BLOG: LA CHIMICA E LA SOCIETA'

Luigi Campanella, già Presidente SCI

La comunicazione fra fede e ragione, soprattutto in un mondo sempre più secolare, non può che apportare benefici alla società, a prescindere da come ognuno di noi la possa pensare sul piano politico e filosofico. Karol Wojtila diceva che l’uomo soffre per mancanza di visione e conoscenza.

Oggi disponiamo di parecchi modi per comunicare : cellulari, internet, skype, facebook; ma stiamo davvero comunicando? A guardare le espressioni di odio, di intolleranza che continuamente ci feriscono si direbbe di no.

Gli esperti dicono che la comunicazione per essere efficace richiede tecniche specifiche capaci di attrarre l’attenzione dell’audience, di impressionare. Ma allora viene il dubbio che comunicare significhi manipolare chi ci ascolta. Una comunicazione deformata diviene propaganda, non trasmissione di conoscenza. E poiché la conoscenza è la base della sostenibilità economica, ambientale, sociale ecco che queste vengono messe in discussione, ecco che cominciano a prevalere l’individualismo, la xenofobia, il massimalismo. Se tu conosci meno di me ecco che io posso crescere più di te e tu dipenderai da me, sempre. Questo assunto, macroscopicamente errato, che potrebbe essere validato soprattutto nella scienza, deifica i mercati finanziari ed il PIL nella convinzione che più questo cresce più si vive bene, mentre è chiaro che poiché l’integrale non è infinito, in corrispondenza di questo assunto se ne instaura un altro di crescita delle discriminazioni.

https://www.researchgate.net/publication/272474475_Flussi_di_conoscenza_e_spazi_ibridi_di_apprendimento/figures?lo=1&utm_source=google&utm_medium=organic

Le nostre economie estraggono risorse, le utilizzano con il lavoro e producono scarti e rifiuti: parte di questo lavoro è utile e sano, ma non tutto: basti pensare a tutte le attività illecite e disoneste che pure producono PIL. Il solo mezzo per rendere sostenibile questo ciclo di energia e materia consiste nel riciclare la maggior parte degli scarti e nel sopprimere la parte illecita del lavoro, pervenendo ad una riduzione del nostro prelievo di risorse non rinnovabili. La sostituzione degli idrocarburi fossili con le energie rinnovabili farà probabilmente abbassare la produttività del lavoro, ma con l’intelligenza del capitale umano è possibile compensare con il lavoro umano il calo di produttività dell’energia che sostituiamo al petrolio e ,di conseguenza, l’occupazione ne sarà favorita. Tutti questi processi in atto insieme hanno innescato un clima di incertezza, di insicurezza, sfiducia, le madri del populismo inteso come avversione ai privilegi della casta e dei poteri forti, delle elite intellettuali, degli organi sovranazionali. Non c’è dubbio che ciò possa rappresentare un problema per la stabilità delle nostre istituzioni democratiche. Forse da scienziati dovremmo cominciare a pensare di trattare il populismo non come una patologia, ma come un’audience speciale e prestare ad essa una maggiore attenzione creando conoscenze più che informazioni, cultura ancor più che conoscenza.

«Vorrei dirlo con le parole di Hannah Arendt, grande filosofa del XX secolo, “viviamo in tempi bui” – prosegue Bauman – Ovviamente non sto dicendo che siamo ciechi: vediamo benissimo ciò che ci sta intorno, ma piuttosto che, come accade al buio, riusciamo a vedere solo ciò che sta immediatamente vicino a noi, ma non oltre. Inoltre, come disse Ludwig Wittgenstein, altro grandissimo filosofo del XX secolo, comprendere significa sapere come andare avanti. E questo è proprio ciò che a noi manca: la capacità di comprendere. Abbiamo a disposizione un’enorme quantità di informazione, in byte, come mai prima nella storia, ma abbiamo una minore capacità di comprendere cosa sta accadendo e cosa sta per accadere rispetto ai nostri antenati che godevano invece di una salutare ignoranza relativa»

Cerimonia per la consegna della laurea honoris causa, Università del Salento

Gli intellettuali devono riprendere a parlare con continuità.

Fino agli anni 70 avevamo assunto un compito di primordine ponendoci come confine fra concretezza e teoresi. Dopo la trasformazione dell’Italia del boom, le contestazioni giovanili, il terrorismo hanno indotto una stagione di non militanza, comunque minimalista. Per dirla con Umberto Eco:”in passato l’intellettuale si spingeva al di là del colore politico; oggi questo avviene sempre di meno anche perché l’industria e la società hanno cambiato strategia, dismettendo mecenatismo culturale, pubblicazioni periodiche, mostre” o con Thomas Eliot:”Dov’è la saggezza che abbiamo perso con la conoscenza? Dov’è la conoscenza che abbiamo perso con l’informazione?”

Luigi Campanella, già Presidente SCI

La raccomandazione di esporsi al sole con prudenza deriva dal crescente numero di casi di tumori della pelle. Da qui anche la crescita del consumo di creme solari a protezione del nostro corpo dai raggi UV. (ne avevamo parlato qualche anno fa)

L’ambiente d’uso delle creme solari vicino al mare comporta un rischio per la qualità dell’acqua marina proprio a causa del rilascio in acqua di queste creme sia perché smaltite impropriamente sia perché rilasciate dai nostri corpi durante i bagni. La composizione di queste creme riferita a questi loro crescenti rilasci nelle acque marine comincia a preoccupare a seguito di fenomeni che si osservano con sempre maggiore frequenza inquinamento dei bacini marini, danni alle barriere coralline, diversità biologica a rischio soprattutto per pesci, molluschi e flora marina. Quali sono le sostanze che, rilasciate in quanto contenute in queste creme, possono provocare i danni suddetti?

Innanzitutto c’è da osservare l’importanza della concentrazione che viene raggiunta in corrispondenza di spiagge affollate ed in periodi di bagni e turismo. Non si può non partire dal dato quantitativo più impressionante: ammontano a oltre 10mila le tonnellate di creme solari disperse ogni anno nei nostri mari ed oceani sulla base di una dose giornaliera di 2 mg di crema per cm2 di pelle.

Passando poi alla qualità sostanzialmente i pericoli vengono sia dalla componente inorganica che da quella organica di composizione delle creme solari. Sebbene esistano due tipi di creme solari a seconda che il filtro sia chimico oppure uno schermo fisico, nel primo caso composti capaci di assorbire le radiazioni uv, nel secondo ossidi minerali che invece le riflettono, il danno viene osservato in entrambi i casi. Si pensi che le sostanze utilizzate come filtro chimico vengono considerate dall’UE nocive per l’ambiente marino richiedendo per il loro smaltimento un pretrattamento: ma il nostro corpo rilascia senza pretrattamenti!

I composti incriminati sono molteplici amminobenzoati, cinammati, benzofenone, dibenzoilmetano ed in campo inorganico biossido di titanio, ossido di zinco, solfato di ammonio, siliconi. Il componente organico più temuto è pero l’ossibenzone chetone organico aromatico,anche noto come benzofenone-3:

i coralli lo assorbono risultandone avvelenati ,con blocco della crescita e ricadute negative anche per i pesci che perdono preziosi siti che possono ospitare le loro uova.

Una recente ricerca da parte di un’università spagnola pubblicata su Env Sci Technol descrive l’esperienza di versare una comune crema solare in un campione di acqua marina: vengono rilevati in breve tempo rilasci di alluminio, titanio, silice, fosforo.

Per il titanio attraverso un algoritmo è stato calcolato l’aumento della sua concentrazione in acque costiere a seguito dell’ingresso di bagnanti in una giornata estiva: è risultato pari al 20%! A proposito del titanio c’è anche da tenere presente che è contenuto nelle creme solari nella forma di ossido, un composto che fotocatalizza molte reazioni con il conseguente rischio di produrre molecole nuove rispetto a quelle presenti nel formulato. Se poi, come avviene sempre più spesso, questo composto viene usato in forma di nano particelle alcune indagini scientifiche suggeriscono che tali nano particelle penetrano all’interno del corpo umano con danni cellulari ed al DNA. Un recente studio dell’università delle Marche ha evidenziato un ulteriore danno provocato dal rilascio di creme solari e subito dai ricci di mare del Mediterraneo dei quali viene contrastato lo sviluppo embrionale e larvale, producendosi così malformazioni che ne compromettono il ruolo di organismo ingegnere con la capacità di supportare altre reti trofiche, in sostanza favorendo la biodiversità. Ovviamente le fonti di inquinamento dei nostri mari sono anche altre, ma il contributo delle creme solari è confermato: da qui il ripensamento in atto sulla loro composizione che sempre più si orienta su prodotti algali, oli essenziali, vitamine, carotenoidi.

https://www.univpm.it/Entra/Engine/RAServeFile.php/f/inaugurazione_AA/Danovaro_Prolusione.pdf

https://oceanservice.noaa.gov/news/sunscreen-corals.html

https://www.repubblica.it/viaggi/2020/01/01/news/palau_da_oggi_niente_creme_solari_uccidono_i_nostri_coralli_-244751031/

Rinaldo Cervellati

Anche quest’anno Chemical & Engineering news ha promosso un’indagine fra i lettori su quali considerassero le molecole più interessanti sintetizzate nel 2019.

I risultati sono stati riportati con un breve commento da Celia Henry Arnaud nel numero del 3 dicembre scorso della rivista on-line (C&EN’s molecules of the year for 2019).

Qui riporto le prime classificate nella mia traduzione adattata dello scritto di Arnaud.

Al primo posto, con la maggioranza relativa degli intervistati (29%), si trova la sintesi di una nano gabbia antiaromatica[1]. Il gruppo di ricerca coordinato dal prof. Jonathan R. Nitschke (University of Cambridge, UK) ha realizzato questa nanogabbia con il complesso antiaromatico Ni(II) norcorrole[2], a cui hanno aggiunto sostituenti e ioni ferro per fare in modo che la molecola potesse autoassemblarsi in una forma tetraedrica:

I bastoncini blu rappresentano pareti antiaromatiche; in grigio i sostituenti sulle pareti. In verde = Ni; in rosso = Fe.

