Urto efficace

L’intervista al filosofo Paolo Rossi è musica per le orecchie di chi nutre la passione per la storia delle idee. Ascoltatela: si tratta di circa due ore suddivise in quattro puntate, durante le quali il prof. Paolo Rossi – purtroppo venuto a mancare di recente – ci parla della sua vita e del percorso di ricerca che lo ha portato a studiare per molti anni le vie spesso tortuose attraverso le quali le teorie scientifiche nascono, muoiono, sono dimenticate, riemergono … Celebre è il suo libro “I filosofi e le macchine”, nel quale lo studioso prende in esame la rivoluzione scientifica del Seicento esplorando come questa si esplicita attraverso l’ingegneria, le macchine appunto. Sino al Sercento/Settecento si parlava di “arti liberali” e “arti meccaniche”: le prime, come la dialettica, la geometria e la musica, sono quelle degli uomini liberi; le seconde servivano, come diceva Aristotele, per apprestare le cose necessarie alla vita: un uomo può forse filosofare senza chi sbriga le faccende pratiche al suo posto? Non a caso la civiltà greca, così come tante altre, si reggeva sul lavoro degli schiavi. Eredità di questa concezione manichea della conoscenza (quella che realmente eleva l’uomo e quella che serve a fini pratici) fu il termine “meccanico”, utilizzato in senso spregiativo, come un insulto; è nota l’espressione “vile meccanico”, con la quale si designava chi si occupava di questioni spesso fondamentali ed estremamente difficili, pur senza godere del prestigio dei veri intellettuali. Ma nel Seicento, più che in altre epoche anteriori, la figura del “meccanico” prende il posto che le spetta: le arti meccaniche cominciano a conquistare il mondo. La Tecnica esce dallo spazio angusto in cui era stata relegata dai greci e diviene la regina del mondo. Più tardi, Diderot e D’Alembert, inclusero nelle voci della loro celebre “Enciclopedia” le questioni metafisiche così come la procedura per fabbricare un mulino. Una novità sconcertante in un tempo in cui la conoscenza era vista a compartimenti stagni: quella “elevata” al piano superiore, la “vile” a piano terra. Incredibile, ma da noi, ahimè, c’è ancora qualcuno rimasto un pò indietro nella sua concezione del “vero” sapere.

