Elementi della tavola periodica. Mercurio, Hg (prima parte)

Rinaldo Cervellati

Il mercurio (inglese mercury), simbolo Hg, è l’elemento n. 80 della tavola periodica, collocato al 12° gruppo, 6° periodo, unico metallo liquido a temperatura ambiente. È molto raro nella crosta terrestre, la sua abbondanza media è valutata in 0,08 ppm.

Figura 1. Gocce di mercurio

Nomi utilizzati anticamente per indicare il mercurio sono argento vivo (inglese quicksilver) e idrargirio, dal latino hydrargyrum (Hydrargyrum è il nome da cui deriva il simbolo Hg) che a sua volta deriva dal greco hydrárgyros, composto da ὕδωρ, “hydor” (acqua) e ἄργυρος, “árgyros” (argento).

Il mercurio è noto fin dall’antichità, è stato trovato in tombe egizie che risalgono al 1500 a.C.

In Cina e in Tibet si pensava che l’uso del mercurio prolungasse la vita, guarisse le fratture e mantenesse una salute generalmente buona, sebbene ora sia noto che l’esposizione al vapore di mercurio porta a gravi effetti negativi sulla salute. Il primo imperatore di una Cina unificata, Qín Shǐ Huáng Dì (presumibilmente sepolto in una tomba che conteneva mercurio fluente su un modello della terra che governava, rappresentativo dei fiumi della Cina) morì bevendo una miscela di mercurio e giada in polvere, formulata dagli alchimisti Qin che intendevano dargli la vita eterna. 

Nel novembre 2014 sono state scoperte quantità di mercurio in una camera a 60 piedi sotto la piramide di 1800 anni fa conosciuta come il “Tempio del serpente piumato”, la terza piramide più grande di Teotihuacan, in Messico, insieme a statue di giada, resti di giaguaro, una scatola piena di conchiglie intagliate e palline di gomma.

Gli antichi greci usavano il minerale cinabro (solfuro di mercurio) negli unguenti; gli antichi egizi e romani lo usavano nei cosmetici. A Lamanai, un tempo una delle principali città della civiltà Maya, è stata trovata una pozza di mercurio sotto un campo da ballo mesoamericano.

Nel 500 d.C. il mercurio veniva utilizzato per produrre amalgama (dal latino medievale, “lega di mercurio”) con altri metalli.

Gli alchimisti pensavano al mercurio come alla Prima Materia da cui si formavano tutti i metalli. Credevano che diversi metalli potessero essere prodotti variando la qualità e la quantità di zolfo miscelato al mercurio. Il più puro di questi era l’oro, e il mercurio era richiesto nei tentativi di trasmutazione di metalli vili (o impuri) in oro, che era l’obiettivo di molti alchimisti.

Figura 2. Simbolo alchemico per il mercurio

Proprietà fisiche

Il mercurio è un metallo liquido pesante, bianco-argenteo. Rispetto ad altri metalli è un cattivo conduttore di calore, ma un discreto conduttore di elettricità.

Ha un punto di fusione di -38,83 °C e un punto di ebollizione di 356,73 °C, entrambi più bassi di qualsiasi metallo stabile, sebbene esperimenti preliminari sul copernicio  (l’elemento inferiore al mercurio nella tavola periodica), abbiano indicato che ha un punto di ebollizione ancora inferiore, seguendo la tendenza alla diminuzione dei punti di ebollizione nel gruppo 12. Dopo solidificazione, il volume del mercurio diminuisce del 3,59% e la sua densità cambia da 13,69 g/cm3 a 14,184 g/cm3.

Figura 3. Una moneta da una sterlina galleggiante sul mercurio

Il mercurio solido è malleabile e duttile e può essere tagliato con un coltello.

Una spiegazione completa dell’estrema volatilità del mercurio si trova della fisica quantistica, ma può essere riassunta come segue: il mercurio ha una configurazione elettronica unica [Xe]4f155d106s2, in cui gli elettroni riempiono tutti gli orbitali disponibili. Poiché questa configurazione resiste fortemente alla rimozione di un elettrone, si comporta in modo simile ai gas nobili, che formano legami deboli e quindi fondono a basse temperature.