Le molecole intrappolate nella gabbia presentano segnali di risonanza magnetica nucleare spostati verso il basso secondo la loro posizione, da 3 (giallo) a 9 ppm (rosso), causa le insolite proprietà magnetiche della gabbia stessa (M. Yamashima et al., An antiaromatic-walled nanospace., Nature, 2019, 574, 511-515)

Al secondo posto, con il 20% di preferenze, si sono classificati nuovi allotropi ciclici del carbonio a 18-C. I ricercatori, coordinati dai Dr. Katharina Kaiser (IBM, Zurigo) e Lorel M. Scriven (University of Oxford, UK), hanno realizzato molecole cicliche a 18 atomi di carbonio con legami singoli e tripli alternati:

I ricercatori hanno utilizzato gli impulsi di tensione provenienti dal puntale ad ago di un microscopio a forza atomica per eliminare monossido di carbonio da una molecola di ossido di ciclocarbonio C24O6, un precursore multiresistente. Essi hanno iniziato con un precursore multianello (da sinistra in figura) prelevando via via molecole di monossido di carbonio ottenendo intermedi fino a produrre il ciclo carbonio-18 (a destra in figura). Le immagini al microscopio a forza atomica (in basso) indicano che l’allotropo del carbonio ha una simmetria di nove.

(K. Kaiser et al., An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon., Science, 2019, 365, 1299-1301)

Terzo classificato (19%) il metano incluso nel C60

Il gruppo di chimici coordinato da Richard J. Whitby, University of Southampton, in collaborazione con un ricercatore francese, ha sintetizzato per la prima volta un fullerene endoedrico in cui ciascuna gabbia di fullerene C60 incapsula una singola molecola di metano. Il metano è la prima molecola organica, nonché la più grande, ad essere stata incapsulata in C60 fino ad oggi.

(S. Bloodworth et al., First Synthesis and Characterization of CH4@C60., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 5038-5043)

In breve, i ricercatori hanno realizzato una gabbia in fullerene con un anello a 17 membri contenente zolfo, hanno forzato il metano all’interno ad alta pressione e hanno chiuso la gabbia ossidando lo zolfo ed espellendolo come gruppo sulfinile per via fotochimica.

Al quarto posto (13%) si trova la prima struttura cristallina planare esagonale osservata.

La possibilità che complessi di metalli di transizione adottino una geometria planare esagonale è stata proposta più di 100 anni fa, ma non era mai stata osservata in una struttura cristallina fino a quest’anno. Questa rara struttura è costituita da un atomo di palladio circondato da tre ligandi magnesio-diisopropilfenile:

L’osservazione è stata riportata dal gruppo di ricerca di Mark Crimmin dell’Imperial College di Londra (M. Garçon et al., A hexagonal planar transition-metal complex., Nature, 2019, 574, 390-393)

Al quinto posto, a pari consensi (7%), si collocano:

strutture intrecciate contenenti solo anelli benzenici

Un gruppo di chimici giapponesi ha realizzato catenani ad anelli intrecciati e una molecola con struttura nodo a trifoglio (trefoil knot) e anelli intrecciati costituiti da soli anelli benzenici.

È una novità poiché in generale strutture di questo tipo contengono eteroatomi come ad es. l’azoto. I ricercatori hanno raggiunto questo risultato collegando fra loro nanoanelli fenilici in macrocicli su modelli in silicio. L’eliminazione del silicio con fluoruro ha quindi condotto ai prodotti desiderati.

(Y. Segawa et al., Topological molecular nanocarbons: All-benzene catenane and trefoil knot., Science, 2019, 365, 370-372)

Un perfenilacene più lungo e più piegato

I ricercatori della Tulane University (Louisiana, USA) hanno sintetizzato, in tre fasi, il dodecafenil tetracene – quattro anelli benzenici uniti circondati da 12 anelli fenilici pendenti e piegati.

La molecola è di interesse per l’elettronica organica e il fotovoltaico.

(Y. Xiao et al., Dodecaphenyltetracene., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 2831-2833)

[1] L’antiaromaticità è caratteristica di una molecola ciclica con un sistema di elettroni π che ha un’energia maggiore a causa della presenza di elettroni delocalizzati 4n (π o coppia solitaria) in essa. A differenza dei composti aromatici, che seguono la regola di Hückel e sono altamente stabili, i composti antiaromatici sono instabili e molto reattivi. Il termine fu proposto nel 1967 dal chimico statunitense Ronald C.D. Breslow (1931-2017) per indicare “una situazione in cui una delocalizzazione ciclica degli elettroni è destabilizzante”.

[2] Il norcorrole è una porfirina ad anelli contratti. Il complesso norcorrole-Ni(II) presenta un distinto carattere antiaromatico ma è stabile.

Claudio Della Volpe

L’anno della tavola periodica degli elementi è passato e noi arriviamo per ultimo al primo di essi, in un ciclo di discussione e divulgazione che non ha mai fine.

L’idrogeno, il primo, il più semplice e diffuso degli elementi nell’Universo; prodotto dalla nucleogenesi partita con il big bang. La nucleogenesi dell’idrogeno iniziò poco dopo il big-bang, solo 380.000 anni dopo; la combinazione fra protoni e elettroni, resa possibile dalla riduzione di temperatura legata all’espansione dell’Universo, consentì il flusso di radiazione in un Universo che era opaco, la zuppa cosmica, ma diventato finalmente pervio alla luce, la radiazione di fondo, quella catturata da Arno Penzias.

In conseguenza di questo iniziò anche il processo di formazione delle prime gigantesche stelle biancazzurre, la cui radiazione portò alla re-ionizzazione dell’idrogeno elementare nell’Universo. Questa radiazione assorbita a 78MHz è stata rivelata da un recente esperimento (EDGES) pubblicato su Nature e riportato qui sotto.

Dunque l’idrogeno non è solo il più leggero ma anche il più antico atomo dell’Universo conosciuto e per il primo miliardo di anni la sua produzione prima le sue reazioni nucleari poi e la sua capacità di assorbimento determinano la forma della radiazione cosmica.

Esso è anche il più abbondante atomo dell’Universo, ma non sul nostro pianeta, dove comunque lo troviamo legato a praticamente tutto il resto, data la sua notevole reattività. Acqua, metano, ammoniaca, acido solfidrico e cloridrico sono le forme più comuni di questi prodotti di reazione dell’idrogeno, con gli altri atomi comuni del pianeta.

Tuttavia è molto raro trovarlo da solo; è pur vero che lo troviamo in atmosfera, ma in una percentuale corrispondente a meno di 200 Mton in tutta l’atmosfera; lo estraiamo da sorgenti fossili, ma perciò stesso finite; inoltre come abbiamo raccontato in un recente post , l’idrogeno (insieme all’elio) è in grado di sfuggire all’attrazione terrestre in ragione di alcuni kg al secondo. In conclusione l’idrogeno per essere usato deve essere estratto dalle molecole che lo contengono; quelle che lo cedono a costo minore come il metano fossile sono di fatto finite e dunque dal punto di vista energetico l’idrogeno è e sarà sempre un vettore non una sorgente; estrarlo costerà sempre un accidenti; questo è essenziale da capire. Non è diverso in questo, come vettore, da altri atomi come alcuni metalli (Al e Zn) che viceversa devono essere liberati dall’ossigeno, ma almeno sono a costo zero di accumulo (nel senso non devi comprimerli) e durano una eternità. Non è alla base di nessuna sorgente primaria; potrebbe diventarlo se riuscissimo a sviluppare reattori a fusione, ma al momento la cosa è di là a venire.

                                              Densità         e   densità energetica dell’idrogeno:

Liquido                                        0.07 kg/L , 35 mol/L, 10 MJ/L

Gassoso (700 atm, 20°C)         0.042kg/L, 21 mol/litro, 6MJ/L

Gassoso (1 atm, 20°C)    0.00009kg/L, 0.045moli/L, 0.013MJ/L

Olio combustibile                 0.85Kg/L,                             , 35.7MJ/L

La sua densità di energia in massa è alta (circa 146 MJ/kg, dunque oltre tre volte quello del petrolio, 42MJ/kg), ma non si può dire altrettanto della sua densità volumetrica. Dato che l’idrogeno liquido ha una densità di 0.07 rispetto a 0.85 del petrolio; ne segue che in termini di volume l’idrogeno è nettamente peggio: 1 litro di petrolio produce circa 36MJ termici mentre 1 litro di idrogeno liquido, molto più complesso da stoccare, produce solo meno di un terzo di questa cifra ed uno di idrogeno compresso un sesto circa.

Aggiungiamo a questo che l’idrogeno non può essere bruciato in un normale motore a combustione in quanto è capace di penetrare nella struttura metallica ed indebolirla; dunque occorrono motori a combustione opportunamente progettati per resistere a tale problema.

Ovviamente si può usare nelle famose celle a combustibile, ossia può essere bruciato per via elettrochimica; con una serie di distinguo che provengono dai meccanismi specifici.

Ovviamente si potrà usare per accumulare energia solare; tuttavia qua consideriamo una cosa; l’efficienza complessiva in impianti effettivi con una densità di corrente ragionevole, è di circa l’80-90%, ma di questo decantato valore buona parte è energia termica (stiamo parlando di cogenerazione insomma non di sola elettricità) e scende significativamente se teniamo conto dei costi di pompaggio (a circa 700 atm che è la pressione comune di stoccaggio i costi di lavoro di pompaggio e di raffreddamento sono superiori ad 11MJ/kg di idrogeno). I dati più recenti sono qua sotto:(Energy Environ. Sci., 2019, 12, 463 The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system)

In genere la reazione fra ossigeno ed idrogeno è termodinamicamente favorita a bassa temperatura, ma cineticamente lo è ad alta, dunque come nella reazione di Bosch Haber abbiamo un conflitto fra cinetica e termodinamica.

