Categoria: Curiosità scientifiche

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Vaccini: fatti, non opinioni!

Chi mi legge da tempo sa che sono un chimico, con una formazione di base in chimica organica e una specializzazione successiva in chimica fisica dei suoli. Non sono un medico, tanto meno un virologo, ma la mia formazione professionale mi permette di leggere e comprendere la letteratura scientifica in senso lato. Per questo, in passato, sono intervenuto più volte a favore delle vaccinazioni.

Anche stavolta sento il bisogno di intervenire in un ambito che non è il mio, ma che resta parte della formazione di un chimico, pur con un grado di specializzazione ben inferiore a quello di un medico. Un recente caso di difterite è costato la vita a una bambina di quattro anni a Palermo — nel momento in cui scrivo, la diagnosi è ancora sotto verifica ufficiale. Questo mi spinge a tornare su un tema che ho già affrontato: in queste ore, sui social, l’evento è stato utilizzato da alcuni per rilanciare teorie che la scienza ha da tempo smontato. Non scrivo per alimentare una polemica, ma per mettere a disposizione i dati che conosco. Su come si cura la difterite, e perché la diagnosi tempestiva sia così determinante (si veda il box alla fine dell’articolo).

Veniamo dunque ai fatti. Come sono nate le vaccinazioni? Quante malattie hanno permesso di debellare? È vero che, anche grazie ai vaccini, la durata media della vita umana si è allungata?

Andiamo nei dettagli.

Origine ed evoluzione tecnologica delle piattaforme vaccinali

L’immunizzazione attiva affonda le radici nelle pratiche empiriche di variolizzazione documentate in Asia. La formalizzazione scientifica risale invece al 1796, anno in cui Edward Jenner impiegò il vaiolo bovino (cowpox) per indurre una risposta immunitaria crociata e protettiva contro il vaiolo umano (smallpox).

Louis Pasteur, nel tardo Ottocento, estese il principio ad antrace e rabbia, introducendo l’attenuazione – il microrganismo viene coltivato in condizioni subletali o su ospiti eterologhi per sopprimerne la virulenza preservandone l’immunogenicità.

Il Novecento e i primi decenni del Duemila hanno introdotto piattaforme diversificate:

  • Vaccini inattivati (uccisi): il patogeno viene reso non replicante tramite calore o agenti chimici come la formaldeide (es. antipolio Salk).
  • Tossoidi (anatossine): tossine batteriche modificate chimicamente; perdono la tossicità diretta ma stimolano anticorpi neutralizzanti (es. tetano e difterite).
  • Vaccini a subunità e coniugati: frammenti proteici o polisaccaridi capsulari specifici, legati a proteine carrier per indurre memoria immunologica T-dipendente (es. Haemophilus influenzae b, Epatite B).
  • Piattaforme a mRNA: sequenze nucleotidiche incapsulate in nanoparticelle lipidiche (LNP) che istruiscono i ribosomi dell’ospite a produrre transitoriamente l’antigene bersaglio. L’mRNA non penetra nel nucleo, non interagisce con il genoma e viene rapidamente degradato dagli enzimi cellulari.

Profilo di rischio relativo ed eventi avversi

Nessun presidio farmacologico presenta rischio nullo. L’analisi epidemiologica valuta il rapporto rischio/beneficio confrontando l’incidenza delle complicanze dell’infezione naturale con quella delle reazioni avverse post-vaccinali. È umano avere timore di un ago o di una sostanza “estranea” che viene iniettata nel corpo: la paura è un’emozione legittima. Ma la scienza ci chiede di trasformare quella paura in una domanda precisa: cosa succede se non mi vaccino? I numeri che seguono rispondono a questa domanda.

  • Difterite da infezione naturale: tasso di letalità compreso tra il 5% e il 10% (superiore al 20% nei bambini sotto i 5 anni), causato da ostruzione meccanica delle vie aeree, miocardite tossica e paralisi periferiche.
  • Vaccinazione antidifterica: reazioni locali e febbre transitoria nella maggioranza dei casi; reazioni anafilattiche gravi stimate nell’ordine di 1 caso per milione di dosi.
  • Morbillo da infezione naturale: polmonite in 1 caso su 20, encefalite acuta in 1 su 1.000, panencefalite sclerosante subacuta letale in 1 su 10.000–100.000, letalità globale di 1–2 casi su 1.000.
  • Vaccinazione MPR: febbre ed esantema transitori nel 5–15% dei casi, trombocitopenia transitoria in 1 su 30.000 dosi, anafilassi in circa 1 caso su milione.

La sicurezza viene verificata in modo costante tramite i sistemi internazionali di farmacovigilanza attiva e passiva, come VAERS ed EudraVigilance. Ogni segnale di dubbio viene indagato; ogni evento avverso serio viene registrato e studiato. È così che sappiamo, con precisione, qual è il profilo di rischio reale di ogni vaccino.

Dinamica dell’immunità di gregge

L’immunità di popolazione interrompe la trasmissione orizzontale del patogeno, proteggendo i soggetti non vaccinabili per gravi controindicazioni cliniche o età neonatale. La frazione critica di popolazione da immunizzare (Ic) si calcola a partire dal numero di riproduzione di base (R0), secondo la relazione:

Ic = 1 – (1 / R0)

Tradotto in parole: se un malato di morbillo ne contagia in media 15 (R0=15), per fermare il virus serve che almeno 93 persone su 100 siano immuni. Se scendiamo all’85%, il virus trova ancora terreno fertile. Per patogeni a elevatissima trasmissibilità per via aerea, come il morbillo (R0 tra 12 e 18) o la difterite (R0 tra 4 e 7), la copertura vaccinale richiesta si colloca tra l’85% e il 95%. Sotto questi valori, l’accumulo di individui suscettibili innesca catene di contagio e focolai epidemici.

La non correlazione tra vaccinazioni e autismo

L’ipotesi di un nesso di causalità tra il vaccino MPR e i disturbi dello spettro autistico deriva da uno studio del 1998 firmato da Andrew Wakefield su The Lancet, condotto su un campione di appena 12 soggetti.

Le successive verifiche giudiziarie ed etiche hanno documentato la deliberata falsificazione dei quadri clinici e la presenza di conflitti di interesse economici taciuti, tra cui accordi legali e brevetti depositati per vaccini concorrenti. Nel 2010 The Lancet ha ritirato l’articolo per frode scientifica, e il General Medical Council ha radiato Wakefield dall’albo dei medici.

Studi epidemiologici su larga scala hanno confutato l’associazione. Lo studio di coorte danese su 537.303 soggetti (Madsen et al., 2002) ha rilevato un rischio relativo non significativo tra vaccinati e non vaccinati (RR = 0.92, intervallo di confidenza al 95%: 0.68–1.24). La successiva coorte di 657.461 bambini, seguiti per oltre 5 milioni di persone-anno (Hviid et al., 2019), ha confermato l’assenza di correlazione anche nei sottogruppi con fattori di rischio ereditari o ambientali (Hazard Ratio = 0.93, intervallo di confidenza al 95%: 0.85–1.02).

Conclusioni

I numeri, da soli, non convincono chi ha già deciso di non farsi convincere. Chi rifiuta un vaccino raramente lo fa per ignoranza dei dati: più spesso li ignora, i dati, o li nega comunque, indipendentemente da quanto siano solidi. Per questo non scrivo queste righe per chi ha già scelto di credere a un medico radiato dall’albo piuttosto che a due coorti di centinaia di migliaia di bambini ciascuna.

Le scrivo per chi sta ancora leggendo con la mente aperta, magari incuriosito da un titolo di giornale o da un post condiviso da un conoscente. A questa persona dico una cosa sola, da chimico e non da medico: la scienza che sostiene le vaccinazioni non è un’opinione tra le tante. È il risultato di due secoli di osservazioni, verifiche e smentite reciproche – lo stesso metodo che ha permesso di smascherare un caso di frode come quello di Wakefield e di ritirarne il lavoro dalla letteratura scientifica.

Una bambina di quattro anni è morta a Palermo per quella che i medici, in attesa della conferma di laboratorio, ritengono difterite, una malattia contro cui esiste un vaccino con un rischio di reazione grave stimato in un caso su un milione di dosi. Sui social, in queste ore, alcuni commenti equiparano il vaccino a un’opinione. Non lo è. È un dato. Quando qualcuno, sapendo perfettamente che il tasso di mortalità per difterite è centinaia di migliaia di volte superiore al rischio di una reazione grave, scrive che “è meglio il rischio della malattia”, non sta esprimendo un’opinione: sta scrivendo una falsità. E quando questa falsità viene diffusa mentre una bambina è ancora in ospedale o subito dopo il suo decesso, non è più disinformazione: è sciacallaggio. Per questo non trovo spazio per l’equidistanza, e non credo dovrebbe trovarlo nessuno che abbia letto fin qui.