La stabilità del guscio 6s è dovuta alla presenza di un guscio 4f pieno. Un guscio f scherma scarsamente la carica nucleare che aumenta l’interazione coulombiana attraente del guscio 6s e del nucleo. L’assenza di un guscio interno pieno è la ragione per la temperatura di fusione più alta di cadmio e zinco, sebbene entrambi questi metalli fondano ancora facilmente e, inoltre, abbiano punti di ebollizione insolitamente bassi.

Il mercurio ha sette isotopi stabili, essendo 202Hg il più abbondante (29,86%).199Hg (16,94%) e 201Hg (13,17%) sono i nuclei NMR-attivi più studiati, con spin rispettivamente di 1⁄2 e 3⁄2.  I radioisotopi più longevi sono 194Hg con un’emivita di 444 anni e 203Hg con un’emivita di 46.61 giorni. La maggior parte dei radioisotopi rimanenti ha un’emivita inferiore a un giorno.

Proprietà chimiche e amalgame

Il mercurio non reagisce con la maggior parte degli acidi diluiti, come l’acido solforico diluito, sebbene acidi ossidanti come l’acido solforico concentrato e l’acido nitrico o l’acqua regia lo dissolvano per dare solfato, nitrato e cloruro. Come l’argento, reagisce con l’idrogeno solforato atmosferico. Reagisce con i fiocchi di zolfo solido, che vengono utilizzati nei kit di fuoriuscita di mercurio per assorbirlo (i kit di fuoriuscita utilizzano anche carbone attivo e zinco in polvere).

Dissolve molti metalli come l’oro e l’argento per formare amalgame. Il ferro è un’eccezione e le fiasche di ferro sono state tradizionalmente utilizzate per contenere mercurio. Anche molti altri metalli di transizione del quarto periodo, ad eccezione di manganese, rame e zinco, sono resistenti alla formazione di amalgame. Altri elementi che non formano prontamente amalgame con il mercurio includono il platino. L’amalgama di sodio è un agente riducente comune in sintesi organica ed è utilizzata anche nelle lampade al sodio ad alta pressione.

Il mercurio si combina facilmente con l’alluminio per formare un’amalgama di mercurio-alluminio quando i due metalli entrano in contatto. Poiché l’amalgama distrugge lo strato di ossido di alluminio che protegge l’alluminio metallico dall’ossidazione (come nella ruggine del ferro), anche piccole quantità di mercurio possono corroderlo seriamente. Per questo motivo, nella maggior parte delle circostanze, il mercurio non è consentito a bordo di un aereo a causa del rischio che si formi un amalgama con parti di alluminio esposte dell’aereo.

Principali composti

Il mercurio esiste in due stati di ossidazione, I e II. Nonostante le affermazioni contrarie, i composti Hg (III) e Hg (IV) rimangono sconosciuti.

Composti di mercurio (I)

A differenza dei suoi vicini più leggeri, cadmio e zinco, il mercurio di solito forma composti stabili semplici con legami metallo-metallo. La maggior parte dei composti del mercurio (I) sono diamagnetici e presentano il catione dimerico, Hg2+2. I derivati ​​stabili includono il cloruro e il nitrato. Il trattamento della complessazione dei composti di Hg (I) con forti leganti come solfuro, cianuro, ecc. induce una disproporzione rispetto a Hg2+ e mercurio elementare.

Il mercurio (I) cloruro, un solido incolore noto anche come calomelano (dal greco “bel nero”), è in realtà il composto con la formula Hg2Cl2, con legami Cl-Hg-Hg-Cl. È uno standard in elettrochimica. Reagisce con il cloro per dare cloruro mercurico, che resiste a un’ulteriore ossidazione. Il mercurio (I) idruro, un gas incolore, ha la formula HgH, che non contiene legami Hg-Hg.

Indicativo della sua tendenza a legarsi a se stesso, il mercurio forma policationi di mercurio, che consistono in catene lineari di centri di mercurio, ricoperti da una carica positiva. Un esempio è Hg32+(AsF6)2.

Composti di mercurio (II)

Il mercurio (II) è lo stato di ossidazione più comune ed è anche il principale in natura. Tutti e quattro gli alogenuri mercurici sono noti. Formano complessi tetraedrici con altri ligandi ma gli alogenuri adottano una geometria di coordinazione lineare, un po’ come fa Ag+. Il più noto è il cloruro di mercurio (II), un solido bianco facilmente sublimabile. HgCl2 forma complessi di coordinazione che sono tipicamente tetraedrici, ad es. HgCl42−.

