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Le interviste impossibili: incontriamo Michael Faraday

Lasciata Parigi, dove ho avuto l’onore di dialogare con Antoine Lavoisier, faccio rotta verso l’Inghilterra. È il 1831 — almeno, così mi piace pensare — e la bruma londinese avvolge i sobborghi di Newington Butts. Qui, in una piccola casa modesta, mi attende Michael Faraday: chimico, fisico, autodidatta, uomo dalla curiosità inesauribile. Dai suoi esperimenti nascono concetti e scoperte che hanno plasmato la chimico-fisica moderna: l’elettromagnetismo, le leggi dell’elettrolisi, l’introduzione di termini come “anodo” e “catodo”, e quell’inimitabile ciclo di lezioni che raccolse in The Chemical History of a Candle. Un uomo che, pur privo di studi matematici formali, ha saputo leggere nel linguaggio segreto della natura e tradurlo in esperimenti chiari e affascinanti.

— Buongiorno, Professor Faraday. Sono onorato che lei abbia voluto incontrarmi.
— Buongiorno a lei, e benvenuto a Londra. Sono lieto di parlare con chi mostra curiosità per la scienza, perché la curiosità è la fiamma che accende ogni scoperta.

— Professor Faraday, il suo nome è legato a scoperte epocali in campi diversi. Partiamo dall’elettrochimica: come nacquero le sue famose leggi dell’elettrolisi?
— Tutto è cominciato facendo esperimenti, con tanta pazienza e un po’ di ostinazione. L’elettrolisi, per dirla semplice, è quando si fa passare corrente elettrica in un liquido — come una soluzione salina — e agli elettrodi avvengono reazioni chimiche: si formano gas, si depositano metalli, o si liberano altre sostanze. Mi resi conto che la quantità di sostanza prodotta non era mai a caso: più elettricità facevo passare, più materia ottenevo. Questo è il cuore della mia prima legge. Poi, cambiando sostanza — oro, rame, idrogeno, ossigeno… — vidi che, se facevo passare sempre la stessa “dose” di elettricità, ottenevo quantità diverse di materiale, ma sempre in proporzione a un valore caratteristico di quella sostanza, il cosiddetto “peso equivalente”. In fondo, quelle regole erano già lì, scritte nella natura: io ho solo avuto la pazienza di osservarle e metterle nero su bianco.

— Questo è quanto hanno affermato, tra le righe, anche il Professor Boyle e Monsieur Lavoisier che, immagino, lei conosca.
— Eccome se li conosco! Boyle, con il suo modo rigoroso di sperimentare, ha aperto la strada a tutti noi: era convinto che le leggi della natura fossero lì da scoprire, non da inventare. E Lavoisier… be’, lui ha saputo dare un ordine e un linguaggio alla chimica. Ha dimostrato che nulla si crea e nulla si distrugge, e che il compito dello scienziato è trovare il filo che lega ogni trasformazione. Io ho solo continuato quel lavoro, seguendo il filo della corrente elettrica.

— Quindi, lei ha seguito le orme di monsieur Lavoisier, dimostrando in modo indipendente che aveva ragione.
— Direi piuttosto che ho camminato su un sentiero che lui aveva già tracciato, ma guardando dettagli che, ai suoi tempi, erano nascosti. Lavoisier aveva ragione nel dire che la materia si conserva e che le reazioni seguono leggi precise. Io ho potuto vedere quelle stesse leggi in azione nei processi elettrici, e mostrarne il funzionamento quantitativo. In un certo senso, la mia elettrochimica è stata la prova sperimentale di un’idea che lui aveva reso universale.

— E come ha detto monsieur Lavoisier, la scienza è un gioco corale…
— …esattamente. Non c’è un singolo musicista che possa suonare tutta la sinfonia da solo. Ognuno aggiunge una nota, un tema, un’armonia. Boyle ha messo le fondamenta del metodo sperimentale, Lavoisier ha dato ordine e linguaggio alla chimica, e io ho avuto la fortuna di inserirvi l’elettricità come nuova voce. La scienza avanza così: un’idea ispira un’altra, un esperimento ne provoca cento nuovi. È un lavoro che attraversa generazioni, senza gelosie — o almeno, così dovrebbe essere.

— E in questo coro, lei ha introdotto un tema che ha cambiato per sempre la fisica: l’induzione elettromagnetica.
— Fu una delle mie scoperte più care. E nacque da una domanda molto semplice: se una corrente elettrica può generare un campo magnetico, come aveva mostrato Oersted, non sarà possibile anche il contrario? Mi misi al banco di lavoro con fili di rame, bobine, magneti e molta pazienza. Scoprii che muovendo un magnete vicino a un circuito, o variando il campo magnetico che lo attraversa, in quel circuito compare una corrente. Una corrente “indotta”. Non serviva contatto diretto: il cambiamento del campo era sufficiente.

— Un principio che oggi è alla base dei generatori e dei trasformatori elettrici…
— All’epoca non pensavo certo alle centrali elettriche: vedevo solo un nuovo modo in cui natura e movimento dialogano. Ma la bellezza della scienza è che ciò che nasce da curiosità pura, un giorno, può cambiare il mondo.

— Questa è l’idea della ricerca di base, un tipo di ricerca che, come avrà sicuramente saputo, oggi viene ritenuta inutile. Oggi, nella stesura dei progetti per ottenere finanziamenti, occorre anche descrivere i risultati attesi e le possibili applicazioni…
— Ah, capisco. Ma vede, la ricerca di base è come seminare in un terreno fertile: non si può sempre sapere in anticipo quale frutto crescerà, né quando. Se nel 1831 mi avessero chiesto quali applicazioni pratiche avrei tratto dall’induzione elettromagnetica, avrei potuto solo dire: “Ancora non lo so, ma è un fenomeno reale e va compreso”. Eppure, da quella curiosità oggi nascono la produzione e la distribuzione dell’elettricità. La scienza che cerca soltanto risultati immediati rischia di accontentarsi di frutti già noti, rinunciando a scoprire nuove specie di alberi.

— Bellissimo ciò che ha detto… la scienza che cerca soltanto risultati immediati rischia di accontentarsi di frutti già noti, rinunciando a scoprire nuove specie di alberi.
— E glielo posso raccontare con un piccolo episodio personale. Quando iniziai a parlare dei miei esperimenti sull’elettricità, alcuni colleghi mi chiesero: “Ma a cosa serve tutto questo? Cosa produrrà di utile?” Io risposi semplicemente: “Non lo so ancora… ma quando lo scoprirò, sarà più utile di qualsiasi risposta affrettata”. Ridono ancora, quando lo racconto, perché nessuno allora poteva immaginare che quei giochi con fili e magneti un giorno avrebbero illuminato case, fabbriche e città intere. La curiosità pura è stata il mio unico motore. Non ho mai pensato che l’utilità pratica dovesse precedere la comprensione; credo fermamente che le leggi della natura si rivelino meglio a chi le osserva con meraviglia e senza fretta.

— È davvero straordinario come la curiosità pura abbia portato a scoperte così rivoluzionarie… eppure, lei non si è fermato all’elettricità: ha anche esplorato la luce.
— Sì, e anche qui è stata la stessa curiosità a guidarmi. Nel 1845, mentre studiavo l’influenza dei campi magnetici sulla materia, mi venne in mente di verificare se la luce potesse essere influenzata da un campo magnetico. Preparai un esperimento semplice: un raggio di luce che passava attraverso una sostanza trasparente immersa in un campo magnetico. Con grande stupore, notai che il piano di polarizzazione della luce ruotava leggermente.

— Questo è ciò che oggi chiamiamo effetto Faraday…
— È il primo esempio noto di interazione tra luce e magnetismo, e dimostrò che la luce e il magnetismo non sono fenomeni separati, ma legati da un principio comune. All’epoca non conoscevo l’equazione di Maxwell — che sarebbe arrivata solo qualche decennio dopo — ma intuivo che elettricità, magnetismo e luce fossero fili di uno stesso tessuto. Il mio compito era solo tirare uno di quei fili per vedere come vibrava l’intero intreccio.

— Professor Faraday, lei ha dimostrato di saper fare scoperte enormi senza una formazione matematica formale. Come ci è riuscito?
— Non ho mai considerato la matematica un ostacolo insormontabile, ma uno strumento che, se necessario, avrei potuto imparare. La mia forza era nel laboratorio, nell’osservazione meticolosa, nell’immaginare esperimenti semplici che potessero dare risposte chiare. Credevo — e credo ancora — che il pensiero sperimentale sia universale: se la natura ti mostra un fenomeno, puoi comprenderlo anche senza formule complesse, purché tu abbia pazienza, rigore e umiltà.

— A proposito di umiltà, lei ha spesso rifiutato titoli e onori…
— Sì, perché il vero riconoscimento per uno scienziato non è una medaglia, ma vedere che le sue scoperte entrano a far parte della vita di tutti. Ho sempre pensato che la scienza debba restare al servizio dell’uomo, non dell’ego dello scienziato.

— …che non è esattamente quello che accade oggi, quando molti di noi — me compreso — provano un certo piacere a stare sotto i riflettori. E glielo confesso: quando lo dico ai colleghi, vengo anche preso per pazzo.
— Forse perché oggi la visibilità non porta solo applausi, ma anche finanziamenti. E questi, lo so bene, possono arrivare da ogni direzione, compresa quella di chi vende illusioni ben confezionate: omeopatia, biodinamica e altre amenità. Ai miei tempi, la fama non apriva così facilmente le casse di mecenati o aziende; e comunque, il rischio di piegare la scienza a interessi di parte era sempre in agguato. Il punto è ricordare che il palcoscenico passa, mentre la verità scientifica resta — e che oggi, troppo spesso, la dignità e l’autorevolezza scientifica vengono barattate per un piatto di lenticchie.

— Professor Faraday, molti la ricordano anche per le sue celebri Christmas Lectures alla Royal Institution. Come nacque l’idea de La storia chimica di una candela?
— Ogni anno, a Natale, tenevo delle lezioni per i ragazzi. Volevo offrire loro un’esperienza che fosse insieme semplice e affascinante. Scelsi la candela perché è un oggetto comune, familiare a tutti, ma dietro la sua fiamma si nasconde un mondo di fenomeni fisici e chimici.

— Qual era il suo obiettivo nel parlare di una cosa così quotidiana?
— Dimostrare che la scienza non è confinata nei laboratori: è dappertutto. Una candela, accendendosi, mette in scena combustione, convezione, cambiamenti di stato, reazioni chimiche complesse. Volevo che i giovani capissero che anche un gesto banale può essere una porta verso grandi scoperte.

— Qual è il primo segreto che una candela rivela?
— Che la fiamma non è materia, ma energia in azione. La cera, riscaldata, diventa liquida, poi gassosa; il gas brucia liberando calore e luce. È un ciclo continuo di trasformazioni: solido, liquido, gas, e di nuovo energia.

— Lei parlava spesso di osservare prima di spiegare. Come lo applicò in queste lezioni?
— Invitavo i ragazzi a guardare: il colore della fiamma, il fumo che si sprigiona quando si spegne la candela, la forma della goccia di cera che si scioglie. Solo dopo passavamo a spiegare il perché di ciò che avevano visto. La curiosità nasce dall’osservazione diretta.

— In fondo, è un po’ la stessa filosofia della sua ricerca…
— Sia che studi l’elettromagnetismo, sia che guardi una candela, l’approccio è lo stesso: osservare con attenzione, porre domande, non dare nulla per scontato.

