primi 60 blog scientifici del nostro paese; giusto per capire il più frequentato è quello dell’INAF. Il risultato complessivo non è cattivo se si pensa che i post sono stati scritti in massima parte da meno di 5 persone e questo è il punto dolente: chimici dove siete?

statisticheblog

C’è una redazione ma di fatto la sua funzionalità è ridotta, soprattutto perché una redazione dovrebbe avere più materiale fra cui scegliere e confrontarsi stabilendo una linea editoriale, una serie di interventi, di settori da mettere in rilievo di contatti da cercare, di interviste da realizzare; cose che non obbligano comunque a divisioni del lavoro rigide; il blog non è una rivista ma un luogo di confronto e di divulgazione; l’unica condizione è che ci siano post chiari e scritti in modo appropriato; qualche errore può scappare, e potremo correggerlo velocemente come è già accaduto; d’altronde errori ce ne sono in modo significativo anche nelle riviste professionali.
Tutto ciò si può’ fare se la comunità di riferimento, in questo caso la Società Chimica Italiana, forte di 3000 soci in gran parte persone che lavorano nel settore da anni, non giovani laureati, partecipa al lavoro ed è convinta che l’iniziativa di un blog, che non è affatto isolata (in Italia ci sono decine di blog scientifici anche dedicati alla chimica) è di aiuto nella costruzione di una immagine e di un posizionamento socioculturale della SCI; ma forse non è questo il caso; e dico forse perché non posso negare che una mossa la SCI se la sia data, qualcuno ha partecipato, ma senza costanza se si eccettuano tre vecchiotti come me, Luigi Campanella e Giorgio Nebbia (oggi socio onorario); qualche grande vecchio si è mosso (penso a Balzani, Scorrano e Trifirò); ma dove sono i presidenti delle divisioni, dove sono i giovani d’assalto? Anche l’ambito didattico non ha poi dato questa grande mano; eppure sono stati i post sulla didattica a smuovere maggiore dibattito. Insomma sembrerebbe che il blog non sia ancora arrivato ad essere autonomo, nel senso di vivere di vita propria, rispondere ad una esigenza profonda.
Personalmente non ho intenzione di mollare, ma nemmeno di continuare a fare il motore a tempo pieno; mi aspetto che ci sia una presa di coscienza dell’importanza dell’attività di divulgazione e confronto, ma non a parole, solo nelle occasioni pubbliche, ma nei fatti, nel giorno per giorno, nel seguire la capricciosa evoluzione dei fatti, dei grandi fenomeni ambientali e sociali nei quali la chimica è implicata ogni giorno perché senza la chimica non si cantano messe.
Guerra e pace, ambiente e clima, ricchezza e povertà, cibo e fame, miseria e benessere, cultura ed ignoranza sono i grandi fenomeni quotidiani e la chimica di cui siamo gli attori è dentro e muove gli ingranaggi; sta a noi farlo vedere e capire alle grandi masse di persone; senza una conoscenza di massa della scienza e senza una ampia discussione non ci può essere democrazia vera in un mondo nel quale la scienza è lo strumento produttivo principale. Se rinunciamo a questa lotta per correlare scienza e democrazia la strada è segnata: il futuro è riduzione delle risorse, riscaldamento globale, riduzione degli spazi di libertà e socialità, che la disponibilità di energia e materie prime ha portato negli ultimi 100 anni almeno in una parte del pianeta. Potete non essere d’accordo con me, ma allora a maggior ragione intervenite.
La cosa più tragica non è non essere d’accordo, è non esserci!

I due volti della chimica.

a cura di Luigi Campanella, ex presidente SCI

A dispetto della sua immagine, peraltro infondata, della più ottusa delle scienze fisiche e della corrente chemofobica che la incrimina per l’avvelenamento e l’inquinamento delle nostre città e delle nostre compagne, la chimica è in realtà la scienza centrale del 20˚ secolo. Essa è la base per comprendere la biologia, la medicina, la fisica dello stato solido e l’intera gamma delle tecnologie entrate nella nostra vita di tutti i giorni. La Chimica aiuta anche a comprendere la cosmologia, la geologia, l’evoluzione, l’archeologia e la biotecnologia, nonché il sistema delle prevenzioni e dei rimedi igienici e sanitari.
In questo secolo – che possiamo definire come chimico – la nostra cultura di tutti i giorni ed il nostro benessere dipendono fondamentalmente dalla straordinaria abilità del chimico a sintetizzare, a domanda, strutture molecolari tridimensionali.