Le celle a combustibile usabili a bassa temperatura sono dunque molto efficienti ma necessitano di catalizzatori molto efficienti, come il platino, che sono soggetti ad avvelenamento da monossido di carbonio (CO). Dunque le celle che furono usate per fornire energia durante l’ammarraggio lunare nel 1969 necessitavano di reagenti purissimi, che erano disponibili per caso nel senso che il razzo Saturn usava idrogeno ed ossigeno liquidi come sorgente di energia. Inoltre la soluzione elettrolitica basica che si usava era avvelenabile se si fosse usata aria, in quanto la CO2, che l’avrebbe acidificata, fa parte integrante dell’aria del pianeta. Occorre usare un elettrolita acido come acido solforico.

Conclusione quella cella storica, non molto dissimile dalla originale cella inventata nel lontano 1839 da Grove non è mai stata usata.

Viceversa sono state sviluppate celle a membrana protonica (il nafion, un polimero sintetico superacido fatto di gruppi solfonici attaccati ad una base perfluorurata e già usato nel processo cloro-soda) che lavorano fino a 100°C ma sempre con catalizzatori costosi basati sul platino; celle ad acido fosforico che lavorano fino a circa 200°C. Tutte queste celle sono costose, soggette ad avvelenamento del catalizzatore, ma molto efficienti; se alimentate con aria, in cui la pressione parziale di ossigeno che è solo 0.2 atm riduce l’efficienza termodinamica possono essere usate come generatori di energia elettrica ad alta efficienza, fino al 70-80% (dipende dalla corrente richiesta).

Aumentando la temperatura della reazione si può ridurre il costo dei catalizzatori o farne a meno proprio; l’ENEA ha sviluppato brevetti sulle celle a carbonati fusi, in cui l’elettrolita è un carbonato e dunque la CO2 non è un problema, ma si tratta di apparecchiature lente ad avviarsi e da tenere permanentemente sopra la temperatura di fusione del carbonato, dunque adatte a fare da generatori fissi più che mobili.

(si veda il bel volumetto della Ronchetti: http://old.enea.it/produzione_scientifica/pdf_volumi/V2008_02CelleCombustibile.pdf )

Stessa situazione per le celle a combustibile ad ossidi solidi in cui il conduttore è un ossido di cerio drogato con un altro ossido come l’ittrio; con la loro carica più bassa del cerio gli ioni droganti riducono il numero di ioni di ossigeno necessari e dunque liberano posti nel reticolo cristallino incrementando la conducibilità.

Questo avviene a temperature vicine ai 1000°C; i catalizzatori non sono più necessari ma sono pochi i materiali che sono in grado di resistere al catodo e all’anodo a queste drastiche condizioni; e comunque anche queste ottime celle prodotte per esempo dalla Solid Power qui a pochi km da Trento sono adatte come generatori fissi di elettricità e calore (cogenerazione); a quella temperatura possono usare perfino un idrocarburo semplice come il metano come sorgente di idrogeno.

Nessuna di queste applicazioni è entrata nel mercato massicciamente per vari motivi legati al costo e anche alla affidabilità dei dispositivi. Sono tutte strade in fieri (secondo i dati che si trovano in rete a tutt’oggi sono stati installati 225.000 impianti fissi e circa 10.000 auto a idrogeno, essenzialmente la Toyota Mirai, 78.600 euro, di cui una in Italia, in provincia di Bolzano dove esiste una serie di distributori lungo la A22; ci sono altri due o tre modelli come la Hyunday Nexo (70.000 euro), Honda Clarity Fuel (70.000 euro) e Mercedes GLC (800 euro al mese) ma non sono in vendita da noi).

Ci sono sette isotopi dell’idrogeno, ma solo i primi tre hanno una emivita ragionevolmente lunga, superiore diciamo al millesimo di secondo. Di questi tre isotopi sono stabili il primo e il secondo, il deuterio (un neutrone aggiuntivo nel nucleo) mentre il terzo, il trizio, che ha due neutroni aggiuntivi nel nucleo, è radioattivo, decadendo con emivita di circa 12 anni in 3He.

Sembra che l’idrogeno sia stato scoperto per primo da Paracelso, che però avendo fatto reagire metalli ed acidi forti non si rese conto di aver ottenuto un nuovo elemento. Fu riscoperto da Boyle mescolando ferro ed acidi; ed infine fu ufficialmente “scoperto” da Cavendish nel 1766; egli però caratterizzò il prodotto ottenendo acqua dalla sua combustione. Ma nemmeno stavolta le cose andarono lisce del tutto, in quanto Cavendish aveva usato come metallo il mercurio e ritenne erroneamente che era stato il mercurio e non l’acido ad emettere la nuova sostanza. Il fatto fu definitivamente acclarato da Lavoisier che ripetè gli esperimenti ma comprese che l’origine era l’acido Era il 1783, e dunque la scoperta dell’idrogeno necessitò di ben due secoli e mezzo! Lavoisier gli assegnò anche il nome con cui lo conosciamo adesso.

L’idrogeno puro si ottiene mediante reazione di acidi con metalli, oppure industrialmente mediante l’elettrolisi dell’acqua oppure il reforming del gas naturale, la gassificazione di residui della raffinazione del petrolio e queste sono al momento le sorgenti più economiche.

Una delle cose più curiose e meno conosciute è che l’idrogeno è in realtà la miscela di due diverse specie, entrambe di formula H2, ma con proprietà chimiche non identiche: ortoidrogeno e paraidrogeno.

Ne abbiamo parlato in un post di qualche tempo fa. Sono specie che differiscono per gli orientamenti dello spin del nucleo, ossia dei due protoni, il cui campo magnetico è orientato nella medesima direzione (orto) o in direzioni opposte (para); questo secondo stato corrisponde a uno stato energetico leggermente più basso. L’equilibrio fra le due specie dipende ovviamente dalla temperatura, spostandosi verso orto al crescere delle temperatura; si tratta però di un equilibrio a cinetica lenta. Dunque senza un opportuno catalizzatore la variazione di stato dell’idrogeno durante la liquefazione lascia invariato il rapporto, e l’equilibrio si ripristina lentamente, cedendo calore; ovviamente il calore ceduto consente ad una parte almeno dell’idrogeno di ripassare allo stato gassoso. Dunque un problema non indifferente per lo stoccaggio dell’idrogeno a bassa temperatura; risolubile usando un catalizzatore per esempio un economico ossido di ferro.

L’idrogeno ci appare come la specie più comune e semplice della Chimica, ma c’è qualche trucco; in un post di qualche anno fa avevo analizzato (fra l’altro) i due ioni più importanti che può produrre H+ ed H–, due numeri di ossidazione diversi +1 e -1. Il primo di cui parliamo sempre con la più grande facilità in realtà NON ESISTE nella materia ordinaria, in quanto la sua densità di carica è così alta che esso immediatamente strappa elettroni o si lega ad altre specie; dunque in acqua per esempio avremo specie come H3O+, H5O2+ e così via, ma non avremo mai il protone libero.

Al contrario avremo il secondo, lo ione idruro che è stabile avendo saturato il suo orbitale 1s, ha una densità di carica ragionevole e si trova perfino in reticoli cristallini, insomma è una vera specie chimica anche se molto meno conosciuta e nominata. La sua esistenza e le sue proprietà sono importanti in molti processi come le idrogenazioni sia chimiche che elettrochimiche, con il meccanismo del famoso “diagramma vulcano”, di cui casomai parleremo un’altra volta.

Quali sono le principali reazioni in cui si usa l’idrogeno? Beh ovviamente le idrogenazioni, ossia le reazioni per trasformare molecole insature in molecole sature (come i grassi insaturi in margarina) oppure la regina delle reazioni con l’idrogeno, ossia la reazione che ha trasformato l’agricoltura e la produzione di esplosivi: la reazione di Haber-Bosch, di cui abbiamo parlato in vari post.

Si tratta di una reazione di idrogenazione che fa reagire azoto ed idrogeno. La molecola di azoto ha un triplo legame, dunque è estremamente stabile. Le elevate temperature che sarebbero necessarie per attuare tale scissione accelerando la cinetica di reazione non la favoriscono termodinamicamente perché essa diventa endoergonica ad alta temperatura. Fritz Haber e Carl Bosch scoprirono come usare dei catalizzatori per utilizzare temperature di reazione minori e dunque non andare incontro ad un ostacolo termodinamico.

In realtà si prospettano usi più intensivi dell’idrogeno, considerato come un combustibile “pulito”, ossia privo di effetti collaterali.

In realtà l’idrogeno è si privo di effetto serra, a differenza di altre molecole come il metano, per esempio, ma ha una serie di effetti collaterali indiretti sia di tipo climatico che di altro tipo per cui ha senso chiedersi quale è il suo ciclo biogeochimico globale e cosa succederebbe se lo usassimo massicciamente come pensano i supporters dell’idrogeno come vettore.

L’argomento è complesso e non ben conosciuto ed è solo dal 1989 che esistono dati precisi sulla presenza dell’idrogeno in atmosfera e della sua distribuzione isotopica con studi che sono stati supportati dall’amministrazione USA, NOAA.

Vi indico due lavori, uno è il classico di Novelli e altri che però risale al 1999, (in calce) mentre il più recente, basato su una tesi di dottorato, di Pieterse e altri è del 2013. I principali risultati sono riportati sotto da una tabella di Pieterse che riassume i principali lavori dedicati al tema del ciclo dell’idrogeno.

Per fare un paragone che abbia senso consideriamo che l’idrogeno usato per produrre ammoniaca ogni anno (176 Mton nel 2016) è pari ad oltre 30 Mton. Questa quantità è enorme come si può vedere dal confronto con i dati complessivi (che in questa tabella non ne tengono conto perché quell’idrogeno non entra DIRETTAMENTE nel ciclo). Dunque anche in questo ciclo siamo dei player importanti.

(I simboli denominati S1, S2 etc sono i vari scenari di consumo previsti nel lavoro di Pieterse ma non analizzati da noi)

La stima che avevo riportato nel post sul ciclo di elio e idrogeno come vedete è perfino ridotta, circa 150 Mton (o Tg, teragrammi, 1012 grammi) con un tempo di vita in troposfera molto breve di circa due anni. Ogni anno il flusso è circa dunque la metà di tale deposito troposferico e proviene essenzialmente dall’attività fotochimica (ossia dalla degradazione fotochimica di metano e altri idrocarburi) e dalle combustioni (che sono in gran parte di origine umana); l’assorbimento aviene ancora una volta per via fotochimica, tramite la reazione con il radicale OH e in prevalenza tramite la deposizione secca sul suolo.