— Cosa pensa che La chimica di una candela possa insegnare ancora oggi?
— Che la scienza è nelle mani di chi sa guardare. Non importa se il laboratorio è una stanza piena di strumenti o il tavolo di cucina: ciò che conta è la capacità di meravigliarsi e di cercare risposte.

— Sa che queste sue parole potrebbero essere usate oggi, nella mia epoca, da complottisti di ogni risma? Gente che si riempie la bocca di “pensiero indipendente”, “Galilei era uno contro tutti” e così via cantando…
— Oh, conosco bene il rischio. Ma vede, c’è una differenza sostanziale: il vero pensiero indipendente nasce dallo studio rigoroso e dall’osservazione onesta della realtà; quello dei complottisti nasce spesso dal rifiuto pregiudiziale delle prove. Galilei non era “uno contro tutti” perché amava contraddire: era uno che portava dati, misure, esperimenti ripetibili. Se oggi qualcuno brandisce il suo nome per giustificare opinioni infondate, sta confondendo la curiosità con l’arroganza e il metodo scientifico con la chiacchiera da taverna. E guardi che lo stesso vale per una candela. Posso raccontare che la fiamma è alimentata da minuscole fate luminose che ballano nell’aria: suona poetico, e qualcuno potrebbe pure crederci. Ma basta un semplice esperimento per dimostrare che la luce e il calore vengono dalla combustione di vapori di cera. La scienza non è negare la fantasia — è verificarla.

— Professor Faraday, se dovesse riassumere in poche parole il senso del suo lavoro, cosa direbbe?
— Direi che ho passato la vita a inseguire scintille: alcune erano letterali, altre metaforiche. Ma ogni scintilla, se seguita con attenzione, può accendere una fiamma di conoscenza.

Mentre lascio la sua casa, il cielo di Londra è ancora avvolto nella bruma, ma nella mia mente resta accesa una piccola luce: quella di una candela che, sotto lo sguardo paziente di Michael Faraday, si trasforma da semplice oggetto quotidiano in una lezione eterna di curiosità, rigore e meraviglia.

Mi avvio verso il prossimo appuntamento impossibile. Lì, tra fili di rame e campi invisibili, scopriremo che la scienza può unire fenomeni che sembravano mondi separati, guidata dalla stessa curiosità che accende una fiamma e illumina una mente.

Note Bibliografiche

W.H. Brock (2016) The History of Chemistry. A Very Short Introduction. Oxford University Press

L.  Cerruti (2019) Bella e potente. La chimica dagli inizi del Novecento ai giorni nostri. Editori Riuniti

Michael Faraday (1845) Experimental Researches in Electricity. Philosophical Transactions of the Royal Society

Michael Faraday (1866) Storia Chimica di una candela. Editori della Biblioteca Utile

T.H. Levere (2001) Transforming Matter. A History of Chemistry from Alchemy to the Buckyball. Johns Hopkins University Press

Maggio, R. Zingales (2023) Appunti di un Corso di Storia della Chimica.Edises

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Le interviste impossibili: incontriamo Antoine Lavoisier

Dopo aver lasciato il Professor Boyle, mi reco a Parigi, in una primavera inoltrata di un anno qualsiasi della seconda metà del Settecento. Entro in un salone elegante, illuminato da candelabri e impreziosito da cristalli, dove incontro un uomo in giacca di velluto che sembra appena uscito da un dipinto di David. Nonostante la data sul calendario, lui è qui per noi: Antoine-Laurent de Lavoisier, padre della chimica moderna. Sorriso cortese, sguardo analitico. E, sì, la testa è ancora al suo posto.

— Buon pomeriggio, Monsieur Lavoisier, grazie per aver acconsentito a questa intervista impossibile. Sono appena stato dal Professor Boyle, che lei sicuramente conosce.
— Come potrei non conoscerlo? Il signor Boyle ha dato alla chimica fondamenta solide, anche se il suo flogisto… pardon, le sue idee sull’aria avrebbero avuto bisogno di una piccola revisione. Ma, senza il suo lavoro, il mio sarebbe stato molto più difficile.

— Monsieur Lavoisier, partiamo dalla domanda che tutti si fanno: è vero che ha “inventato” la chimica moderna?
— “Inventare” è un termine troppo presuntuoso, e la scienza non è mai opera di un uomo solo. Diciamo che ho messo un po’ d’ordine in un mestiere che, all’epoca, era un bazar di nomi pittoreschi, teorie fumose e descrizioni poetiche ma imprecise. Molti parlavano di “aria infuocata”, “terra fissa”, “spiriti”, senza una base quantitativa solida. Io ho cercato di sostituire questa confusione con misure accurate, esperimenti ripetibili e una nomenclatura chiara. Ho avuto la fortuna di vivere in un’epoca in cui il metodo sperimentale stava finalmente scalzando il dogma, e in cui la matematica poteva sposare il fornello: bilance accanto agli alambicchi, calcoli accanto alle osservazioni. È così che la chimica è uscita dalla bottega dell’alchimista per entrare nel laboratorio dello scienziato.

—  E così è nata la famosa Legge di conservazione della massa.
— Esatto. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma. È una verità semplice a dirsi, ma non scontata da dimostrare. All’epoca molti credevano ancora che durante una combustione o una reazione chimica qualcosa “sparisse” o “nascesse” dal nulla. Io ho mostrato, bilancia alla mano, che la somma delle masse dei reagenti è sempre uguale a quella dei prodotti, anche se il calore o i gas davano l’illusione del contrario. Era un principio tanto fondamentale quanto rivoluzionario, perché significava che la chimica, per essere scienza, doveva basarsi su misure precise e verificabili. E poi, si sa, una buona legge scientifica è come un buon aforisma: resta impressa nella memoria, ma deve poggiare su dati solidi per non diventare solo una frase ad effetto.

— Ci racconta della riforma della nomenclatura chimica?
— Oh, quella è stata la mia vera rivoluzione, e forse l’eredità più duratura del mio lavoro. Dare nomi logici e universali alle sostanze non è una questione di pignoleria, ma di sopravvivenza per la scienza: se non ci capiamo tra noi, non possiamo progredire. Prima di noi, ogni sostanza aveva un’infinità di nomi locali, legati alle tradizioni o alle fantasie di chi li usava: lo stesso composto poteva essere chiamato “vetriolo di Marte” in un laboratorio, “fior di ferro” in un altro e “sale verde” altrove. Per capire una reazione, bisognava prima tradurre il linguaggio dell’autore — e non sempre era possibile. Con Guyton de Morveau, Berthollet e Fourcroy abbiamo ideato un sistema basato sulla composizione chimica, in cui il nome descriveva la sostanza e non la sua storia folcloristica. È stato come passare da un dialetto confuso a una lingua comune: all’improvviso, la chimica parlava la stessa lingua da Parigi a Londra, da Berlino a Stoccolma.

— E l’ossigeno?
— Ah, il mio “bambino prediletto”! Ho dimostrato che era lui, e non qualche misteriosa sostanza immaginaria, il responsabile della combustione e della respirazione. Prima di me, molti chimici erano affezionati alla teoria del flogisto: un’entità invisibile che si sarebbe liberata durante la combustione. Era una spiegazione comoda, ma non resisteva alla prova della bilancia e dell’esperimento. Studiando i gas di Priestley e di Scheele, compresi che quella “aria particolarmente pura” non era un curiosità da collezione, ma un elemento fondamentale per sostenere la vita e il fuoco. Non tutti furono felici di sentirselo dire: cambiare paradigma è sempre doloroso, specie quando si devono abbandonare idee in cui si è investita la carriera. Ma la chimica non è un’arte di compromesso: segue le prove, non le abitudini. E l’ossigeno, con i suoi comportamenti, era una prova vivente… o, se preferisce, respirante.

— E cosa mi dice dell’azoto?
— Lo chiamai azote, “senza vita”, perché questo gas non sosteneva né la combustione né la respirazione: un’aria inerte, capace di spegnere il fuoco e soffocare gli animali. Era un nome descrittivo, figlio del mio approccio alla nomenclatura. In Inghilterra, però, preferirono chiamarlo nitrogen, “generatore di nitrati”, per via della sua presenza nei salnitri. Non mi offendo per la differenza: i nomi cambiano con le lingue e le tradizioni, ma l’importante è che tutti sappiano di cosa si sta parlando. Certo, a volte questa varietà linguistica genera confusione… ma non più di quanto non faccia la politica.

— A proposito di politica e vita pubblica, lei era anche un funzionario delle tasse. Non esattamente il lavoro più amato dal popolo…
— Vero, e non ha certo contribuito alla mia popolarità durante la Rivoluzione. Ma non ero un esattore medievale con il forcone alla porta: ero un membro della Ferme générale, un’istituzione privata che raccoglieva le imposte per conto dello Stato, e mi impegnavo soprattutto nella riforma del sistema fiscale. Sapevo bene che un’imposta mal congegnata soffoca l’economia, e che un’amministrazione corrotta soffoca la fiducia. Una parte di quelle entrate, peraltro, finiva a sostenere attività scientifiche: laboratori, strumenti, ricerche. La chimica costa, e senza risorse non si può fare. Certo, in tempi di turbolenza politica, essere associato alla riscossione delle tasse era come indossare un bersaglio sulla schiena… e il resto della mia storia dimostra quanto il bersaglio fosse ben visibile.

— Infatti, poi arrivò il 1794…
— Sì, il processo. In tre ore fui condannato a morte. Non era un’udienza, era un atto politico. Un mio collega pronunciò quella frase passata alla storia: “La Repubblica non ha bisogno di scienziati”. Peccato che invece ne avesse un disperato bisogno, allora come oggi. La ghigliottina non è mai stata un buon laboratorio, e nemmeno il sospetto ideologico, il pregiudizio o la paura del pensiero critico. Vedo che in certi Paesi, ancora oggi, si smantellano istituzioni scientifiche, si sostituiscono esperti con fedelissimi politici, si ignorano dati scomodi in nome di un’ideologia o di un calcolo elettorale. Cambiano i metodi — oggi non è più la lama di una ghigliottina, ma decreti, nomine pilotate, tagli di fondi — ma il principio è lo stesso: eliminare la scienza quando contraddice il potere. E così si condanna la società intera, perché senza conoscenza si resta in balìa dell’ignoranza e delle illusioni.

— Se potesse vedere la chimica di oggi, cosa direbbe?
— Che è meravigliosa e spaventosa al tempo stesso. Mai nella storia dell’umanità la conoscenza chimica ha avuto un potenziale così vasto: potete progettare farmaci su misura per salvare vite, creare materiali avanzatissimi, catturare l’energia del sole e del vento, ripulire acque e suoli inquinati. Allo stesso tempo, avete la capacità di alterare interi ecosistemi, accumulare sostanze tossiche che non scompaiono per secoli, e produrre armi in grado di annientare città in pochi secondi. La chimica è un linguaggio universale che la natura comprende, ma non fa sconti: ogni reazione ha conseguenze. Il problema non è la chimica in sé — che è neutrale — ma le scelte politiche, economiche e morali di chi la impiega. Una formula sulla carta è innocente; la sua applicazione, invece, può essere una benedizione o una condanna.

— E a chi inquina, cosa direbbe?
— Direi che la mia legge vale ancora: la massa non sparisce. Quello che immettete nell’ambiente, sotto forma di fumi, scorie o sostanze tossiche, non si dissolve per magia: resta, si trasforma, si accumula. I metalli pesanti finiscono nei sedimenti e nelle catene alimentari, la plastica si frantuma in particelle che respiriamo e ingeriamo, i gas serra restano intrappolati nell’atmosfera per decenni. Prima o poi, tutto vi torna indietro — nell’aria che respirate, nell’acqua che bevete, nel cibo che mangiate. In chimica, come nella vita, il bilancio deve tornare: potete rinviare il conto, ma non potete cancellarlo. La natura è un contabile inflessibile, e non concede condoni.