Box – Come si cura la difterite

Gli antibiotici sono parte necessaria della terapia, ma non sono la cura. Il loro compito è eliminare il Corynebacterium diphtheriae dall’organismo, fermarne la diffusione e prevenire il contagio: agiscono sul batterio, non sulla tossina che questo ha già rilasciato in circolo. È la tossina, non l’infezione in sé, a danneggiare cuore e nervi in modo spesso irreversibile.

Per questo la terapia antibiotica va sempre associata all’antitossina difterica, che neutralizza la tossina circolante prima che si leghi ai tessuti. Una volta legata, l’antitossina non ha più effetto: la finestra utile è stretta, e la rapidità della diagnosi conta quanto la disponibilità del farmaco.

Le opzioni antibiotiche raccomandate da CDC e OMS sono due: i macrolidi (eritromicina, azitromicina) e la penicillina (G o procaina). La scelta tra le due dipende anche dai pattern di resistenza locali – negli ultimi anni sono stati segnalati, in diverse aree del mondo, tassi crescenti di resistenza alla penicillina, motivo per cui un antibiogramma resta buona pratica prima di impostare la terapia. Il trattamento dura in genere 14 giorni per la forma respiratoria, 10 per quella cutanea, che in casi meno gravi e senza segni di tossicità sistemica può essere gestita con antibiotico e disinfezione topica della lesione, senza necessità di antitossina.

Tutto questo vale quando la malattia viene riconosciuta in tempo. Ma è proprio questo il punto debole del sistema: la difterite è oggi così rara che pochi medici, nella pratica clinica quotidiana, l’hanno mai vista. Un ritardo diagnostico di uno o due giorni può bastare a rendere inefficace anche la terapia più corretta, perché la tossina, una volta legata ai tessuti, non è più reversibile. Ecco perché la prevenzione resta l’unica strategia che non dipende dalla rapidità di una diagnosi difficile: un patogeno che non entra in circolo non ha tossina da neutralizzare.

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Il Paradosso del Condizionatore

Siamo ormai nella seconda metà di agosto e, come ogni anno, il caldo si sente, ed è anche abbastanza torrido. Qui a Palermo, poi, non ne parliamo proprio. Certo, quest’anno sta andando meglio rispetto a qualche anno fa, quando la città fu circondata da un muro di fuoco dovuto agli incendi dei boschi circostanti, e il termometro sul mio balcone esposto al sole arrivò a segnare ben 52 °C, con un’umidità scesa intorno al 2%. Morirono insetti e piante. Per qualche giorno sembrò di vivere in un mondo alieno.

In quelle circostanze i condizionatori furono un vero e proprio toccasana, come del resto lo sono anche oggi, perché ci aiutano a resistere alla calura da bollino rosso. Ma, esattamente come ogni estate calda, l’uso continuo dei condizionatori da parte di chi rimane in città ha delle conseguenze: ci sono picchi di consumo elettrico che di tanto in tanto provocano un blackout, da qualche minuto a qualche ora – col caldo interno delle case che aumenta proprio per lo spegnimento dei condizionatori – e i costi economici per le tasche degli utenti che volano alle stelle.

Ma sono solo questi gli svantaggi dell’uso dei condizionatori? In realtà no. E sapete perché? Perché i condizionatori, come tutte le attività antropiche, hanno un’impronta ecologica non banale.

Con l’aiuto di un’AI ho ipotizzato uno scenario e fatto dei calcoli per capire quanto possano impattare i condizionatori a livello di cambiamento climatico globale.

Cominciamo e proviamo a fare due conti, dalla scala di quartiere a quella globale.

Il bilancio termico su scala urbana: una cittadina di 10.000 abitanti

Consideriamo una cittadina di 10.000 abitanti, con una media di 3 persone per famiglia (circa 3.330 case) e due climatizzatori per abitazione. Durante un’ondata di calore, se metà delle unità installate resta accesa per 12 ore al giorno, si ottengono circa 3.300 split in funzione simultanea.

Un condizionatore residenziale standard non genera freddo dal nulla: sottrae calore dall’interno (2,5 kW termici) e lo scarica all’esterno, sommando a quel calore l’energia elettrica consumata dal compressore (circa 0,78 kW per un’unità efficiente). Il calore totale scaricato per macchina è quindi di circa 3,28 kW.

Moltiplicato per 3.300 unità, il calore immesso nell’aria urbana sale a circa 11 MW. Distribuita su un’area urbanizzata tipica di 1,5 km², questa potenza corrisponde a una densità termica antropica di circa 7,3 W/m².

Il paragone con l’irraggiamento solare estivo, che supera facilmente gli 800 W/m², ridimensiona il fenomeno: di giorno il solo rigetto termico degli impianti produce un incremento reale della temperatura dell’aria compreso tra +0,3 °C e +0,5 °C. I salti più marcati, tra +1,5 °C e +2 °C, si registrano quasi solo di notte, quando lo strato limite atmosferico si abbassa, o dentro vicoli stretti e cortili chiusi – i cosiddetti street canyon.

Dalla termodinamica locale al clima globale: la vera trappola

Se a livello locale il calore diretto dei condizionatori scalda l’aria di frazioni di grado, quale peso ha sul clima globale?

L’effetto termico diretto resta trascurabile. Il calore puro espulso da tutti gli impianti del mondo pesa per una quota infinitesimale, meno dello 0,015%, sul bilancio energetico radiativo terrestre. Non è l’aria calda in uscita dal motore a scaldare il pianeta.

L’effetto indiretto è quello che conta davvero. La climatizzazione assorbe quasi un quinto dell’elettricità consumata dagli edifici nel mondo, pari a circa il 10% dell’elettricità globale, ed è responsabile di una quota compresa tra il 7% e il 10% delle emissioni totali di gas serra legate al settore del raffreddamento, a cui si aggiunge il potenziale climalterante delle perdite di gas refrigeranti (HFC).

Le proiezioni più citate stimano che la sola diffusione dei climatizzatori aggiungerà tra +0,03 °C e +0,07 °C alla temperatura media del pianeta entro il 2050.

Conclusioni

In definitiva, come al solito, si realizza uno scenario che potremmo definire “il cane che si morde la coda”. Più aumenta la temperatura al suolo per effetto delle varie attività antropiche, più aumenta la necessità di refrigerio all’interno delle abitazioni e dei luoghi di lavoro. Ma più aumenta questa necessità, più aumenta l’emissione di gas serra che, a loro volta, porta all’ulteriore incremento della temperatura globale.

Non so se riuscite a vedere il paradosso della climatizzazione. Lo trovo affascinante ma, allo stesso tempo, terribile. La nostra esigenza di sopravvivere a temperature sempre più elevate ci porta ad aumentare quelle stesse temperature alle quali non riusciamo a sopravvivere. Cosa accadrà? Esistono soluzioni? Onestamente non lo so.

Ripensando a quanto accaduto durante la pandemia del 2020, quando ci sono stati milioni di morti a livello globale e sono sopravvissuti soprattutto i più adatti a vivere in quelle condizioni, immagino che accadrà lo stesso. L’aumento delle temperature, al quale sembra non ci sia molto rimedio, comporterà la selezione di quella fetta di popolazione maggiormente adatta a vivere nelle condizioni sempre più torride che si prospettano. Alla fine possiamo dire che Darwin aveva ragione, e che ha avuto la vista molto lunga.

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Sospeso nel nulla: la chimica di un corpo nello spazio

Non me ne vogliano i tanti fisici che mi leggono. Lo so che il titolo di questo articolo contiene un errore da un punto di vista fisico. Lo spazio che ci circonda – o, meglio, lo spazio che circonda la Terra – non è “nulla”. Nello spazio – anche quello più profondo – c’è sempre “qualcosa”: radiazione, particelle rade, campi e così via di seguito. Ma il “nulla” a cui faccio riferimento evòca il mio senso di smarrimento quando con la fantasia mi spingo nelle navicelle spaziali ed immagino una passeggiata cosmica lontano da tutto e da tutti, solo con me stesso e con le mie paure.

L’ultimo viaggio senza ritorno

Al di là delle mie fantasie notturne, la domanda ha oggi una rilevanza concreta:  viviamo in un’era in cui l’idea di morire nello spazio ha smesso di essere un’esclusiva della fantascienza. Tra missioni lunari, futuri viaggi verso Marte e l’orizzonte delle stelle, la presenza umana oltre l’atmosfera è ormai una realtà.

Ma cosa accadrebbe se un corpo umano venisse accidentalmente esposto al vuoto cosmico, senza tuta e senza navicella?

La risposta della chimica e della fisica vi sorprenderà, soprattutto se siete abituati ai cliché di Hollywood: niente esplosioni spettacolari, niente sangue che gela in un millisecondo. E, soprattutto, niente decomposizione. Per capire il perché, dobbiamo fare un piccolo passo indietro e ricordare come funziona la putrefazione qui sulla Terra.