Allora perché l’immagine del chimico è così negativa? Perché c’è così grande ignoranza di essa fra i non addetti? Una ragione è forse nel fatto che all’inizio del secolo nessuna nuova grande teoria concettuale è emersa, che fosse paragonabile a quella di Planck. Einstein e Bohr in Fisica o di Freud in Psicologia? Oppure la chimica è meno integrata con la nostra storia culturale poiché non è riuscita a sollevare alcun interesse filosofico? Oppure ciò è dovuto al fatto che la prima immagine di creazione di beni materiali sostenuta da libri ed annunci pubblicitari è stata drammaticamente messa in discussione da disastri come quello di Bhopal?
Le due facce della Chimica possono essere  esaminate e discusse a partire da eventi storici importanti: così la prima guerra mondiale, la guerra del chimico, segna il passaggio da una chimica quella Vittoriana dedicata ai problemi della fame del mondo, della fissazione dell’azoto atmosferico ad una chimica che prepara esplosivi e armi chimiche, innescando all’interno della disciplina una serie di drammatici dilemmi: creazione o distruzione, promesse o minacce, mito o realtà, napalm in Vietnam o crescita della produzione alimentare, inquinamento o disinquinamento? Quest’ultimo merita un’attenzione particolare. Le richieste della Società hanno innescato delle risposte da parte della chimica che ora deve però fare fronte alle numerose richieste in termini filoecologici che nascono proprio dall’avere soddisfatto le prime. Le risposte non sono soltanto scientifiche in questo caso, e come tali, non suscettibili di soluzioni universali ed omogenee.
Le cose vanno meglio nel settore alimentare e in quello farmaceutico. Nel primo la rivoluzione chemio-gastrica e le proibizioni carcinogeniche sono i segnali di una sensibilizzazione verso la salvaguardia del diritto della scienza a proteggere il cittadino al di là degli interessi economici. Nel secondo l’ingegneria razionale delle molecole ha consentito grandi risultati sia sul piano industriale che sanitario. Si adatta assai bene a tale settore quanto John Kenly Smith ha scritto sull’industria chimica Americana definendola interattiva.
Passando dalle applicazioni alla teoria alcune domande vengono poste dal dibattito: c’è una via chimica alla teorizzazione? La chimica ha i momenti suoi propri e razionali o le modificazioni e gli sviluppi scientifici si devono tutti spiegare in termini di contingenze sociali e culturali, come sostengono alcuni sociologi in contrasto con alcune scuole chimiche che sostengono che gli aspetti cognitivi non possono essere mai né ignorati né sottomessi a quelli sociali? I fattori sociali sebbene non insignificanti nella scelta dei problemi chimici, specialmente in un contesto industriale e commerciale, assumono tutto il proprio ruolo nel contesto accademico quando i risultati delle scoperte devono divenire oggetto di investimenti e di scelte di mercato.

"The Alchemist", by Sir William Douglas, 1855

“The Alchemist”, by Sir William Douglas, 1855

La storia in questo caso dovrebbe e potrebbe essere di grande aiuto, ma qui si avverte la separatezza fra chimici e storici della chimica: la grande maggioranza dei ricercatori chimici non legge – e fa male! – libri di storia della chimica e si preoccupa più del rigore e della precisione delle proprie ricerche. Sebbene la chimica non sollevi profonde questioni filosofiche sul cosmo e sulle origini e significati della vita, non di meno esiste una base metafisica della chimica moderna che rappresenta una scienza matura e empiricamente ricca.
E’ certo però che i chimici possono avere successi limitati senza una prospettiva storica, ma di questo le colpe possono essere equamente distribuite per quanto riguarda il passato. Per il presente e per il futuro le correzioni sono sempre possibili ed i segnali si vedono. In fondo questa nota risponde a questo desiderio di integrazione culturale.