— Grazie Monsieur Lavoisier. È stato un onore averla potuta incontrare
— L’onore è stato mio, monsieur. Ricordate: la scienza è un’opera collettiva, non il monumento di un solo uomo. Difendetela sempre perché, quando la scienza tace, la superstizione e l’arbitrio parlano più forte. E ora… il mio tempo è finito, ma le mie leggi restano.

Mi stringe la mano, elegante come quando è arrivato. E sparisce, lasciandomi la sensazione che la sua testa, oggi, servirebbe ancora.

Mi avvio verso il prossimo appuntamento impossibile. Lì, tra la fiamma tremolante di una candela, scopriremo che la luce può illuminare molto più della stanza in cui arde.

Note Bibliografiche

W.H. Brock (2016) The History of Chemistry. A Very Short Introduction. Oxford University Press

L. Cerruti (2019) Bella e potente. La chimica dagli inizi del Novecento ai giorni nostri. Editori Riuniti

Antoine-Laurent Lavoisier (2020) Memorie scientifiche. Metodo e linguaggio della nuova chimica. A cura di Ferdinando Abbri. Edizioni Theoria

T.H. Levere (2001) Transforming Matter. A History of Chemistry from Alchemy to the Buckyball. Johns Hopkins University Press

Maggio, R. Zingales (2023) Appunti di un Corso di Storia della Chimica.Edises

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Le interviste impossibili: incontriamo Robert Boyle

Come i miei quattro lettori sanno, sono un appassionato di chimica. Ne ho fatto la mia professione, unendo la passione per la ricerca – il mio giocattolo preferito, con cui smonto la realtà, ne indago i segreti e poi la rimonto – a quella per la didattica che, nel tempo, mi ha rivelato un lato inatteso: la voglia di rendere “digeribili” agli studenti concetti chimici anche molto complessi.

C’è poi un’altra passione: la storia della chimica. Sono convinto che solo conoscendo ciò che è accaduto in passato si possa capire come e perché una disciplina si sia sviluppata in una direzione piuttosto che in un’altra.

Da queste premesse nasce questa rubrica dal titolo: Le interviste impossibili. Si tratta una serie di incontri – ovviamente immaginari – con grandi scienziati del passato, principalmente chimici, con i quali intavolerò discussioni che potranno spaziare dalla scienza alla politica, dall’etica ad altre questioni che il dialogo potrà far emergere. Saranno conversazioni interamente frutto della mia immaginazione, ispirate alla filosofia scientifica e al pensiero della persona intervistata.

E per cominciare, chi meglio di Robert Boyle? Un uomo che, nel 1661, con Il chimico scettico, ha segnato la nascita della chimica moderna, abbandonando le nebbie dell’alchimia per abbracciare la luce della sperimentazione. Sarà lui il primo ospite di questa serie, e vi assicuro che, nonostante i suoi 400 anni portati con una certa eleganza, ha ancora parecchie cose da dire.

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Buongiorno, professor Boyle.
— Buongiorno a lei, signore. Mi perdoni se non mi alzo: questa pompa pneumatica è un po’ capricciosa e non vorrei perdere il vuoto proprio adesso.
— Vedo che la tratta con grande cura.
— Cura? Direi venerazione. È stata la mia chiave per scardinare vecchie idee. Con essa ho mostrato che l’aria non è un concetto filosofico, ma una sostanza reale, con peso, volume, pressione. Ai miei tempi, molti pensavano che la natura fosse governata da qualità misteriose, imponderabili. Io ho voluto misurare, pesare, verificare.

— E questo cambiò la chimica?
— Cambiò il modo di guardare alla materia. Prima si parlava di “aria”, “fuoco”, “acqua” e “terra” come entità quasi mistiche. Io ho voluto trattarle come sostanze concrete. Senza questa svolta, dubito che la chimica avrebbe potuto diventare lo strumento potente – e pericoloso – che è oggi.

— Pericoloso?
— Oh, sì. Ai miei tempi, il pericolo era limitato dal ritmo lento della ricerca: poche persone, pochi strumenti, pochi esperimenti. Oggi vedo una velocità inaudita: sintetizzate composti che non esistono in natura e li disperdete nell’ambiente prima ancora di comprenderne a fondo le conseguenze. Pensate alla plastica: una meraviglia della chimica moderna, ma anche un nuovo sistema chimico, onnipresente nei mari e nei corpi degli animali. Noi scienziati dobbiamo ricordare che ogni “creazione” lascia un’impronta.

— Quindi anche nel XVII secolo si poteva parlare di impatto ambientale?
— Certo, ma in forme diverse. I metallurgi avvelenavano i fiumi con le scorie, nelle città si bruciava carbone liberando fumi tossici. Noi non usavamo la parola “inquinamento”, ma ne sentivamo gli effetti: miniere abbandonate, aria irrespirabile nelle botteghe, malattie croniche tra i lavoratori. Solo che nessuno collegava questi effetti alle cause chimiche: mancava il concetto stesso di “responsabilità scientifica verso l’ambiente”.
— E come ci si è arrivati?
— È stato un percorso lento, nato dall’osservazione e dall’accumulo di prove. Con l’Ottocento e la rivoluzione industriale, l’aumento di fumi e scorie divenne innegabile; nel Novecento, con la chimica capace di produrre composti mai visti in natura, si cominciò a capire che ogni reazione ha conseguenze non solo in laboratorio, ma anche nei fiumi, nei campi e nei corpi. Gli esempi non mancano: le piogge acide dovute alle emissioni industriali, il DDT che si accumulava nelle catene alimentari, il buco nello strato di ozono causato dai clorofluorocarburi. Fu allora che l’umanità iniziò a capire che l’ambiente non era un contenitore infinito, ma un sistema delicato, capace di spezzarsi sotto il peso delle nostre stesse invenzioni. Oggi chiamate questo approccio “valutazione dell’impatto ambientale”: è la naturale estensione del metodo scientifico. Osservare, misurare e trarre conclusioni, ma applicato non solo all’esperimento, bensì alle sue conseguenze sul mondo reale. E, cosa ancora più importante, farlo prima di introdurre su larga scala una nuova sostanza o tecnologia. Tanto che in molti Paesi questo esame preventivo è diventato un obbligo di legge: un modo per ricordare che la prudenza non è un freno al progresso, ma la sua assicurazione.

— Come vede il rapporto tra scienza e politica oggi?
— Non troppo diverso da allora: la politica ama la scienza quando porta vantaggi immediati, ma la ignora – o la ostacola – quando chiede pazienza e prudenza. Ai miei tempi, un re o un mecenate finanziava un esperimento se prometteva ricchezza o prestigio; oggi, un governo o un’azienda lo finanziano se promette profitto o consenso. La differenza è che oggi gli effetti sono globali, non locali.

— E anche la scienza stessa è cambiata.
— Oh, sì. Mi avete parlato di questa massima: publish or perish, pubblica o scompari. Ai miei tempi pubblicare era un atto ponderato, spesso il lavoro di una vita. Ora vedo un’esplosione di articoli, ma molti sono come bolle di sapone: luccicanti per un attimo, poi svaniscono. Alcuni dicono poco o niente, altri celano errori gravi, e vi sono perfino casi di falsità intenzionali. Mi avete raccontato di un certo Jan Hendrik Schön, che riempì riviste prestigiose di risultati entusiasmanti sui transistor molecolari… peccato che fossero artefatti. Grafici identici per esperimenti diversi, dati “cancellati” per mancanza di spazio…
— E la comunità scientifica?
— Ha fatto ciò che doveva: ha verificato, smascherato e ritirato quegli studi. Ma il danno d’immagine resta: basta un imbroglione per far credere a molti che tutta la scienza sia marcia.

— E non è solo un problema di chi scrive articoli. Anche chi siede nei comitati scientifici ha responsabilità enormi.
— Certamente. Mettere in un comitato tecnico persone che rifiutano le basi stesse della disciplina che dovrebbero consigliare è come nominare un astrologo direttore di un osservatorio astronomico, o un alchimista a capo di un laboratorio chimico. Ai miei tempi, la Royal Society aveva un motto: Nullius in verba, “non fidarti della parola di nessuno”. Oggi dovreste aggiungere: “ma fidati dei dati”.
— E invece?
— Invece vedo che talvolta si preferisce dare spazio a voci che piacciono al pubblico, o che creano polemica, piuttosto che a quelle fondate sulla prova. È un cortocircuito pericoloso: si confonde il dibattito scientifico, che nasce dall’evidenza, con l’opinione personale, che nasce dal pregiudizio.

— Torniamo un attimo al suo Chimico scettico: il suo invito era a dubitare, a verificare.
— Sì. Lo scetticismo è la virtù cardinale dello scienziato. Senza di esso, si scivola nell’illusione. Oggi, a quanto vedo, convivono scoperte straordinarie e credenze assurde: si creano vaccini in pochi mesi e allo stesso tempo si vendono boccette di acqua “miracolosa” che pretendono di curare tutto.
— Omeopatia.
— Già. La chiamerei “chimica dell’assenza”: meno sostanza c’è, più miracoli si promettono. È un concetto che mi lascia perplesso: ho passato la vita a misurare e qui si celebra ciò che non si può misurare.

— Se potesse dare un consiglio agli scienziati di oggi?
— Non dimenticate che ogni molecola che “create” entrerà in qualche ciclo della natura. E ricordatevi che la scienza non è una collezione di verità scolpite nella pietra, ma un cantiere aperto, dove ogni scoperta deve essere messa alla prova, anche – e soprattutto – quando sembra troppo bella per essere vera.

— Ultima domanda, professore: se le offrissi un bicchiere di acqua “omeopatica” per la salute?
— (Sorride) Lo accetterei… ma solo se avessi sete.

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Saluto il professor Boyle e mi avvio verso il prossimo appuntamento impossibile. Il mio interlocutore, ghigliottinato nel 1794, aveva una convinzione incrollabile: nulla si crea, nulla si distrugge. Ma, come scopriremo presto, non tutto si conserva…

Note Bibliografiche

R. Boyle (ed. 2013) The skeptical chymist. Dover Publications

W.H. Brock (2016) The History of Chemistry. A Very Short Introduction. Oxford University Press

L. Cerruti (2019) Bella e potente. La chimica dagli inizi del Novecento ai giorni nostri. Editori Riuniti

T.H. Levere (2001) Transforming Matter. A History of Chemistry from Alchemy to the Buckyball. Johns Hopkins University Press

A. Maggio, R. Zingales (2023) Appunti di un Corso di Storia della Chimica. Edises

 

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Quando l’impossibile è solo improbabile: la cosmochimica ci insegna a essere umili

Recentemente Nature Communications ha pubblicato un articolo che ha fatto il giro del web: la scoperta di una molecola ritenuta “impossibile” secondo la chimica classica. Si tratta del methanetetrol, con formula C(OH)₄, cioè un atomo di carbonio legato a quattro gruppi ossidrilici. Se avete familiarità con la chimica organica, vi sarà già scattato un campanello d’allarme.

Un carbonio, quattro ossidrili

In chimica organica, anche due gruppi -OH sullo stesso carbonio (dioli germinali) sono instabili: tendono a disidratarsi spontaneamente, formando un carbonile più stabile. Con quattro ossidrili, il carbonio è sottoposto a forte repulsione elettronica e alta reattività: la molecola è intrinsecamente instabile nelle condizioni terrestri.