Come si vede parecchie fonti e pozzi sono ancora incerte.

Gli effetti indiretti dell’idrogeno in atmosfera sono potenzialmente notevoli: esso può alterare il tempo di permanenza del metano perché reagisce con OH. radicale che ne regola la distruzione; inoltre l’incremento in stratosfera può aumentare l’acqua stratosferica aumentando la quantità di nubi stratosferiche che a loro volta regolano le reazioni del radicale Cl. E quest’ultimo influenza lo strato di ozono. Ed infine se aumenta la concentrazione di idrogeno in atmosfera aumenta la sua quantità persa nello spazio; il calcolo di questi effetti è ai suoi inizi, ma devono essere presi in considerazione come prova dell’effetto che un metabolismo antropocenico ha sulla biosfera, perfino nelle sue versioni considerate più sostenibili.

L’idrogeno è un gas che ha dominato l’atmosfera terrestre primordiale e il residuo di questa enorme importanza viene dalla ubiquitaria presenza di enzimi di idrogenazione nei tessuti biologici; questo ci rivela che il suo ciclo complessivo e la sua interazione con quello del carbonio probabilmente dovrebbe essere meglio studiato, soprattutto se pensiamo di mettere mano più a fondo al suo uso .

Piché-Choquette S, Constant P. 2019. Molecular hydrogen, a neglected key driver of soil biogeochemical processes. Appl Environ Microbiol 85:e02418-18. https://doi.org/10 .1128/AEM.02418-18.

Paul C. Novelli et al. Molecular hydrogen in the troosphere: global distribution and budget, JGR vol 104 NO. D23, pg. 30,427-30-444 1999

Pieterse et al. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH: ATMOSPHERES, VOL. 118, 3764–3780, doi:10.1002/jgrd.50204, 2013   Reassessing the variability in atmospheric H2 using the two-way nested TM5 model

Rinaldo Cervellati

(il primo post di questa serie è qui)

Quando i chimici dell’atmosfera si spostano dall’esterno all’interno, un’altra grande differenza che trovano, a parte i livelli di luce più bassi, è l’ubiquità delle superfici. All’esterno, questi scienziati studiano spesso la chimica nell’atmosfera superiore e la superficie principale di cui si occupano è la superficie delle particelle di aerosol.

“Se sei lontano dal suolo nell’atmosfera, trovi le particelle e tantissima aria. E la quantità di materiale che si trova nella fase condensata delle particelle è piccola”, spiega Abbatt dell’Università di Toronto.

Ma al chiuso, le superfici sono ovunque. Sono luoghi in cui le sostanze possono essere assorbite e riemesse, spesso dopo aver subito una reazione. E la quantità di materiale su quelle superfici è molto più alta che nei grandi spazi aperti.

Vicki H. Grassian, chimico dell’Università della California di San Diego, è leader del consorzio SURFace per la chimica degli ambienti interni, che fa parte del programma Sloan. Sta studiando le superfici interne per determinare quali composti si depositano su quali superfici. È particolarmente interessata ai meccanismi molecolari dei processi che avvengono sulle superfici interne. Tali dati potrebbero quindi essere inseriti in modelli computazionali di chimica dell’atmosfera indoor.

Vicki H. Grassian

Il gruppo di Grassian ha iniziato con sistemi di modelli in silice (SiO2) per imitare finestre e altre superfici vetrate. I ricercatori stanno studiando come gas e particelle organiche interagiscono con le superfici di silice, come queste specie si depositano sulla superficie e come vengono riemesse [7]. Stanno anche esaminando come i gas reagiscono con gli ossidanti indoor. Il team utilizza la microscopia a forza atomica accoppiata alla spettroscopia infrarossa per studiare la deposizione di pellicole organiche su superfici di vetro posizionate in vari ambienti interni [8].

Ma il vetro non è l’unica superficie nelle case. Ci sono anche pareti, controsoffitti e tappeti. Tessuti come tappeti e abbigliamento hanno un’enorme capacità di assorbire composti organici, afferma Glenn Morrison, ingegnere ambientale presso l’Università della Nord Carolina: “Se metti un nuovo tappeto in una casa, rilascerà VOC. Ma assorbirà anche così tanti SVOC che vedrai la concentrazione di SVOC nell’aria diminuire per mesi.”

Quando Jonathan Williams, chimico dell’atmosfera al Max Planck Institute for Chemistry, si interessò alla chimica indoor, si rese conto che ogni casa è diversa dalle altre. Le persone cucinano cibi diversi. Usano diversi prodotti per la pulizia, diversi arredi, diversi prodotti di consumo. Alcune persone fumano altre no.

Jonathan Williams

Ogni casa può avere emissioni diverse, e Williams si chiese se esistesse un fattore comune in tutte le abitazioni: “Qual è il fattore comune in qualsiasi spazio abitativo?” La risposta fu: “Ce n’è solo uno, ed è la persona o le persone che vi abitano “.

Il gruppo coordinato da Williams aveva già misurato le sostanze volatili emesse dalle persone in un cinema per rilevare le loro reazioni emotive ai film. Quindi sapeva che le persone emettono una quantità notevole di sostanze chimiche. Ha quindi deciso di estendere questo lavoro collaborando con i ricercatori dell’Università Tecnica di Danimarca per identificare e misurare le sostanze chimiche volatili emesse dalle persone.

I ricercatori hanno condotto esperimenti in camere di dimensioni contenute con basse emissioni di fondo. Hanno variato la temperatura, l’umidità e la concentrazione di ozono delle camere e l’età e l’abbigliamento dei partecipanti volontari nella ricerca. Afferma Williams: “Con solo queste cinque variabili, siamo stati in grado di vedere enormi differenze in ciò che una persona emette”. È stato esaminato il modo in cui tali variabili hanno influenzato i VOC, l’ammoniaca, l’anidride carbonica, il metano, le particelle, la reattività OH totale e i microrganismi.

Williams e collaboratori hanno scoperto che alle basse temperature gli esseri umani emettono meno VOC che alle alte temperature. Di per sé, questo risultato potrebbe non essere sorprendente, ma “anche 5 gradi fanno una grande differenza”, sostiene Williams. E la scelta di una persona di indossare indumenti a maniche lunghe o corte ha influenzato le misurazioni. Le persone devono rendersi conto che le decisioni che prendono possono davvero influenzare le sostanze chimiche cui sono esposte perché molte di esse provengono dalla pelle o dal respiro.

Goldstein e i suoi colleghi di Berkeley hanno anche condotto osservazioni sugli effetti degli occupanti sulla composizione dell’aria in una classe universitaria [9]. I ricercatori hanno misurato i VOC e l’ozono nella stanza per un periodo di 2 settimane.

È risultato che quando l’aula era normalmente occupata con più di 20 studenti, i due terzi dei composti organici volatili presenti nella stanza provenivano dalle persone, poco meno di un terzo dall’esterno e meno del 10% da oggetti nella stanza stessa. Sono stati rilevati sottoprodotti del metabolismo come isoprene e acetone, indicando che la maggior parte delle emissioni derivavano da prodotti per la cura personale. I livelli erano più alti al mattino per poi diminuire nel corso della giornata.

Il composto organico volatile dominante nella stanza è risultato un metilsilossano ciclico, il decametilciclopentasilossano, noto semplicemente come D5, che è un ingrediente comune in antitraspiranti, balsami per capelli, cosmetici e lozioni, che agisce come lubrificante o idratante. Preoccupante è stato constatare che anche le persone che non facevano uso di questi prodotti sono state esposte al D5 perché tutti hanno respirato la stessa aria.

Gli intensi studi in ambienti residenziali interni sono limitati da ciò che gli occupanti degli ambienti riescono a sopportare. Non è un segreto che la maggior parte degli studi sull’aria interna nelle abitazioni sono condotti all’interno di quella del ricercatore principale. In questo modo, si possono gestire meglio gli eventuali reclami degli occupanti. Ma i ricercatori hanno trovato un modo per risolvere il problema.

I membri della comunità dei chimici indoor si sono riuniti nel 2018 per intraprendere uno studio sul campo di 4 settimane all’interno di una casa appositamente dedicata alle misurazioni, che è stata chiamata HOMEChem (House Observations of Microbial and Environmental Chemistry ). L’idea nacque da Delphine K. Farmer, chimico dell’atmosfera, e Marina E. Vance, professore di ingegneria meccanica all’Università del Colorado. L’intenzione era di effettuare una ricerca sul campo su larga scala che avrebbe fornito un ampio insieme di dati riunendo nel contempo molti ricercatori in una comunità affiatata. La Fondazione Sloan ha fornito oltre 1 milione di dollari per il progetto HOMEChem.

E la casa perfetta li stava aspettando all’Università del Texas ad Austin. Un gruppo di professori aveva acquistato la casa mai abitata con fondi della National Science Foundation degli USA.

La casa è catalogata come attrezzatura da laboratorio e i ricercatori non sono autorizzati a dormirvi. Ma fornisce un posto per l’esecuzione di esperimenti che potrebbero essere troppo invadenti per essere effettuati in case private.

Il progetto HOMEChem si basa sugli studi come quelli condotti da Goldstein e Nazaroff, che hanno entrambi preso parte anche a HOMEChem.

“Avevamo un’enorme quantità di strumenti scientifici avanzati e siamo stati in grado di esaminare più tipi di molecole nell’ambiente interno di quanto non fosse mai stato visto contemporaneamente in precedenza.”, afferma Farmer.

Delphine Farmer (a sinistra) e Allen Goldstein nella casa-laboratorio

Oltre a identificare e quantificare i composti organici, i ricercatori hanno anche misurato ossidanti come radicali idrossilici, ozono e ossidi di azoto, cruciali per capire cosa succede in un ambiente interno.

