Chimica e storia. In memoria dei caduti per effetto dei gas in guerra

29 giugno 1916. Ore 5:30. I soldati italiani che vivono nelle trincee scavate sul Monte San Michele nel Carso isontino si stanno lentamente svegliando quando “una cortina di fumo non più alta di due metri […] rotola adagio, dato che non c’è vento, verso di noi”[1].

Panoramica della zona del Monte San Michele (Fonte)

I soldati, allarmati dai loro ufficiali,  indossano le protezioni antigas costituite da “una maschera che ha una pinzetta che serve per chiudere le narici e una specie di filtro dal quale parte una gomma che termina con una specie di testina, la quale si tiene in bocca e così si respira. In più ha una membrana con elastico che copre la faccia e le orecchie perfettamente. Inoltre, ci hanno dato una pezzuola di gomma come quella della membrana della maschera: questa in caso si deve mettere in mezzo alle gambe e legare con le fettucce che è dotata. In più una scatola di vasellina speciale, da ungere tutto attorno a questa pezzuola e anche sotto le ascelle, perché i gas che possono buttare, ti prendono nelle parti deboli e possono uccidere anche senza respirarli”[2].

È il primo attacco con i gas che l’esercito austro-ungarico sferra contro il fronte italiano dislocato sul monte San Michele. L’attacco, in poche ore (dalle 5:30 alle 9:30 circa) si conclude con la morte di circa 7000 italiani, un numero enorme considerando che più o meno lo stesso numero di soldati è deceduto nell’insieme di tutte le guerre risorgimentali[3]. Tuttavia, non tutti sono morti per effetto dei gas. I feriti, i moribondi, i soldati intontiti dai gas sono finiti a colpi di mazze ferrate.

Mazze ferrate usate da tutti gli schieramenti belligeranti durante la Prima guerra mondiale (Fonte)
L’effetto del gas dal diario del cap. med. Giuseppe Pisanò dal posto di medicazione sul San Michele[4]

“L’individuo che si trova sotto l’azione dei gas venefici presenta grande agitazione dovuta in gran parte alla difficoltà del respiro, pallore accentuato del volto e delle mucose visibili: miosi. In molti casi il colorito è terreo, come quello dei malarici, in altri è cianotico con accentuazione alle labbra e alle orbite, i muscoli del volto e delle labbra sono scossi da movimenti tonico-clonici, così pure la lingua, e dalla bocca e dalle nari fuoriescono muco e bava spumosi lievemente  colorati in rosso uniforme dal sangue.

La respirazione è estremamente difficile […]. Gli spazi intercostali sono tesi, rigidi sì da richiamare alla mente un’altra grave intossicazione: quella da virus tetanico. […] Alla ascoltazione del torace si rivelano ronchi sibilanti e rantoli a medie bolle diffusi su tutto l’ambito toracico. […] Passando all’apparato gastrointestinale si nota: vomito, defecazioni e orinazioni non contenibili: le feci non sono diarroiche, ma sono mollicce e intensamente colorate in giallo-oro, così pure le urine. Esiste inoltre in quasi tutti una sensazione di violento e molesto dolore all’epigastrio con irradiazioni all’aia gastrica e all’aia colica sì da avere anche qui l’impressione della esistenza di uno spasmo tonico-clonico alla muscolatura liscia dei visceri addominali. […] Il sangue (e ciò potei constatare avendo praticato un salasso in un caso molto grave che fu poi seguito da decesso) è molto scuro, coagula lentamente formando un coagulo di consistenza molliccia, ed il siero che si separa contiene discreta quantità di sangue emolizzato, cosa del resto dimostrata anche dalla presenza, nello sputo e nel vomito, di guigna già rilevata”.

Questi descritti sono sola una parte dei sintomi dovuti all’avvelenamento da gas usati la mattina del 29 giugno 1916 dalle truppe austroungariche. L’ufficiale medico Pisanò descrive anche una possibile cura per alleviare le sofferenze degli avvelenati e per rimetterli in sesto: cardiotonici, morfina ed atropina che, secondo il dottore, erano in grado di “calmare lo stimolo stizzoso della tosse, permettendo una migliore ossigenazione del sangue” con  “notevole benefica influenza su tutta la ulteriore evoluzione del male”.

Quali furono i gas usati dall’esercito austroungarico?

Si tratta di una miscela di cloro molecolare e fosgene. Sono aggressivi soffocanti che hanno un tempo di permanenza nell’ambiente molto veloce e, per questo, permettono agli attaccanti di sopraggiungere a sorpresa sugli attaccati e decimarli. È quanto effettivamente accaduto. Tuttavia, stando al bollettino del Generale Cadorna, le riserve italiane si sono comportate molto bene e, nonostante le perdite subite, sono riuscite a ricacciare indietro i soldati nemici.