I tre ingredienti della putrefazione (che nello spazio non esistono)

Sulla Terra, un corpo abbandonato segue un copione biologico e chimico molto preciso, guidato da fattori specifici:

  • I batteri aerobi: Hanno bisogno di ossigeno e iniziano immediatamente a consumare i tessuti superficiali.
  • I batteri anaerobi: Vivono nel nostro intestino e prendono il sopravvento non appena finisce l’ossigeno, producendo i classici gas maleodoranti.
  • L’acqua liquida: È il solvente universale, il mezzo essenziale che permette a questi microrganismi di muoversi, nutrirsi e moltiplicarsi.
  • Il calore: Una temperatura compresa tra 0 e 40°C agisce da catalizzatore, accelerando tutte le reazioni enzimatiche e biologiche.

Nel vuoto dello spazio, questo “kit biologico” viene completamente azzerato:

  • Ossigeno: non c’è.
  • Acqua liquida: Impossibile da mantenere; bolle all’istante o sublima, passando direttamente da solida a vapore.
  • Temperatura: Estrema e schizofrenica. Si passa da un calore torrido (+120°C se esposti direttamente al Sole) al gelo cosmico (-270°C all’ombra).
  • Pressione: Assente. In orbita terrestre il vuoto è già milioni di volte più rarefatto dell’atmosfera al suolo; nello spazio interstellare profondo la rarefazione arriva a livelli miliardi di volte superiori a quelli ottenibili nel miglior vuoto di laboratorio.

Il risultato? La decomposizione non ha nemmeno il tempo di iniziare: i batteri muoiono o entrano in uno stato di totale quiescenza.

Cronaca di un corpo nel vuoto: i primi minuti

Immaginiamo la scena: un corpo viene espulso da un’airlock senza alcuna protezione. Cosa succede timeline alla mano?

Da 0 a 15 secondi: La mancanza di pressione impedisce ai polmoni di scambiare gas, portando alla perdita di coscienza per mancanza di ossigeno al cervello in pochi secondi. Il decesso, però, non è istantaneo: se non si ripristina la pressione, sopraggiunge entro uno o due minuti.

Da 10 a 30 secondi: Qui la fisica si fa strana. Poiché la pressione è zero, l’acqua presente sulla superficie degli occhi, della bocca e nei polmoni inizia a bollire a temperatura corporea (sì, a pressione zero l’acqua bolle a 37°C!). Tuttavia, la pelle è estremamente elastica e resistente: il corpo non esplode. Si gonfia fino a raddoppiare il suo volume (un fenomeno noto come ebollizione dei fluidi tissutali).

Dopo qualche ora: Il congelamento non è istantaneo. Nel vuoto non c’è aria per rimuovere calore (manca la convezione) e non c’è contatto con superfici fredde (manca la conduzione). L’unico modo in cui il corpo può cedere calore è per irraggiamento, un processo molto lento. Ci vorranno diverse ore prima che inizi a ghiacciare, con la parte esposta al Sole letteralmente bruciata e quella all’ombra congelata.

Dopo giorni o settimane: Tutta l’acqua residua nei tessuti sublima lentamente verso il vuoto. Il corpo si trasforma in una mummia spaziale: secco, duro come il cuoio e completamente sterile.

La chimica del “silenzio biologico”

Niente vermi, niente produzione di gas, nessuna putrefazione. In termini scientifici, non parliamo di decomposizione ma di mummificazione o, ancora meglio, di liofilizzazione, l’esatto equivalente industriale del processo che usiamo per il caffè solubile o per preservare i vaccini.

Senza acqua a disposizione, i batteri intestinali si disidratano, morendo o rintanandosi sotto forma di spore resistenti (una sorta di ibernazione). I funghi e i lieviti non trovano un briciolo di umidità per sopravvivere. Persino gli enzimi autolitici, quelli che normalmente darebbero il via all’autodigestione cellulare subito dopo la morte, restano letteralmente a secco e si bloccano. Il corpo resta così intatto e riconoscibile, simile a una statua di cera essiccata.

Gli unici veri agenti di degradazione nello spazio non sono biologici, ma fisici:

Micrometeoriti: Piccolissimi frammenti che si comportano come un abrasivo cosmico, erodendo la superficie del corpo millimetro dopo millimetro.

Radiazioni UV: Se il corpo si trova vicino a una stella, i raggi ultravioletti spezzano i legami delle molecole organiche, riducendo la pelle a un residuo carbonioso. Diventa a tutti gli effetti un cadavere tostato e liofilizzato.

Radiazioni ionizzanti: I raggi cosmici distruggono i filamenti di DNA e le proteine ma, anziché far marcire il corpo, lo sterilizzano ulteriormente.

Due destini opposti: Dove sta viaggiando il corpo?

Il destino finale della nostra mummia cosmica dipende tutto dalla sua posizione nella mappa galattica:

Condizione ambientale Vicino a una stella (es. Orbita terrestre) Spazio interstellare profondo
Temperatura Altalenante: da -100°C a +120°C a seconda dell’esposizione Costante a -270°C (appena sopra lo zero assoluto)
Effetto principale Radiazioni UV distruttive + continui shock termici Congelamento permanente e totale
Aspetto finale Pelle carbonizzata e secca, destinata a diventare polvere Una “statua” perfettamente conservata, come in un criostato
Tempo di conservazione Migliaia di anni (fino alla completa polverizzazione) Miliardi di anni (esposta solo alla lenta erosione dei micrometeoriti)

E se il corpo fosse protetto? Il fattore tuta o navicella

Cosa cambierebbe se il corpo non fosse nudo nel vuoto, ma protetto?

Dentro una navicella pressurizzata (es. la ISS): In questo caso la decomposizione seguirebbe il suo corso naturale, ma con risvolti decisamente bizzarri a causa della microgravità. Senza gravità i liquidi biologici non drenano verso il basso e i gas si accumulano in bolle sparse all’interno dei tessuti. Il risultato sarebbe un disordinato e indescrivibile incubo igienico e olfattivo.

Dentro una tuta spaziale integra (con ossigeno residuo): Per i primi giorni si assisterebbe a una parziale decomposizione anaerobica. Successivamente, consumato l’ossigeno, l’umidità interna inizierebbe a condensarsi e i batteri morirebbero per auto-avvelenamento o mancanza di risorse, trasformando comunque il corpo in una mummia sigillata nel suo guscio ipertecnologico.

Conclusione: L’eterno silenzio biologico

La decomposizione, che sulla Terra associamo all’idea di fine e decadimento, è in realtà un sofisticato e brulicante miracolo biologico che richiede condizioni chimico-fisiche precisissime: aria, acqua liquida e temperature miti.

Nel vuoto dello spazio, questo motore biologico si spegne. Un corpo umano non marcisce, non produce odori, non si dissolve. Diventa un manufatto secco, immobile, quasi eterno — una mummia cosmica.

Una testimonianza muta e affascinante del fatto che la vita, persino nel suo atto finale, ha bisogno di quel sottile, fragile strato di atmosfera che abbiamo la fortuna di chiamare casa.

Per approfondire

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KILLER IN DISPENSA – Analisi biochimica degli alimenti insospettabili – Episodio #01

Iniziamo una nuova serie di articoli, un reportage chimico, analizzando la chimica e la tossicologia di alcuni veleni (mi perdoneranno i tossicologi veri se uso termini inappropriati, ma d’uso comune nel linguaggio popolare) che si trovano molto frequentemente nelle nostre dispense. L’intento è quello di far capire ai soliti chimici della domenica – si, quelli che pensano che naturale=buono, quelli che dicono che si può vivere senza chimica – SIC – sì, proprio quelli che pensano di essere figherrimi e che gli alimenti bianchi siano il male – che sarebbe meglio che lasciassero la chimica a chi ne capisce e continuassero ad occuparsi delle cose di cui sono esperti. Questo reportage è anche per quei colleghi – sensu lato – che inseguono mode alimentari senza rendersi conto che dicono caterve di fesserie.

Cominciamo!

Identikit di un Sospettato

In questo primo appuntamento con la nostra rubrica di tossicologia alimentare, ho deciso di occuparmi di una serie di tossine presenti in un organismo vegetale estremamente comune. Nonostante la sua presenza ubiquitaria nelle nostre cucine, questo vegetale sintetizza un arsenale chimico che Trump levati con le tue manie guerrafondaie!

L’arsenale Chimico (Le Tossine)

Il soggetto in questione produce diverse molecole bioattive per scopi di difesa biologica:

  • Apiolo: Noto anche come “canfora di [nome del vegetale che lo produce]” è un fenilpropanoide che agisce come irritante primario. Ha un’affinità specifica per la muscolatura liscia uterina e vascolare.
  • Miristicina: Un composto organico naturale con proprietà psicoattive e anticolinergiche. È un precursore chimico che può indurre epatotossicità.
  • Furocumarine (Psoraleni): Molecole fotosensibilizzanti capaci di intercalarsi nel DNA cellulare quando stimolate da radiazioni ultraviolette.