L’ossido di mercurio (II), il principale ossido di mercurio, si forma quando il metallo è esposto all’aria per lunghi periodi a temperature elevate. Ritorna agli elementi se riscaldato a 400° C, come è stato dimostrato da Joseph Priestley (1733-1804) in una prima sintesi dell’ossigeno puro.

Gli idrossidi di mercurio sono scarsamente caratterizzati, come per i suoi vicini oro e argento.

Essendo un metallo tenero, il mercurio forma derivati ​​molto stabili con i calcogeni più pesanti. Preminente è il solfuro di mercurio (II), HgS, che si trova in natura come minerale cinabro, un brillante pigmento vermiglio. Come ZnS, HgS cristallizza in due forme, la forma cubica rossastra e la forma nera come la blenda dello zinco. Quest’ultima a volte si presenta naturalmente come metacinabro.  Sono anche noti seleniuro di mercurio (II) (HgSe) e tellururo di mercurio (II) (HgTe). Essi, così come i vari derivati, ad es. tellururo di cadmio mercurio e tellururo di zinco mercurio, sono semiconduttori utili come materiali rilevatori di infrarossi.

I sali di mercurio (II) formano una varietà di derivati ​​complessi con l’ammoniaca. Questi includono la base di Millon (Hg2N+), il polimero unidimensionale (sali di (HgNH+2)n) e il “precipitato bianco fusibile” o [Hg (NH3)2]Cl2. Conosciuto come reagente di Nessler, il tetraiodomercurato di potassio (II) (HgI42−) è ancora occasionalmente utilizzato per testare l’ammoniaca a causa della sua tendenza a formare lo ioduro di colore intenso.

Il fulminato di mercurio (cianato di mercurio, Hg(CNO)2), è un detonatore ampiamente utilizzato negli esplosivi.

Composti organomercurici

I composti organici del mercurio sono storicamente importanti ma hanno scarso valore industriale nel mondo occidentale. I sali di mercurio (II) sono un raro esempio di complessi metallici semplici che reagiscono direttamente con gli anelli aromatici. I composti organomercurici sono sempre bivalenti, di solito con geometria lineare. A differenza dei composti organocadmio e organozinco, non reagiscono con l’acqua. Di solito hanno la formula HgR2, che sono spesso volatili, o HgRX, che sono spesso solidi, dove R è arile o alchile e X è solitamente un alogenuro o acetato. Il metilmercurio, un termine generico per i composti con la formula CH3HgX, è una pericolosa famiglia di composti che si trova spesso nelle acque inquinate. Nascono da un processo noto come biometilazione.

Disponibilità

Poiché il mercurio non si fonde geochimicamente con gli elementi che costituiscono la maggior parte della massa crostale, i minerali di mercurio possono essere straordinariamente concentrati considerando l’abbondanza dell’elemento nella roccia ordinaria. I minerali più ricchi contengono fino al 2,5% di mercurio in massa, e anche i depositi meno concentrati contengono almeno lo 0,1% di mercurio (12.000 volte l’abbondanza media della crosta). Si trova come metallo nativo (raro) o nel cinabro, metacinabro, corderoite, livingstonite e altri minerali, con il cinabro (HgS) che è il minerale più comune.

Figura 4. Cinabro (sopra) e metacinabro (sotto)

I minerali di mercurio di solito si trovano in cinture orogeniche molto giovani, dove le rocce ad alta densità sono costrette alla crosta terrestre, spesso nelle sorgenti calde o in altre regioni vulcaniche.

Figura 5. Raro campione di mercurio nativo su cinabro

Dal 1558, con l’invenzione del processo patio[1] per estrarre l’argento dal minerale utilizzando il mercurio, quest’ultimo divenne una risorsa essenziale nell’economia della Spagna e delle sue colonie americane. Il mercurio veniva utilizzato per estrarre l’argento dalle lucrose miniere della Nuova Spagna e del Perù. Inizialmente, le miniere della Corona spagnola ad Almadén, nel sud della Spagna, fornivano tutto il mercurio per le colonie. Depositi di mercurio furono scoperti nel Nuovo Mondo e più di 100.000 tonnellate di mercurio furono estratte dalla regione di Huancavelica, Perù, nel corso di tre secoli dopo la scoperta dei depositi nel 1563. Il processo patio e il successivo processo pan amalgamation[2], continuarono a creare una grande richiesta di mercurio per trattare i minerali d’argento fino alla fine del XIX secolo.