Il cloro fu scoperto nel 1774 da Carl Wilhelm Scheele, un chimico svedese, che pensò erroneamente potesse contenere ossigeno. Fu solo nel 1810 che Humphry Davy, un chimico inglese, capì che non si trattava di un gas contenente ossigeno, ma di qualcosa di nuovo che chiamò cloro, da chloros che vuol dire verde. Infatti, il cloro molecolare si presenta come un gas dal colore verde. “Gli effetti del cloro sulla salute umana dipendono dalla quantità di cloro presente e dalla durata e frequenza di esposizione. Gli effetti dipendono inoltre dalla salute dell’individuo o delle condizioni dell’ambiente a seguito di esposizione.

La respirazione di piccole quantità di cloro in brevi periodi di tempo ha effetti negativi sull’apparato respiratorio umano. Gli effetti vanno da tosse e dolori toracici, a ritenzione di acqua nei polmoni. Il cloro irrita la pelle, gli occhi e l’apparato respiratorio. Questi effetti non tendono ad accadere ai livelli di cloro normalmente trovati nell’ambiente” (Fonte).

Il fosgene (COCl2) è un composto noto fin dal XIX secolo. Scoperto da John Davy, esso è estremamente reattivo e viene usato come intermedio in molte reazioni chimiche. Penetrando negli alveoli, il fosgene provoca un aumento della permeabilità degli stessi permettendo al plasma di uscire. Il sangue perde volume, si concentra e si verifica anossemia. In altre parole, si riduce la concentrazione di anidride carbonica nel sangue ed aumenta quella di ossigeno che ha, in quelle condizioni, una elevata affinità per l’emoglobina. Questo vuol dire che quando l’emoglobina arriva nelle cellule non rilascia l’ossigeno necessario ai processi metabolici cosicché i tessuti cominciano a “morire” per mancanza di ossigeno.

Conclusioni

L’uso dei gas nella Prima guerra mondiale è stato un orrore che non ci ha insegnato nulla. Ancora oggi in molte parti del mondo i gas vengono usati per uccidere sia militari che popolazioni civili. E dire che il bando alle armi chimiche non è cosa nuova. Infatti, già nel 1874, con la dichiarazione di Bruxelles, l’uso dei gas come armi fu proibito. Nel tempo, il bando è stato più volte reiterato, ma, nonostante questo, ci sono ancora degli individui (non mi sento di definirli animali perché ho rispetto per questi esseri viventi, ma nemmeno esseri umani perché un essere umano non dovrebbe permettere uccisioni così abominevoli) che fanno largo uso di armi vietate da tutte le convenzioni.

Questo articoletto serve per onorare non solo la memoria dei soldati italiani caduti sul monte San Michele il 29 giugno 1916, ma anche tutti coloro che sono stati vittime dell’uso dei gas in guerra.

Riferimenti

[1] N. Mantoan “La guerra dei gas. 1914-1918” Gaspari editore (2004), 3^ ed.

[2] N. Mantoan, Op. Cit.

[3] N. Mantoan, Op. Cit.

[4] N. Mantoan, Op. Cit.

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Quattro chiacchiere col chimico

Oggi facciamo quattro chiacchiere sul vino. Al link qui sotto l’intervista con VinOsa

Il vino nella scienza e la scienza del vino. Quattro chiacchiere con il chimico.

C’è anche il link alla pagina Facebook:

Quattro chiacchiere, molto scientifiche, con Rino Conte, ordinario di chimica agraria, che ci spiega un po' di cose relative alla scienza e alla "chimica" del vino.Grazie Rino Conte per la disponibilità! 🙂

Publiée par VinOsa sur Jeudi 4 juin 2020

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Pillole di scienza: le meraviglie dell’aromaticità

Chiedo scusa ai miei lettori, ma questa pillola di scienza oggi è dedicata ai miei studenti ed a tutti quelli che hanno studiato la chimica organica. Per questo motivo userò un linguaggio poco divulgativo ed abbastanza tecnico.

Il linguaggio comune ed il linguaggio scientifico: usi ed abusi

Il termine “aromatico” viene attribuito, nel linguaggio comune, a un oggetto che emana un buon odore. Si tratta quindi di una qualità che viene associata a qualcosa di “buono”. Quante volte abbiamo sentito, o noi stessi abbiamo detto, “senti che buon aroma di caffè” oppure “hmmmm che buon profumo ha questa zuppa” laddove il termine “profumo” è sinonimo di “aroma”.

Ebbene, noi chimici, a causa delle limitazioni del nostro linguaggio, siamo abituati a prendere i termini comuni ed a cambiar loro di significato per attribuirne uno di carattere molto più tecnico. Ecco perché mi salta subito la mosca al naso quando sento le persone parlare di chimica o, più in generale, di scienza usando termini tecnici di cui, però, non conoscono il significato. Queste persone pensano che usare parole prese dal linguaggio scientifico e messe in fila in modo casuale dia un’àura di scientificità alle cose che dicono. Solo per citare pochi esempi mi vengono in mente quelli che esaltano la biodinamica scrivendo “robe” come quelle che vedete nell’immagine qui sotto. Cliccando sull’immagine si apre la pagina dalla quale ho fatto lo screenshot.