Tutto chiaro, vero? Ok. Traduciamo in parole più comprensibili: l’ingestione di estratti concentrati provoca emorragie interne, danni renali acuti e, storicamente, è stata causa di decessi dovuti a shock ipovolemico – ovvero una condizione che si instaura quando viene perso un quinto del volume del proprio sangue – in seguito a tentativi di utilizzo medico improprio. Quanto descritto, però, si riferisce alla tossicità acuta.

Vediamo, invece, gli

Effetti Sistemici e la Tossicità Cronica

L’esposizione prolungata o massiccia alle sostanze appena citate porta a quadri clinici definiti:

  • Epatotossicità: Degenerazione del parenchima epatico dovuta al metabolismo degli oli essenziali.
  • Nefrotossicità: Irritazione dell’epitelio renale e formazione di calcoli dovuti all’elevato contenuto di ioni ossalato.
  • Fitofotodermatite: Reazione cutanea grave (eritemi e bolle) in caso di contatto con la linfa e successiva esposizione al sole.

Tradotto vuol dire che tutte quelle sostanze provocano danni seri al fegato, ai reni, ed alla pelle.

In pratica, ingurgitare l’alimento che contiene le molecole citate è il modo migliore per vedere il mondo dalla parte delle radici delle piante.

Volete sapere di cosa si tratta? Ma nientepopodimeno che del prezzemolo!

Ebbene sì, miei cari lettori. Se decidete di mangiare insalate abbondanti di solo prezzemolo rischiate seri danni alla vostra salute. Ma non vi preoccupate perché, come insegnava Paracelso, “Sola dosis facit venenum” (solo la dose fa il veleno). In ambito culinario, le dosi utilizzate come condimento sono considerate sicure. Il rischio tossicologico è legato esclusivamente al consumo di oli essenziali estratti, semi in purezza o quantità abnormi della pianta consumata come vegetale a foglia (insalata).

So già cosa state pensando: “ma nessuno mangia solo prezzemolo”. E avete ragione. Per fortuna. Ma la logica che porta a evitare la chimica di sintesi e abbracciare quella naturale è la stessa che, portata alle estreme conseguenze, trasforma il prezzemolo in un’arma chimica. Ecco, questo articolo serve proprio a portare quella logica alle estreme conseguenze. Per farvi ridere di chi ci crede.

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La ninidrina

A leggere il titolo di questo articolo vi starete chiedendo di cosa voglio parlare. Ebbene, di certo non voglio discutere di fantasy, né di una città esotica e nemmeno di un nuovo pianeta di un sistema solare lontano anni luce dal nostro.

Niente di tutto questo.

Mi è venuta voglia di descrivere la chimica di una molecola il cui funzionamento mi ha divertito ed appassionato moltissimo quando studiavo la biochimica nell’ormai lontano 1989. Poi vi dirò perché mi è venuta questa voglia.

La nomenclatura

La ninidrina ha nome IUPAC 2,2-diidrossi-1,3-diossoidrindene che, per i non chimici, non risolve alcun mistero. Anzi, volendo, lo complica ancora di più perché introduce una complessità maggiore nel dare un nome a qualcosa usando delle regole molto lontane dalla vita quotidiana. Potremmo pure chiamarlo tirannosauro cityplex, ma cambiare etichetta non permette di comprendere nulla in merito all’oggetto di cui voglio discutere.

Allora andiamo con ordine.

Partiamo dal termine indene.

L’indene è la molecola descritta qui sotto. Come si vede, si tratta di un composto formato da un anello benzenico (quello a sinistra, a 6 atomi di carbonio) fuso con un anello ciclopentadienico (quello a destra, a 5 atomi di carbonio). L’anello a 5 termini contiene un doppio legame: quello che vedete in basso a destra. In realtà, i doppi legami nel ciclo a 5 atomi di carbonio sono due, ma non voglio complicarvi ulteriormente la vita con formule ed ibridi di risonanza, per cui decido scientemente di commettere un errore.

Se dall’anello a cinque atomi di carbonio togliamo quel doppio legame in basso a destra, otteniamo una molecola che si chiama idrindene la cui struttura è quindi:


Il doppio legame lo potete immaginare come un tavolo in cui ci sono due posti vuoti. Ci siete voi che aspettate due vostri amici: i fratelli gemelli idrogeno1 e idrogeno2. Quando arrivano, si siedono e la tavola è completa. Da un punto di vista chimico, togliere un doppio legame significa inserire due atomi di idrogeno, uno su ogni atomo di carbonio coinvolto nel doppio legame, mediante una reazione che si chiama idrogenazione.   Il suffisso “idr” in idrindene, quindi, si riferisce proprio all’indene idrogenato.

A questo punto mettiamo due atomi di ossigeno legati ciascuno con doppio legame agli atomi di carbonio 1 e 3 come indicato nella figura qui sotto.

Ricordate una cosa importante: in chimica organica vengono attribuiti i numeri civici agli atomi di carbonio presenti in una molecola. Questi numeri civici, che vengono indicati come posizione degli atomi di carbonio all’interno della molecola, servono ai chimici per comprendere di quale atomo nello specifico si stia parlando. A questo punto, scegliete voi quale dei due atomi di carbonio sia 1 e quale 3. Però tranquilli perché non c’è nessuna risposta giusta o sbagliata: la molecola è simmetrica; quindi, potete ribaltarla come in uno specchio e tutto funziona allo stesso modo.

La reazione che produce questo oggetto chimico si chiama ossidazione, ma non importa il nome e proseguiamo. Andiamo avanti aggiungendo che i due gruppi ossigenati così ottenuti vengono indicati come “diosso”. Da qui il termine diossoidrindene. Ma dal momento che gli atomi di carbonio legati con doppio legame con l’ossigeno sono in posizione 1 e 3, il nome corretto è 1,3-diossoidrindene.

Continuiamo a mettere atomi di ossigeno e piazziamo due gruppi -OH, che si chiamano ossidrile oppure idrossile o, ancora, idrossi, sul carbonio in posizione 2. Otteniamo la struttura indicata nella seguente figura:

Poiché gli ossidrili in posizione 2 sono due, il nome dell’oggetto mostrato nella figura sopra diventa: 2,2-diidrossi-1,3-diossoidrindene… per gli amici intimi: ninidrina.

Quindi riassumendo

2,2-diidrossi è il suffisso che usiamo per indicare due gruppi -OH legati entrambi all’atomo di carbonio in posizione 2. Poiché gli ossidrili sono due, il numero civico del carbonio va ripetuto due volte mentre il suffisso “di” davanti a “idrossi” si riferisce proprio al numero di gruppi -OH presenti.

1,3-diosso è il suffisso che usiamo per indicare due atomi di ossigeno legati con doppio legame agli atomi di carbonio ai civici 1 e 3.

Il suffisso “idr” si riferisce a un sistema chimico che ha perso un doppio legame per effetto della reazione con idrogeno.

Infine, indene è la molecola da cui siamo partiti.

Ed ora?

Ed ora diamo un’occhiata al carbonio al civico 2 che è legato a due gruppi ossidrili.

Dovete sapere che una molecola che contiene un gruppo ossidrile si chiama alcol. Sì… nel linguaggio comune il termine si riferisce all’ingrediente più importante di tante bevande: dal vino al bloody Mary, ovvero l’alcol etilico. Ma, in chimichese il termine alcol si riferisce a una classe di molecole che contengono il gruppo -OH. Quando nella stessa molecola sono presenti due gruppi ossidrili, questa viene indicata come diolo. Se i gruppi ossidrili sono sullo stesso atomo di carbonio, come nel caso della ninidrina, si parla di dioli geminali. Geminale deriva da gemello. I due -OH sullo stesso atomo di carbonio sono gemelli e come fratelli tendono a litigare. In effetti, i dioli geminali sono instabili perché i due gruppi -OH sullo stesso atomo di carbonio non stanno bene assieme e fanno a cazzotti. Cosa succede? Tendono a reagire per formare un doppio legame C=O in posizione 2, come nella figura qui sotto.

Adesso giochiamo ad aguzza la vista. Guardate cosa abbiamo combinato lì nella parte destra della molecola: ai civici da 1 a 3 ci sono tre gruppi C=O. Sembrano uguali, non è vero? Ma non è così.

Pur essendo uguali i tre gruppi hanno stabilità differente, o, potremmo anche dire, hanno reattività differente. In altre parole, tendono a reagire in modo diverso quando sono in presenza di particolari reagenti che andremo a vedere fra poco.

Il ruolo dell’elettronegatività

Il titolo di questo paragrafetto riporta una parolaccia: elettronegatività. Ma cos’è ‘sta roba?

Dobbiamo ricordarci che il chimichese è un linguaggio col proprio alfabeto e con le proprie regole di grammatica e sintassi. L’alfabeto è la tavola periodica. Essa contiene tutte le lettere, gli elementi chimici, che combinate formano le parole. Queste, a loro volta, messe assieme portano alle frasi chimiche che noi chimici ci ostiniamo a chiamare reazioni.

Sembra semplice, ma non lo è, purtroppo. E meno male… direi… altrimenti che ci sto a fare io qui?