Si dice che gli scienziati sono proiettati nel futuro, gli umanisti nel passato. In realtà questa suddivisione è artificiosa quanto inutile: uno scienziato ha bisogno di conoscere le sue radici quanto un umanista ne ha di sperare nel futuro. Paolo Rossi studiava il passato come un ricercatore esamina un campione di materia sconosciuto o quasi: cercando di conoscerne composizione, le proprietà, la provenienza; egli ha sempre mostrato una straordinaria capacità di esplorare il passato come un “paese straniero”, per usare una sua metafora, pieno di voci in una lingua oscura. Riuscire a districarsi in questo vocio non è cosa da poco, soprattutto quando si cerca di costruire un’immagine di cosa è la scienza e di come è nata. Rossi ha scritto un celebre libro su Bacone che scardinò parte degli aspetti che erano stati cuciti addosso alla personalità di questo illustre pensatore, evidenziandone l’adesione e la contemporanea contrapposizione al mondo magico. Il libro è “Francesco Bacone. Dalla magia alla scienza”. La scienza, dice Rossi, ha un debito verso la magia, anche se avversarla è stato necessario per l’emancipazione del pensiero. Un pò come un bambino diventa adolescente e poi adulto anche grazie alla contrapposizione alle figure adulte che cercano in qualche modo di frenarne lo sviluppo. Quando Bacone dice che la scienza è potenza, prende letteralmente in prestito dai testi di magia la considerazione dell’uomo come ministro e interprete della natura. L’uomo deve conoscere il mondo naturale al fine di dominarlo: questa è l’idea del mago, non del filosofo aristotelico. Piuttosto, nella sua tensione al dominio della natura, il  pensiero di Bacone ha molto punti in comune con quello del medico, filosofo e iatrochimico Paracelso: perennemente in bilico tra le vecchie idee e le nuove, tra magia e scienza. La stessa carenza degli aspetti quantitativi nel pensiero baconiano richiamano quelle pratiche magiche che egli avversava, specialmente nella concezione del mago solitario che parla solo a chi lo può capire; al contrario secondo Bacone la conoscenza deve essere nutrita da un continuo scambio comunicativo. Come non pensare al rapporto tra alchimia e chimica? Tra le pratiche magiche e misteriose degli alchimisti e l’universalità della conoscenza chimica? In effetti le scienze naturali si svilupparono per lungo tempo nella direzione adottata da Bacone. In particolare la chimica è profondamente debitrice del metodo induttivo di cui Bacone ha fornito le coordinate; inoltre essa non potè non essere baconiana per lunghissimo tempo, producendo conoscenze di tipo qualitativo e sostanziale: gli alchimisti non avevano certo l’abitudine di soffermarsi sugli aspetti quantitativi … dobbiamo attendere la fine del diciottesimo secolo perché si abbia, con Lavoisier, un radicale cambiamento del ruolo della misura. Tuttavia già gli alchimisti, al tempo di Bacone, cominciavano a controllare il dato empirico in quanto tale, vedendo i fatti nella loro specificità e concretezza, comparando e classificando i fenomeni; in breve, prefigurando quella transizione a vera scienza di cui Bacone è stato in grossa parte responsabile. Possiamo dire che, al contrario di quanto comunemente si asserisce, la scienza moderna non ha un solo padre, Galilei. Alcune branche della scienza per le quali l’aspetto qualitativo è stato (ed è in parte tuttora) fondamentale sono scienze baconiane prima ancora che galileiane: la chimica, la biologia, la medicina.

Ci sono scienze da sempre, dice Rossi riferendosi ad esempio alla matematica o alla geometria, e scienze recenti. La chimica è una scienza recente: c’erano tintori, farmacisti, alchimisti, c’era gente che a vario titolo manipolava i materiali, ma … non c’era alcun trattato, alcun manuale che assomigliasse a un manuale di chimica. Era un mondo frantumato che non era ancora chimica ma conteneva in sè le premesse per diventarlo. Come fa qualcosa che non è scienza a diventarlo? Alla chimica è accaduto, con processi complicati e difficili da decifrare e spiegare. Alla fine viene fuori un manuale e, cosa stupefacente, quel manuale vale in ogni parte del mondo. La gente, rimarca il filosofo, non pensa mai a questo: se oggi uno prende un manuale scritto in una lingua accessibile può studiare a Tokio come a Melbourneb e a Roma: ve bene dappertutto! Nè le religioni nè la politica nè l’arte sono riuscite in questa impresa.

Altro genitore a cui è possibile far risalire parte della paternità delle scienze naturali è Giambattista Vico. Paolo Rossi ha elaborato una magistrale sintesi tra la geologia e il pensiero vichiano sulla nascita delle nazioni. E lo ha fatto partendo dalla “scoperta del tempo”. La storia della natura riguarda miliardi di anni; al confronto quella dell’uomo è recente. Il prof. Rossi ha analizzato come, nel Seicento, si è fatta strada l’idea del Tempo profondo: sino ad una certa epoca si è creduto ad una interpretazione letterale della Bibbia, secondo la quale il mondo aveva poche migliaia di anni. La scoperta del tempo resa possibile grazie all’analisi delle rocce e alla scoperta dei fossili è stata sconvolgente; Kant è stato uno dei primi importanti filosofi ad avere la consapevolezza di questo immenso lasso temporale dinanzi al quale l’uomo ha ulteriormente ridimensionato la sua importanza nel regno naturale. Dato che recentemente ho avuto in dono una vecchia edizione de “La scienza nuova seconda” di Vico, mi affretterò a leggere l’opera di Rossi “I segni del tempo. Storia della Terra e storia delle nazioni da Hooke a Vico”, una originale chiave di interpretazione – nella cornice delle scienze naturali – del pensiero vichiano, spesso ostico da comprendere tramite la sola lettura diretta a causa della prosa particolarmente elaborata.