Che dire poi di quelli che si sono votati all’omeopatia, pratica esoterica di cui parlo abbondantemente in uno dei capitoli del mio libro “Frammenti di Chimica“? Ne ho già parlato tante volte. Alcune delle chicche sono analizzate nel link qui sotto:

Omeopatia, ultima frontiera

Cosa significa aromatico in chimica

Lasciamo da parte le polemiche e concentriamoci sul significato dell’aggettivo “aromatico” nel linguaggio chimico. Se cerchiamo sulla Treccani online, possiamo leggere:

aromàtico agg. [dal lat. tardo aromatĭcus, gr. ἀρωματικός] (pl. m. –ci). – […] In chimica organica, composti a. (così denominati perché vi appartengono molte sostanze aromatiche), serie di composti ciclici nella cui molecola sono contenuti uno o più sistemi a sei atomi di carbonio disposti ad anello (distinti in omociclici e eterociclici a seconda che ai vertici dell’anello si trovino tutti atomi di carbonio o anche altri atomi)

Questo è il classico esempio di informazione così generale da perdere completamente di significato in termini chimici. Infatti esistono tanti composti omociclici ed eterociclici che non hanno assolutamente la caratteristica di essere aromatici. E non necessariamente devono essere presenti sistemi ciclici a sei atomi di carbonio.

La regola di Hückel

Da un punto di vista chimico un sistema organico si dice aromatico quando:

  1. contiene 4n+2 elettroni π (con n intero e  ≥ 0)
  2. è ciclico e planare

In tutti gli altri casi il sistema si dice antiaromatico. I sistemi aromatici hanno come peculiarità la bassa reattività, ovvero elevata stabilità chimica.

Vediamo alcuni esempi di composti aromatici ed antiaromatici

Il benzene è un sistema ciclico con la struttura descritta nella figura seguente:

La posizione dei doppi legami cambia e le due strutture, del tutto equivalenti, sono indicate come ibridi di risonanza. Nel sistema π del benzene sono presenti 6 elettroni, ovvero rispetta la regola del 4n+2 per n=1. Qui sotto viene evidenziato come l’ibridazione (sp2) degli atomi di carbonio consenta alla molecola di avere una struttura planare.

Entrambe le condizioni della regola di Hückel sono rispettate ed il benzene può essere considerato un composto aromatico.

Prendiamo adesso in considerazione il [10]annulene qui sotto:

C’è un anello, ci sono 10 elettroni π. Il numero di elettroni nel sistema π segue la regola di Hückel del 4n+2 per n=2. Tuttavia il composto non è aromatico perché non ha una struttura planare:

(Fonte)

La non planarità è dovuta al fatto che gli atomi di idrogeno indicati nella figura sottostante si respingono per effetto sterico portando la molecola ad avere una struttura a twist.

(Fonte)

 

Lo ione tropilio

Quando si studia la chimica organica e si arriva al capitolo sull’aromaticità, ci si imbatte anche nello ione tropilio (o catione cicloeptatrienile) che viene, in genere, indicato come lo ione più grande avente caratteristiche aromatiche. Esso si ottiene per allontanamento dello ione idruro dal cicloeptatriene. Quest’ultimo, pur avendo 6 elettroni π (n=1 nella regola di Hückel), non è aromatico a causa di un carbonio sp3 che lo rende non planare. Quando lo ione idruro viene allontanato, tutti gli atomi di carbonio risultano di tipo sp2, il sistema diventa planare, il numero di elettroni è quello previsto dalla regola di Hückel e lo ione è aromatico.

I sistemi aromatici “giganti”

La regola di Hückel è un utile strumento per comprendere cosa significhi il termine “aromatico” in chimica . Questa regola è di applicabilità generale e può essere validata sperimentalmente attraverso l’uso della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Infatti, gli elettroni del sistema π di un composto aromatico generano una corrente di anello (ring current) responsabile di un campo magnetico locale che si addiziona o si sottrae al campo magnetico applicato durante l’esperimento NMR. La variazione del campo magnetico dovuta alla corrente di anello comporta  uno shift dei segnali dei nuclei soggetti a tale fenomeno. Per un approfondimento di carattere didattico cliccare qui.

(Fonte)

La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è la tecnica usata per sfatare un mito in base al quale più grande è la molecola contenente 4n+2 elettroni π e più facilmente essa è in grado di deformarsi così da allontanarsi dalle condizioni strutturali che soddisfano la regola di Hückel.

Nel 2016 è stato pubblicato un lavoro (qui) in cui viene descritta una molecola aromatica contenente fino a 62 elettroni π (ovvero n=15 nella regola del 4n+2):

Come mai una molecola così grande, la più grande sintetizzata fino al 2016, si comporta come un sistema aromatico rispettando la regola di Hückel? Gli autori dell’articolo ipotizzano che l’enorme flessibilità della molecola consenta la coesistenza di tanti conformeri. Tra questi possono sussistere dei conformeri in cui le nuvole elettroniche di tipo π interagiscano tra loro in modo da portare ad una delocalizzazione elettronica in grado di soddisfare la regola di Hückel. Questa stessa spiegazione è stata usata per giustificare il comportamento aromatico di una molecola sintetizzata più recentemente (il lavoro è stato pubblicato il 20 Gennaio 2020, qui) contenente ben 162 elettroni π (ovvero n=40 nella regola del 4n+2). Si tratta di una vera e propria ruota gigantesca in cui coesistono 12 anelli porfirinici.

