Categoria: Notizie dal mondo scientifico

Il comportamento dei metalli alcalini (Na e K)

Fin da quando uno studente di chimica mette piede in laboratorio, si ricevono precise istruzioni sul modo di comportarsi per evitare di fare danni prima di tutto a se stessi e poi agli altri. Una delle prime raccomandazioni è quella di evitare di mettere i metalli alcalini, come sodio (Na) e potassio (K), a diretto contatto con l’acqua. Questo perché nel momento in cui questi due metalli “sentono” l‘acqua danno luogo ad una reazione molto pericolosa. Cosa accade sotto l’aspetto chimico? Semplicemente questo:

Quante volte sentiamo dire che i sapori di una volta erano migliori? Quante volte siamo costretti ad ascoltare che ciò che esisteva in passato era di gran lunga più “sano” di ciò che mangiamo oggi? Quante volte sentiamo dire che ciò che è naturale è certamente migliore di quanto otteniamo dall’agricoltura tradizionale?

Un lavoro appena pubblicato su Current Biology (una rivista molto accreditata con IF di 8.983 per il 2015) rivela che il corredo genetico del mais (Zea mays L. ssp. mays) di 5310 anni fa è del tutto simile a quello del mais moderno [1] ed è molto differente dal mais selvatico che è quello che oggi potrebbe essere indicato come “naturale” e, per questo, più salubre secondo l’accezione comune del concetto di “naturale”. In realtà, ciò che rende il mais domestico qualitativamente migliore rispetto a quello selvatico è la presenza di un gene che impedisce la formazione di un tegumento duro e, di conseguenza, difficile da mangiare e quella di un gene che impedisce alle pannocchie di sgretolarsi per effetto della maturazione. La caratterizzazione del genoma del mais evidenzia come fin dall’antichità (stiamo parlando di oltre 5000 anni fa) l’intento dell’uomo è stato quello di selezionare le caratteristiche genetiche per produrre alimenti facilmente digeribili e dalla elevata produttività; questo è esattamente ciò che ancora oggi facciamo con tecniche certamente diverse e più efficienti in termini economici e temporali [2].

Non c’è che dire! Quando camminate per sentieri e valli dove esiste una buona possibilità di trovare fossili, fate molta attenzione perché potreste ritrovarvi tra le mani un reperto molto interessante di cui potreste non capire l’importanza scientifica. Se possibile fate ispezionare il vostro reperto da esperti…a meno che non siate voi stessi degli esperti paleontologi. È appena apparsa la notizia che l’impronta fossile del cervello di un dinosauro è stata individuata in un ciottolo. Questa è una scoperta molto importante perché dallo studio delle caratteristiche di questo cervello fossile si potrebbero capire quali sono le vie evolutive che hanno portato ad uccelli e coccodrilli. Sembra infatti che questo cervello fossile assomigli proprio a quello di uccelli e coccodrilli.

Nascita di una nuvola di ghiaccio

Quando si studia la chimica analitica, una delle cose che vengono insegnate è che i processi di cristallizzazione, ovvero la transizione da una fase liquida ad una solida, avvengono per crescita progressiva del cristallo intorno ad una “gemma” che si ottiene quando prevalgono forze di aggregazione su quelle di dispersione [1].

E’ notizia appena apparsa [2, 3] che ricercatori Statunitensi sono stati in grado di filmare i primi stadi del processo di nucleazione alla base della formazione del ghiaccio. Il video molto affascinante è a questo link

La foto che uso a corredo di questa nota mostra un post sulla pagina Facebook della FAO e la uso in merito alla cattiva informazione che sovente capita di leggere anche nelle pagine più titolate. Non ho bisogno di spiegare cosa sia la FAO. Perché questo post merita una nota? Per il semplice motivo che è l’esempio perfetto di come si propagano le sciocchezze. L’intestazione del post riporta di chemical-free pesticides. Tradotto vuol dire pesticidi non chimici. Sono perplesso, se non addirittura offeso, per il fatto che una organizzazione internazionale usi in modo inopportuno la parola “chimica”. Tutto è “chimica”. La semplice acqua è una sostanza chimica; la nostra pelle è fatta di sostanze chimiche; il nostro sangue contiene sostanze chimiche; insomma tutto quanto ci circonda contiene sostanze il cui comportamento segue delle leggi chimiche ben precise e sono classificate come “sostanze chimiche”. Cosa vuol dire, allora, chemical-free pesticides? Nulla. Non vuol dire nulla. È solo un modo molto populistico di indicare delle sostanze potenzialmente tossiche. Diciamolo. I pesticidi, ma più in generale i fitofarmaci, sono tossici, ma diventano un problema se usati in modo inopportuno nella comune pratica agricola.

Un po’ più di un anno fa ho scritto un post sul geco in cui spiegavo i segreti legati alla sua capacità di vincere la forza di gravità [1].

Il mondo che ci circonda è molto complesso e da esso possiamo attingere non poco per migliorare la qualità della nostra vita.