Rossi aveva un’alta considerazione del lavoro, cosa che talvolta lo portava a criticare – sempre con grande stile e discrezione – quei professori che hanno scritto giusto un libro per vincere la cattedra e poi qualche articolo. E poi, dice nell’intervista, se non si fa bene il proprio lavoro viene a mancare la possibilità di qualche soddisfazione. E tra le soddisfazioni possiamo sicuramente annoverare quelle didattiche. Rossi teneva moltissimo al rapporto con gli studenti: a me è piaciuto fare il professore, – ha affermato – l’idea che uno lasci qualcosa a un altro è importante. Importanti sono anche gli stimoli che vengono “dal basso”, cioè dagli allievi. Tanti anni fa un ragazzo gli chiese la disponibilità nel seguirlo in una tesi su Lavoisier; all’inizio Rossi rifiutò, ritenendo di non averne una conoscenza sufficiente. A un certo punto consigliò al laureando in filosofia di sostenere un esame di chimica generale. Il ragazzo, Ferdinando Abbri, lo fece, ed è diventato un docente universitario che ha pubblicato importanti lavori sulla storia della chimica. A un ragazzo, dice Rossi, basta incontrare un solo professore nella vita: uno di quelli che ti apre la mente su nuove prospettive e con il quale esiste una impalpabile affinità di pensiero. Rossi ammette, forse troppo modestamente, di non essere stato un alunno modello al liceo; però ebbe la fortuna di incontrare un professore di nome Carmelo Cappuccio, che nel dopoguerra era molto popolare per aver scritto un testo di letteratura italiana molto diffuso nelle scuole superiori. Questo insegnante fu il primo che permise al futuro storico delle idee di affacciarsi al mondo della cultura. Conclude Rossi: avere un incontro così, che può anche avvenire per la matematica o per qualunque altra materia, è decisivo. Se questo incontro non avviene non è possibile uscire da quella che definisce infanzia culturale. Mi è piaciuta molto questa espressione: penso che Paolo Rossi volesse indicare quel particolare salto grazie al quale una persona istruita diventa colta. Non c’è niente di male, aggiunge, se questo passaggio non avviene. Ma se avviene ti si apre un mondo. Mi è venuto spontaneo immaginare come avrebbe reagito a queste parole il prof. Cappuccio se vivesse ancora. Ho anche riflettuto su questa asimmetria del rapporto docente-discente di cui ho già parlato: asimmetria che rappresenta un limite (è impossibile rendersi conto dell’influenza positiva o negativa su un allievo) e insieme una risorsa (un potente stimolo per impegnarsi al massimo).

Condividi

Commenta l'articolo »

E’ piacevole svolgere all’aria aperta un compito che solitamente si esegue al chiuso. Pensiamo ad una lezione: all’arrivo dei primi caldi qualche docente può eccezionalmente trasferirsi con la classe in cortile; magicamente alla luce del sole la spiegazione diventa meno ostica, le parole assumono un altro suono. Liberata dalla costrizione delle quattro mura dell’aula, è come se la mente si librasse in alto con più naturalezza. Giacomo Ciamician ha fatto di più: ha trasferito in terrazza un intero laboratorio chimico. Nato a Trieste nel 1857 da una famiglia di origini armene, Ciamician svolse gli studi universitari a Vienna. Desideroso di ritornare in Italia, si impegnò per raggiungere il gruppo di chimici del grande Stanislao Cannizzaro, come dimostra la lettera ricevuta da quest’ultimo da un professore austriaco che esaltava le qualità del giovane triestino:

Tra gli allievi del mio collega prof. Barth c’è un giovane di Trieste, Ciamician, il quale si considera italiano e desidera far la sua carriera scientifica in Italia. Egli mi pare molto intelligente ed abile, si è occupato tanto di chimica organica quanto di studi chimico-spettroscopici, ed ha pubblicato una serie di lavori che certamente fanno molto onore ad un giovane di 22 anni.