(Fonte)
Conclusioni

A questo punto mi potreste chiedere: ok. Bella tutta ‘sta storia, ma a che serve? Voglio evidenziare che la sintesi di molecole così grandi consente di mettere a punto protocolli che possono essere usati per la sintesi di molecole diverse e con attività biochimiche da sfruttare per l’elaborazione di nuovi farmaci. Per poter “vedere” queste molecole è necessario spingersi ai limiti delle tecniche analitiche più utilizzate in chimica. Questo vuol dire che vengono migliorate le caratteristiche di tecniche che possono diventare di applicazione sempre più ampia e consentire di arrivare a limiti finora inesplorati. Infine, queste molecole aromatiche giganti possono essere utilizzate per studiare gli effetti quantistici a livello nanoscopico ben oltre i limiti imposti dalle dimensioni della costante di Planck.

Quando leggo queste notizie, che per me sono affascinanti perché mi consentono di immergermi in un mondo tutto mio, mi ricordo perché mi sono innamorato della chimica ed ho fatto del mio hobby il mio lavoro.

Letture consigliate

Even Huge Molecules Follow the Quantum World’s Bizarre Rules

Quantum superposition of molecules beyond 25 kDa

Porphyrin wheel sets record as largest aromatic ring

[62]Tetradecaphyrin and Its Mono- and Bis-ZnII Complexes

Global aromaticity at the nanoscale

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I gas nobili che non sono nobili

Avete presente i gas nobili? Sono quelli dell’ultimo gruppo della tavola periodica (riquadro in rosso di Figura 1).

Figura 1. Tavola periodica. Il riquadro in rosso evidenzia il gruppo dei gas nobili (Fonte)

Fin da quando cominciamo a frequentare le scuole superiori (lo so…oggi non si chiamano più così…ma lasciatemi il vezzo di chiamarle ancora nel modo noto quando le frequentavo) ci viene insegnato che i gas nobili prendono questo nome perché sono altezzosi, hanno la puzza sotto al naso…ovvero incarnano lo stereotipo dei nobili dal punto di vista dei popolani: non frequentano nessuno. Chimicamente vuol dire semplicemente che sono non reattivi. A differenza di tutti gli altri elementi della tavola periodica, Elio, Neon, Argo, Cripto, Xeno e Radon non si combinano con nessun altro elemento.

Ma ne siamo veramente sicuri?

No. In effetti non è così. Diciamo pure che, quando ho cominciato i miei studi di Chimica (nell’ormai lontano 1986), un composto dello Xeno era già stato sintetizzato. Nel 1962, infatti, Neil Bartlett riuscì ad ottenere l’esafluoroplatinato di Xeno (XePtF6). La Figura 2 mostra il lavoro di Bartlett pubblicato sui Proceedings of the Chemical Society.

Figura 2. Immagine del lavoro di Neil Bartlett in cui parla della sintesi dell’esafluoroplatinato di Xeno (Fonte)

Quindi, possiamo dire che a partire dal 1962 non si può più dire che i gas nobili siano inerti. Ce ne è almeno uno, lo Xeno, che forma dei composti.

Ma è l’unico?

No, non è l’unico. Facciamo un salto temporale: 1962-2019. Sono passati 57 anni. Ci sono voluti tutti questi anni per ottenere un nuovo composto da un gas nobile. Stavolta si tratta dell’Argo. E’ stato utilizzato in condizioni molto diverse da quelle in cui siamo adatti a vivere per ottenere una lega col Nickel (ArNi). Non ci credete? Ebbene, cliccate sulla figura qui sotto.

Figura 3. Struttura dell’ArNi (Fonte)

Alla fine i gas nobili sono come Superman. Hanno i superpoteri solo quando sono sulla Terra. Se si cambiano le condizioni (come per esempio Superman in presenza della kryptonite), perdono la loro  nobiltà e si comportano come dei “volgari” metalli.

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A tu per tu con l’esperto: alluminio o plastica?

Continua la serie di interviste per la C1V edizioni in cui si affrontano problemi chimici legati alla vita quotidiana. Dopo aver parlato di acqua e dolcificanti (qui), oggi si affronta un problema molto attuale che riguarda la sostenibilità ambientale. Prendendo spunto dalle iniziative di alcune Istituzioni pubbliche che hanno deciso di fornire bottiglie di alluminio per disincentivare l’uso della plastica, affronto il problema dell’inquinamento da plastica ed evidenzio limiti e vantaggi delle iniziative anzidette.

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Professore, la sua attività di ricerca è mirata non solo alla delucidazione dei meccanismi coinvolti nella dinamica di nutrienti e contaminanti nei suoli, ma anche al recupero ambientale. Ha letto sicuramente dell’iniziativa promossa dal Comune di Milano e dall’Università di Padova per combattere la lotta all’inquinamento da plastica. Cosa ne pensa?