Una delle regole grammaticali che a noi chimici piace utilizzare per spiegare cose che altrimenti sarebbero incomprensibili è l’elettronegatività. Il termine si riferisce alla tendenza di un elemento chimico a trattenere gli elettroni. Sì… proprio quegli affarini che si muovono intorno al nucleo secondo delle modalità che non ci è dato conoscere e che si presentano in delle regioni di spazio che amiamo definire col nome esotico di orbitali.

Più alta è la capacità di un elemento di trattenere gli elettroni, maggiore è il valore numerico dell’elettronegatività.

Sapete che il primo a quantificare l’elettronegatività è stato Linus Pauling? È uno dei miei idoli assieme a Richard Feynman. Li adoro entrambi.

Nella scala Pauling, l’elemento più elettronegativo è il fluoro (F), a seguire l’ossigeno. Solo molto dopo arriva il carbonio.

Quando scriviamo qualcosa come C-O, oppure C-H, stiamo riportando una interazione, che in chimichese si chiama legame, tra due elementi: carbonio e ossigeno, nel primo caso, carbonio e idrogeno, nel secondo.

Il trattino tra i due elementi è la rappresentazione grafica del  legame chimico. Esso coinvolge due elettroni. In altre parole, il trattino sta a indicare due elettroni coinvolti nell’interazione tra gli elementi considerati.

Detto questo torniamo all’elettronegatività. Abbiamo detto che l’ossigeno è più elettronegativo del carbonio. Quindi, per effetto di questo, accade qualcosa di speciale nella distribuzione degli elettroni del legame C-O.

Siete curiosi di sapere cosa significa in un linguaggio meno chimichese?

Carbonio e ossigeno sono due persone. Il primo è un signore distinto col monocolo e il bastone; un signore d’altri tempi. Il secondo è un energumeno palestrato con la fissa per il wrestling. I due decidono di giocare al tiro alla fune. Chi vince secondo voi? Sì… l’energumeno palestrato.

Ecco… l’ossigeno, in virtù della sua maggiore elettronegatività, si comporta come il palestrato tirando verso di sé la corda con forza maggiore rispetto a quella usata dal signore di altri tempi. Ritornando al chimichese, gli elettroni del legame carbonio-ossigeno passano più tempo vicino a quest’ultimo che al carbonio. Nel linguaggio chimico più forbito, quello che userebbe il signore di altri tempi, la densità elettronica è spostata verso l’ossigeno. Questo vuol dire che, mediamente nel tempo, il carbonio è più elettropositivo dell’ossigeno. Scusate… traduco: per effetto della maggiore elettronegatività dell’ossigeno, il carbonio presenta una deficienza (nel senso di mancanza) elettronica ed ha una parziale carica positiva. Al contrario, l’ossigeno per gli stessi motivi ha una parziale carica negativa.

Adesso allarghiamo il campo. Se l’ossigeno richiama a sé gli elettroni del legame C-O, il carbonio, per effetto della sua deficienza elettronica, richiama a sé gli elettroni dei legami contigui. Quindi, se consideriamo qualcosa come C-C-O, anche il carbonio più lontano dall’ossigeno ha una parziale carica positiva indotta dal richiamo elettronico del lontano ossigeno.

Complichiamoci maggiormente l’esistenza e consideriamo un sistema come: O-C-C-C-O. Qui abbiamo tre atomi di carbonio e due di ossigeno. Gli atomi di carbonio alle estremità sono, ognuno, legati ad un atomo di ossigeno più elettronegativo. Questo vuol dire che il carbonio centrale risente del richiamo di due atomi di ossigeno. Come conseguenza, ha un potenziale elettropositivo (cioè una parziale carica positiva) maggiore rispetto al medesimo atomo di carbonio del sistema C-C-O.

Torniamo alla Ninidrina

Fatta la necessaria premessa sull’elettronegatività, riprendiamo la struttura della ninidrina in cui i due gruppi -OH hanno fatto a cazzotti. Per semplicità la riporto di nuovo qui di seguito:

Come vedete, abbiamo un C=O centrale, quello al civico 2, che risente dell’effetto dei due C=O al civico 1 e al civico 3. Pur avendo la stessa natura chimica, a causa degli effetti descritti prima, i C=O al civico 1 e 3 sono meno reattivi del C=O al civico 2. In pratica, la carica parziale netta positiva sul carbonio in 2 è maggiore rispetto a quelle degli atomi di carbonio in 1 e 3.

Cosa accade adesso?

Stiamo passeggiando nel parco. Stiamo per gli affari nostri quando incrociamo la nostra anima gemella: è amore a prima vista.

Ecco… il carbonio 2 della ninidrina povero di elettroni incrocia un sistema chimico che, invece, ne è ricco. Quale? Uno come R-NH2, per esempio. Questa è la formula generale dei composti che si chiamano ammine. L’azoto (N) è ricco di elettroni. Ne ha talmente tanti che quando si avvicina alla ninidrina viene attratto dalla sua anima gemella, ovvero il carbonio povero di elettroni in posizione 2. E cosa accade?

Guardate la figura qui sotto. In particolare la parte A. Qui le due anime gemelle si incontrano e si legano indissolubilmente. Le frecce curve indicano il movimento di elettroni dal sistema chimico che ne contiene di più a quello che ne contiene di meno. Si forma la molecola descritta nella parte B della medesima figura. In questa molecola intermedia, l’azoto è ancora ricco di elettroni. Di conseguenza li usa per rendere ancora più indissolubile il legame con la sua anima gemella portando alla formazione del composto riportato nella parte C della figura.

Sapete cosa è quella molecola? È un cromoforo, ovvero una molecola in grado di colorare di violetto una soluzione che la contiene. In altre parole, quando la ninidrina viene a contatto con una ammina o un altro sistema contenente un gruppo amminico, pensiamo, per esempio, agli amminoacidi, avviene una reazione che porta ad una soluzione colorata. L’intensità del colore è direttamente proporzionale alla quantità di sistema amminico che reagisce con la ninidrina. Nell’ambito della chimica biologica, la ninidrina è un utile strumento per quantificare gli amminoacidi con gruppi amminici primari (cioè del tipo RNH2) in sistemi proteici complessi.

La ninidrina nell’analisi forense

E veniamo al perché vi ho raccontato della ninidrina.

È da un po’ di tempo che si sente parlare del caso di Garlasco e dell’arresto quantomeno strano di Stasi. I diversi commentatori sui vari canali presenti in rete parlano ripetutamente di test della ninidrina per il rilievo delle impronte digitali. Ecco… ho l’impressione, ma è solo una mia opinione, che tutti parlino di qualcosa che non conoscono.

Cosa sono le impronte digitali? Si tratta di “immagini” dei nostri polpastrelli generate dal contatto con mezzi più o meno porosi. Da un punto di vista chimico, queste impronte contengono acqua, sali minerali, vitamine, amminoacidi e altro. Per il rilievo delle impronte si usa una soluzione di ninidrina che, reagendo con gli amminoacidi secondo lo schema appena descritto, produce un’immagine colorata che può essere studiata per consentire l’identificazione della persona che ha toccato quel dato oggetto.

Conclusioni

Perché la ninidrina mi divertiva quando studiavo la biochimica? Beh… da tutto quanto ho scritto è chiaro che conoscere la ninidrina significa avere in mente una quantità di conoscenze chimiche non indifferente. Non sto parlando solo della nomenclatura. Quella è una banalità. Bisogna avere conoscenze approfondite di chimica generale, chimica organica e quantomeccanica. Quello che vi ho raccontato non lo trovate scritto nei libri, ma lo ottenete dalla conoscenza comparata di diverse discipline chimiche. Ecco perché, quando sento qualcuno parlare della ninidrina come fosse un semplice reagente, sorrido. Per me è stata molto di più: è stata la prova che la chimica non è un insieme di nozioni, ma un modo di vedere il mondo. E quel viola, in provetta, era la conferma che avevo cominciato a vederlo davvero.

Grazie a tutti voi che avete avuto la pazienza di condividere con me un istante della mia vita da studente.

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Aspasia e la fisica, ovvero come bevono i gatti

Avete mai avuto a che fare con quegli strani pelosetti, tenerissimi e convinti di essere i padroni della vostra vita? Sì, i gatti. Quegli esseri che fin dall’antico Egitto dominano l’umanità e che ai tempi dei faraoni erano considerati delle figure sacre. Io ne ho uno a casa… anzi una. Si chiama Aspasia. Ebbene sì, era il nome della compagna di Pericle, filosofa e intellettuale dell’antichità. E come la sua omonima, Aspasia la gatta, principessa dei croccantini, ha a che fare con la cultura. In che modo? Vi chiederete. Preparatevi qualcosa da bere, sedetevi comodi e cominciamo.

Avete mai visto come beve un cane? Il cane lappa, ovvero arrotola la lingua a formare una specie di cucchiaio, la immerge nell’acqua e tira su. Insomma, il cane lecca l’acqua. E questo oltre a fare rumore, sporca parecchio. Avevo un pastore belga che ogni volta che beveva faceva un lago.