Dunque il giovane chimico aveva approfondito lo studio dei composti organici e della spettroscopia, connubio che lo portò a fondare la fotochimica, il cui oggetto di studio è l’influsso e l’utilizzo della radiazione nelle reazioni chimiche. Essendo il Sole il maggior dispensatore di radiazione abbondante e gratuita, Ciamician cominciò a indagare in che modo la luce solare potesse promuovere particolari reazioni, ragione per cui attrezzò un laboratorio sui tetti:

Un allievo di Ciamician, Giuseppe Bruni, racconta:

Chi in quel periodo ha visto il Professor Ciamician sul terrazzo del suo laboratorio, fra le sue selve di tubi di vetro chiusi, contenenti le più svariate sostanze e miscele esposte alla luce e lo ha udito parlare dei suoi risultati e dei suoi progetti, può dire quale entusiasmo lo animasse. Ma solo chi vi ha assistito da vicino ha un’idea qual somma di lavoro, quale instancabile pazienza, e quale insuperabile abilità sperimentale, quale meraviglioso fiuto (al proprio e al figurato) fosse necessario per  [...] isolare e caratterizzare i vari prodotti di così complesse reazioni.

Giuseppe Bruni, autore di un celebre trattato su cui si sono formati tantissimi chimici, fu uno dei numerosi allievi che raccolsero l’eredità di Ciamician. Un altro allievo è Riccardo Ciusa, che ho ricordato poco tempo fa in Puglia, dovendo parlare di alcuni chimici pugliesi celebri già citati in questo blog. In questa foto sono ritratti insieme Giacomo Ciamician e Riccardo Ciusa durante una lezione accompagnata da dimostrazioni pratiche:

L’interesse dello scienziato per la luce solare nacque da quello per le piante. Mentre la maggior parte delle reazioni di laboratorio necessitano di temperature elevate, determinati valori di pH ed altre particolari condizioni, le piante dalle piccole tracce di acido carbonico che offre loro l’aria, dalle piccole quantità di sali che esse sottraggono al terreno, dall’acqua ovunque presente, e per mezzo della luce riescono a preparare con apparente facilità tante svariate sostanze che noi a stento riusciamo a riprodurre. Sappiamo infatti che i vegetali, a differenza degli organismi animali, non hanno la necessità di muoversi per procurarsi il nutrimento, essendo capaci di sintetizzare una grande varietà di composti a partire da semplici sostanze chimiche. La nostra vita dipende dalla quantità e qualità del cibo ingerito: è il prezzo da pagare per l’altissimo grado di specializzazione raggiunto dai nostri organi. E’ stato una specie di baratto: siamo diventati schiavi della ricerca di cibo per ottenere un grado di evoluzione superiore  a quello di qualsiasi altro organismo; la nostra biochimica è talmente complessa da non lasciare spazio alla possibilità di ottenere il composito carburante di cui necessitiamo da poche sostanze coadiuvate dalla luce del sole. Questa particolare autosufficienza delle piante rende lo studio della biochimica vegetale particolarmente promettente per eventuali applicazioni alla fotochimica di laboratorio, e Ciamician fu il primo a intuirlo con stupefacente lucidità.