Cominciamo col dire che il termine “plastica” individua una moltitudine di materiali che si differenziano tra loro per caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche. Forse solo gli addetti ai lavori ricordano che una delle prime “plastiche” ad essere sintetizzate fu il rayon. Si tratta di un derivato della cellulosa – sì, il polimero a base di glucosio che costituisce le fibre vegetali – che fu conosciuta come “seta artificiale”. [continua…]

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Ancora sulla chimica cattiva

 

Ormai anche le dolomiti sanno che sono un chimico; sanno anche che sono alquanto irritabile quando leggo certe cose. E guardando alla foto di Figura 1 mi sono irritato non poco.

 

Figura 1. Post comparso sulla pagina pubblica di una nutrizionista

La dottoressa scrive: “i dolcificanti artificiali, che sono chimici e tossici”.

Cosa vuol dire che i dolcificanti artificiali sono chimici? Forse che il saccarosio (ovvero quella polverina bianca che usiamo per dolcificare il caffè al bar) non è inquadrabile come un composto chimico? Ed il fruttosio? E tutti gli altri zuccheri? Non sono forse anche essi composti chimici? Ma, del resto, esiste un qualche composto nell’intero universo che possa essere definito come “non chimico”? Anche le rocce che sono su Marte sono composti chimici.

Ancora una volta il termine “chimico” viene usato male.

Come sto ripetendo fino alla nausea da un po’ di tempo a questa parte, la chimica è una forma di conoscenza. Come questa conoscenza possa essere utilizzata è ben altro. Non voglio ripetermi per l’ennesima volta. Vi invito a leggere le interviste che ho rilasciato a “La medicina in uno scatto” (qui) e Gravità Zero (qui) oppure l’intervista che è apparsa su Il Sole 24 Ore (qui).

Il linguaggio popolare

Capisco che per le persone che non sono abituate al linguaggio scientifico il termine “chimico” voglia dire “di sintesi”, ovvero fatto in laboratorio. Ma il fatto che un composto chimico sia fatto in laboratorio non vuol dire che esso sia necessariamente tossico. Nella intervista a “La medicina in uno scatto” (qui) faccio l’esempio della nitroglicerina che è un composto che non esiste in natura; può essere usato come esplosivo (e di fatto è l’ingrediente della dinamite), ma anche come medicinale, dal momento che il suo sottoprodotto di degradazione nell’organismo umano è un ottimo vasodilatatore e viene usato come farmaco antianginoso. Questo è solo uno dei tanti esempi che si possono fare. Un altro è l’insulina. Fino a una cinquantina di anni fa, l’insulina (sì, quel famoso ormone la cui carenza è legata all’insorgenza del diabete) era isolata dal pancreas animale (in particolare del maiale). Il suo grado di purezza non era sufficiente a garantirne una completa innocuità perché gli individui che assumevano questo prodotto di origine animale potevano rispondere negativamente alle impurezze in esso contenuto. Oggi l’insulina è fatta in laboratorio (mediante l’uso di organismi geneticamente modificati, sì, proprio i bistrattati OGM) ed il suo grado di purezza assicura agli esseri umani un ottimo grado di tollerabilità. Oggi i diabetici possono condurre una vita “normale” fino a tarda età facendo ovviamente attenzione a ciò di cui si alimentano e facendo uso costante di questo farmaco di sintesi.

I dolcificanti di sintesi

Ed ora ritorniamo ai dolcificanti di sintesi. Sono tossici? Non più di quanto lo sia un qualsiasi altro alimento. Ne parlo molto dettagliatamente nel mio libro “Frammenti di Chimica“, ma ne ho parlato anche diverse volte in un mio reportage sui dolcificanti. Per esempio qui parlo dell’acesulfame K, qui della “tossicità” dello zucchero raffinato (ma ne parlo anche nell’intervista a Gravità Zero, qui), qui parlo della saccarina, qui dell’aspartame. Insomma, la “tossicità” degli edulcoranti di sintesi è una leggenda. È ovvio che se assumiamo quantità enormi di un qualsiasi dolcificante, questo bene non fa. Il trucco è tutto nella moderazione e nella variabilità alimentare.

Metabolismo veloce; metabolismo lento

Altro punto che mi lascia perplesso, e molto, è il concetto di “accelera il metabolismo”. Il metabolismo è una complessa serie di reazioni chimiche dalle quali traiamo la nostra capacità autopoietica (per approfondire ne ho già parlato in passato qui e qui). Il metabolismo (la cui complessità è in Figura 2) non può essere inteso come un’automobile che accelera quando pigiamo sul pedale dell’acceleratore o rallenta quando pigiamo il pedale del freno.

Figura 2. Mappa metabolica (Fonte)

Le reazioni metaboliche vanno in una direzione o nell’altra a seconda delle attività che svolgiamo durante la giornata. “Accelerare” o “rallentare” il metabolismo è un non-senso biochimico; in altre parole non significa nulla. L’uso di questi termini non fa altro che alimentare dei miti e delle leggende popolari che, a loro volta,  posso generare bufale.

Come difendersi dalle bufale?