Le ex miniere in Italia, Stati Uniti e Messico, che un tempo producevano una grande percentuale della fornitura mondiale, sono state ora completamente estratte o, nel caso di Idrija (Slovenia) e Almadén (Spagna), chiuse per la caduta del prezzo del mercurio. La McDermitt Mine del Nevada, l’ultima miniera di mercurio negli Stati Uniti, è stata chiusa nel 1992. Il prezzo del mercurio è stato molto variabile nel corso degli anni e nel 2006 era $ 650 per 76 libbre (34,46 kg).

Il mercurio viene estratto riscaldando il cinabro in una corrente d’aria e condensando il vapore. L’equazione per questa estrazione è:

HgS + O2 → Hg + SO2

Nel 2005, la Cina era il primo produttore di mercurio con quasi due terzi della quota globale seguita dal Kirghizistan. Si ritiene che diversi altri paesi abbiano una produzione non registrata di mercurio dai processi di elettroestrusione del rame e dal recupero dagli effluenti.

A causa dell’elevata tossicità del mercurio, sia l’estrazione del cinabro sia la raffinazione del mercurio sono cause storiche e pericolose di avvelenamento da mercurio. La salute dei lavoratori nelle miniere funzionanti è ad alto rischio.

La direttiva dell’Unione Europea che rende obbligatorie le lampadine fluorescenti entro il 2012, ha incoraggiato la Cina a riaprire le miniere di cinabro per ottenere il mercurio necessario per la produzione di lampadine CFL.

Figura 6. Lampadina CFL a mercurio

I pericoli ambientali sono stati una preoccupazione, in particolare nelle città meridionali di Foshan e Guangzhou, e nella provincia di Guizhou nel sud-ovest della Cina.

I siti di lavorazione delle miniere di mercurio abbandonate spesso contengono quantitativi di rifiuti molto pericolosi di cinabro esausto. Il deflusso dell’acqua da tali siti è una fonte riconosciuta di danno ecologico. Le ex miniere di mercurio possono essere adatte per un riutilizzo costruttivo. Ad esempio, nel 1976, la contea di Santa Clara, in California, ha acquistato la storica miniera di Almaden Quicksilver e ha creato sul sito un parco, dopo aver condotto un’ampia analisi sulla sicurezza e sull’ambiente dell’ex-miniera.

(continua)

Opere consultate

Handbook of Chemistry and Physics, 85th Ed., p. 4-19

https://en.wikipedia.org/wiki/Mercury_(element)


[1] Il processo patio è un processo per estrarre l’argento dal minerale. Il processo, che utilizza la fusione del mercurio per recuperare l’argento dal minerale, sarebbe stato inventato da Bartolomé de Medina a Pachuca, Messico, nel 1554.

[2] Il processo pan amalgamation è un metodo per estrarre l’argento dai suoi minerali, utilizzando sale e solfato di rame (II) oltre al mercurio. Il processo è stato ampiamente utilizzato dal 1609 fino al XIX secolo; oggi non è più usato.

Professore di scienze e matematica cercasi

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 Claudio Della Volpe

E’ di poche ore fa la notizia che i 267 abitanti dell’isoletta di Tristan da Cunha, nel mezzo dell’Atlantico del Sud ad almeno 2816 chilometri dalla città più vicina e in effetti ad almeno una settimana di viaggio da qualunque altro posto cercano un professore o una professoressa per i loro 23 studenti. La città capitale si chiama Edinburgo dei settemari e il clima è molto piovoso oltre che essere tipico dell’emisfero Sud; adesso si va verso l’estate.

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Un’occasione per insegnare in una comunità unica e fare una reale differenza per la nostra scuola”, recita l’annuncio. “Il viaggio sarà epico e sarete accolti da una comunità amichevole. Richieste eccellenti capacità relazionali e apertura all’avventura, che vi aiuteranno a integrarvi e adattarvi a vivere in un luogo così remoto“.( http://www.tristandc.com/)

In effetti come al solito le notizie dei giornali sono molto semplificate; la cosa è più complessa.