Terminati gli studi a Vienna Ciamician ottenne una sede italiana (mi viene spontaneo pensare ai tanti nostri talenti che invece non riescono a tornare dopo anni di ricerca all’estero …): dopo alcuni anni trascorsi a Roma e Padova si stabilì definitivamente a Bologna, scelta motivata da particolari interessi “scientifici” che confidò anni dopo all’allievo Bruni:

Si figuri che la ragione che mi spinse più di tutte fu che a Bologna c’era la Società del Quartetto e che vi si poteva sentire più buona musica che in ogni altra città d’Italia; ma non mi attentai a dirlo a nessuno per non farmi canzonare, e diedi l’altra ragione di cui in realtà m’importava poco.

Ovviamente “l’altra ragione” era legata all’attività di ricerca … ma lo scienziato nutriva anche altri interessi, e non solo musicali. Vi includerei anche la poesia, poesia in prosa. Leggendo gli scritti di Ciamician si ha infatti la sensazione di trovarsi di fronte ad uno scienziato visionario, capace di conferire un’aura poetica ed un grande potere immaginifico alle ricerche di cui si occupava. Un esempio? Nel corso di una conferenza avvenuta in un’epoca anteriore a quella del petrolio (La fotochimica del futuro, 1912), lo scienziato cominciò con il prefigurare l’esaurimento del carbon fossile, “sorgente precipua di forza e di ricchezza” di cui l’uomo si è servito con “crescente avidità e spensierata prodigalità per la conquista del mondo”; in seguito comunicò che, secondo i suoi studi “la quantità di energia solare che arrivava annualmente in un piccolo territorio tropicale che abbia una superficie grande come quella del Lazio equivale alla produzione annuale mondiale di carbon fossile”. Detto questo, Ciamician diede libero sfogo alle sue visioni immaginando nei territori desertici grandi oasi di vetro al cui interno sofisticati meccanismi immagazzinano e sfruttano l’energia del sole:

Sull’arido suolo sorgeranno colonie industriali senza fuliggine e senza camini: selve di tubi di vetro e serre di ogni dimensione – camere di vetro – s’innalzeranno al Sole ed in questi apparecchi trasparenti si compiranno quei processi fotochimici di cui fino allora le piante avevano il segreto ed il privilegio, ma che l’industria umana avrà saputo carpire: essa saprà farli ben altrimenti fruttare, perché la natura non ha fretta mentre l’umanità è frettolosa. E se giungerà in un lontano avvenire il momento in cui il carbone fossile sarà esaurito, non per questo la civiltà avrà fine: ché la vita  e la civiltà dureranno finché splende il Sole! E se anche alla civiltà del carbone, nera e nervosa dell’epoca nostra, dovesse far seguito quella forse più tranquilla dell’energia solare, non ne verrebbe un gran male per il progresso e la felicità umana.

Probabilmente se allora qualche romanziere si fosse interessato di fotochimica ne avrebbe tratto un racconto alla Jules Verne. Oggi quelle visioni sono molto vicine alla realtà: pensiamo ai pannelli fotovoltaici, di cui finalmente anche le scuole si stanno dotando, come ci racconta la prof.ssa Magni nel suo post.

In classe

I numerosi esperimenti di Giacomo Ciamician gli permisero di scoprire un gran numero di reazioni. Un insegnante di chimica organica può proporne alcune, tra le quali le quattro elencate di seguito, rispettivamente di idrolisi, condensazione, disproporzione, ossidazione:

Dopo aver identificato le famiglie di appartenenza delle molecole coinvolte riportandone i nomi, è interessante ricercare le condizioni di reazione per ottenere gli stessi prodotti per via non fotochimica: si constata facilmente che solo l’opportuno intervento della luce rende possibile l’ottenimento degli stessi prodotti in condizioni blande. Ancora più interessante è valutare l’utilità dei composti ottenuti, e di conseguenza l’interesse a sintetizzarli in grande quantità con processi poco dispendiosi.