Dozzine di ricercatori hanno lavorato nella casa-laboratorio di Austin nel giugno 2018. Hanno effettuato un vasto programma di esperimenti esaminando fattori come ambienti, pulizia e ventilazione [10]. In alcuni giorni, un singolo tipo di attività è stato ripetuto più volte, come ad es. cucinare in padella e far uscire l’aria dalla casa.

Altri giorni prevedevano attività sequenziali come cucinare seguito da un’intensa pulizia. Sono stati usati diversi sistemi di pulizia in giorni diversi per vedere come vari tipi di prodotti per la pulizia – a base di olio di pino, a base di cloro, a base di ammoniaca e i cosiddetti prodotti per la pulizia naturale – influenzassero la chimica della casa. La pulizia con un detergente al profumo di pino ha aumentato i livelli di limonene, mentre la pulizia con candeggina ha aumentato i livelli di cloro.

I ricercatori hanno anche misurato la concentrazione di particelle all’interno e all’esterno della casa. Hanno scoperto che la concentrazione di particelle inferiori a 2,5 micron è generalmente più bassa all’interno che all’esterno, salvo durante la cottura.

Peter F. DeCarlo della Drexel University ha misurato le particelle di aerosol come parte di HOMEChem. È risultato che molte particelle indoor provengono dall’esterno, ma le attività di cottura generano enormi quantità di particelle che riducono la concentrazione di quelle provenienti dall’esterno. Queste particelle provengono dal combustibile usato nella cottura e da oli e alimenti da cucina.

Peter F. DeCarlo

I ricercatori hanno anche scoperto che l’ordine delle attività influenza la chimica dell’aria interna nella casa sperimentale. Se per prima cosa si effettua la pulizia e poi si cucina si ottiene un certo risultato, viceversa si ottiene un risultato diverso.

Non si nota una linea di base che cambia di giorno in giorno, ma si osserva che ciò che è accaduto immediatamente prima di un’attività può avere un impatto sulla chimica successiva.

Il gruppo di DeCarlo ha anche misurato l’ammoniaca nella casa-laboratorio. L’ammoniaca è un irritante noto per gli occhi e i polmoni. È anche abbastanza reattivo. DeCarlo è interessato all’ammoniaca perché ha dimostrato di allontanare altre specie contenenti azoto dalle superfici e tornare nell’aria. Un primo esempio è la nicotina del fumo di tabacco che si è depositato sulle superfici, il cosiddetto fumo di terza mano, che viene respinto nell’aria.

Ma prima, DeCarlo doveva determinare un livello base di ammoniaca. Lui e il suo team hanno scoperto che il livello di fondo di ammoniaca all’interno era circa 10 volte più alto rispetto ai tipici livelli esterni [11]. Tutte le attività pianificate – cucina, pulizia e occupazione – hanno aumentato i livelli di ammoniaca, soprattutto la pulizia.

DeCarlo sospetta che l’alto livello di ammoniaca provenga dall’edificio stesso. “Ciò che stiamo imparando sempre di più è che i materiali da costruzione diventano una spugna per qualsiasi cosa accada al suo interno”, afferma.

Studi come HOMEChem sono ancora gli inizi della comprensione della chimica indoor. Al momento HOMEChem e molti altre indagini sul campo stanno catalogando i composti organici nelle abitazioni e le loro possibili reazioni prima di porsi domande sulla loro dannosità. Alcune ricerche, tuttavia, hanno iniziato a valutare gli effetti sulla salute di specifiche sostanze.

Ad esempio, Heather M. Stapleton della Duke University sta studiando gli effetti dell’esposizione dei bambini agli SVOC negli ambienti interni. In questa ricerca, il gruppo di Stapleton ha visitato abitazioni nella zona di Durham, nella Carolina del Nord, e raccolto campioni di polvere domestica, salviette per le mani e campioni di sangue e urina da bambini che erano disposti a collaborare [12].

Heather M. Stapleton

I ricercatori si sono concentrati sulla rilevazione di molecole come ritardanti di fiamma, plastificanti e pesticidi. Hanno scoperto che la quantità di ftalati nelle urine dei bambini era correlata alla percentuale di pavimenti vinilici in casa. Gli ftalati sono usati come plastificanti nei pavimenti in vinile e sono noti per avere effetti di interferenza endocrina. In alcune case, tutto il pavimento era in vinile. I bambini in quelle case avevano livelli elevati di metaboliti di ftalato.

“Sfortunatamente, nel nostro studio, le case con pavimenti in vinile al 100% erano case popolari”, dice Stapleton. Le autorità pubbliche per l’edilizia abitativa rinnovano di rado tali case, quindi i residenti non hanno molta scelta quando si tratta di sostituire i vecchi pavimenti.

Nonostante tali studi, comprendere l’esposizione e l’impatto dei vari composti sulla salute umana è ancora molto lontano.

Bibliografia

[7] Yuan Fang et al., A molecular picture of surface interactions of organic compounds on prevalent indoor surfaces: limonene adsorption on SiO2., Chemical Science, 2019, 10, 2906, DOI: 10.1039/c8sc05560b

[8] Victor W. Or et al., Crystal Clear? Microspectroscopic Imaging and Physicochemical Characterization of Indoor Depositions on Window Glass., Environ. Sci. Technol. Lett. 2018, 5, 514-519.

[9] Xiaochen Tang et al., Volatile Organic Compound Emissions from Humans Indoors., Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 12686-12694.

[10] D.K. Farmer et al., Overview of HOMEChem: House Observations of Microbial and Environmental Chemistry., Environ. Sci.: Processes Impacts, 2019, 21, 1280-1300.

[11] L. Ampollini et al., Observations and Contributions of Real-Time Indoor Ammonia Concentrations during HOMEChem., Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 8591-8598.

[12] S.C. Hammel et al., Children’s exposure to phthalates and non-phthalate plasticizers in the home: The TESIE study., Environment International, 2019, 132, 105061

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Sono da tempo un supporter delle Missioni don Bosco e mi diverto a studiare la vita di questo personaggio di certo complesso ,educatore e fondatore, genio della carità,e che in questi giorni ho scoperto anche ecologista con una chicca sulla raccolta differenziata. Risale al 1885 una sua circolare a stampa che nel suo piccolo-la città di Torino di allora –anticipa ed ovviamente a suo modo risolve il grande problema della nostra società:quello dei consumi e dell’usa e getta con accumulo progressivo di scarti e rifiuti.

Trattandosi di una sua circolare il destinatario è generico:”La S.V. saprà che le ossa,avanzate dalla mensa e generalmente dalle famiglie gettate nella spazzatura come oggetto d’ingombro,riunite in grande quantità riescono in quella vece utili alla umana industria,e sono perciò ricercate dagli uomini dell’arte (industria), pagate alcuni soldi per miriagramma. Una società di Torino, colla quale mi sono messo in rapporto, ne acquisterebbe in qualsivoglia quantità”.

A questo punto don Bosco lancia la sua proposta”In vista di ciò ed in conformità di quanto già si sta praticando in alcuni Paesi a favore di Istituti di beneficenza,io sono venuto nel pensiero di ricorrere alle benestanti e benevole famiglie di questa illustre città,e pregarle ,che invece di lasciare che vada a male e torni disutile questo rifiuto della loro tavola, lo vogliano cedere gratuitamente a benefizio dei poveri orfanelli raccolti nei miei istituti, e specialmente a vantaggio delle Missioni di Patagonia, dove i Salesiani con ingenti spese e con pericolo della propria vita stanno ammaestrando ed incivilendo le tribù selvagge,per fare loro godere i frutti del progresso. Simile ricorso e siffatta preghiera io fo pertanto alla S.V. benemerita convinto che vorrà prenderli in benigna considerazione ed esaudirli.

Il progetto sembrava appetibile da più parti: le famiglie si liberavano di parte dei rifiuti da tavola, la ditta era interessata ad raccoglierli per riutilizzarli diversamente (prodotti alimentari per animali,concimi per la campagna); don Bosco ne ricavava denaro per le missioni e la città rimaneva più pulita. I vantaggi erano di tutti, ma non potevano bastare; occorreva procedere alla raccolta di ossa “porta a porta” in tutta la città. Don Bosco non si scompose; ed eccolo organizzare questa impresa facendo attenzione ad evitare i sempre possibili abusi.

“A quelle famiglie che avranno la bontà di aderire a questa umile mia domanda ,sarà consegnato un apposito sacchetto, ove riporre le ossa mentovate,le quali sarebbero spesso ritirate e pesate da persona a ciò incaricata dalla società acquisitrice,rilasciandone un buono di ricevuta,il quale- in caso di controllo colla società medesima- sarebbe di quando in quando ritirato a nome mio. Così alla S.V. non resterà altro da fare che impartire gli ordini opportuni,affinché questi inutili avanzi della sua mensa che andrebbero dispersi,siano riposti nel sacchetto medesimo ,per essere consegnati al raccoglitore e quindi venduti ed usufruiti dalla carità. Il sacchetto porterà le lettere O.S.(Oratorio Salesiano) e la persona che passerà a vuotarlo presenterà pure un qualche segno per farsi conoscere dalla S.V. e dai suoi famigliari”.Ovviamente la proposta andava sostenuta con qualche incentivo!Eccolo:”La S.V. si renderà benemerita delle opere sopraccennate ,avrà la gratitudine di migliaia di poveri giovinetti,e- quello che maggiormente conta-ne riceverà la ricompensa di Dio promessa a tutti coloro che si adoperano al benessere morale e materiale dei loro simili. Appena avuta la sua adesione darò ordine che le sia consegnato il mentovato sacchetto.”

Non sappiamo-non ho trovato notizie in merito-se l’iniziativa abbia poi avuto successo,ma certo i temi ed i modi affrontati sono gli stessi di oggi per imporre, gestire e incrementare la raccolta differenziata ed il riciclo degli scarti, specialmente di quelli alimentari. Quello che stupisce e fa riflettere è che quanto ho raccontato risale ad un secolo e mezzo fa.