Nel sito dell’isola si cercano 5-6 persone, un primary teacher, quindi un insegnante della scuola elementare (o una coppia) con un contratto biennale e 2-5 insegnanti GCSE ossia per la scuola secondaria per insegnare, per intervalli più brevi (3-6 mesi), scienze, matematica, geografia e inglese.

Gli interessati possono leggere il testo completo dell’offerta su http://www.tristandc.com/jobs.php.

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Perchè commento questa notizia? Beh a parte che mi ha incuriosito c’è un’ottima ragione; Primo Levi fu affascinato dall’isola e scrisse uno dei racconti del Sistema Periodico ambientandolo nell’Isola della Desolazione; il racconto è “Mercurio”, uno dei due racconti inclusi nel Sistema periodico scritti prima della seconda guerrra mondiale. E un racconto fantastico sulle vicissitudini del caporale Daniel K. Abrahams che viene mandato con la moglie Maggie e una guarnigione in un’isola  oceanica «Desolazione», dove viene scoperto il mercurio. E’ ambientato nella prima metà del XIX secolo.

Nel Sistema periodico più o meno tutti i capitoli  riguardano situazioni di vita quotidiana o di lavoro nelle quali allo scrittore è capitato di dover avere a che fare con un determinato elemento, che appunto dà nome al capitolo. Ci sono solo tre casi in cui non è così, ed in due di questi (piombo e mercurio) Levi ci fa subito capire la differenza, stampando questi racconti in un carattere diverso da tutto il resto del libro, usando una tecnica molto in voga oggi e di cui Levi è stato un antesignano.

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dalla mia copia personale dell’edizione Repubblica L’espresso delle opere complete di Levi(2 vol pag 822); l’immagine è volutamente sfocata e serve a mostrare il carattere italico diverso dal corsivo normale degli altri capitoli, oltre che il disegno dell’isola Desolazione

 

Levi non precisa mai la corrispondenza fra l’isola immaginaria e Tristan da Cunha ma la storia che racconta ha una quantità di appigli con la effettiva storia dell’isola atlantica e nonostante esista un’altra isola con questo effettivo nome nelle Shetland del Sud (in Antartide) ci sono pochi dubbi che “Mercurio” faccia riferimento a Tristan. Il primo appiglio è la posizione geografica, 1200 miglia a sudovest di S. Elena e la scelta si restringe parecchio. La mappa disegnata di suo pugno non è tondeggiante, ma l’isola è certamente  vulcanica come effettivamente è Tristan.

Scoperta nel 1506, questa isoletta, con meno di 100km2 di superficie, fa parte di un arcipelago di varie piccole isole, ancora più remote, su una sola delle quali, Gough, esiste un’altra ancora più piccola comunità, una stazione meteorologica sudafricana (6 persone). L’isola è stata anche abbandonata a causa di una eruzione nel 1961; ma quando l’eruzione terminò, nel 1963 gli abitanti vollero tornare a casa loro, soprattutto perchè erano stati sbalorditi dalla violenza esistente nel resto del mondo.

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Perchè Levi si interessò a questa comunità quasi unica? Dalle notizie che si possono trovare (https://it.wikipedia.org/wiki/Tristan_da_Cunha) la cosa è forse comprensibile. In effetti l’Italia ha a che fare con Tristan da Cunha; il primo ad abitarvi stabilmente nel 1811 fu un pirata americano Johnatan Lambert insieme a due compagni uno americano ed uno di Livorno, Tommaso Corri. La cosa ebbe breve durata perchè pochi anni dopo , quando gli inglesi occuparono l’isola soprattutto per evitare che potesse funzionare da base francese per la liberazione di Napoleone detenuta nella “vicina” S. Elena (solo 2430 chilometri di oceano) trovarono solo Corri e con la scusa che non sapeva spiegare cosa fosse successo agli altri due lo arrestarono ed annessero l’isola.

Dopo qualche anno nel 1892 sul brigantino Italia, che trasportava carbone dalla Scozia a Città del Capo, divampò un incendio per autocombustione in pieno Atlantico. Il suo comandante, Rolando Perasso, riuscì a governarlo in un viaggio durato sei giorni fino a farlo arenare sui fondali dell’isola di Tristan, unico approdo possibile in mezzo all’oceano, il 3 ottobre 1892. Tutto l’equipaggio della nave si salvò, e dopo il fortunoso sbarco gli uomini furono ospitati dagli abitanti di Edinburgh. Tre dei sopravvissuti (i camogliesi Gaetano Lavarello e Andrea Repetto, più il marchigiano Nazzareno Marcianesi detto “Ancona”) decisero di rimanere sull’isola. Marcianesi dopo quattro anni lasciò i compagni e si trasferì a Città del Capo. I due camogliesi rimasero per sempre, ebbero numerosi figli, e i loro cognomi sono ancora oggi presenti a Tristan.