Aspasia e i suoi simili, no. Niente risucchio, niente immersione del muso, niente rumori. Solo la lingua che tocca l’acqua e si ritrae con una velocità quasi innaturale. Il gatto “afferra” l’acqua sfruttando la fisica.

La lingua che solleva l’acqua

Quando un gatto beve, la punta della lingua tocca appena la superficie dell’acqua, senza immergersi. Subito dopo si ritrae rapidamente verso l’alto. Questo gesto crea una colonna d’acqua che segue la lingua per un istante, grazie a due forze fondamentali:

  • inerzia (una volta messa in movimento dalla lingua, l’acqua tende a continuare a salire per un breve istante),
  • tensione superficiale (le molecole restano “attaccate” tra loro).

Prima che la gravità faccia collassare la colonna, il gatto chiude la bocca e cattura l’acqua sospesa.

Tutto qui.

Elegante. Preciso. Fulmineo.

Un perfetto equilibrio tra tempo e gravità

La cosa sorprendente è che il gatto deve chiudere la bocca nel momento giusto.

Troppo presto → poca acqua.

Troppo tardi → la colonna collassa.

Le riprese ad alta velocità mostrano che un gatto domestico compie questo gesto 4–5 volte al secondo, sincronizzando:

  • velocità della lingua,
  • altezza della colonna d’acqua,
  • tempo di chiusura della mandibola.

Non è istinto rozzo: è ottimizzazione dinamica. Questa sincronia porta alla formazione di una colonna d’acqua che si muove verso l’alto dalla ciotola alla bocca del gatto.

Perché i gatti bevono così (e i cani no)?

Il motivo è in parte anatomico, in parte evolutivo:

  • i gatti hanno muso corto e denti affilati: immergere la bocca sarebbe scomodo,
  • questo metodo permette di bere senza bagnarsi il naso (zona molto sensibile),
  • la stessa tecnica è usata dai grandi felini: tigri, leoni, giaguari.

Un comportamento raffinato, ereditato da predatori che dovevano bere in fretta e con attenzione.

Un laboratorio di fisica… nella ciotola

Questo meccanismo è stato studiato con videocamere ad altissima velocità e modelli fisici che descrivono il bilancio tra:

  • inerzia del fluido,
  • gravità,
  • frequenza di oscillazione della lingua.

In pratica, mentre il gatto beve, sta risolvendo (senza saperlo) un problema di meccanica dei fluidi non lineare.

Altro che “bere come un animale”.

La prossima volta che lo vedi bere…

…non pensare che stia semplicemente facendo il gatto. Sta usando una soluzione fisicamente elegante, raffinata e sorprendentemente efficiente.

Una lezione di scienza quotidiana servita in una ciotola d’acqua.

Riferimenti scientifici

  • Articolo divulgativo (italiano)

La lingua del gatto e la meccanica dei fluidi, OggiScienza (2010). Link: https://oggiscienza.it/2010/11/12/la-lingua-del-gatto-e-la-meccanica-dei-fluidi/index.html

  • Articolo scientifico originale

P. M. Reis, S. Jung, J. M. Aristoff, R. Stocker (2010). How Cats Lap: Water Uptake by Felis catus, Science, 330, 1231–1234. Link: https://www.science.org/doi/10.1126/science.1195421

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Perché il burro è solido, l’olio è liquido e la margarina… dipende

La chimica nascosta dei gliceridi

A temperatura ambiente, il burro è compatto, l’olio scorre libero e la margarina sta nel mezzo: spalmabile, ma non liquida. La differenza non è (solo) nella provenienza animale o vegetale dei grassi. È soprattutto una questione di come i gliceridi si organizzano nello spazio. Dietro una noce di burro o un filo d’olio c’è una vera e propria architettura molecolare.

I protagonisti: gli acilgliceroli o gliceridi

Tutti e tre – burro, olio e margarina – sono costituiti principalmente da acilgliceroli: una molecola di glicerolo a cui sono legati uno, due o tre acidi grassi.

Il glicerolo è un triolo, cioè una molecola formata da tre atomi di carbonio, ad ognuno dei quali è legato un gruppo –OH, che si chiama ossidrile, tipico gruppo funzionale degli alcoli. Gli alcoli che contengono un solo gruppo ossidrile si chiamano semplicemente alcoli, quelli con due gruppi si dicono dioli, con tre trioli e così via.

Volendo fare una analogia con qualcosa con cui abbiamo a che fare tutti i giorni, pensiamo al glicerolo come a un manico con tre “attacchi”: se vuoi, come una forchetta con tre rebbi (tre punti disponibili per “agganciare” qualcosa).

A livello molecolare, quella “pasta” che infilziamo con la forchetta sono le molecole di acidi grassi. Gli acidi grassi sono sistemi chimici formati da una catena di atomi di carbonio; a un’estremità della catena c’è il gruppo carbossilico –COOH (o carbossile), in cui un carbonio è legato con doppio legame a un ossigeno e con legame singolo a un gruppo ossidrile.

Il gruppo carbossilico degli acidi grassi può legarsi a un gruppo ossidrile di un alcol per formare quello che si chiama estere. Quando l’alcol è un triolo come il glicerolo, i tre gruppi ossidrili si possono legare a uno, due o tre acidi grassi: si ottengono così i gliceridi o acilgliceroli.
– Se un solo acido grasso si lega al glicerolo si ottiene un monogliceride.
– Se sono due, un digliceride.
– Se sono tre, un trigliceride (più correttamente: triacilglicerolo).

La chiave della consistenza

Sulla base di queste premesse, possiamo dire che la chiave per comprendere la differenza tra burro, olio e margarina sta in:
– lunghezza delle catene
– grado di saturazione
– geometria (cis/trans)
– modo in cui queste molecole si impacchettano tra loro

Burro: ordine, cristalli e rigidità

Nel burro dominano acidi grassi più saturi, con catene relativamente lineari. E qui la faccenda diventa “materiale”: catene più dritte riescono ad avvicinarsi meglio, ad impacchettarsi e a formare cristalli. In pratica, molte molecole si allineano e costruiscono una rete solida.

Se ti piace restare sull’analogia della forchetta, possiamo dirla così (senza sbagliare): un triacilglicerolo è come un “manico” (glicerolo) con tre rebbi (tre catene). Nelle rappresentazioni si tende a immaginare una catena come “centrale” e due come “laterali”, ma i punti di attacco sono tre, e tutte e tre le catene contribuiscono al modo in cui la molecola si dispone e si avvicina alle altre.

Quando molte di queste molecole si trovano insieme, non è che si intrecciano davvero come forchette: quello che accade è che le catene sature, essendo più lineari, riescono a stare vicine e a massimizzare le interazioni deboli (le classiche interazioni di van der Waals). E quando questo “impacchettamento” diventa abbastanza regolare, nasce una fase cristallina: una micro-impalcatura che dà consistenza al burro.

Il risultato?
– una rete cristallina stabile
– un materiale solido ma fragile
– una consistenza che fonde rapidamente in bocca (intorno ai 32–34 °C)

Il burro, in definitiva, non è “duro” perché è freddo: è strutturato perché molte sue molecole possono stare insieme in modo ordinato.

Olio: disordine fluido

Nei gliceridi che compongono gli oli vegetali prevalgono acidi grassi insaturi, spesso con doppi legami in configurazione cis. Questa configurazione genera dei “gomiti” o “pieghe” che impediscono un impacchettamento regolare.

Le conseguenze sono:
– niente cristalli stabili (o molti meno, a temperatura ambiente)
– molecole che scorrono le une sulle altre
– stato liquido anche a basse temperature

L’olio è liquido perché non riesce a organizzarsi come il burro. Tuttavia, se la temperatura è sufficientemente bassa, anche questi gliceridi possono impacchettarsi abbastanza da formare cristalli e l’olio solidifica (e qui, infatti, diversi oli “velano” o solidificano a temperature diverse: dipende dalla composizione).

Margarina: l’arte dell’equilibrio

La margarina è un prodotto tecnologico, e lo è nel senso migliore del termine. È progettata per avere:
– una fase solida (cristalli di grasso)
– una fase liquida (oli non cristallizzati)

Il segreto sta nella cristallizzazione controllata dei gliceridi:
– scelta mirata degli acidi grassi
– raffreddamento e rimescolamento
– formazione di microcristalli che intrappolano l’olio

È una emulsione solida, non un semplice grasso.

Perché alcuni grassi sono più spalmabili (anche a parità di “ingredienti”)

Qui c’è un punto elegante: burro e margarina non sono “una sostanza”, ma una miscela di tantissimi triacilgliceroli diversi. Non tutti fondono alla stessa temperatura. Alcuni cristallizzano facilmente, altri restano fluidi.