Ma lo spazio è tutta un’altra storia

L’esperimento condotto da Joshua H. Marks e colleghi ha simulato condizioni interstellari:

  • temperatura di circa 10 K (~ –263 °C);
  • pressione ultra-bassa (10⁻¹⁰ atm);
  • esposizione a radiazione energetica, simile a quella dei raggi cosmici.

In queste condizioni la molecola non riceve abbastanza energia per reagire o disidratarsi. Resta quindi “congelata” in uno stato metastabile, come se fosse bloccata nel tempo.

Instabile ≠ impossibile

Il methanetetrol non è “impossibile”: è semplicemente troppo instabile per durare a lungo alle condizioni ambientali della Terra. Ma nel vuoto cosmico, dove le collisioni tra molecole sono rarissime e la temperatura è prossima allo zero assoluto, anche le molecole più reattive possono esistere per tempi lunghissimi.

Un esempio quotidiano: l’acqua sovraraffreddata

Un buon esempio di metastabilità è l’acqua sovraraffreddata: se si raffredda dell’acqua molto pura lentamente e senza disturbarla, può restare liquida anche sotto gli 0 °C. Basta però un urto o l’aggiunta di un cristallo di ghiaccio perché si congeli all’istante, liberando calore.

Il methanetetrol nello spazio si comporta allo stesso modo: esiste in uno stato “delicato”, che può durare milioni di anni solo finché non interviene qualcosa a modificarlo.

Un’eredità cosmica

È importante ricordare che le molecole presenti oggi sulla Terra — comprese quelle che hanno contribuito all’origine della vita — sono in parte eredi di queste molecole “cosmiche”. Nei primi miliardi di anni, comete, meteoriti e polveri interstellari hanno portato sulla Terra materiali formatisi in ambienti estremi, spesso metastabili.

Queste molecole, una volta inglobate nel giovane pianeta, si sono trasformate: alcune sono sopravvissute, altre si sono degradate, altre ancora hanno reagito dando origine a sistemi sempre più complessi. La chimica della vita, in questo senso, è figlia della chimica dello spazio, anche se si è evoluta in condizioni molto diverse.

Anche la Terra ha i suoi estremi

Non dobbiamo però pensare che condizioni “impossibili” esistano solo nello spazio. Anche sulla Terra troviamo ambienti estremi in cui si manifestano forme di chimica — e persino di biologia — del tutto inattese.

  • Nelle saline di Trapani, ad esempio, vivono microrganismi capaci di resistere a concentrazioni di sale che ucciderebbero qualsiasi cellula “normale”.
  • Nei pressi delle bocche vulcaniche sottomarine, dove temperature e pressioni sono altissime, esistono comunità microbiche che metabolizzano zolfo e metalli.
  • In ambienti acidi, alcalini, radioattivi o privi di ossigeno, prosperano organismi estremofili che mettono in crisi i nostri criteri su cosa è “compatibile con la vita”.

Anche qui la natura ci insegna che la stabilità è relativa: ciò che sembra impossibile in una condizione può essere perfettamente normale in un’altra.

Uno sguardo all’origine della complessità

L’interesse principale di questa scoperta non è nella molecola in sé, ma nei meccanismi di formazione. L’esperimento ha mostrato che partendo da semplici ghiacci di CO₂ e H₂O si possono generare:

I calcoli teorici confermano che, se c’è sufficiente CO₂ nello spazio, il methanetetrol potrebbe già esistere là fuori — congelato nei ghiacci cosmici, in attesa di una nuova reazione.

Conclusione

La chimica nello spazio non viola le regole: le applica in modo diverso. Il methanetetrol ci ricorda che non possiamo giudicare la plausibilità di una molecola solo dalle condizioni terrestri. E ci insegna una lezione ancora più importante:
la chimica, come la vita, nasce dove trova spazio per esistere — anche se quel luogo è a 10 Kelvin, nel vuoto cosmico o in una salina siciliana.

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Mentos e Coca Cola… una fontana di scienza!

Se almeno una volta nella vita hai visto il famoso esperimento in cui delle caramelle Mentos vengono fatte cadere in una bottiglia di Coca Cola (o, più spesso, Diet Coke), conosci già il risultato: una fontana impazzita di schiuma che può superare i tre metri d’altezza (v. il filmato qui sotto).

Ma cosa succede davvero? È solo una semplice reazione fisica? C’entra la chimica? Perché proprio le Mentos? E perché la Diet Coke funziona meglio della Coca normale?

Negli ultimi anni, diversi ricercatori si sono cimentati nello studio scientifico di questo fenomeno, spesso usato come dimostrazione educativa nelle scuole e nei laboratori divulgativi. E ciò che è emerso è una storia sorprendentemente ricca di fisica, chimica, e perfino di gastronomia molecolare.

La nucleazione: come nasce un cambiamento

La parola “nucleazione” descrive il momento in cui, all’interno di un sistema fisico, comincia a svilupparsi una nuova fase. È un concetto fondamentale per comprendere fenomeni come la formazione di gocce in una nube, la cristallizzazione di un solido, o – nel nostro caso – la comparsa di bolle in un liquido soprassaturo di gas.

Secondo la teoria classica della nucleazione, perché si formi una nuova fase (come una bolla di gas in un liquido), è necessario superare una barriera energetica. Questa barriera nasce dal fatto che generare una bolla comporta un costo in termini di energia superficiale (ovvero, bisogna spendere energia per “deformare” i legami a idrogeno che, nel caso dell’acqua, tengono unite le diverse molecole), anche se si guadagna energia liberando il gas.

Il sistema deve dunque “pagare un prezzo iniziale” per creare una bolla sufficientemente grande: questa è la cosiddetta “bolla critica”. Una volta che si supera quella dimensione critica, la formazione della nuova fase (cioè, la crescita della bolla) diventa spontanea e inarrestabile.

Tuttavia, nel mondo reale, è raro che le bolle si formino spontaneamente all’interno del liquido: nella maggior parte dei casi, servono delle “scorciatoie energetiche”. È qui che entra in gioco la nucleazione eterogenea.

Nucleazione eterogenea: quando le superfici danno una spinta

Nel mondo reale, è raro che una nuova fase si formi spontaneamente all’interno del liquido (nucleazione omogenea), perché la probabilità che si verifichi una fluttuazione sufficientemente grande da superare la barriera energetica è molto bassa. Nella maggior parte dei casi, il sistema trova delle “scorciatoie energetiche” grazie alla presenza di superfici, impurità o irregolarità: è quello che si chiama nucleazione eterogenea.

Le superfici ruvide, porose o idrofobe possono abbassare la barriera energetica necessaria per innescare la formazione di una bolla. Per esempio, un piccolo graffio sul vetro, un granello di polvere o una microscopica cavità possono ospitare delle minuscole sacche d’aria che fungono da “embrioni” di bolla. In questi punti, la CO2 disciolta trova un ambiente favorevole per iniziare la transizione verso la fase gassosa, superando più facilmente la soglia critica.

Anche la geometria ha un ruolo: cavità coniche o fessure strette possono concentrare le forze e rendere ancora più facile la nucleazione. In pratica, il sistema approfitta di qualsiasi imperfezione per risparmiare energia nel passaggio di fase.

Il caso delle Mentos: nucleatori perfetti

L’esperimento della fontana di Diet Coke e Mentos è un esempio spettacolare (e rumoroso) di nucleazione eterogenea. Quando le Mentos vengono lasciate cadere nella bottiglia, la loro superficie – irregolare, porosa e ricoperta da uno strato zuccherino solubile – offre migliaia di siti di nucleazione. Ogni microscopica cavità è in grado di ospitare una piccola sacca di gas o di innescare la formazione di una bolla (Figura 1). In più, le Mentos cadono rapidamente fino al fondo della bottiglia, generando nucleazione non solo in superficie, ma in profondità, dove la pressione idrostatica è maggiore. Questo favorisce un rilascio ancora più esplosivo del gas disciolto.

Il risultato? Una vera e propria “valanga di bolle” che si spingono a vicenda verso l’alto, trascinando con sé la soda e formando il famoso geyser, che può raggiungere anche 5 o 6 metri d’altezza.

Figura 1. Nucleazione eterogenea di una bolla su una superficie solida. Le molecole d’acqua a contatto con una superficie solida interagiscono con essa, formando legami che disturbano la rete di legami a idrogeno tra le molecole d’acqua stesse. Questo indebolimento locale della coesione interna rende la zona prossima alla superficie più favorevole all’accumulo di gas disciolto, come la CO2. Il gas si concentra in microcavità o irregolarità della superficie, gonfiando piccole sacche d’acqua. Quando queste sacche superano una dimensione critica, la tensione interna diventa sufficiente a vincere le forze di adesione, e la bolla si stacca dalla superficie, iniziando a crescere liberamente nel liquido. Questo meccanismo, noto come nucleazione eterogenea, è alla base di molti fenomeni naturali e tecnici, incluso l’effetto geyser osservato nel celebre esperimento con Diet Coke e Mentos.

Non è una reazione chimica, ma…

Uno dei miti più diffusi, e da sfatare, è che il famoso effetto geyser della Diet Coke con le Mentos sia il risultato di una reazione chimica tra gli ingredienti delle due sostanze. In realtà, non avviene alcuna trasformazione chimica tra i componenti: non si formano nuovi composti, non ci sono scambi di elettroni né rottura o formazione di legami chimici. Il fenomeno è invece di natura puramente fisica, legato al rilascio improvviso e violento del gas disciolto (CO2) dalla soluzione liquida.

La Coca Cola (e in particolare la Diet Coke) è una soluzione sovrassatura di anidride carbonica, mantenuta tale grazie alla pressione all’interno della bottiglia sigillata. Quando la bottiglia viene aperta, la pressione cala, e il sistema non è più in equilibrio: il gas tende a uscire lentamente. Ma se si introducono le Mentos – che, come abbiamo visto, forniscono una miriade di siti di nucleazione – la CO2 trova una “scappatoia rapida” per tornare allo stato gassoso, formando in pochi istanti una quantità enorme di bolle.

Pur non trattandosi di una reazione chimica nel senso stretto, il rilascio della CO2 provoca alcune conseguenze misurabili dal punto di vista chimico. Una di queste è il cambiamento di pH: la Coca Cola è fortemente acida (pH ≈ 3) perché contiene acido fosforico ma anche CO2 disciolta, che in acqua dà luogo alla formazione di acido carbonico (H2CO3). Quando il gas fuoriesce rapidamente, l’equilibrio viene spostato, l’acido carbonico si dissocia meno, e il pH del liquido aumenta leggermente, diventando meno acido.

Questa variazione, anche se modesta, è stata misurata sperimentalmente in laboratorio, ed è coerente con l’interpretazione fisico-chimica del fenomeno.

In sintesi, si tratta di una transizione di fase accelerata (da gas disciolto a gas libero), facilitata da superfici ruvide: un classico esempio di fisica applicata alla vita quotidiana, più che di chimica reattiva.

Diet Coke meglio della Coca normale?

Sì, e il motivo non è solo la diversa composizione calorica, ma anche l’effetto fisico degli edulcoranti artificiali contenuti nella Diet Coke, in particolare aspartame e benzoato di potassio. Queste sostanze, pur non reagendo chimicamente con le Mentos, abbassano la tensione superficiale della soluzione, facilitando la formazione di bolle e rendendo il rilascio del gas CO2 più efficiente e spettacolare.

La tensione superficiale è una proprietà del liquido che tende a “resistere” alla formazione di nuove superfici – come quelle di una bolla d’aria. Se questa tensione si riduce, il sistema è più “disponibile” a formare molte piccole bolle, anziché poche grandi. E più bolle significa più superficie totale, quindi più spazio attraverso cui il gas può uscire rapidamente.

