Istituto Statale di Istruzione Superiore Paolo Carcano

14.3.2012 (scritto all'americana fa 3.14, quindi è pure il giorno del pi greco...)

Ci siamo presi qualche giorno prima di commentare insieme l'antico documentario sull'equilibrio chimico, che molti di voi avevano già visto da soli. Le domande che sono uscite dalla discussione, e che hanno occupato più del triplo del tempo del documentario stesso, mostrano che l'obiettivo era centrato.

- Abbiamo riflettuto ancora su che cosa sia, a livello molecolare, un passaggio di stato, e quindi quali forze siano in gioco nel trattenere insieme le particelle che costituiscono un soldo, un liquido o un aeriforme (in questo caso, se si trattasse di un gas perfetto dovremmo supporre che non ci sia nessuna forza che lo tiene insieme... e probabilmente non è esattamente così, visto che gas realmente perfetti non esistono: sicuramente non lo è quando non si tratta di un gas ma di un vapore, e quindi è sufficiente comprimere per ottenere la condensazione). Forze, evidentemente, intermolecolari: dello stesso genere di quelle grazie alle quali le molecole di colorante si possono muovere nella soluzione acquoso, accostarsi alla superficie di una fibra, diffondersi all'interno più o meno omogeneamente (da qui le strisce!) per poi restarvi fissate.

- Già che ci siamo, abbiamo ripreso in mano vecchi esercizi sulla distanza che c'è fra diversi oggetti molecolari: almeno nel caso di un gas "abbastanza perfetto", o di soluzioni, i calcoli sono molto semplici (fa-te-li!).

- Credo sia stato utile, almeno per qualcuno, considerare in un modo così "visivo" qualche semplice relazione tra le proprietà macroscopiche osservabili e le proprietà microscopiche a cui dobbiamo arrivare tramite il ragionamento logico.

- L'uso di traccianti radioattivi, che quei nostri antenati facevano con forse eccessiva disinvoltura, è ancora oggi una pratica comunissima in molti settori della chimica (sia pure in modi assai diversi), soprattutto per comprendere un meccanismo di reazione; studiando i composti organici  si gioca sulla presenza di isotopi di carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo ecc.. Ma è anche alla base dell'uso di diversi nuclidi per applicazioni mediche (agenti di contrasto per le tecniche di analisi che ci permettono di guardare dentro il corpo umano), il che rappresenta uno dei più interessanti (e anche redditizi) campi d'impiego per un chimico inorganico o bioinorganico.

- Considerando anche il modo un po' antiquato di scrivere e commentare alcune reazioni chimiche, ci sono venuti interessanti spunti per il bilanciamento di reazioni con scambio di protoni (già le conosciamo, sono le reazioni acido base) e con scambio di elettroni (le cosiddette ossidoriduzioni, di cui ci siamo vagamente occupati già in passato e su cui torneremo presto: anche qui, smentiremo subito tutte le leggende secondo cui si tratti di cose difficili da capire  e ancora più difficili da mettere in pratica, direi esattamente il contrario!)

-  -  -  - Aspetta, poi c'era una cosa che stavo dimenticando... ah, già. abbiamo parlato dell'energia cinetica posseduta dalle molecole di bromo, e di come da un lato questa permettesse la diffusione nel contenitore inizialmente sotto vuoto, e di come poi consentisse il rimescolamento (con il passaggio del tracciante radioattivo) pur senza che si vedesse alcun cambiamento delle proprietà macroscopiche, pressione e colore. Questo ci porterà subito dopo a introdurre una particolare misura dell'energia scambiata in certi processi, che prende il nome di... vediamo se ci arrivate? come suggerimento, qui ci sono i fan-ta-sti-ci articoli del leggendario prof. Frank. L. Lambert, che ci avevano dato idee interessanti per alcuni vostri compagni che si sono già diplomati... ce ne fossero, di professori giovani e creativi come questo ragazzo di 93 anni!

A proposito di distanze e di oggetti macroscopici e microscopici: date un'occhiata a questo collegamento e... state attenti a non perdervi: pur avendone visto delle versioni precedenti e non essendo in sé una novità, ci sono rimasto incollato per un quarto d'ora!

21.02.2012, aggiornamento palindromo.

Per fare un passo avanti, casca giusta giusta questa piccola, antica perla di cui ringrazio Paolo Gifh. Un documentario senza data, ma direi di fine anni '60. Il comportamento microscopico (a livello di molecole che reagiscono, si spostano, ritornano sui propri passi mentre altre prendono il loro posto) è collegato alle proprietà macroscopiche, prima fra tutte - ovviamente! - il colore. Quello dei vapori di bromo, quello dello iodio e dello ioduro di piombo, e quello dei pesci rossi e neri in un acquario .

Mi ha fatto l'effetto di un vecchio brano che non ricordavo e che ho ascoltato qualche giorno fa. Una chitarra, un organo hammond ed una batteria che letteralmente incantavano; il sound sembrava più o meno degli stessi anni del nostro documentario. Alla fine la spiegazione: Eric Clapton, Steve Winwood e Ginger Baker. Già, erano i Blind Faith, ecco perchè ero rimasto a bocca aperta ad ascoltare. Qui invece ho visto i titoli di coda ed ho capito perchè il filmato mi suonava bene: c'era la mano di George Pimentel, forse il più brillante innovatore della didattica in chimica generale, in un progetto presieduto da Glenn Seaborg, l'uomo che ha rivoluzionato il sistema periodico grazie ai suoi studi sugli elementi transuranici (fate caso al nome dell'elemento 106). Signori, giù il cappello: per essere così fantasiosi e comprensibili bisogna essere dei grandi.