Probabilmente l’interesse di Levi discendeva dalle condizioni particolarissime di vita dell’isola che è dotata di uno statuto particolare. Il denaro è poco usato nell’isola, i prodotti sono divisi fra tutti gli abitanti in base a criteri non economici, ma di solidarietà, non esistono ladri, si vive come una volta nelle nostre campagne, con le porte aperte (http://www.doppiozero.com/materiali/cartoline-da/tristan-da-cunha-fuori-dal-mondo   questo post di Adriano Valerio è assolutamente magnfico!).

Il 28 novembre 1815 sbarcarono sull’isola 38 militari, sette civili, 10 donne e 12 bambini che costruirono degli edifici sullo stesso posto dove ora sorge il villaggio. Il 5 maggio 1817 la nave inglese Conqueror riportò in Gran Bretagna quasi tutti gli abitanti sull’isola, tranne William Glass, sua moglie (che si possono considerare i fondatori della comunità isolana) e due scalpellini che rimasero sull’isola fino al 1819 e al 1822.

Nel 1826 William Glass chiese al Duca di Glouchester di portare sull’isola delle donne per i suoi compagni scapoli (tra cui il sessantaquattrenne Thomas Swain che disse che avrebbe sposato la prima donna che avrebbe messo piede sull´isola), l’anno seguente l’impegno fu mantenuto grazie ad alcune donne di colore di Sant’Elena e del Sud Africa tra cui una grassa quarantenne nera che si sposò con Swain: dalla loro unione nacquero diversi bambini. (da Wikipedia)

Questi due episodi sono riportati di fatto nel racconto di Levi ovviamente con elementi più fiabeschi; il mercurio è un elemento importante perchè, prodotto in quantità notevole da una eruzione (Levi sapeva del fatto che l’isola era un vulcano attivo) costituisce sia il materiale il cui scambio permette l’arrivo nell’isola di alcune donne che bilancino la popolazione dell’isola della Desolazione che l’occasione di rottura del legame matrimoniale fra i primi due abitanti dell’isola.

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In fondo il mercurio è liquido e quindi gli scambi e le rotture sono certamente più facili sotto il suo influsso!

Tristan mi affascina perchè è una comunità che può facilmente rappresentare tutto il nostro pianeta; un’isola tonda, isolata, delicata e difficile da vivere ma splendida e che attira i suoi abitanti irresistibilmente; ma riusciranno a rimanervi in modo stabile nonostante le difficoltà? C’è una differenza importante fra Tristan da Cunha e la Terra; gli abitanti di Tristan possono sempre andar via se succede qualcosa, ci starebbero male, ma possono farlo; noi no, noi abbiamo solo la nostra isola cosmica e dobbiamo trattarla bene, meglio di quanto abbiamo fatto finora. Non abbiamo un “outside”, sia pur più brutto e violento, dove fuggire.

Voi che ne dite?

Si veda anche:

http://digilander.libero.it/fratbigio/Riviste/focus_tristan_da_cunha.pdf

https://it.wikivoyage.org/wiki/Sant’Elena,_Ascensione_e_Tristan_da_Cunha

Ultimi indovinelli dal cappellaio matto.

a cura di C. Della Volpe

“Mad as a hatter” è un modo di dire inglese, che fa ricordare a tutti noi il personaggio burlone di “Alice nel paese delle meraviglie” di Lewis Carroll, che poneva continuamente inquietanti non-sense o gustosi indovinelli: “matto come un cappellaio”.

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Illustrazione di John Tenniel, 1865

E’ un  modo di dire che probabilmente deriva dal fatto che nell’industria del feltro si usava il nitrato di mercurio e il suo assorbimento produceva non solo le macchie arancioni, che compaiono nel personaggio di Disney e nel travestimento di altri “cappellai matti” della letteratura e del cinema, ma soprattutto una generale intossicazione del sistema nervoso con conseguenze che partivano dal comportamento strano, da matto, appunto, e che arrivavano  comunemente alla morte precoce.