Mauro Icardi

Nell’approssimarsi delle festività di fine anno mi capita di rileggere, con un filo di nostalgia, le pagine dedicate al Natale da scrittori che non sono quelli ritenuti unanimemente i classici narratori di questa ricorrenza. Ovviamente conosco ed apprezzo i racconti di Charles Dickens, o le struggenti poesie di Guido Gozzano. Ma c’è chi ha raccontato il Natale in maniera molto diversa. Lo ha fatto Mario Rigoni Stern. E lo ha fatto Primo Levi.

Nel 2000 la casa editrice Einaudi pubblica un volume intitolato “L’ultimo Natale di guerra” che raccoglie i racconti «dispersi» di Primo Levi, scritti tra il 1977 e il 1987 e pubblicati in tempi diversi. Il racconto che dà il titolo alla raccolta era comunque già presente nella prima edizione delle “Opere complete”, quella pubblicata nel 1997.

Nell’ambito della fabbrica di Buna e in particolare nel laboratorio chimico al quale Levi è stato assegnato, si instaura tra lo scrittore torinese, deportato e prigioniero, e Frau Mayer una ragazza tedesca un rapporto particolare. La Mayer è l’unica tra le ragazze che lavorano nel laboratorio della Buna a non mostrare disprezzo verso il giovane chimico ebreo. Anzi dovendo riparare la gomma forata della sua bicicletta chiederà proprio a Levi di fare questo lavoro. Lo chiederà rivolgendosi a lui non con superbia ed altezzosità. Ma dicendo semplicemente “per favore”. L’educazione e la cortesia sono usuali tra gli uomini liberi. Ma all’interno del Lager l’educazione e la cortesia, possono essere comportamenti rischiosi, sia per Frau Mayer, che per il prigioniero haftlinge 174517.

Un sovvertimento totale delle assurde regole dell’universo concentrazionario. Superando timori e reticenze, aggirando le assurde e burocratiche regole del Lager, Levi ripara la gomma forata, ricevendo come ricompensa per il lavoro fatto (rischioso perché è lavoro sottratto alla mai realizzata produzione di gomma sintetica destinata allo sforzo bellico tedesco), quattro zollette di zucchero e un uovo sodo.

E oltre a questo la Mayer, consegnando questa ricompensa particolare sussurra a Levi che “Presto viene Natale”. Frase che lo stesso autore ritiene ovvia ed allo stesso tempo assurda, se rivolta ad un prigioniero ebreo. Levi conclude dicendo che queste parole intendevano significare altro. Quello che nessun tedesco avrebbe osato formulare in chiaro. Per Levi questo gesto e queste parole non possono riabilitare gli innumerevoli tedeschi indifferenti o inumani. Ma tutta la vicenda narrata ha avuto il merito di rompere uno stereotipo. Dal mio personale punto di vista mi piace pensare che, invece si sia trattato di breve momento nel quale si stabilisce un effimero, debolissimo legame di empatia ed umanità. Fugace ma prezioso.

Questa prima parte del racconto è quella che ricordo con maggior emozione. Vi è poi una seconda parte quasi picaresca, dove si narra che in quello stesso Natale del 1944 Levi riesce a ricevere un pacco di viveri, inviato dalla famiglia, che gli sarà poi rocambolescamente rubato in Lager. I viveri che sono stati nascosti in tasche segrete cucite nella giacca da prigioniero, prendono letteralmente il volo. Levi appende la giacca ad un chiodo nel lavatoio comune, e la vede scomparire verso l’alto, pescata da un amo legato ad una funicella, calata dall’abbaino sul tetto mentre è intento a lavarsi. La conclusione filosofica è che comunque qualche altro prigioniero potrà festeggiare il Natale a spese di Primo e dell’amico Alberto, che fortunatamente erano riusciti a consumare più della metà dei viveri contenuti nel pacco, che si erano fraternamente divisi. Magari l’astuto ladro potrà anche mandare loro le sue benedizioni. Comunque di una cosa i due amici si sentono sicuri. Quello sarà l’ultimo Natale di guerra e di prigionia.

Auguro a tutti di trascorrere delle serene festività. Magari rileggendo questo racconto. Forse fuori dai canoni delle narrazioni tradizionali del Natale. Ma per quanto mi riguarda autenticamente natalizio.

Rinaldo Cervellati

I chimici dell’atmosfera hanno trascorso decenni concentrandosi sulla qualità dell’aria esterna (outdoor). E continuano a farlo, mettendo in guardia sul problema delle emissioni antropiche, in particolare biossido di carbonio e altri gas serra, responsabili del riscaldamento globale del pianeta. Minor attenzione è stata posta alla qualità dell’aria che respiriamo al chiuso (indoor), specialmente nelle nostre abitazioni, ma anche nei luoghi di lavoro, nelle scuole ecc.

Il problema è stato affrontato nel recente numero del 24 novembre di Chemical & Engineering News in un dettagliato articolo di Celia Henry Arnaud, Senior correspondent della rivista dal 1999.

(C.H. Arnaud, Chemists move indoors to measure the air quality in our homes. C&EN, V. 97, n. 46).

Celia Henry Arnaud

Un’indagine durata due anni, pubblicata nel 2001, sponsorizzata dall’Agenzia per la Protezione Ambientale degli USA, rilevò che l’87% degli intervistati trascorreva la maggior parte del proprio tempo in edifici chiusi e circa il 6% in veicoli chiusi [1].

Dai risultati di quell’indagine a oggi, un crescente numero di ricercatori ha posto attenzione alla qualità dell’aria negli ambienti chiusi, utilizzando gli strumenti sviluppati per monitorare l’aria esterna, iniziando a effettuare misure all’interno.

Oltre al monossido di carbonio e al fumo di sigaretta, gli inquinanti presenti nell’aria interna potenzialmente dannosi per la salute sono molteplici, afferma William W. Nazaroff, ingegnere ambientale dell’Università della California a Berkeley, un pioniere della chimica indoor. Ciò che non è ancora ben chiaro è se l’esposizione a questa “ricca complessità chimica” dell’aria di una casa causi effetti sulla salute, dice Nazaroff. Per capirlo, i chimici dell’atmosfera dovranno prima individuare ciò che è realmente presente nell’aria dove cuciniamo, mangiamo, dormiamo, e giochiamo ecc. Solo allora i tossicologi e gli altri esperti di salute saranno in grado di determinare l’effetto che questi inquinanti hanno sulle nostre condizioni fisiche.

Per fare un esempio di questa ricca complessità chimica, consideriamo le seguenti sostanze:

Esse provengono da molte fonti: l’acido oleico dalla cucina, il limonene dai prodotti per la pulizia, il D5 da prodotti per la cura personale, il dietilftalato da pavimenti in vinile e lo squalene dalle persone stesse.

La Alfred Sloan Foundation ha lanciato il programma di esplorazione dell’ambiente interno, Chemistry of Indoor Environments, nel 2013, come estensione di un precedente programma, denominato Microbiology of the Environment, ricorda Paula J. Olsiewski, direttrice del programma.

Paula J. Olsiewski

I chimici dell’atmosfera sono stati la scelta ovvia per ricevere sovvenzioni dal programma Sloan.

Nella chimica dell’atmosfera, “la raffinatezza delle tecniche strumentali con cui abbiamo affrontato il complesso problema dell’inquinamento atmosferico esterno si sono notevolmente affinate negli ultimi 10 o 20 anni“, afferma Jonathan Abbatt, un chimico dell’Università di Toronto che faceva parte del gruppo iniziale del programma Sloan. “Queste tecniche vengono ora portate al chiuso“.

Jonathan Abbatt

Oggi i chimici che partecipano al programma Sloan non partono da zero. Si stanno basando su alcuni studi di chimica degli ambienti chiusi che hanno preceduto la nuova spinta per analizzare l’aria che respiriamo nelle nostre case.

Uno di questi studi è stato la ricerca delle relazioni fra aria interna, esterna e personale (RIOPA, Relationship of Indoor, Outdoor and Personal Air). I ricercatori hanno misurato le concentrazioni di un insieme mirato di composti organici volatili (VOC) e semivolatili (SVOC) e la massa di particolato fine all’aperto e in un gran numero di case in tre città degli Stati Uniti [2]. Hanno scoperto che i composti carbonilici come la formaldeide e l’acetaldeide avevano concentrazioni più elevate all’interno che all’esterno, suggerendo che provenissero da fonti interne.

Altri composti, come acroleina e crotonaldeide, provenivano principalmente dall’esterno nelle case, tutte abitate da non fumatori [3].

Barbara J. Turpin, ora all’Università della Carolina del Nord, è stata una delle leader di queste ricerche. “Sono stata coinvolta nella chimica indoor perché mi occupavo di chimica degli ambienti esterni”, dice Turpin, “[La casa] è il luogo principale in cui le persone sono esposte all’inquinamento esterno.”

Questa affermazione apparentemente paradossale è vera poiché le persone trascorrono la maggior parte del loro tempo in ambienti chiusi e perché esiste un significativo scambio d’aria tra l’ambiente interno ed esterno. Tale scambio è guidato da sistemi di ventilazione meccanica e ventilazione naturale, che comprende porte e finestre.

Barbara J. Turpin

Per la ricerca RIOPA, Turpin e i suoi collaboratori hanno raccolto e conservato campioni d’aria per successive analisi di laboratorio. Hanno misurato concentrazioni indoor, concentrazioni outdoor e concentrazioni immediatamente attorno alle persone. Il confronto con i dati derivati da campioni conservati può fornire una visione media nel tempo di ciò che è contenuto nell’aria, ma non può dare informazioni su come determinate attività causino cambiamenti in tempo reale della chimica dell’aria.

Per ottenere un’immagine in tempo reale, i ricercatori stanno conducendo studi più estesi sul campo. In queste indagini, i ricercatori monitorano solo una o due case alla volta, ma lo fanno accuratamente, con strumenti che consentono loro di analizzare una gamma più ampia di composti durante il giorno.

Ad esempio, Nazaroff e Allen H. Goldstein, hanno esaminato due case nel nord della California. In una casa, hanno misurato gli SVOC con gascromatografia aerosol a desorbimento termico. Hanno effettuato misurazioni ogni ora per un periodo di più settimane [4].