L’educazione alla scienza, la difesa dalle bufale, passa anche dal modo con cui noi professionisti del settore usiamo le parole. Non possiamo, noi, abbassarci al linguaggio popolare. Dobbiamo fare in modo che il linguaggio popolare venga dismesso e le parole vengano usate nel modo opportuno. Questo lo possiamo fare solo se noi tutti ci impegniamo nella corretta divulgazione ed educhiamo il salumiere, la massaia, il professionista che è fuori dal contesto scientifico, all’uso corretto delle parole che appartengono al nostro mondo.

 

Fonte dell’immagine di copertinahttps://www.scientificast.it/chimica-bella-chimica-brutta-scientificast-126/

Frammenti di chimica su Oxygen

Ed eccomi qui in una trasmissione on line. Grazie a Carolina Sellitto per l’intervista nella sua Oxygen con la quale mi ha dato modo di poter parlare di chimica,  di scienza e di presentare il mio Frammenti di chimica. La corretta divulgazione si fa con tutti i mezzi possibili in modo da raggiungere le menti curiose del pubblico di ogni fascia di età ed estrazione culturale.

Carolina Sellitto presenta:Frammenti di Chimica con lo scienziato prof Pellegrino Conte

Publiée par Oxygen sur Vendredi 12 octobre 2018

 

Fonte dell’immagine di copertina: https://www.keeptheplanet.org/divulgazione-scientifica/

Frammenti di chimica: un estratto

Chimica e bufale. In che modo la chimica ci può aiutare a comprendere le mezze verità, le leggende, i miti, insomma quelle che in rete vengono identificate come bufale? Ne parlo in Frammenti di Chimica.

Volete avere qualche dettaglio in più?

D’accordo con l’editore della C1V Edizioni, è possibile richiedere un estratto del libro collegandosi al sito della casa editrice www.c1vedizioni.com e riempiendo la form che è in basso a destra.

Riceverete anche un invito ad iscrivervi alla newsletter (e questo vi consentirà di ottenere un regalo dalla casa editrice).

Entro 48 ore riceverete una mail con l’estratto del libro ed un codice promozionale di 4€ per il suo acquisto.

grazie di cuore e buona lettura

 

 

La chimica del pulito

Vi siete mai chiesti come mai per lavare qualcosa bisogna usare il sapone e, preferibilmente, acqua calda? È tutta questione di chimica fisica.

Più volte ho scritto in merito all’acqua ed alle sue proprietà. Per esempio, qui e qui potete leggere in merito alle proprietà dei legami a idrogeno, qui in merito al ruolo dei legami a idrogeno nell’innalzamento ebullioscopico, qui trovate il significato di pH e la sua dipendenza dalla temperatura.

La chimica dei saponi

Il funzionamento dei saponi è molto semplice e lo ho già descritto qui, quando ho parlato di acqua micellare. In sintesi, un sapone è fatto da molecole anfifiliche, ovvero che hanno caratteristiche sia idrofiliche che idrofobiche. In particolare, le molecole si arrangiano in modo tale da permettere che le teste idrofiliche, rimanendo a contatto con l’acqua, isolino dall’acqua le code idrofobiche che non hanno con essa una buona affinità (Figura 1).

Figura 1. Struttura di una micella. Le teste idrofiliche formano una “pellicola” che separa le code idrofobiche dal contatto con l’acqua (Fonte)

La natura delle micelle è tale da “indebolire” i legami a idrogeno dell’acqua con la conseguenza che si riduce la tensione superficiale del liquido stesso (Figura 2).

Figura 2. La tensione superficiale permette alle zanzare di “camminare” sull’acqua (Fonte)

La riduzione della tensione superficiale consente alle molecole di acqua di penetrare meglio all’interno dei pori dei tessuti degli abiti o della pelle (in generale di tutti i sistemi porosi) così da permettere alle micelle del sapone di interagire meglio con lo sporco.

Quando ciò accade, le micelle “inglobano” lo sporco nella parte idrofobica mentre le teste polari a contatto con l’acqua fanno in modo che lo sporco venga trascinato via dall’acqua stessa (Figura 3).

Figura 3. Funzionamento dei saponi. I punti rossi sono le teste idofiliche, i bastoncini gialli sono le code idrofobiche (Fonte)
Cosa c’entra la temperatura?

Ormai anche le pietre sanno che l’acqua è una molecola polare. La polarità dell’acqua è dovuta alla distribuzione degli elettroni all’interno della stessa molecola. Essa è tale che il centro delle cariche negative è preferenzialmente localizzato sull’ossigeno, mentre quello delle cariche positive sugli atomi di idrogeno (Figura 4).

Figura 4. Distribuzione della densità elettronica nella molecola di acqua (Fonte)

Alla polarità della molecola di acqua, in genere, si attribuisce la “responsabilità” dei legami a idrogeno summenzionati. La polarità dell’acqua è legata anche a quella che si chiama costante dielettrica. La costante dielettrica è una misura della capacità delle molecole di un mezzo (in questo caso l’acqua) di allineare il proprio dipolo elettrico secondo le linee di forza di un campo elettrico applicato (Figura 5).