Nonostante la intossicazione da mercurio abbia queste conseguenze il mercurio è stato uno dei metalli che l’uomo ha usato per primo, date le sue specialissime proprietà; si ha notizia di uso del mercurio da almeno tremilacinquecento anni e il suo consumo è andato crescendo sia per le applicazioni nell’attività estrattiva dei metalli preziosi che nell’industria bellica e in tante altre applicazioni.

Secondo la letteratura [1] solo negli ultimi 500 anni sono stati estratti almeno 1 Mt di mercurio, di cui un terzo o un quarto  dalla sola miniera di Almaden, in Spagna, attiva da 2000 anni; da questa quantità è escluso il contributo della produzione cinese più antica che probabilmente rivaleggiava con quella spagnola. Questa enorme quantità è stata usata nel trattamento dei metalli preziosi (oro ed argento) e nello sviluppo dell’industria mondiale oltre che nella seconda guerra mondiale.

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Il mercurio rappresenta un buon esempio della parabola produttiva completa di un metallo di cui abbiamo esaurito i principali accumuli nella crosta terrestre; oggi produrlo sarebbe molto più costoso di una volta a causa delle bassissime percentuali residue; comunque è chiaro che ne abbiamo abbandonato la produzione anche per la sua riconosciuta tossicità, ma ripeto non prima di averne esaurito letteralmente le risorse minerali più cospicue e concentrate, di cui rimangono in crosta solo un altro 5-10%. Avevo parlato di questo fatto e del problema dei limiti della biosfera in un articolo comparso recentemente su C&I [2]. Ma oggi voglio parlarvi dell’altro aspetto del mercurio, la sua riconosciuta tossicità.

I primi a cercare di difendere le loro condizioni di lavoro furono i minatori italiani dellle miniere toscane che lottarono fin dagli anni 20 del secolo scorso; ma fu solo con il caso Minamata, , che la cosa divenne di dominio mondiale: l’avvelenamento di un intero Golfo giapponese protratto nel tempo dalla criminale azione della Chisso corporation, che usava il mercurio nella produzione di acetaldeide, e invece di raccoglierla in una discarica la immetteva in mare, intossicando ed uccidendo negli anni migliaia di persone, che si nutrivano del pesce del golfo. La causa del disastro fu individuata solo nel 1956 e la produzione interrotta solamente (ahimè) nel 1968 [3].

Attorno all’inizio degli anni 70 la coscienza dei rischi del mercurio era diffusa e obbligò l’amministrazione americana a mettere dei limiti sul contenuto di mercurio dei concimi; questa decisione segnò l’inizio di una crisi del mercato del mercurio o forse sarebbe meglio dire confermò una crisi che già mordeva il mercato mondiale del mercurio, a causa dei crescenti costi di estrazione.

L’uso mondiale del mercurio ne ha fatto un global pollutant: prima del mercato mondiale e della globalizzazione, c’è l’inquinamento globale di cui il mercurio è un protagonista indiscusso, come mostrano i dati del ghiacciaio Freemont che fanno vedere come la sua concentrazione sia regolarmente cresciuta in questo ghiacciaio americano in corrispondenza del suo uso nel mondo intero.

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Dati USGS

Il mercurio entra nei cicli biologici non direttamente come metallo, ma attraverso un suo composto metilato, il metilmercurio, prodotto per azione dei batteri. Tuttavia i dettagli di questo processo sono relativamente compresi nei fanghi dei fondali costali ma molto meno nell’oceano. Si sapeva per esempio che il mercurio entra nell’alimentazione umana attraverso i grandi pesci pelagici, ma non si era capito come il mercurio arrivasse così in alto nella catena alimentare e così facilmente se la fonte erano solo i batteri che lo metilavano nel fondo oceanico.

Un recente articolo comparso su Nature Geoscience [4] svela alcuni aspetti del problema.

Blum e collaboratori hanno analizzato la situazione del mercurio nel grande giro oceanico del Nord Pacifico, attraverso il campionamento della profondità di occorrenza di 9 grandi pesci pelagici (misurata con rivelatori elettronici, “electronic tagging”) e del loro contenuto di due isotopi del mercurio.