Quindi, a una certa temperatura (per esempio quella della tua cucina), un grasso può contenere contemporaneamente:
– una frazione solida (microcristalli)
– una frazione liquida (olio intrappolato tra i cristalli)

La spalmabilità nasce proprio dal rapporto tra queste due frazioni: se la frazione solida è sufficiente a dare struttura ma non è troppa da irrigidire tutto, ottieni un materiale “plastico”, cioè modellabile e spalmabile. È il motivo per cui alcuni burri sono più “morbidi” di altri e perché la margarina può essere progettata per restare spalmabile anche appena uscita dal frigo.

Non solo chimica: la struttura si sente

Queste differenze molecolari diventano:
– spalmabilità
– resistenza al coltello
– sensazione in bocca
– comportamento in cottura

Quando diciamo che un burro “è plastico” o che una margarina “tiene la forma”, stiamo descrivendo una struttura molecolare, non un’opinione.

In cucina (e nel corpo) la chimica non mente

Capire come si organizzano i gliceridi ci ricorda una cosa semplice ma spesso dimenticata: gli alimenti non sono solo ingredienti, ma materiali complessi, con proprietà fisiche precise.

E ogni volta che spalmiamo del burro sul pane o versiamo dell’olio in padella, stiamo letteralmente maneggiando chimica allo stato solido e liquido.

 

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“Lo dice la scienza”: un caso studio sul confine fra metodo scientifico e decisioni normative

Introduzione

Qualche giorno fa ho pubblicato un breve articolo [link] in cui riflettevo sull’uso sempre più frequente della locuzione “lo dice la scienza” nella divulgazione scientifica. Ho notato come molte riviste accreditate e numerosi divulgatori ricorrano a questa espressione per rafforzare le conclusioni dei propri ragionamenti.

In quell’articolo evidenziavo come tale locuzione sia problematica sia sul piano dei contenuti sia su quello della comunicazione: la scienza non è un soggetto che parla, non produce verità assolute e non funziona per atti di fede.

A seguito della pubblicazione, si è sviluppata una discussione pubblica con un lettore (Figura 1) che rappresenta un caso interessante di fraintendimento del confine fra metodo scientifico e decisioni normative. È questo scambio, più che le persone coinvolte, a costituire l’oggetto dell’analisi che segue.

Figura 1. Estratto di uno scambio pubblico avvenuto nei commenti a un articolo precedente. Il dialogo è riportato come caso studio per illustrare alcuni fraintendimenti ricorrenti nel dibattito pubblico sul rapporto fra metodo scientifico e decisioni normative. Lo scopo non è valutare le persone coinvolte, ma analizzare gli argomenti e i passaggi concettuali.

Il metodo scientifico non “impone” nulla

Uno degli equivoci più ricorrenti nel dibattito pubblico consiste nel trattare la scienza come un’autorità normativa, capace di imporre comportamenti, obblighi o divieti. Ma il metodo scientifico non ha questo ruolo.

La scienza:

  • formula ipotesi,
  • raccoglie dati,
  • costruisce modelli,
  • li testa e li migliora.

Non decide cosa si deve fare.

Le decisioni — sanitarie, politiche, sociali — sono sempre atti normativi, presi da istituzioni e governi sulla base delle evidenze disponibili, ma anche di valutazioni etiche, economiche e sociali.

Confondere questi due piani significa attribuire alla scienza un potere che non ha, e allo stesso tempo criticarla per responsabilità che non le competono.

Il dubbio scientifico non è sospensione permanente del giudizio

Un secondo elemento che emerge chiaramente dal caso studio è l’uso improprio del concetto di dubbio. Nel linguaggio scientifico, il dubbio non è sinonimo di paralisi o relativismo.

Il dubbio scientifico serve a:

  • migliorare i modelli,
  • individuare limiti,
  • integrare nuovi dati.

Non serve a rinviare indefinitamente ogni decisione in attesa di una verità finale e immutabile. In contesti reali, non decidere è comunque una scelta, con conseguenze misurabili.

Il fatto che la scienza evolva nel tempo non implica che “tutto sia ugualmente vero” in ogni momento. Implica, piuttosto, che le decisioni vengono prese con le migliori conoscenze disponibili in quel momento, sapendo che potranno essere aggiornate.

Quando il metodo scientifico viene trattato come ideologia

Nel botta e risposta riportato in Figura 1 compare anche un altro fraintendimento tipico: l’idea che difendere il metodo scientifico significhi trasformarlo in una sorta di religione laica, intollerante al dissenso.

In realtà accade spesso l’opposto:

chi riduce la scienza a un dogma finisce per trattarla come un’ideologia, mentre chi la riduce a una semplice opinione finisce per svuotarla di significato.

Il metodo scientifico non è né una fede né un’opinione. È uno strumento critico, fallibile e autocorrettivo. Ed è proprio questa sua natura a renderlo affidabile.

Perché questo caso è esemplare

Lo scambio riportato non è un’eccezione. È rappresentativo di un modo molto diffuso di discutere di scienza nello spazio pubblico, in cui:

  • il metodo scientifico viene confuso con le sue applicazioni normative;
  • il dubbio viene usato come scudo retorico, non come strumento di analisi;
  • l’evoluzione delle conoscenze viene interpretata come prova di arbitrarietà.

Analizzare casi concreti come questo è utile non per “avere ragione”, ma per chiarire dove avviene lo slittamento concettuale.

Conclusione

Dire “lo dice la scienza” è una scorciatoia comunicativa che finisce per alimentare proprio i fraintendimenti che vorrebbe evitare. La scienza non parla, non impone e non promette certezze assolute. Fornisce strumenti per comprendere la realtà e basi razionali su cui costruire decisioni collettive.

Confondere questi piani non rafforza la scienza: la indebolisce.

Ed è solo mantenendo chiaro il confine fra metodo scientifico e decisioni normative che il dibattito pubblico può tornare ad essere, davvero, razionale.

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Glühwein ad Amburgo: la chimica del vin brulé

Ed eccoci ad Amburgo. Fa freddo: oggi -5 °C. Finalmente un inverno vero, di quelli che a Palermo si studiano solo sui libri o nei film di Natale doppiati male.

Per il palermitano medio, 9–10 °C sono già “buriana siberiana”: scatta il piumino artico, il cappello da spedizione e l’espressione tragica da sopravvissuto.

Io vengo dalle montagne dell’avellinese e mia moglie è veneta: per noi “inverno” significa freddo, neve, focolare acceso, patate al cartoccio e la nobile arte del sonnecchiare in poltrona senza sudare. Qui l’aria del Natale è quella della mia infanzia: profumo di legna, musica ovunque, persone che sorridono davvero.

E poi c’è la viabilità, che è un’esperienza quasi mistica: la gente ti saluta anche se non ti conosce e, udite udite, in auto si ferma ai semafori. Non “rallenta per vedere se passa lo stesso”: si ferma proprio. E quando attraversi sulle strisce… ti lasciano attraversare. Una roba talmente surreale che per un attimo ho cercato la telecamera nascosta.

Amburgo è una grande città con mercatini dove trovi di tutto. Ma è un “tutto” di un kitsch feroce: talmente kitsch da andare oltre la bellezza. Ed è in questi mercatini – malamente copiati a Palermo, dove hanno perso il senso del Natale perché sono diventati stanziali, cioè stanno lì tutto l’anno come un arredo urbano – che accade qualcosa di magnifico: cammini, hai le mani congelate, il vento dell’Elba ti ricorda che esiste la termodinamica… e poi qualcuno ti mette in mano un bicchiere fumante di Glühwein.

A quel punto, in modo del tutto irrazionale, il mondo diventa più semplice.

Eppure, dentro quel bicchiere non c’è magia. C’è chimica fisica applicata, fatta bene o fatta male. E la differenza la senti subito: un Glühwein buono profuma, scalda, “abbraccia”; uno cattivo sa di marmellata bruciata con retrogusto da farmacia.

Il punto è uno solo:

Il Glühwein non deve bollire. Mai.

Non è snobismo: è fisica.

1) Se bolle, perdi quello che vuoi (e ti resta quello che non vuoi)

  • Gli aromi sono in gran parte molecole volatili: se fai bollire, le regali all’atmosfera.
  • Anche l’etanolo è volatile: a ebollizione lo perdi in fretta e ti resta una bevanda più piatta (e spesso più dolce e “pesante”, perché ti viene spontaneo compensare con zucchero).

Risultato tipico: odore da mercatino = ottimo, sapore nel bicchiere = bleah.

2) Temperatura = telecomando del profumo

Il profumo che senti è una questione di pressione di vapore: più scaldi, più certe molecole “scappano” in aria.

Ma non tutte scappano allo stesso modo: alcune spariscono presto (note fresche), altre restano (note “scure”, resinose, legnose).

Se esageri con la temperatura ottieni il classico effetto:

  • spariscono le note agrumate e “vive”
  • restano spezia pesante + zucchero + vino stanco

Quindi il Glühwein migliore è quello che sta in equilibrio tra “si sente” e “non evapora via”.

Zona felice: circa 70–80 °C (fumante sì, bollente no).