Figura 5. Orientamento del dipolo acqua all’interno di un campo elettrico. Il centro delle cariche positive del dipolo si orienta verso il polo negativo mentre quello delle cariche negative si orienta verso il polo positivo (Fonte)

Più elevata è la costante dielettrica, più facilmente le molecole si allineano al campo elettrico applicato.

Da un punto di vista sperimentale, la costante dielettrica dell’acqua riduce di circa 80 volte la forza con cui interagiscono gli ioni presenti in un composto chimico. È per questo motivo che i sali tendono a sciogliersi bene in acqua.

Il valore della costante dielettrica è anche una misura della tensione superficiale del sistema liquido per cui esso è misurato. Più elevato è il valore di questa costante, maggiore è la tensione superficiale del liquido.

La Figura 6 mostra come varia il valore della costante dielettrica dell’acqua al variare della temperatura. In parole povere, l’aumento della temperatura comporta una diminuzione della costante dielettrica, ovvero una diminuzione della polarità dell’acqua ed una riduzione della sua tensione superficiale.

Figura 6. Variazione della costante dielettrica relativa dell’acqua con la temperatura

Come già spiegato nel paragrafo precedente, la riduzione della tensione superficiale permette all’acqua di “interagire” meglio con la superficie dei mezzi porosi (per esempio la pelle o un tessuto di un abito).

Conclusioni

L’uso combinato dei saponi e dell’alta temperatura permette una drastica riduzione della tensione superficiale dell’acqua aumentandone la capacità pulente. L’aumento della temperatura consente anche di sterilizzare gli “oggetti” che vengono lavati. La sterilizzazione, naturalmente, ha luogo solo se i microorganismi che contaminano gli oggetti non sono termofili, ovvero in grado di resistere alle classiche temperature usate negli elettrodomestici di casa (gli organismi termofili sono in grado di resistere anche a temperature di 80-90 °C).

Simpatico, vero, l’effetto della temperatura sulle proprietà dell’acqua?

 

Per saperne di più

Fonte dell’immagine di copertina

Storia chimica delle armi. I gas nervini

Quanti di noi hanno sentito parlare dei gas tossici usati tra la fine degli anni ottanta e l’inizio dei novanta del XX secolo da Saddam Hussein per sterminare i Curdi (qui)? E quanti ricordano l’attentato alla metropolitana di Tokyo nel 1995 le cui vicende giudiziarie si sono  concluse solo qualche giorno fa con la morte dei responsabili  (qui)?

Non voglio discutere dell’etica nell’uso delle armi. Non è il compito che mi sono dato nella gestione di questo blog. Oggi voglio semplicemente descrivere i meccasnismi con cui i gas nervini funzionano sull’organismo umano prendendo spunto da un articolo apparso su American Scientist (May-June 2018, pp. 138-140; qui).

Sapete cos’è la nicotina? È la molecola mostrata in Figura 1.

Figura 1. Struttura della nicotina (Fonte)

Si tratta di un alcaloide la cui funzione all’interno delle piante che lo producono è di tipo difensivo. Serve, in altre parole, per la protezione dai predatori. Ma qual è la relazione tra i gas nervini e la nicotina?

Erano gli anni ‘30 del XX secolo. In Italia era già presente il fascismo e da poco in Germania era salito al potere Hitler col suo partito nazionalsocialista.

Gli scienziati tedeschi erano alla ricerca di insetticidi alternativi alla nicotina. Nei laboratori chimici si sperimentavano nuove reazioni di sintesi e da una di queste venne ottenuto il (RS)-2-(fluoro-metil-fosforil)ossipropano che è più noto col nome comune di Sarin (Figura 2).

Figura 2. I due isomeri del Sarin (Fonte)

Il nome comune di questo biocida deriva da quello dei chimici che per primi lo sintetizzarono: Schrader, Ambros, Rüdiger e Van der Linde.

La molecola è un derivato organo fosfato, volatile ed incolore, del 2-propanolo che, fin da subito, mostrò enormi potenzialità biocide. Potenzialità talmente buone che risultò troppo tossico, anche per gli umani, per gli usi in agricoltura. Per questo motivo la descrizione del processo di sintesi fu passata ai chimici della Wehrmacht che cercarono fin da subito di industrializzarne la produzione per l’ottenimento di un’arma di distruzione di massa micidiale.

Sappiamo come è finita la seconda guerra mondiale. Per fortuna i tedeschi non furono in grado di produrre il Sarin in quantità belliche ed alla caduta del Reich millenario non avevano ancora risolto il problema di come passare la produzione dalla scala di laboratorio a quella industriale. Si racconta che durante il tentativo di upgrade alla sintesi industriale, due chimici della Wehrmacht fossero venuti a contatto con questo liquido volatile attraverso dei microstrappi nelle loro tute di protezione e siano morti. Questo episodio sembra sia stato poi alla base per la comprensione dei meccanismi di azione del Sarin.

La ricerca di alternative alla nicotina, portò gli scienziati tedeschi non solo alla sintesi del Sarin, ma anche a quella del N,N-Dimetilfosforamidocianidato di etile meglio noto col nome comune di Tabun (Figura 3).