Anche altri additivi – acido citrico, aromi naturali (come citral e linalolo, Figura 2) e perfino zuccheri – influenzano il comportamento delle bolle. In particolare, molti di questi composti inibiscono la coalescenza, cioè, impediscono che le bolle si fondano tra loro per formare bolle più grandi. Questo porta a una schiuma fatta di bolle piccole, stabili e molto numerose, che massimizzano il rilascio di CO2 e quindi l’altezza della fontana.

Figura 2. Strutture chimiche di alcuni composti aromatici naturali presenti nelle bevande analcoliche. Il citral è una miscela di due isomeri geometrici: trans-citrale (geraniale) e cis-citrale (nerale), entrambi aldeidi con catena coniugata e intensa nota di limone. Il linalolo è un alcol terpenico aciclico, con due doppi legami e un gruppo ossidrilico (–OH), noto per il suo profumo floreale. Questi composti non partecipano a reazioni chimiche durante l’esperimento Diet Coke–Mentos, ma agiscono sul comportamento fisico del sistema, favorendo la formazione di schiuma fine e persistente e contribuendo all’altezza del geyser grazie alla inibizione della coalescenza delle bolle.

E che dire dei dolcificanti classici, come il saccarosio (lo zucchero da cucina)? A differenza dell’aspartame, il saccarosio non abbassa la tensione superficiale, anzi la aumenta leggermente. Tuttavia, anch’esso contribuisce a stabilizzare le bolle, soprattutto se combinato con altri soluti come acidi organici o sali. Questo spiega perché le bevande zuccherate (come la Coca Cola “classica”) producano comunque geyser abbastanza alti, ma meno impressionanti rispetto alle versioni “diet”.

Esperimenti controllati hanno mostrato che la Diet Coke produce le fontane più alte, seguita dalle bevande zuccherate e, in fondo, dall’acqua frizzante (che contiene solo CO2 e acqua): segno evidente che la presenza e la natura dei soluti giocano un ruolo chiave, anche in assenza di reazioni chimiche.

E se uso altre cose al posto delle Mentos?

La fontana di Coca Cola può essere innescata anche da altri materiali: gessetti, sabbia, sale grosso, zucchero, caramelle dure o persino stimolazioni meccaniche come gli ultrasuoni. Qualsiasi sostanza o perturbazione capace di introdurre nel liquido dei siti di nucleazione può innescare il rilascio del gas. Tuttavia, tra tutte le opzioni testate, le Mentos restano il materiale più efficace, producendo fontane più alte, più rapide e più spettacolari.

Questo successo si deve a una combinazione di caratteristiche fisiche uniche:

  1. Superficie molto rugosa e porosa
    Le Mentos hanno una superficie irregolare, visibile chiaramente al microscopio elettronico (SEM), con migliaia di microcavità che fungono da siti di nucleazione eterogenea. Più rugosità significa più bolle che si formano contemporaneamente, e quindi maggiore pressione generata in tempi brevissimi.
  2. Densità e forma ottimali
    Le caramelle sono sufficientemente dense e lisce all’esterno da cadere velocemente sul fondo della bottiglia, senza fluttuare. Questo è cruciale: la nucleazione avviene lungo tutta la colonna di liquido, non solo in superficie, e la pressione idrostatica più alta in basso aiuta la formazione più vigorosa di bolle. In confronto, materiali più leggeri (come il sale fino o la sabbia) galleggiano o si disperdono più lentamente, riducendo l’effetto.
  3. Rivestimento zuccherino solubile
    Il rivestimento esterno delle Mentos, a base di zuccheri e gomma arabica, si dissolve rapidamente, liberando nuovi siti di nucleazione man mano che la caramella si bagna. Inoltre, alcuni componenti del rivestimento (come emulsionanti e tensioattivi) favoriscono la schiuma e inibiscono la coalescenza delle bolle, contribuendo alla formazione di un getto più sottile e stabile

Un esperimento che insegna molto (e sporca parecchio)

Dietro quella che a prima vista sembra una semplice (e divertentissima) esplosione di schiuma, si nasconde una miniera di concetti scientifici: termodinamica, cinetica, tensione superficiale, solubilità dei gas, equilibrio chimico, pressione, nucleazione omogenea ed eterogenea. Un’intera unità didattica condensata in pochi secondi di spettacolo.

Ed è proprio questo il suo punto di forza: l’esperimento della fontana di Diet Coke e Mentos è perfetto per essere proposto nelle scuole, sia del primo grado (scuola media) che del secondo grado (licei, istituti tecnici e professionali), senza bisogno di strumenti di laboratorio complessi o costosi. Bastano:

  • qualche bottiglia di Coca Cola o altra bibita gassata,
  • delle Mentos (o altri oggetti solidi rugosi da confrontare: gessetti, zucchero, sabbia…),
  • una penna, un quaderno e un buon occhio per osservare e registrare cosa succede,
  • e, immancabili, canovacci, secchi, stracci e un po’ di detersivo per sistemare l’aula (o il cortile) dopo il disastro creativo!

Non solo: questo tipo di attività permette di lavorare in modalità laboratoriale attiva, stimolando l’osservazione, la formulazione di ipotesi, la progettazione sperimentale, la misura, l’analisi dei dati, la comunicazione scientifica. In altre parole: il metodo scientifico in azione, alla portata di tutti.

Insomma, la fontana di Diet Coke e Mentos non è solo un video virale da YouTube: è un fenomeno scientificamente ricchissimo, capace di affascinare e coinvolgere studenti e insegnanti. Provatelo (con le dovute precauzioni)… e preparatevi a fare il pieno di chimica!

Riferimenti

Baur & al. (2006) The Ultrasonic Soda Fountain: A Dramatic Demonstration of Gas Solubility in Aqueous Solutions. J. Chem. Educ. 83(4), 577. https://doi.org/10.1021/ed083p577.

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Kuntzleman & al. (2017) New Demonstrations and New Insights on the Mechanism of the Candy-Cola Soda Geyser. J. Chem. Educ. 94, 569−576. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00862.

Maris (2006) Introduction to the physics of nucleation. C. R. Physique 7, 946–958. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2006.10.019.

Sims & Kuntzleman (2016) Kinetic Explorations of the Candy−Cola Soda Geyser. J. Chem. Educ. 93, 1809−1813. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.6b00263.

…e per i docenti della scuola secondaria di primo e secondo grado, ecco una scheda laboratorio pronta all’uso, per trasformare questa esplosione di schiuma in un’attività scientifica coinvolgente.

Scheda laboratorio – Un geyser di CO2 tra scienza e divertimento

? Esperimento: La fontana di Diet Coke e Mentos

? Obiettivi didattici

  • Osservare e descrivere fenomeni di nucleazione eterogenea
  • Comprendere il concetto di tensione superficiale e solubilità dei gas
  • Riconoscere la differenza tra fenomeni fisici e chimici
  • Introdurre il metodo scientifico: osservazione, ipotesi, verifica, confronto dati
  • Stimolare il pensiero critico e il lavoro di gruppo

? Materiali

Quantità Materiale
1–2 Bottiglie da 1.5 o 2 L di Coca Cola/Diet Coke
1 confezione Mentos (preferibilmente menta)
facoltativi Zucchero, sabbia, gessetti, sale grosso, caramelle dure
1 Contenitore/sottovaso/catino (per contenere la fontana)
✔️ Carta, penne o tablet per prendere appunti
✔️ Canovacci, stracci, secchio, detersivo

? Procedura base (semplificata)

  1. Posizionare la bottiglia su un piano all’aperto o in un contenitore.
  2. Preparare il sistema di rilascio rapido delle Mentos (ad esempio con un cartoncino a scivolo o un tubo).
  3. Far cadere rapidamente 1–3 Mentos nella bottiglia aperta.
  4. Osservare il fenomeno: altezza, durata, forma della fontana, eventuale schiuma residua.
  5. Ripetere con altri materiali (gesso, sabbia, sale…) e confrontare l’effetto.
  6. Annotare le osservazioni. Stimolare ipotesi: perché cambiano i risultati?

? Spunti teorici (modulabili per il grado scolastico)

  • Fisica: pressione interna, energia potenziale, accelerazione del liquido
  • Chimica fisica: tensione superficiale, solubilità dei gas, acido carbonico e variazione di pH
  • Chimica generale: differenza tra cambiamento fisico e chimico
  • Scienza dei materiali: effetto della rugosità e della forma dei solidi sulla nucleazione
  • Metodo scientifico: osservazione, variabili, confronto controllato

? Domande guida per la discussione

  • Cosa accade quando inseriamo le Mentos nella bibita?
  • Che differenza c’è tra Coca Cola normale e Diet Coke?
  • Perché altri materiali (es. sale o sabbia) funzionano diversamente?
  • È una reazione chimica o un fenomeno fisico?
  • Come potremmo misurare e confrontare le fontane? (es. altezza, tempo, schiuma)

? Varianti possibili

  • Cambiare la temperatura della bibita (fredda vs ambiente)
  • Provare con acqua frizzante o altre bevande gassate
  • Usare un righello o griglia per stimare l’altezza
  • Fare video al rallentatore e analizzare la dinamica
  • Includere una prova con ultrasuoni (se si dispone di un pulitore a ultrasuoni)

? Note di sicurezza

  • L’esperimento è sicuro, ma va fatto in ambienti controllati o all’aperto
  • Tenere gli occhi lontani dal getto (meglio osservare di lato)
  • Prevedere pulizia immediata di superfici scivolose o appiccicose
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La chimica del barbecue. Cosa si nasconde dietro una grigliata perfetta?

Cosa rende irresistibile il profumo che si sprigiona da un barbecue?

Perché una bistecca alla brace ha un sapore così complesso e unico rispetto a una cotta in padella? E come mai la semplice fiamma, a contatto con carne, verdure o formaggi, riesce a creare un’esplosione di aromi che conquista tutti?

La risposta non sta solo nell’abilità del cuoco o nella qualità degli ingredienti: è scritta nella chimica, una storia affascinante fatta di temperature, reazioni e molecole aromatiche. Una danza invisibile che trasforma pezzi di carne e verdura in piatti dal profumo inconfondibile.

Capire cosa succede sulla griglia non serve solo a saziare la curiosità scientifica: significa anche imparare a domare meglio il fuoco, scegliere i tempi giusti, sfruttare le reazioni naturali per ottenere una grigliata perfetta.

E poi, diciamolo: sapere che dietro ogni morso c’è la celebre reazione di Maillard, o che il fumo trasporta molecole come guaiacolo e siringolo, offre un ottimo argomento per fare colpo sugli amici mentre si aspetta che la brace sia pronta.

La reazione di Maillard: la magia chimica dietro la crosticina

Quando il cibo supera circa 140–165 °C, sulla superficie degli alimenti avviene una serie di reazioni chimiche note come reazione di Maillard. È un processo complesso che coinvolge principalmente:

  • i gruppi carbonilici (–C=O) degli zuccheri riducenti presenti negli alimenti,
  • e i gruppi amminici (–NH₂) degli amminoacidi o delle catene laterali delle proteine.

Questi gruppi reagiscono formando inizialmente glicosilamine instabili, che poi si trasformano in composti chiamati Amadori (o composti di Amadori). Da qui, la reazione prosegue dando luogo a decine di trasformazioni successive che generano:

  • pigmenti bruni (melanoidine)
  • composti aromatici come furani, pirazine, tiofeni
  • molecole che arricchiscono l’aroma con note di tostato, caramellato, “nocciolato”.