Il metil mercurio (MMHg) viene degradato da processi fotochimici e batterici, oppure viene assimilato dai grandi pesci. La fotodegradazione è importante a bassa profondità, ma il suo ruolo diminuisce con il crescere della profondità; contemporaneamente c’è una quota di nuova metilazione proveniente dall’azione batterica che avviene al di sotto di una certa profondità e che spiega l’aumento di assimilazione del mercurio con la profondità di foraggiamento dei grandi pesci pelagici. Non solo, la composizione isotopica di questo mercurio è molto simile, è quasi identica a quella proveniente dalla superficie.

In conclusione l’ipotesi è che batteri adesi alle particelle di nutrienti che sprofondano nell’oceano producano circa l’80% del MMHg al di sotto di una certa profondità. Questo nuovo meccanismo giustifica per la prima volta il risultato dell’accumulo di mercurio che cresce con la profondità di foraggiamento e ne spiega la somiglianza isotopica con quella aerea.

Ma questo risultato pone anche un nuovo quesito, molto importante per il futuro: abbiamo valutato correttamente la dinamica del mercurio nei decenni a venire?

Una quota di mercurio proviene non solo dall’uso diretto, che è ormai diminuito, ma dalla combustione di grandi quantità di carbone che è divenuto il combustibile a basso prezzo del nuovo sviluppo economico cinese ed indiano. Questo mercurio viene trasportato anche a grande distanza sul Pacifico ed assorbito dai grandi pesci attraverso il meccanismo prima descritto e non tenderà a diminuire a meno che non venga ridotto l’afflusso di mercurio da Ovest; questo vuol dire che l’inquinamento da mercurio, che si pensava di poter controllare con la sua abolizione, sta continuando e pone un notevole problema di controllo della intossicazione da mercurio nel supepredatore uomo: questo controllo dipende da quanto il medesimo superpredatore sarà in grado di gestire il suo modo di produrre energia nei paesi di recente sviluppo economico e dal rispetto degli accordi internazionali in tema di inquinamento (per il mercurio esiste l’accordo internazionale di Minamata).

Meccanismi complessi e spesso a prima vista inimmaginabili di retroazione collegano la vita e il futuro di Homo Sapiens Sapiens.

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Questi legami profondi apparentemente misteriosi valgono per tutti i sistemi complessi: un battito di ali di farfalla nella giungla amazzonica potrebbe provocare un uragano sul golfo del Messico, ci raccontava nel 1972 Edward Lorentz, il matematico scopritore degli attrattori strani; l’idea gli era già venuta 10 anni prima in un articolo del 1963, ma allora aveva parlato di battito di ali di gabbiano. Questo cambiamento probabilmente gli fu suggerito da un racconto di Ray Bradbury, Rumore di tuono (A Sound of Thunder) del 1952, in cui si immagina che nel futuro vengano organizzati dei safari temporali per turisti e che  un escursionista del futuro calpesti una farfalla con conseguenze tragiche per la storia umana. Ma in realtà c’è un ulteriore precedente, dovuto ad un altro grande matematico Alan Turing che in un saggio del 1950, Macchine calcolatrici ed intelligenza, scriveva:

turing

Alan Turing, uno dei più grandi matematici della storia umana, spinto al suicidio dalla cultura omofobica della Gran Bretgna post-bellica

 “lo spostamento di un singolo elettrone per un miliardesimo di centimetro, a un momento dato, potrebbe significare la differenza tra due avvenimenti molto diversi, come l’uccisione di un uomo un anno dopo, a causa di una valanga, o la sua salvezza“.

Insomma nella catena infinita di rimandi e di retroazioni fra scienza e cultura umana, fra vita ed economia, sta scritta tutta intera la vita e la morte della nostra specie, una realtà che qualcuno aveva immaginato anche recentemente (vedi qui, nell’ultimo rimando misterioso di questo articolo).

 [1] Lars D. Hylander, Markus Meili, The Science of the Total Environment 304 (2003) 13–27

[2] C. Della Volpe Perchè era matto il cappellaio matto? C&I 2012, 8 142-143

[3]http://en.wikipedia.org/wiki/Minamata_disease#1908.E2.80.931955

[4]Joel D. Blum, Brian N. Popp, Jeffrey C. Drazen, C. Anela Choy & Marcus W. Johnson, Methylmercury production below the mixed layer in the North Pacific Ocean Nature Geoscience (2013)  doi:10.1038/ngeo1918