NMR in fase solida
Ho avuto l’onore di conoscere Lyndon Emsley in un’altra vita, quando ancora mi occupavo di risonanza magnetica nucleare in fase solida in alta risoluzione. Oggi mi occupo sempre di risonanza magnetica nucleare, ma sono passato alla rilassometria a ciclo di campo. Tuttavia, mi tengo, quando posso, sempre informato sulle ultime novità del mio vecchio campo di applicazioni. Ed ho appena letto di una trovata geniale di Lyndon Emsley per aumentare di circa 200 volte la sensibilità della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare in fase solida per le analisi di superficie. In soldoni, l’aumento di sensibilità per le analisi di superficie viene effettuato trasferendo le informazioni dagli elettroni spaiati al nucleo. Tuttavia, quando il sistema da analizzare non contiene elettroni spaiati, come il silicio, la tecnica anzidetta non si può usare. Emsley ed il suo team hanno pensato bene di far assorbire sulla superficie solida di un sistema a base di silicio un diradicale contenente azoto ad una temperatura di circa -173 gradi centigradi. In questo modo il diradicale che risente della superficie su cui è assorbito, viene usato per trasferire le informazioni al nucleo del silicio il cui spettro NMR viene poi acquisito ed analizzato. La portata tecnologica di una tale trovata è notevole. Si possono fare esperimenti che di solito richiedono tempi lunghissimi (si parla di anni), in pochissime ore ed è possibile non solo investigare sistemi naturali contenenti silicio (per esempio il suolo) ma anche tanti catalizzatori. Si apre un mondo nuovo.

Notizie dal mondo scientifico. Il ruolo dell’acqua nelle reazioni foto-catalitiche

Sapete cos’è il biossido di titanio? Non è un materiale che esce da un film di fantascienza, sebbene le sue proprietà lo rendano veramente particolare. Lo si trova un po’ dappertutto, anche nei dentifrici e funziona da sbiancante. Lo trovate anche come eccipiente in alcuni farmaci in compressa.

La sua funzione è veramente notevole perché il biossido di titanio viene utilizzato come catalizzatore per reazioni foto-catalitiche nella chimica verde.

Catalizzatore? chimica verde? fotocatalitico?

La chimica verde è quella branca della chimica che si occupa delle reazioni nelle quali non si fa uso di solventi organici. Questi ultimi, infatti, sono per lo più tossici per l’uomo oltre che dannosi per l’ambiente. Il solvente di elezione nei processi legati alla chimica verde è l’acqua. Questa molecola, infatti, non “distrugge” la biomassa microbica presente nei suoli, nelle acque e nei sedimenti come, invece, fanno i solventi organici. Inoltre, maneggiare acqua, piuttosto che solventi organici, in laboratorio è più “salutare” per gli operatori che non inalano, così, sostanze potenzialmente cancerogene.

Un catalizzatore è un materiale che è in grado di velocizzare una reazione chimica. In altre parole, una reazione che avviene in un tempo lungo – per esempio qualche giorno – può subire una accelerazione in presenza di certi particolari sistemi come il biossido di titanio. Questo è molto conveniente, per esempio, sotto l’aspetto produttivo perché consente alle aziende di produrre nuove molecole o nuovi materiali in tempi non biblici. Ma è conveniente anche sotto l’aspetto ambientale perché il biossido di titanio può essere utilizzato per accelerare la decomposizione di contaminanti organici tossici per l’uomo e dannosi per l’ambiente.

Una reazione foto-catalitica è una reazione la cui velocità viene influenzata dalla interazione tra la luce ed un catalizzatore come il biossido di titanio.

Come funziona il biossido di titanio?

Proprio recentemente, il secondo [1] di due studi [1, 2] sul ruolo dell’acqua nell’attività catalitica del biossido di titanio è apparso sul Journal of Physical Chemistry C (lo so…sono vanesio…entrambi gli studi sono miei).

E’ stato evidenziato che l’acqua legata alla superficie del biossido di titanio forma dei radicali ossidrilici (OH) che sono direttamente coinvolti nei processi catalitici dei contaminanti organici. La velocità con cui la reazione può avvenire dipende dal tempo durante il quale l’acqua resta a contatto con la superficie del biossido di titanio. In pratica, l’acqua e la molecola che deve essere degradata competono tra loro per raggiungere la superficie del biossido di titanio. Una volta che l’acqua è arrivata si possono realizzare due condizioni: l’affinità tra il biossido di titanio e l’acqua è alta; l’affinità tra biossido di titanio e acqua è bassa. Nel primo caso, l’acqua resta più tempo attaccata al biossido di titanio ed ha una maggiore opportunità di produrre i radicali che, poi, serviranno per decomporre il contaminante organico. Nel secondo caso, invece, l’acqua non ha il tempo materiale di decomporsi e la velocità con cui il contaminante si decompone è più lenta.

Lo studio appena pubblicato [1] apporta quelle prove sperimentali che fino ad ora mancavano in merito all’ipotesi sulla competizione acqua/substrato per la superficie del biossido di titanio.

Riferimenti
[1] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.6b11945
[2] http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp400298m