La struttura di tutte le molecole menzionate sono riportate in Figura 1.

Figura 1. Strutture chimiche tipiche dei prodotti della reazione di Maillard, responsabili di aroma e colore durante la cottura.

È proprio questo intricato intreccio chimico che regala alla carne grigliata il suo sapore inconfondibile e la crosticina croccante.

Dal punto di vista pratico, la Maillard richiede:

  • una temperatura sufficientemente alta (troppo bassa: la reazione non parte; troppo alta: carbonizzazione e gusto amaro),
  • una superficie relativamente asciutta, perché l’acqua in eccesso dissipa il calore e rallenta il processo.

Il ruolo del fumo: aromi che vengono dal fuoco

Quando il grasso, i succhi della carne o i condimenti colano sulle braci incandescenti, non si limitano a bruciare: subiscono una vera e propria pirolisi (decomposizione termica in assenza o carenza di ossigeno) che libera una miriade di composti volatili. Tra questi troviamo:

  • aldeidi e chetoni, che contribuiscono a note dolciastre o leggermente fruttate;
  • fenoli (come guaiacolo e siringolo), responsabili delle tipiche note affumicate, simili a quelle che si percepiscono in alcuni whisky torbati;
  • acidi organici, che aggiungono un tocco di acidità e complessità;
  • e purtroppo anche idrocarburi policiclici aromatici (IPA), potenzialmente dannosi se la combustione è incontrollata o eccessiva.

Le strutture tipiche dei composti elencati sono riportate in Figura 2.

Il tipo di legno scelto per alimentare il barbecue o l’affumicatura ha un ruolo fondamentale nella qualità e nel profilo aromatico del fumo.

  • Il rovere tende a produrre fumi più robusti, ricchi di tannini e aromi complessi;
  • il ciliegio dona sentori più dolci e delicati;
  • il melo regala un affumicato leggero, quasi fruttato.

La combustione del legno stesso sprigiona anche lignina e cellulosa che, degradandosi, originano i composti aromatici più caratteristici. È per questo che chi ama il barbecue studia con attenzione quale legno usare, dosando la quantità di fumo per evitare che prevalga un sapore amaro o eccessivamente bruciato.

In sintesi: quando si sente dire che “la brace dà sapore”, dietro c’è una vera orchestra chimica che lavora nel fumo e nei vapori caldi, trasformando il cibo e arricchendolo di complessità.

Figura 2. Composti volatili e potenzialmente tossici che si formano durante la pirolisi dei grassi e del legno nel barbecue.

Brace sì, fiamma no: l’arte di domare il fumo

Chi si avvicina al barbecue scopre presto un segreto fondamentale: la grigliata perfetta non si fa sulla fiamma viva, ma sopra una brace uniforme.
Le fiamme dirette, infatti, bruciano troppo rapidamente la superficie del cibo, creando zone carbonizzate e amare e aumentando la formazione di composti potenzialmente nocivi (come gli idrocarburi policiclici aromatici, Figura 2).

Le braci, invece, rilasciano un calore più stabile e diffuso che permette alle reazioni come la Maillard di avvenire con calma, creando la crosticina dorata senza bruciare.

Anche il fumo va controllato:

  • Evitare che grassi o marinature troppo oleose cadano in quantità eccessive sulla brace, perché produrrebbero fiammate improvvise e fumo acre.
  • Usare legni stagionati, senza vernici o resine, per generare un fumo aromatico più “pulito”.
  • Regolare l’ingresso dell’aria (nei barbecue con coperchio) per mantenere una combustione lenta e controllata.

Così, la magia chimica lavora al meglio: il calore trasforma lentamente le proteine e gli zuccheri, il fumo arricchisce di note affumicate e il risultato sarà una carne saporita e profumata, senza retrogusti amari o bruciati.

Marinature, verdure e formaggi: come i condimenti cambiano la chimica del barbecue

Non c’è barbecue senza spezie, erbe, marinature… e neanche senza qualche verdura o formaggio sulla griglia.
Tutti questi “ingredienti extra” non servono solo a insaporire, ma modificano davvero la chimica della cottura.

Le marinature a base di olio, vino, birra o succo di limone non solo aggiungono aromi, ma:

  • rendono la carne più tenera grazie a una parziale denaturazione delle proteine (specialmente per effetto di acidi e alcol);
  • favoriscono la formazione di crosticine più aromatiche, perché gli zuccheri e le proteine extra della marinata diventano nuovi “combustibili” per la reazione di Maillard;
  • creano una sottile pellicola protettiva che limita la perdita di succhi durante la cottura.

Le spezie e le erbe portano in dote oli essenziali e molecole aromatiche che, con il calore, si volatilizzano o si trasformano, generando sentori nuovi: pensiamo al timolo del timo, al carvacrolo dell’origano, oppure alla capsaicina del peperoncino che resiste anche alla cottura.

Verdure e formaggi, a loro volta, reagiscono in modi diversi:

  • le verdure ricche di zuccheri, come peperoni e cipolle, sviluppano aromi dolci e note caramellate;
  • i formaggi, grazie alla loro parte proteica e grassa, diventano veri “catalizzatori” di Maillard, aggiungendo complessità e note tostate.

In pratica, ogni ingrediente che aggiungiamo porta nuovi substrati chimici da trasformare sul fuoco, moltiplicando profumi e sapori.
Ecco perché ogni barbecue diventa unico: dipende dal legno scelto, dalle spezie, dai succhi della carne, dal tipo di brace… un mix irripetibile di scelte e reazioni chimiche.

Il controllo del calore: scienza e arte della brace

Il barbecue non è solo istinto: è vera e propria termodinamica applicata.
Il calore che cuoce la carne arriva in tre modi diversi:

  • per irraggiamento, cioè l’energia che parte dalle braci incandescenti e investe direttamente il cibo;
  • per conduzione, quando la parte a contatto con la griglia trasmette calore agli strati più interni;
  • per convezione, grazie al movimento dell’aria calda che avvolge e cuoce lentamente anche le zone non direttamente esposte.

Gestire questi tre flussi è fondamentale per evitare che la carne diventi stopposa fuori e cruda dentro.

  • La cottura diretta, sopra la brace viva, genera subito temperature elevate: è ideale per pezzi piccoli e sottili (come bistecche o spiedini) e per formare la crosticina grazie alla reazione di Maillard.
  • La cottura indiretta, invece, tiene la carne lontana dalla fonte diretta di calore e sfrutta il calore più dolce della convezione: perfetta per grossi tagli o per cuocere lentamente senza bruciare la superficie.

La bravura del grigliatore sta proprio nell’alternare queste due tecniche: una rosolatura iniziale a fuoco diretto per fissare i succhi e formare la crosta, seguita da una fase più lunga a fuoco indiretto per portare l’interno alla temperatura desiderata.

Infine, non bisogna dimenticare che diversi alimenti reagiscono in modo diverso al calore:

  • le carni più grasse resistono meglio alle alte temperature perché il grasso protegge e ammorbidisce le fibre;
  • i tagli magri o le verdure, invece, rischiano di asciugarsi e richiedono temperature più dolci o cotture più brevi.

In breve, dietro una grigliata perfetta c’è sempre un grigliatore che, anche senza saperlo, diventa un piccolo ingegnere del calore.

Perché la carne diventa tenera (e perché deve riposare)

Durante la cottura, nella carne avviene una trasformazione invisibile ma fondamentale: le proteine, soprattutto quelle del collagene presente nei tessuti connettivi, iniziano a denaturarsi sopra i 60°C.
Quando la temperatura interna sale intorno ai 70-80°C, il collagene si trasforma lentamente in gelatina, una sostanza che lega l’acqua e rende la carne più succosa e tenera.

Ecco perché i tagli ricchi di tessuto connettivo, come costine, punta di petto o spalla, danno il meglio con la tecnica “low & slow”: cotture a bassa temperatura (90-120°C sulla griglia) per diverse ore. Questo tempo serve proprio a permettere alle fibre dure di “sciogliersi” e diventare morbide.

Ma il processo non si ferma quando togliamo la carne dal barbecue: per qualche minuto, il calore continua a diffondersi verso il centro, e i succhi che durante la cottura si sono spinti verso l’esterno rientrano lentamente nelle fibre.
È il motivo per cui gli chef consigliano sempre di lasciare riposare la carne qualche minuto, coperta leggermente con un foglio di alluminio:

  • se la tagliassimo subito, i succhi colerebbero sul tagliere, lasciando la carne asciutta;
  • invece, aspettando, otterremo una fetta più umida, uniforme e saporita.

Anche qui, la chimica è la nostra alleata: conoscere queste trasformazioni ci insegna che il riposo non è solo “una pausa”, ma l’ultimo passo di cottura, essenziale per valorizzare ore di preparazione.

Il lato nascosto del barbecue: quando la chimica diventa un rischio

Non tutto ciò che nasce sulla brace è buono: la combustione incompleta del legno, del carbone o del grasso colato sulla brace produce molecole come gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e le ammine eterocicliche. Questi composti, se assunti in grandi quantità o per lunghi periodi, sono potenzialmente cancerogeni.

Un aspetto poco noto è che gli IPA sono ancora più pericolosi se inalati: respirare il fumo che sale dalla griglia espone direttamente i tessuti dei polmoni, dove queste molecole possono trasformarsi in forme ancora più reattive, capaci di legarsi al DNA. È lo stesso meccanismo per cui il fumo di sigaretta aumenta il rischio di diversi tipi di carcinoma polmonare.

Cosa possiamo fare per ridurre il rischio senza rinunciare al piacere del barbecue?

  • Evitare fiammate e contatto diretto della carne con la fiamma.
  • Cuocere a brace, non a fiamma viva.
  • Marinare la carne prima di cuocerla: le marinature a base di vino, birra, olio, spezie ed erbe aromatiche contengono antiossidanti che riducono la formazione di ammine eterocicliche.
  • Rimuovere le parti carbonizzate prima di mangiare.
  • Usare legni adatti e ben stagionati, evitando resine o additivi chimici.

In sintesi: conoscere i meccanismi chimici non serve solo a far bella figura con gli amici, ma anche a grigliare in modo più sano e consapevole.

I consigli dello scienziato del BBQ (non del grigliatore esperto)

Non sono un maestro della griglia. Sono un chimico che, incuriosito dai profumi e dalle reazioni che si sprigionano da una grigliata, ha deciso di studiare cosa accade davvero tra brace, carne e molecole.

Ecco alcuni spunti – scientificamente fondati – per una grigliata più gustosa e (un po’) più sana:

  • Brace, non fiamma viva: il calore della brace è più stabile e uniforme. Evita fiammate che carbonizzano la carne e favoriscono la formazione di sostanze indesiderate.
  • Marinature intelligenti: acidi (limone, vino, aceto) e antiossidanti (spezie, erbe, birra) non solo danno sapore, ma riducono la formazione di composti potenzialmente dannosi.
  • Cottura indiretta per i pezzi grandi: permette al calore di penetrare meglio, ammorbidendo i tessuti connettivi senza bruciare l’esterno.
  • Riposo dopo la griglia: aspettare qualche minuto prima di tagliare la carne permette ai succhi di ridistribuirsi e la rende più tenera e succosa.
  • Niente legna verniciata o resinosa: usa legni naturali e stagionati per un fumo aromatico e sicuro.
  • Togli il grasso in eccesso: meno gocciolamenti sulla brace = meno fumo acre e meno IPA nell’aria.