William W. Nazaroff

Nell’altra casa, hanno misurato i VOC usando la spettrometria di massa a trasferimento di protoni. I ricercatori hanno utilizzato i tubi per portare aria dall’esterno allo strumento, come pure da cinque spazi interni: soffitta, cantina, cucina, camera da letto e soggiorno, campionando ogni 30 minuti [5].

Nazaroff e Goldstein furono sorpresi da ciò che trovarono. “La stragrande maggioranza dei prodotti chimici organici che potemmo misurare in aria era sostanzialmente più alta all’interno che all’esterno”, afferma Goldstein. Su circa 200 sostanze chimiche rilevate, circa la metà avevano concentrazioni circa 10 volte più elevate all’interno che all’esterno e circa l’80% aveva concentrazioni almeno due volte più elevate all’interno.

Alcune emissioni provengono dalla cottura e dai detergenti. “È chiaro che cucinare con il forno ad alte temperature tende a causare molte più emissioni rispetto ad altri tipi di cottura. C’è stata una giornata in cui i residenti hanno grigliato alcune capesante a temperature molto elevate e le emissioni sono state impressionanti “, racconta Goldstein. “Le emissioni non provenivano dalle capesante ma dai film organici depositati all’interno del forno”.

“Alcune delle sostanze chimiche indoor più interessanti provengono da spezie utilizzate in cucina”, afferma Goldstein. “Molti composti aromatici presenti nelle spezie sono in realtà terpenoidi: monoterpeni e sesquiterpeni e alcoli terpenici. Molte di queste sostanze chimiche sono abbastanza reattive all’aria”.

Le misurazioni effettuate a tempi determinati hanno permesso ai ricercatori di osservare picchi di attività su uno sfondo già elevato e persistente.

“Se gli alti livelli di fondo sono persistenti, significa che ci sono emissioni continue all’interno. Provengono dall’edificio stesso o da film organici che si trovano su tutte le superfici “, spiega Goldstein. “Abbiamo tentato di ridurre le concentrazioni aumentando la velocità di ventilazione della casa. Ma non appena abbiamo abbassato il tasso di ventilazione chiudendo le finestre, tutte le sostanze chimiche sono tornate ai livelli precedenti, il che significa che c’è un serbatoio relativamente abbondante della maggior parte di queste sostanze all’interno”.

Quindi il contenuto di una casa può essere una fonte di inquinanti emessi nell’aria. E così anche la casa stessa. I ricercatori hanno osservato alcuni composti che pensano siano prodotti di degradazione dell’emicellulosa e della lignina dal telaio di legno della casa.

“Il modo in cui abbiamo svolto questi studi è stato molto dettagliato”, afferma Goldstein. Oltre alle misurazioni chimiche, è stato chiesto ai residenti di tenere un diario di tutte le loro attività nelle case. Hanno installato sensori per tenere traccia di quali stanze erano occupate, quali finestre erano aperte e quali apparecchi erano accesi o spenti. I residenti sono stati disponibili a collaborare con i ricercatori.

I composti emessi nell’aria interna possono trasformarsi in altre molecole, rendendo difficile il loro riconoscimento. Le reazioni di ossidazione sono la via principale per la trasformazione di sostanze chimiche nell’aria. All’aperto, i radicali idrossilici sono i principali responsabili di queste reazioni. I radicali si generano quando la luce forma ozono o altri precursori per fotolisi. I radicali continuano quindi a strappare elettroni dai composti vicini e a trasformarli.

La maggior parte dei precursori che diventano radicali idrossilici all’aperto non possono essere fotolizzati al chiuso perché non c’è abbastanza luce, afferma Cora Young, professore di chimica alla York University che studia chimica dell’ossidazione sia all’aperto che al chiuso. All’interno, entrano in gioco ossidanti diversi dai radicali idrossilici. Young è particolarmente interessata al ruolo del cloro come ossidante, che svolge solo un ruolo minore all’aperto, ma può svolgere un ruolo importante all’interno.

Cora Young

Il cloro è anche generato dalla fotolisi delle molecole precursori, ma richiede meno luce per la sua formazione. “Anche se le fonti di luce all’interno sono deboli, è ancora possibile ottenere la fotolisi”, afferma Young. “Siamo ancora nelle fasi iniziali della comprensione del fenomeno, ma sembra il cloro possa essere molto più importante di quanto si pensasse in precedenza a causa delle differenze nella disponibilità di luce”.

In una recente indagine, Young ha utilizzato la spettroscopia laser a cavità ottica per misurare i livelli di acido cloridrico (HCl) generati da cottura, dall’uso di candeggina e dall’impiego della lavastoviglie [6]. L’HCl si forma quando il cloro reagisce con i composti organici nell’aria, quindi può essere un indicatore che si sia verificata l’ossidazione. Nella lavastoviglie, HCl si forma solo se viene utilizzato un detersivo clorurato, con emissioni che si verificano sia durante i cicli di lavaggio che di asciugatura. Sia il lavaggio con candeggina che la cottura aumentavano i livelli di HCl. Il forno elettrico dell’abitazione esaminata non ha prodotto emissioni quando era acceso in assenza di cibo, quindi Young conclude che l’aumento di HCl osservato durante la cottura provenga dal cibo stesso.

Le stufe a gas sono una delle principali fonti di ossidanti per interni. La combustione produce ossidi di azoto, che reagisce con l’ozono. Tale interazione rimuove l’ozono dall’ambiente interno, eliminandolo come potenziale ossidante, ma le stufe sembrano anche produrre molto HONO (acido nitroso), che può subire fotolisi anche in condizioni di scarsa luminosità e formare radicali idrossilici.

(continua)

Bibliografia

[1] N.E. Klepeis et al., The National Human Activity Pattern Survey (NHAPS): a resource for assessing exposure to environmental pollutants., Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology, 2001, 11, 231-252.

[2] C.P. Weisel et al., Relationship of Indoor, Outdoor and Personal Air (RIOPA) study: study design, methods and quality assurance/control results., Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology, 2005, 15, 123-137.

[3] W. Liu et al., Estimating contributions of indoor and outdoor sources to indoor carbonyl concentrations in three urban areas of the United States., Athmosferic Environment, 2006, 40, 2202-2214.

[4] K. Kristensen et al., Sources and dynamics of semivolatile organic compounds in a single‐family residence in northern California., Indoor Air, 2019, 29, 645-655.

[5] Yinjun Lin et al., Characterizing sources and emissions of volatile organic compounds in a northern California residence using space and time resolved measurements., Indoor Air, 2019, 29, 630-644.

[6] Kathryn E. R. Dawe et al., Formation and emission of hydrogen chloride in indoor air., Indoor Air, 2019, 29, 70-78.

Piero Bartezzaghi era un perito chimico e fu anche un grande innovatore dell’enigmistica italiana; il suo “bartezzaghi” a pag. 41 della Settimana Enigmistica era il clou della rivista, un testo a schema libero o senza schema veramente difficile; Bartezzaghi innovò nell’alfabeto, che usava di 26 lettere, nella tipologia delle parole che introdusse ampiamente a partire dal linguaggio parlato, ma soprattutto nell’originalità e nella complessità stimolante dei giochi , non solo parole crociate. Non è che possiamo sperare di proporvi d’ambleau un gioco altrettanto eccelso, ma l’idea qua è diversa; far penetrare il pensiero che la Chimica è anche gioco, bellezza, entusiasmo, curiosità; e dunque il nostro cruciverba sia goduto per quello che è un gioco stimolante. In bocca al lupo. Grazie al “vecchio” socio Ted Toloz e alla sua disponibilità e bravura.

Ted Toloz

stampate e risolvete il cruciverba la cui soluzione sarà pubblicata lunedì prossimo.

soluzione del cruciverba

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Si è chiuso a Madrid il vertice ONU sui cambiamenti climatici.

Un piccolo Paese, il Costa Rica, ha cercato di convincere i grandi intransigenti a scendere a patti per salvare il Pianeta. Purtroppo non ci è riuscito. Al momento quindi, come fu per Katowice per la COP 24 tutto è rinviato alla COP26. Nonostante promesse ed aspettative COP 25 si è rivelata un fallimento, arenata su un art. il n.6 riguardante la regolazione globale del mercato del carbonio. Di fronte all’emergenza , a parte i Paesi già esposti agli effetti della crisi, fra questi l’Italia, nessuno ha mostrato la volontà di un impegno alla riduzione delle emissioni, negando ciò che invece è sotto gli occhi di tutti, l’emergenza ambientale. Esistono,ormai è chiaro, due blocchi contrapposti: da una parte le grandi potenze (USA,Brasile,Cina,Australia,Arabia Saudita) che non intendono, a parte minimi correttivi,rivedere le loro politiche energetiche e quindi penalizzano le politiche di aiuto ai Paesi più poveri del Pianeta, vittime dei cambiamenti climatici causati proprio dai Paesi industrializzati , dall’altra l’Europa che si è invece impegnata per la riduzione delle emissioni e per il raggiungimento della carbon neutality entro il 2050: un piano ambizioso con un fondo da 100 miliardi da destinare a regioni e settori più vulnerabili per favorire la riconversione energetica di tutta l’industria Europea ed oltre 50 iniziative da assumere e completare entro il 2050. Una scritta alla COP25 di Madrid.