Ah... non chiedetemi di ripetere le prove in laboratorio. Non ho voglia di farvi maneggiare dei vapori di bromo, e la disinvoltura con cui quei signori usavano dei traccianti radioattivi oggi sarebbe impensabile. Meglio che torniamo a maneggiare i coloranti: quelli attuali, pericoli per la salute non ne danno - al massimo rischiamo di scottarci le dita con i bagni troppo caldi!

La 2C2 ha giocato al "Piccolo Chimico Tintore" e lo ha fatto sufficientemente bene per organizzare e condurre l'happening "Melting Colours" del 16.2 con gli amici del Lycée Stanislas di Wissembourg.

Come abbiamo già detto, tuttavia, le nostre esperienze avevano prima di tutto il senso di aiutarci a capire la chimica generale del nostro corso intoduttivo biennale.

Per ripartire con la spiegazione dopo la pausa internazionale, ho scelto le strisce di colore che abbiamo notato su alcuni dei campioni tinti e che, dal punto di vista del prodotto finito, vanno sicuramente considerate come dei difetti. Ma se è vero, come si dice fin troppo spesso, che ogni problema è un'opportunità, proprio da lì possiamo cominciare a ragionare.

Perchè quelle strisce? perchè a volte più chiare ed altre più scure? e perchè sembano aver colpito le zone di sfondo (guardando l'immagine al diritto), che sappiamo essere quelle in cui si vede la trama di rayon viscosa tinto con coloranti diretti - e non le altre, in poliestere tinto con dispersi?

Il centro del discorso, l'abbiamo già detto, è nel capire perchè e come una certa sostanza vada a fissarsi ad un'altra, e magari solo a quella e non ad un'altra ancora. In questo caso la cosa era facilmente visibile proprio per la formazione del colore, ma capiterà anche quando non ci saranno cambiamenti così vistosi. Anzi, capiterà quasi in ogni fenomeno chimico!

Nella discussione a ruota libera che ne è seguita, siamo arrivati ad un punto interessante: le interazioni che legano il colorante alla fibra sono dei veri Legami Chimici (con la doppia maiuscola, nel senso di legami covalenti) o sono invece dei "legami" di altra natura, quelli che chiamiamo forze intermolecolari, cioè che si esercitano tra molecole che hanno qualcosa in comune, ma senza fondersi diventando una sola cosa?

Agli albori della chimica, diciamo duecento e rotti anni fa, era stata introdotta la parola affinità, che indicava quell'insieme di forze "misteriose" capaci di attirare e legare gli oggetti della chimica. Ricordiamo che in quel periodo c'era ancora una discreta confusione tra il significato di atomo o di molecola, di elemento o di composto, eccetera. Si era lontanissimi dall'idea di molecola come struttura legata da atomi che condividono coppie di elettroni, per intenderci.

Quelle stesse idee di affinità chimica le ritroviamo nel famoso romanzo di Wolfgang Goethe del 1809, Die Wahlverwandtschaften, che in italiano viene di solito tradotto come Le affinità elettive.

Di chi fosse Goethe, il più celebre personaggio della cultura tedesca dell'epoca, sentirete parlare spesso. Sarà interessante scoprire che fosse una persona molto curiosa di fatti scientifici, anche se spesso il suo impeto lo portava decisamente fuori strada (per esempio con le sue Lezioni sul colore).

Il romanzo potete leggerlo o no, ai tempi era considerato scabroso, oggi potrebbe sembrarvi più lento e noioso di una telenovela; magari lo potrete apprezzare più avanti.

Ciò che mi interessa qui è che quel tipo di affinità fra elementi, all'epoca, veniva considerato molto simile al rapporto affettivo ed amoroso, sottintendendo perciò che anche le relazioni fra le persone potessero dipendere da qualche scambio di forze di tipo chimico o fisico. L'idea non era nuova, in fondo tutta l'alchimia si basava su ragionamenti di questo tipo. La trama del romanzo, in pochissime parole, vede due coppie che si separano e ricompongono in un modo che sembra spontaneo e quasi spinto da forze naturali, per poi arrivare a tragiche conclusioni.

Ma proprio da qui prenderemo spunto anche per discutere una faccenda non meno vecchia (anzi, arcaica): la classificazione delle reazioni chimiche in sintesi, decomposizioni, semplici e doppi scambi etc., che ancora oggi, incredibilmente, trova spazio nei Libri di Testo. Quella dei quattro personaggi del libro era, appunto, una reazione di doppio scambio nel senso chimico del termine. Il discorso è meno frivolo di quel che pensate: sotto c'è il tema del fatto che l'uomo abbia il libero arbitrio nelle sue scelte, o sia invece una macchina condizionata da automatismi (se ne parla molto, oggi, in termini di genetica). Ma  per ora ci fermiamo.

Per capire cosa c'entri tutto questo con il meccanismo di tintura della cellulosa con i coloranti reattivi... restate sintonizzati!