Non servono strumenti da laboratorio o complicati termometri molecolari: basta un po’ di consapevolezza e curiosità per trasformare la grigliata in un piccolo esperimento scientifico… con ottimi risultati nel piatto.

Conclusione: scienza e passione sulla griglia

Capire un po’ di chimica non toglie nulla alla poesia del barbecue: anzi, la arricchisce. Permette di scegliere meglio il tipo di legno, il taglio di carne, la temperatura e i tempi giusti. Così, la prossima volta che preparerete la brace, potrete raccontare agli amici che dietro quella crosticina dorata si nasconde una sinfonia di reazioni, dalla Maillard ai composti aromatici del fumo, che i chimici studiano da decenni.
E magari, tra una costina e una birra, ci sarà anche spazio per un po’ di divulgazione scientifica fatta con leggerezza e… buon gusto.

P.S. Se alla fine qualcosa dovesse andare storto sulla griglia… ricordatevi: è sempre colpa della termodinamica, non del chimico che vi ha raccontato la storia ???

? Letture consigliate

Harold McGee – On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen

Nathan Myhrvold & al. – Modernist Cuisine: The Art and Science of Cooking

Jeff Potter – Cooking for Geeks: Real Science, Great Hacks, and Good Food

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Chimica e intelligenza artificiale: un’alleanza per il futuro della scienza

Avrete sicuramente notato che oggi l’intelligenza artificiale (AI) sta diventando una presenza sempre più costante nelle nostre vite. Sono tantissimi gli ambiti in cui l’AI riesce a sostituire con successo l’essere umano. Si potrebbe dire che questa rivoluzione sia iniziata molto tempo fa, con i primi robot che hanno cominciato a svolgere compiti ripetitivi al posto dell’uomo, come nelle catene di montaggio o, più drammaticamente, nei contesti bellici, dove i droni sono diventati strumenti chiave per ridurre il numero di vittime umane.

Negli ultimi anni, lo sviluppo vertiginoso delle reti neurali artificiali ha portato alla nascita di veri e propri “cervelli digitali” che, presto, anche se non sappiamo quanto presto, potrebbero avvicinarsi, per certi aspetti, alle capacità del cervello umano.

Nel frattempo, però, l’intelligenza artificiale già funziona alla grande ed è sempre più presente in numerosi settori, tra cui la chimica, che rappresenta uno dei campi più promettenti.

All’inizio può sembrare curioso accostare molecole, reazioni chimiche e leggi della fisica a concetti come algoritmi e reti neurali. Eppure, l’unione di questi mondi sta rivoluzionando il modo in cui facciamo ricerca, progettiamo nuovi materiali, affrontiamo le sfide ambientali e persino come insegniamo la scienza.

Ma cosa significa, concretamente, applicare l’intelligenza artificiale alla chimica?

Scoprire nuove molecole (senza provare tutto in laboratorio)

Uno degli ambiti in cui l’intelligenza artificiale si è rivelata più utile è la scoperta di nuovi composti chimici. Fino a qualche tempo fa, per trovare una molecola utile, un farmaco, un catalizzatore, un materiale con proprietà particolari, bisognava fare molti tentativi sperimentali, spesso lunghi e costosi.

Negli ultimi decenni, la chimica computazionale ha cercato di alleggerire questo carico, permettendo ai ricercatori di simulare al computer il comportamento di molecole, reazioni e materiali. Tuttavia, anche le simulazioni più avanzate richiedono molto tempo di calcolo e competenze specialistiche, oltre ad avere dei limiti nella scala e nella complessità dei sistemi che si possono trattare.

Qui entra in gioco l’intelligenza artificiale: grazie a modelli di machine learning sempre più raffinati, è possibile prevedere rapidamente il comportamento di una molecola, come la sua stabilità, la reattività, o la capacità di legarsi a un bersaglio biologico, semplicemente a partire dalla sua struttura. Questi algoritmi apprendono da enormi quantità di dati sperimentali e teorici e sono in grado di fare previsioni accurate anche su molecole mai testate prima.

In altre parole, l’AI sta cominciando a superare i limiti della chimica computazionale tradizionale, offrendo strumenti più rapidi, scalabili e spesso più efficaci nel guidare la ricerca. Invece di provare tutto in laboratorio (o simulare tutto al computer), oggi possiamo usare modelli predittivi per concentrare gli sforzi solo sulle ipotesi più promettenti.

Cosa vuol dire “machine learning”?

Il machine learning, o apprendimento automatico, è una branca dell’intelligenza artificiale che permette a un computer di imparare dai dati. Invece di essere programmato con regole rigide, un algoritmo di machine learning analizza una grande quantità di esempi e impara da solo a riconoscere schemi, fare previsioni o prendere decisioni.

È un po’ come insegnare a un bambino a distinguere un cane da un gatto: non gli spieghi la definizione precisa, ma gli mostri tante immagini finché impara da solo a riconoscerli.

Nel caso della chimica, l’algoritmo può “guardare” migliaia di molecole e imparare, per esempio, quali caratteristiche rendono una sostanza più solubile, reattiva o stabile.

Simulare ciò che non possiamo osservare

In molti casi, la chimica richiede di capire cosa succede a livello atomico o molecolare, dove gli esperimenti diretti sono difficili, costosi o addirittura impossibili. Ad esempio, osservare in tempo reale la rottura di un legame chimico o l’interazione tra una superficie metallica e un gas può essere tecnicamente molto complicato.

Qui entrano in gioco la chimica computazionale e, sempre di più, l’intelligenza artificiale. I metodi classici di simulazione, come la density functional theory (DFT) o le dinamiche molecolari, permettono di studiare reazioni e proprietà microscopiche con una certa precisione, ma sono spesso limitati dalla potenza di calcolo e dal tempo necessario per ottenere risultati.

L’AI può affiancare o persino sostituire questi metodi in molti casi, offrendo simulazioni molto più rapide. Gli algoritmi, addestrati su grandi insiemi di dati teorici o sperimentali, riescono a prevedere energie di legame, geometrie molecolari, traiettorie di reazione e persino comportamenti collettivi di materiali complessi, con un livello di precisione sorprendente.

Questo approccio è particolarmente utile nella chimica dei materiali, nella catalisi e nella chimica ambientale, dove le condizioni reali sono dinamiche e complesse, e spesso è necessario esplorare molte variabili contemporaneamente (temperatura, pressione, pH, concentrazione, ecc.).

In sintesi, grazie all’AI, oggi possiamo “vedere” l’invisibile e testare ipotesi teoriche in modo veloce e mirato, risparmiando tempo, denaro e risorse. La simulazione assistita dall’intelligenza artificiale sta diventando una delle strategie più promettenti per affrontare problemi scientifici troppo complessi per essere risolti con i soli strumenti tradizionali.

Insegnare (e imparare) la chimica in modo nuovo

Anche il mondo dell’istruzione sta vivendo una trasformazione grazie all’intelligenza artificiale. La didattica della chimica, spesso considerata una delle materie più “dure” per studenti e studentesse, può oggi diventare più coinvolgente, personalizzata ed efficace proprio grazie all’uso di strumenti basati su AI.

Uno dei vantaggi principali è la possibilità di adattare il percorso di apprendimento alle esigenze del singolo studente. Grazie a sistemi intelligenti che analizzano le risposte e i progressi individuali, è possibile proporre esercizi mirati, spiegazioni alternative o materiali supplementari in base al livello di comprensione. Questo approccio personalizzato può aiutare chi è in difficoltà a colmare lacune e, allo stesso tempo, stimolare chi è più avanti ad approfondire.

L’AI può anche contribuire a rendere la chimica più visiva e interattiva. Alcune piattaforme, ad esempio, usano modelli predittivi per generare visualizzazioni 3D di molecole, reazioni chimiche o strutture cristalline, rendendo più intuitivi concetti spesso astratti. In più, i chatbot educativi (come quelli alimentati da modelli linguistici) possono rispondere a domande in tempo reale, spiegare termini complessi in modo semplice o simulare piccoli esperimenti virtuali.

Un’altra frontiera interessante è quella della valutazione automatica e intelligente: sistemi di AI possono correggere esercizi, test e report di laboratorio, offrendo feedback tempestivo e accurato. Questo libera tempo per l’insegnante, che può concentrarsi sulla guida e sul supporto più qualitativo.

Infine, l’intelligenza artificiale può aiutare anche chi insegna: suggerendo materiali didattici aggiornati, creando quiz su misura per ogni lezione, o analizzando l’andamento della classe per identificare i concetti che vanno ripresi o approfonditi.

In sintesi, l’AI non sostituisce il docente o il laboratorio, ma li potenzia, offrendo nuovi strumenti per rendere l’insegnamento della chimica più accessibile, efficace e stimolante.

Una rivoluzione che non sostituisce il chimico

Di fronte a questi progressi, è naturale chiedersi: quale sarà allora il ruolo del chimico nel futuro? La risposta è semplice: sarà sempre più centrale, ma in modo diverso.

L’intelligenza artificiale è uno strumento potente, ma resta pur sempre uno strumento. Può accelerare le ricerche, suggerire ipotesi, esplorare combinazioni complesse o evidenziare correlazioni nascoste. Ma non può, da sola, sostituire la competenza critica, l’intuizione, l’esperienza e la creatività che solo un/una chimico/a formato/a può offrire.

Un errore molto comune, oggi, è considerare l’AI come una sorta di enciclopedia moderna, da cui si possano estrarre risposte esatte, univoche, perfette. Ma la chimica non funziona così e neppure l’intelligenza artificiale. Entrambe si muovono su terreni complessi, fatti di ipotesi, interpretazioni, modelli e approssimazioni. Pretendere dall’AI risposte definitive senza saper valutare, filtrare o indirizzare i risultati è un rischio.

Proprio come un bambino brillante, l’AI va educata e guidata. Ha bisogno di esempi buoni, di dati corretti, di domande ben formulate.

E, soprattutto, ha bisogno di essere “letta” da occhi esperti, capaci di interpretare e contestualizzare quello che produce.

In chimica, come nella scienza in generale, la conoscenza non è mai solo questione di calcoli o statistiche: è anche, e soprattutto, comprensione profonda dei fenomeni.

Quindi, piuttosto che temere l’arrivo dell’intelligenza artificiale, dobbiamo imparare a collaborarci con intelligenza.

Il chimico del futuro non sarà un tecnico che esegue, ma un regista che sa orchestrare strumenti nuovi per rispondere a domande sempre più complesse. Ed è proprio questa, forse, la sfida più stimolante dei nostri tempi.

Riferimenti

Aldossary & al. (2024) In silico chemical experiments in the Age of AI: From quantum chemistry to machine learning and back. ChemRxiv. 2024; Doi: 10.26434/chemrxiv-2024-1v269. Disponibile al link: https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/65cdf1309138d231612baac8.

Anjaneyulu & al. (2024) Revolution of Artificial Intelligence in Computational Chemistry Breakthroughs. Chemistry Africa 7, 3443–3459. https://doi.org/10.1007/s42250-024-00976-5.

Blonder & Feldman-Maggor (2024) AI for chemistry teaching: responsible AI and ethical considerations. Chemistry Teacher International 6(4), 385–395. https://doi.org/10.1515/cti-2024-0014.

Dral (2024) AI in computational chemistry through the lens of a decade-long journey. Chemical Communications. 60, 3240-3258. https://doi.org/10.1039/D4CC00010B.

Dral, Bowman, Liu, Maseras (editors) (2024) Artificial intelligence in computational chemistry (special issue). Disponibile al link: https://www.sciencedirect.com/special-issue/105PZW0WJF7.