Le spezie non sono spezie: sono una miscela di VOCs

Il mercatino di Natale profuma perché le spezie liberano molecole aromatiche (molte sono VOCs, composti organici volatili):

  • Cannella: cinnamaldeide (nota calda, dolce, “da forno”)
  • Chiodi di garofano: eugenolo (potentissimo: basta poco)
  • Anice stellato: anetolo (liquirizia elegante o invasiva, dipende da dose)
  • Scorza d’arancia: terpeni tipo limonene (fresco, “luminoso”)

La cosa divertente è che il Glühwein è un solvente misto (acqua + etanolo): perfetto per estrarre un po’ di tutto.

E qui nasce l’errore più comune.

Errore da mercatino: “più spezie = più Natale”

No: più spezie = più rischio di sovra-estrazione e amarezza.

  • Chiodi di garofano: sono i “dominatori”. Se esageri, non senti altro.
  • Scorza di agrumi: ok, ma evita troppo bianco (albedo): lì vive l’amaro.

Zucchero: non serve a “dolcificare”, serve a cambiare la percezione

Lo zucchero nel Glühwein fa una cosa interessante: smussa acidità e astringenza (tannini), e rende il sorso “più rotondo”.

Ma se esageri, ottieni un effetto collaterale: copri gli aromi e ti sembra tutto uguale.

Trucco semplice: aggiungi zucchero alla fine, assaggiando.

Perché la dolcezza “sale” con il calore: a caldo sembra meno dolce, a temperatura un filo più bassa sembra molto più dolce.

Il “protocollo Amburgo” per un Glühwein buono a casa (senza laboratorio)

Regola d’oro

Scalda fino a fumante, poi stop. Niente bollore.

Mini-ricetta (1 bottiglia)

  • 1 bottiglia di vino rosso (non serve un top, ma evita quelli “morti”)
  • 1 arancia (solo scorza, poco bianco)
  • 1–2 stecche cannella
  • 2–4 chiodi di garofano (non di più se vuoi sentire il vino)
  • 1 anice stellato (facoltativo)
  • zucchero/miele: a fine corsa, quanto basta

Metodo:

  1. scalda tutto a fuoco basso finché fuma
  2. spegni, copri, lascia in infusione 10–20 minuti
  3. assaggia e regola la dolcezza
  4. filtra e servi

Coprire non è un dettaglio “da nonna”: è un modo banale per ridurre la fuga dei volatili.

Mini esperimento da blog (divertente e vero)

Fai due tazze uguali:

  • Tazza A: Glühwein portato quasi a bollore (anche solo un minuto)
  • Tazza B: Glühwein fumante ma non bollito, tenuto coperto

Poi annusa e assaggia.

Scommessa: la tazza A “profuma” in cucina (perché hai profumato l’aria) ma sa meno nel bicchiere.

Chimica natalizia

Ad Amburgo ti vendono il Glühwein come comfort. In realtà è un piccolo capolavoro di equilibrio: se rispetti la volatilità, ti resta il Natale nel bicchiere. Se fai bollire, regali il Natale ai passanti.

 

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L’ombra della fiamma di una candela

Ovvero: quando la semplificazione diventa… troppo semplice

Come sapete, miei cari e fedeli lettori, mi piace fare divulgazione scientifica.

Affronto argomenti molto svariati con una particolare predilezione per la chimica, che è la disciplina in cui sono specializzato.

Una cosa che devo puntualizzare è che nel fare divulgazione cerco sempre di semplificare per rendere digeribili concetti difficili anche a chi non ha una preparazione tecnica.

Molte volte ci riesco. Tante altre – la maggioranza, temo – non ce la faccio.

Per imparare a fare divulgazione seguo tanti canali, uno dei quali è Geopop, famoso per la semplicità con cui riesce a spiegare le cose.

Purtroppo, però, la semplificazione estrema a volte porta a dire inesattezze.

In un recente filmatino (lo trovate qui) hanno affrontato un argomento curioso: la fiamma di una candela non proietta alcuna ombra.

Devo dire che non mi ero mai posto il problema e, quando ho cominciato a guardare il video, mi sono incuriosito per capire come avrebbero spiegato la cosa.

Sono rimasto a bocca aperta quando ho sentito che la fiamma di una candela sarebbe un plasma.

La bassa densità di questo presunto plasma, secondo il video, lascerebbe passare indisturbati i fotoni della luce che, così, non verrebbero né deviati né riflessi: condizione necessaria per proiettare un’ombra.

Ora, perché sono rimasto a bocca aperta?

Semplicemente perché la fiamma di una candela non è affatto un plasma.

Cos’è davvero un plasma?

In fisica-chimica il plasma è considerato il quarto stato della materia, assieme a solido, liquido e gas.

È un gas talmente caldo (o energizzato) da risultare fortemente ionizzato: ioni positivi, elettroni liberi, particelle cariche che rispondono a campi elettrici e magnetici.

Per capirci:

  • i fulmini sono plasmi;
  • il Sole è plasma;

Le torce al plasma (Figura 1) sono progettate apposta per raggiungere temperature elevatissime.

Figura 1. Rappresentazione schematica di una torcia al plasma. La temperatura della zona dell’arco elettrico può raggiungere i 15000 °C. La fonte di questa figura è Wikimedia Commons.

La fiamma di una candela, invece, raggiunge temperature massime dell’ordine di 1000–1500 °C (Figura 2).

Figura 2. Rappresentazione di quanto avviene durante la combustione di un legnetto come un fiammifero. La fiamma raggiunge il massimo di temperatura verso la zona centrale. Questa figura è presa da Conte et al. Agronomy 2021, 11(4), 615; https://doi.org/10.3390/agronomy11040615

Sono temperature più che sufficienti per la combustione, ma troppo basse per generare una ionizzazione significativa.

Certo, nella fiamma troviamo radicali e qualche ione fugace (H⁺, O⁻, CHO·, ecc.), prodotti naturali della combustione: ma la loro concentrazione è minima, del tutto insufficiente per parlare di plasma.

In altre parole: niente plasma, almeno non nel senso fisico-scientifico del termine.

Ma allora perché la fiamma non fa ombra?

Per capire il motivo reale, basta ricordare che un oggetto proietta ombra solo se:

  1. assorbe la luce;
  2. la riflette;
  3. oppure la diffonde in modo significativo.

Una fiamma è invece costituita da:

  • gas caldi a bassa densità (CO₂, vapore acqueo, N₂, CO…);
  • minuscole particelle incandescenti (che generano il caratteristico giallo, ma in quantità minime);
  • forti gradienti di temperatura, che modificano l’indice di rifrazione.

Ora, questi gas non assorbono la luce visibile in modo apprezzabile.

E il fatto che siano caldi significa che la loro densità è ancora più bassa rispetto all’aria circostante.

La maggior parte dei fotoni, quindi, li attraversa senza essere bloccata, esattamente come la luce attraversa l’aria: e l’aria non fa ombra.

Ecco perché una fiamma non proietta un’ombra netta.

L’unico effetto reale: la distorsione

Se illuminate una candela con una luce molto intensa e osservate con uno sfondo uniforme, noterete non un’ombra, ma una distorsione dei contorni.

La fiamma, infatti, ha un indice di rifrazione diverso da quello dell’aria circostante, perché è più calda.

La luce viene quindi deviata leggermente.

È lo stesso effetto che si osserva sopra l’asfalto bollente d’estate: non un’ombra, ma un miraggio.

È dunque la rifrazione a rendere visibile la fiamma in certe condizioni, non l’assorbimento.

Ma allora i plasmi fanno ombra? Certo che sì.

L’altra affermazione problematicissima del video è che un plasma “lascia passare la luce senza bloccarla”.

Falso anche questo.

Dipende dal plasma.

Un plasma può assorbire luce, può diffonderla, può rifletterla.

La ionosfera terrestre, composta da plasma tenuissimo, è in grado di riflettere le onde radio: un comportamento ben più deciso del semplice “lasciare passare la luce”.

Quindi non esiste nessuna regola del tipo:

“Un plasma non fa ombra”

Semplificazione fuorviante.

Riassumendo tutto in una frase

La fiamma di una candela non fa ombra non perché è un plasma, ma perché è una miscela di gas caldi a bassa densità che non assorbe luce visibile: i fotoni la attraversano quasi indisturbati.

Molto più semplice, molto più elegante, molto più corretto.

Conclusione

La divulgazione scientifica è un’arte difficile. Bisogna trovare un equilibrio tra precisione e accessibilità.

Questa volta – mi dispiace dirlo – il pendolo della semplicità è stato spinto un po’ troppo in là.

Eppure, la vera spiegazione non solo è più corretta, ma è anche più affascinante: ci ricorda che la luce e la materia interagiscono in modi sottili, e che basta un po’ di fisica ben raccontata per scoprire meraviglie dove di solito non guardiamo.

La fiamma non fa ombra… e non ha certo bisogno di essere un plasma per farlo.

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