Figura 3. Struttura del Tabun (Fonte)

Anche questo sistema chimico risultò troppo tossico per l’uso in agricoltura e la descrizione del suo processo di sintesi fu passato ai chimici dell’esercito Tedesco. Come nel caso del Sarin, gli scienziati della Wehrmacht non furono  in grado di operare l’upgrade alla scala bellica del Tabun che non fu mai operativamente utilizzato nella seconda guerra mondiale contro gli alleati (qui e qui degli articoli interessanti sul ruolo dei chimici nazisti nella seconda guerra mondiale, mentre qui si trovano un po’ di articoli interessanti sull’invenzione delle armi di distruzione di massa, come oggi vengono indicati i gas a scopo bellico).

Dagli anni ’30 del XX secolo ad oggi, sono stati fatti notevoli progressi in termini di efficienza dei gas nervini (da qui, potete scaricare una interessante review in merito ai gas nervini: Wiener and Hoffman (2004) Nerve Agents: A Comprehensive Review, Journal of Intensive Care Medicine 19: 23-38).

Dal Sarin e dal Tabun si è passati ai Novichock agents (anche indicati con la sigla VX) la cui struttura non è ancora ben nota. In Figura 4 si riportano ipotesi di struttura per i gas VX.

Figura 4. Possibili strutture degli agenti nervini indicati con la sigla VX (Fonte)
Come funzionano i gas nervini?

Uno degli enzimi più importanti nel nostro metabolismo legato alla trasmissione degli impulsi nervosi è l’acetilcolinesterasi (AChE, Figura 5).

Figura 5. Acetilcolinesterasi, enzima coinvolto nella trasmissione degli impulsi nervosi (Fonte)

Il ruolo dell’AChE è quello di idrolizzare (in termini più semplici “distruggere”) l’acetilcolina (ACh, Figura 6), un neurotrasmettitore che, quando si accumula nelle sinapsi o nelle giunzioni neuromuscolari, causa:

  1. contrazione delle pupille
  2. eccessiva produzione di muchi, lacrime, saliva e sudore
  3. nausea e dolori gastrointestinali
  4. broncocostrizione e irrigidimento del torso
  5. spasmi, convulsioni e perdita del controllo delle funzioni intestinali
  6. coma
  7. morte
Figura 6. Struttura chimica del neurotrasmettitore acetilcolina (Fonte)

Il processo di idrolisi dell’acetilcolina ad opera dell’acetilcolinesterasi è mediato dalla presenza di due siti attivi nell’enzima: il primo (un sito con caratteristiche anioniche, ovvero carico negativamente) serve per posizionare (attraverso l’interazione con la carica positiva che vedete nella Figura 6) l’acetilcolina nel modo giusto accanto al secondo sito che funziona da “forbice” per “tagliare” la molecola nel punto indicato dalla freccia di Figura 6.

La reazione complessiva è, quindi, quella che vedete in Figura 7

Figura 7. Schema dell’idrolisi dell’acetilcolina

I gas nervini competono con l’acetilcolina per i siti attivi dell’acetilcolinesterasi (bello, vero, scritto così? significa che i gas nervini si legano all’acetilcolinesterasi al posto dell’acetilcolina), impedendo in questo modo la reazione di Figura 7 e consentendo l’accumulo di ACh nelle sinapsi e nelle giunzioni neuromuscolari con le conseguenze descritte poco più sopra.

Conclusioni

La morte per inalazione o contatto con gas nervini non è bella. Ci si rende conto della propria fine e, se non si utilizzano in tempo gli antitodi necessari a rompere le molecole di gas nervino, si muore soffrendo parecchio.

A margine di questa conclusione a cui si può arrivare intuitivamente leggendo le poche cose che ho scritto, voglio semplicemente aggiungere che tutto quello che ho scritto (sicuramente in modo semplicistico e non completo) è parte del bagaglio culturale di ogni chimico, biologo, medico o professionista del settore “scienze della vita” (per es. anche farmacisti e CTF) che, nel corso dei suoi studi, ha avuto a che fare con la biochimica.

Se la biochimica ci consente di spiegare in modo dettagliato il funzionamento di queste terribili armi chimiche, non si capisce perché stuoli di ignoranti imperversano in rete dispensando consigli non solo inutili ma anche palesemente falsi, perchè basati su nessuna conoscenza o su pseudo scienza, in merito al funzionamento di vaccini, omeopatia, scie chimiche e altre baggianate del genere.

La biochimica, cari i miei ignoranti, si studia all’università. È grazie al suo sviluppo ed alla sua evoluzione  che noi oggi siamo in grado di vivere mediamente fino ad ottanta anni contro i 30/40 di un secolo fa.

Prima di dire idiozie in merito al funzionamento dei vaccini o pontificare sulla biodinamica e sull’omeopatia, studiate. Solo dopo aver studiato ed aver capito le basi del metabolismo animale avete il diritto di parlare. Prima di allora non avete alcun diritto di confrontarvi con chi ne sa più di voi il cui unico titolo di studio in termini chimici, biologici e medici è equivalente al vostro certificato di battesimo.

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