Kovner & Berkeley (2024) ‘AI-at-scale’ method accelerates atomistic simulations for scientists. Disponibile al link: https://techxplore.com/news/2024-12-ai-scale-method-atomistic-simulations.html.

Kovner & Berkeley (2025) Computational chemistry unlocked: A record-breaking dataset to train AI models has launched. Disponibile al link: https://phys.org/news/2025-05-chemistry-dataset-ai.html.

Nongnuch & al. (2021) Best practices in machine learning for chemistry. Nature Chemistry 13, 505–508. https://doi.org/10.1038/s41557-021-00716-z.

Yuriev & al. (2024) The Dawn of Generative Artificial Intelligence in Chemistry Education. Journal of Chemical Education 101, 2957-2929. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.4c00836.

Udourioh & al. (2025) Artificial Intelligence-Driven Innovations in Chemistry Education: Transforming Teaching and Learning Practices. In: Handbook on Artificial Intelligence and Quality Higher Education. Volume 1 (pp.379-388). Publisher: Sterling Publishers, Slough UK and Delhi, India. Disponibile al link: https://www.researchgate.net/publication/388675124_Artificial_Intelligence-Driven_Innovations_in_Chemistry_Education_Transforming_Teaching_and_Learning_Practices.

Zhang & al. (2025) Artificial intelligence for catalyst design and synthesis. Matter 8, 102138. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102138.

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Dal ppm al femtogrammo: i pesticidi c’erano anche prima ma non li vedevamo

Ogni tanto circolano articoli dai toni allarmistici che mostrano quanto spesso oggi si trovino tracce di pesticidi negli alimenti, nell’acqua, nel suolo. “Una volta queste cose non c’erano”, si legge. Ma è davvero così? La risposta è semplice: no, non è che una volta non ci fossero, è che non eravamo in grado di vederle.

La differenza sta negli occhi, non nelle cose

In chimica analitica, quando si parla di rilevare una sostanza, non si usa mai dire con leggerezza “non c’è”. Si dice invece “non determinabile” (N.D.): vuol dire che non è rilevabile con gli strumenti disponibili, non che la sostanza non sia presente. È come cercare di vedere le stelle con un binocolo da teatro: non le vedi, ma non vuol dire che non ci siano.

E proprio come un telescopio moderno rivela galassie invisibili a Galileo, gli strumenti di oggi vedono tracce infinitesimali di sostanze che gli strumenti di ieri non riuscivano minimamente a percepire.

Un po’ di storia: quanto si vedeva ieri?

  • Anni ’50-’60: i primi gascromatografi (GC) usavano rivelatori come il TCD (rilevava a partire da 1-10 ppm, cioè parti per milione) o il più sensibile FID (circa 0.1 ppm). I pesticidi? Difficili da vedere, se non in quantità elevate.
  • Anni ’70-’80: entra in scena l’Electron Capture Detector (ECD), molto sensibile per sostanze come i pesticidi: arriva a livelli di 0.1 picogrammi, cioè un miliardesimo di milligrammo! Anche il GC-MS (gascromatografia accoppiata a spettrometria di massa) comincia a essere usato per rilevare composti in tracce.
  • Anni ’90-2000: con strumenti più raffinati come il GC-MS/MS, si scende ancora: si arriva a livelli di femtogrammi (mille miliardesimi di grammo). La sensibilità è altissima e il rumore di fondo si riduce grazie a nuove tecnologie (Figura 1).

Dal 2010 in poi: l’uso di spettrometri ad alta risoluzione (HRMS), colonne capillari e nuovi algoritmi di elaborazione dei dati ci porta a una capacità di rilevazione fino a 0.001 picogrammi.

Figure 1. il grafico mostra l'evoluzione dei limiti di rilevazione (LOD) in picogrammi, su scala logaritmica, per alcune delle tecniche analitiche più usate nella chimica analitica dal 1960 a oggi. Negli anni ’60 si vedevano solo concentrazioni nell’ordine dei ppm, oggi possiamo rilevare sostanze anche a femtogrammi, cioè mille miliardesimi di grammo.

Figura 1. il grafico mostra l’evoluzione dei limiti di rilevazione (LOD) in picogrammi, su scala logaritmica, per alcune delle tecniche analitiche più usate nella chimica analitica dal 1960 a oggi. Negli anni ’60 si vedevano solo concentrazioni nell’ordine dei ppm, oggi possiamo rilevare sostanze anche a femtogrammi, cioè mille miliardesimi di grammo.

Quindi oggi i pesticidi sono più usati?

No, non è questo il punto. È che oggi possiamo vedere concentrazioni che una volta erano semplicemente invisibili. È come se avessimo acceso una torcia in una stanza buia. Le cose nella stanza c’erano anche prima. Solo, non potevamo vederle (Figura 2).

Figura 2. Come vediamo gli analiti oggi. Il miglioramento della sensibilità strumentale ci consente di vedere cose che cinque, dieci, venti e più anni fa non eravamo in grado di rilevare.

Un esempio pratico

Un pesticida presente in un campione d’acqua nel 1970 in quantità pari a 5 picogrammi per litro non sarebbe stato rilevato da nessuno strumento allora disponibile. Oggi sì. Ma non significa che quel pesticida non ci fosse allora.

Conclusione

Quando leggiamo “oggi si trovano più pesticidi”, chiediamoci prima se si tratta di un aumento reale o semplicemente di un salto nella capacità di osservazione. La chimica analitica, nel frattempo, ha fatto un balzo gigantesco: non siamo più immersi nei veleni, siamo immersi nei dati. E questo è un enorme passo avanti.

Riferimenti

“Bella e Potente” (L. Cerruti)

“Basic Gas Chromatography“ (H.M. McNair, J.M. Miller)

Gohlke, R.S. (1959). Analytical Chemistry, 31, 535–541.

Karayannis, M.I.; Efstathiou, C.E. (2012). Talanta, 102, 7-15

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Senza logica mal si cogita: intervista

Non sono sparito dal panorama della rete. Ho solo diradato i miei interventi e mi limito a considerazioni sulle cose più curiose e strane che mi possono capitare per le mani.

Qualche tempo fa Michele Totta, autore di un bellissimo libro sull’intreccio tra scienza e filosofia (qui) e gestore di un ottimo canale YouTube dal titolo “Senza logica mal si cogita” (qui), mi chiese la disponibilità per una breve intervista sulla scienza e sulle mie attività. Inutile dire che mi sono sentito onorato per una tale richiesta ed ho accettato con enorme piacere. L’unico problema è che se mettete un microfono in mano a un professore universitario, il concetto di “breve” è relativo. Ed infatti l’intervista è durata un po’ più di un’ora. Devo dire che non me ne sono accorto, ovviamente, e mi sono divertito parecchio. Abbiamo parlato di un bel po’ di cose, finendo anche sull’idea che ho io di scienza e sui motivi che mi hanno spinto a fare il chimico. Se avete voglia di passare un’oretta circa della vostra vita con Michele e me, basta cliccare qui sotto:

 

 

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I segreti della grandine

Ogni anno sentiamo parlare di enormi “palle” di ghiaccio che cadono dal cielo e fanno danni enormi non sono solo alle cose (auto, case, etc.), ma anche alle attività produttive come l’agricoltura.

Oggi non mi voglio interessare dei danni che può fare la grandine, ma solo concentrarmi  sui meccanismi della sua formazione per capire a cosa essa sia dovuta e perché i chicchi di grandine possono avere dimensioni variabili fino ad arrivare a quelle di una palla come evidenziato nella foto di copertina.

La geografia dell’atmosfera

La parte di spazio che si estende dalla superficie terrestre fino a circa 16 km di altezza prende il nome di troposfera. È qui che avvengono i fenomeni climatici. L’aria della troposfera è composta non solo da ossigeno e azoto, ma anche da acqua, ossidi di azoto e zolfo, anidride carbonica, monossido di carbonio, gas nobili, sostanze organiche volatili che derivano sia dall’attività antropica che da quella naturale (per esempio, le molecole odorose che vengono rilasciate dalle piante), virus, batteri, funghi, spore e molto altro ancora. Naturalmente tutti questi sistemi sono posizionati a quote differenti in funzione delle loro dimensioni, cosicché, per esempio, virus, batteri, funghi e spore sono più vicini al suolo.

L’esperienza comune ci insegna che quando andiamo su in montagna la temperatura si abbassa. E chi è abituato a viaggiare in aereo sa che più in alto si sale più la temperatura tende a scendere: quanti di quelli che viaggiano in aereo non hanno mai letto sui monitor all’interno delle cabine che la temperatura esterna è di -32 °C oppure addirittura di -50 °C?

Vi siete mai chiesti perché?

Ne avevo già parlato l’anno scorso. Una spiegazione approfondita sulle variazioni di temperatura al variare della quota è al link seguente:

Fa freddo lassù?

In breve, possiamo dire che più vicini siamo al suolo, più risentiamo della radiazione elettromagnetica (indicata come infrarosso) proveniente dalla Terra.

Rimando al mio articolo dell’anno scorso per capire perché ci sono oscillazioni termiche man mano che si passa dalla troposfera alla stratosfera, da questa alla mesosfera e da quest’ultima alla termosfera.

E’ proprio la troposfera che dobbiamo tener d’occhio per spiegare la formazione della grandine.

Come si forma la grandine

Tutto ha inizio nei cumulonembi. Si tratta di nuvole a forte sviluppo verticale che si formano per effetto di processi convettivi attraverso cui enormi quantità di aria, contenente acqua, vengono movimentate sia verso l’alto che verso il basso, raggiungendo altezze che possono arrivare fino a 12-16 km. In queste enormi nubi le temperature sono molto variabili potendo passare da valori pari a 0 °C a valori compresi tra -50 e -60 °C.

Tutti noi sappiamo che quando l’acqua è a 0 °C si trova nello stato solido. Tuttavia, non tutti sanno che esiste una condizione che si chiama sopraffusione nella quale l’acqua è in una condizione metastabile, ovvero, in assenza di perturbazioni, essa permane nella fase liquida. Divertitevi a vedere cosa accade per effetto della sopraffusione:

L’acqua sopraffusa è presente prevalentemente nelle zone basse dei cumulonembi, mentre nelle zone più alte si formano dei piccolissimi granelli di ghiaccio, detti embrioni – il mio vecchio professore di chimica analitica li avrebbe chiamati “gemme” – che, per effetto delle correnti convettive, tendono a portarsi nelle zone basse delle nuvole. Quando i minuscoli granelli di ghiaccio incontrano l’acqua sopraffusa, la catturano. In questo modo le dimensioni delle gemme aumentano. Le correnti convettive riportano questi granelli accresciuti di nuovo verso l’alto e poi ancora verso il basso dove si accrescono ulteriormente. Quando le dimensioni delle particelle di ghiaccio diventano tali da non poter essere più trasportate dalle correnti convettive, queste ricadono verso terra sotto forma di grandine. Una descrizione più particolareggiata e corretta della formazione della grandine la potete trovare cliccando sull’immagine qui sotto.

Le dimensioni della grandine

Come ho scritto più su, la grandine si presenta di dimensioni molto differenti: si va da piccolissimi chicchi (pochi millimetri) fino a pezzi di ghiaccio delle dimensioni di palle da tennis o da baseball. Come mai c’è questa diversificazione?

Beh…tutto dipende dalla velocità con cui essa si forma, dalla direzione delle correnti convettive, dalla concentrazione di acqua sopraffusa e dalla temperatura alla base ed in quota del cumulonembo.

Nel filmato qui sotto potete osservare un “bombardamento” di grandine occorso a Rozzano circa una settimana fa (la notizia è qui)

Fonte dell’immagine di copertina

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