Va dato riconoscimento al ns Paese ed a chi lo rappresentava nella sede COP25 (il min.ro Costa) di essersi adoperato per sostenere i Paesi più poveri del mondo che dovranno, più degli altri, adattarsi ai cambiamenti climatici e per trovare formule di collaborazione ed assistenza verso i poli del Sud del mondo. Tornando al citato art.6, senza decisioni su di esso se ne va una parte importante del testo di un possibile accordo. I negoziatori avrebbero dovuto menzionare il rispetto dei diritti umani all’interno del meccanismo previsto nell’articolo relativo alla compravendita dei crediti di carbonio e questa citazione non era condivisa. Dal 2020 l’attuale sistema il Cdm (clean development mechanism) istituito nel 1997 nel protocollo di Kyoto sarà sostituito dal Sdm (sustainable development mechanism) di cui si parla per l’appunto all’art.6 dell’accordo di Parigi. Entrambi permettono a paesi ed imprese di ridurre le proprie emissioni acquistando compensazioni da progetti realizzati altrove. Il problema però è che in tutto questo vengono dimenticati i diritti umani delle comunità locali e che le compensazioni avvengono senza consultazione degli autoctoni, che spesso vengono danneggiati dalle compensazioni. Intanto un nuovo sondaggio realizzato da Amnesty International mostra che i cambiamenti climatici sono in cima alla lista delle sfide del ns tempo per i giovani fino a 25 anni, di fatto denunciando che colpevolmente si allarga la distanza fra generazioni

Per maggiori informazioni sui risultati della conferenza COP25

Mauro Icardi

Questo articolo prende spunto da ricordi personali. In primo luogo degli anni d’infanzia, che sono quelli che a distanza di molti anni sfumano nei particolari, ma non nelle sensazioni. Gli anni che trascorrevo tra le colline del Monferrato. Terra di vigne, di vini. E la fermentazione alcolica è alla base della trasformazione dell’uva in vino, il nettare di bacco. Seguivo con molta curiosità la fila di trattori che trainavano le bigonce (ma ho ricordi anche di qualche traino ancora effettuato con i buoi aggiogati, cosa non frequente, ma nemmeno troppo rara almeno fino a metà degli anni 70). Molti agricoltori conferivano l’uva alla cantina sociale di Mombaruzzo. Il paese del Monferrato, dove i miei genitori hanno vissuto la loro gioventù. La cantina sociale di Mombaruzzo è stata la prima di tutto il Piemonte, essendo stata fondata nel 1887. Quando il piccolo borgo (che non ho mai dimenticato) apparteneva ancora alla provincia di Alessandria.

Parte del fascino che provo per la chimica trae origine anche dagli odori di mosto e di fermentazione, che percepivo non solo nelle vicinanze della cantina sociale, ma anche nelle cantine più piccole e nascoste di parenti e conoscenti. Alcune buie e quasi sepolcrali. Ma l’allenamento a percepire gli odori nasce proprio allora, anche se da sempre ho avuto la curiosità di annusare e percepire odori. E in quegli anni sentivo non solo odore di mosto, ma anche di zolfo che si usa per curare le malattie causate da funghi che attaccano le piante di vite.

Ora iniziamo a parlare di biochimica enologica. Ricordando che, la prima operazione importante per ottenere un buon vino, è scegliere il momento più adatto per la raccolta dell’uva. Anticipare o ritardare la vendemmia può significare ottenere mosti di composizione differente. I mosti prodotti da uve poco mature contengono maggiori quantità di acidi (in particolare acido tartarico, acido malico, acido citrico). Questi acidi sono responsabili della percezione di alcuni sapori: l’acido tartarico, presente in quantità superiore agli altri, influisce molto sul sapore di acido, l’acido malico è responsabile di un sapore aspro generalmente sgradevole, l’acido citrico causa un gradevole ma poco marcato sapore acidulo che da senso di freschezza.

Dopo la raccolta, l’operazione di pigiatura schiaccia l’acino lacerando la buccia, e permette ai componenti della polpa di venire in contatto con l’aria. In questo modo i saccaromiceti responsabili della fermentazione alcolica possono iniziare ad agire. Una buona pigiatura permette la solubilizzazione delle sostanze coloranti, e di una parte dei tannini presenti nel graspo e nei vinaccioli.

I saccaromiceti sono in grado di secernere un complesso di enzimi denominato zimasi alcolica, che produrrà la trasformazione degli zuccheri in alcol etilico.

Questi organismi sono in grado di attuare sia un metabolismo aerobico che anaerobico: per tale motivo vengono anche definiti anaerobi facoltativi.

La fermentazione avviene in diversi stadi, che possono essere riassunti schematicamente in queste fasi.

Fase aerobica: I lieviti si trovano in un ambiente aerobio e si riproducono in gran numero grazie all’elevata efficienza metabolica.

Fase fermentativa iniziale: I lieviti, cominciano a fermentare l’uva pigiata e si arriva ad un certo grado alcolico (7-9 gradi svolti).

Fase di fermentazione tumultuosa: I lieviti fermentano tutto lo zucchero del mosto in maniera veloce (il mosto “bolle”, quante volte ho sentito dire questa frase…). Quando lo zucchero del mosto comincia a scarseggiare e la concentrazione alcolica diventa elevata, questi lieviti cominciano ad essere inibiti e la fermentazione evolve lentamente fino all’esaurimento dello zucchero disponibile.

Fase finale di quiete: Quando lo zucchero raggiunge concentrazioni minime e il grado alcolico valori intorno a 12-14%, i lieviti muoiono ad un ritmo più elevato di quanto si riproducono. La fermentazione si ferma e i residui dei lieviti si sedimentano nel fondo dei tini di fermentazione.

Normalmente i lieviti lavorano in ambiente aerobico. Passano alla fase anaerobica in due distinti casi: mancanza di ossigeno, elevate concentrazioni di zucchero o scarsità.

La fermentazione alcolica è un fenomeno complesso, nonostante sia stata praticata empiricamente dall’umanità da millenni.

Questi sono i passaggi in sequenza, suddivisi in una prima fase di glicolisi, e in una seconda di fermentazione propriamente detta.

Le trasformazioni biochimiche che caratterizzano la glicolisi partendo dal glucosio possono essere così schematizzate:

1) FOSFORILAZIONE (enzima: fosforilasi; ): Il Glucosio è trasformato in glucosio 6-P

2) ISOMERIZZAZIONE (enzima: isomerasi): Il glucosio 6-P è trasformato in fruttosio 6-P

3) FOSFORILAZIONE (enzima: fosforilasi): Il fruttosio 6-P è trasformato in fruttosio 1-6 di fosfato. Questa reazione è irreversibile. I primi quattro passaggi possono essere considerati come una fase di attivazione dello zucchero. Da ora in avanti comincia la sua demolizione.

SCISSIONE (enzima: aldolasi): Il fruttosio 1-6 difosfato è scisso in diidrossiacetone fosfato e 3-fosfo- gliceraldeide. L’equilibrio tra i due isomeri è fortemente spostato verso il diidrossiacetone (95%) che è più stabile. La 3-P gliceraldeide è invece più reattiva e prosegue il ciclo fino alla formazione di una molecola di acido piruvico.

La fermentazione alcolica vera e propria prosegue con altri due passaggi:

1) DECARBOSSILAZIONE (enzima: piruvato decarbossilasi): L’acido piruvico è trasformato in aldeide acetica.

2) RIDUZIONE (enzima: alcol deidrogenasi; coenzima NADH + H+ che è quello prodotto durante la glicolisi): L’aldeide acetica è trasformata in alcol etilico.

Uno schema riassuntivo semplificato del processo può essere mostrato in questa immagine.

Ci sono voluti molti studi per comprendere i meccanismi della fermentazione. E l’uomo imparò a fare uso della fermentazione, per far lievitare il pane, e per produrre bevande alcoliche, molto prima di rendersi conto della natura dei processi fermentativi. E molti nomi noti della scienza si impegnarono a studiarla. Lavoisier, Berzelius, Liebig e Pasteur. Quest’ultimo nato professionalmente come chimico, creò la moderna microbiologia. Anche in questo risiede la bellezza e la meraviglia della narrazione di eventi che partono dalle esigenze materiali, per creare narrazioni affascinanti e mai noiose.

Vino e fermentazione hanno moltissime cose da dirci. Sul vino poi, il sapere tecnico e scientifico deve necessariamente dialogare con l’esperienza atavica del contadino.

Per chiudere questo articolo, che ha solo sfiorato un tema così affascinante e immenso, voglio ricordare uno strumento storico, uno strumento della chimica antica. Quella che emana un fascino che non tramonta. Sto parlando dell’ebulliometro di Malligand.

Ho potuto usarlo in laboratorio, ne ho visti usare nelle cantine sociali.

L’ebulliometro di Malligand fornisce una misura del grado alcolometrico approssimativo di un vino. Si basa sull’esecuzione della misura della temperatura di ebollizione, che varia a seconda della pressione e del quantitativo di alcool presente nel campione.

La temperatura di ebollizione dell’alcool è di 78,4 gradi centigradi. L’ebulliometro è costituito da varie componenti, è presente un apparato riscaldante, ossia una fonte di calore che viene utilizzata per portare a temperatura il campione analizzato. Poi sono presenti questi altri componenti: un termometro di precisione, una caldaia ed un contenitore con un liquido refrigerante (generalmente si tratta di acqua). Solitamente il termometro è già impostato per avere un’immediata lettura del grado alcoolico, in quanto possiede una scala tarata che fornisce la corrispondenza tra la temperatura di ebollizione ed il grado alcoolico. Questo tipo di sistema viene normalmente utilizzato per la sua estrema comodità a titolo informativo, ma vista l’imprecisione dello strumento, ai fini legali viene preferito il metodo Densimetrico.

Ma questo apparecchio possiede il fascino che ci rimanda alla storia dei saggi di laboratorio. E possiamo apprezzarlo ugualmente. Si avvicinano le festività. Auguri e prosit a tutti!

Ted Toloz

Come sapete fra la chimica e il linguaggio c’è un legame profondo, analizzato variamente per esempio nella conferenza su questo sito dedicata a Molecole e parole. Atomi come lettere di parole molecole, a crescere fino alle superstrutture biologiche come romanzi o biblioteche.

Da oggi inizia (speriamo) una nuova rubrica il cui autore, come è prammatica nell’enigmistica, ha un nome d’arte; che nel nostro caso è Ted Toloz e che ci proporrà dei giochi enigmistici a carattere chimico.

Uno dei più famosi enigmisti italiani Piero Bartezzaghi era un chimico, insomma Chimica ed Enigmistica non sono estranee.

Buona fortuna con questo “riempimento a chiave”, sperando sia il primo di una serie.

Per eseguirlo scaricate l’immagine qui sotto e seguite le semplici regole; potrete confrontare poi il vostro risultato con quello che pubblicheremo lunedì prossimo; buon lavoro e buon we con questa chimica enigmistica.gioco elementi con soluzione