In laboratorio

Una tipica reazione catalizzata dalla luce è l’ossidoriduzione reversibile della tionina, un composto organico che può esistere in due forme, una ossidata di colore porpora e una ridotta incolore. Quando un agente riducente come lo ione ferroso è aggiunto ad una soluzione acida di tionina, questa molecola accetta due atomi di idrogeno riducendosi nella forma incolore (in chimica organica nella maggioranza dei casi la riduzione di una molecola si realizza tramite aumento del numero di idrogeni legati ad uno o più atomi in essa contenuti, mentre l’ossidazione si realizza tramite aumento del numero di ossigeni). La decolorazione della soluzione di tionina avviene solo in presenza di una intensa sorgente di luce. La reazione della tionina è la seguente:

Materiale occorrente: solfato di ferro (II) eptaidrato, FeSO4 . 7H2O – acido solforico 95%, H2SO4 – soluzione di tionina – lampada o luce solare diretta

Procedimento

In un becher si prepara una soluzione 0,001 M di tionina sciogliendone 0,023 g in 100 ml di acqua distillata, ottenendo un colore porpora. A 5 ml di tale soluzione si aggiungono 250 ml di acqua e 5 ml di acido solforico 3 M (preparato aggiungendo 10 ml di acqua a 1,7 ml di acido solforico al 95%). Infine si aggiungono 0,4 g di solfato di ferro eptaidrato e si agita fino a completa dissoluzione del sale. Si pone il becher sotto la luce di una lampada o alla luce diretta del sole: dopo pochi secondi si osserva la decolorazione della soluzione. Spegnendo la lampada ricompare il colore porpora.

Domande&Riposte:

Una volta conclusa l’esperienza è utile porre le seguenti domande (in verde le risposte):

1. Nella reazione considerata si ha conversione tra due particolari forme di energia: quali? L’energia luminosa è convertita in energia chimica.

2. Da quale osservazione si deduce che la reazione è reversibile? Dal fatto che rimuovendo la sorgente di luce la soluzione riassume il colore porpora.

3. Qual è l’agente ossidante e qual è il riducente? Nella reazione diretta l’agente ossidante è la tionina (che si riduce), mentre lo ione ferroso è l’agente riducente (che si ossida a ione ferrico); nella reazione inversa la tioninaH2+ agisce da riducente, lo ione ferrico da ossidante.

4. Quali atomi variano il proprio numero di ossidazione? Il numero di ossidazione del ferro passa da + 2 a + 3 (e viceversa). Nella tionina due dei tre atomi di azoto (quelli che si legano agli idrogeni nel prodotto della reazione diretta) variano il numero di ossidazione: uno dei due, dapprima legato a due carboni con un legame singolo e uno doppio, risulta poi legato a due carboni e un idrogeno con tre legami singoli; il numero di ossidazione dell’azoto subisce una riduzione in quanto subentra il legame con l’idrogeno, meno elettronegativo del carbonio. L’altro azoto, dapprima legato a un carbonio con legame doppio e a due idrogeni con legame singolo, nella forma ridotta è legato al carbonio e a tre idrogeni con quattro legami singoli; il numero di ossidazione dell’azoto diminuisce a causa del legame con un ulteriore idrogeno.

5. Perché la tionina è una molecola carica? Un atomo di azoto di valenza 3 è legato, sia nella forma ossidata sia nella forma ridotta della tionina, con quattro legami (tutti singoli nella forma ridotta, uno doppio e due singoli nella forma ossidata). Questa situazione conferisce all’atomo di azoto una carica formale pari a + 1, in quanto esso viene privato della coppia solitaria presente nella situazione elettricamente neutra.

Risorse

Le citazioni sono riportate negli atti del convegno storico-scientifico in occasione dei 150 anni dalla nascita di Ciamician (Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna, 16-18 settembre 2007): Ciamician – Profeta dell’energia solare, a cura di Margherita Venturi. Tra gli atti troviamo quello del prof. Marco Taddia (Ciamician, un chimico di vario sapere) e quello dei proff. Vincenzo Balzani, Maria Teresa Gandolfi, Margherita Venturi (Energia: la profezia di Giacomo Ciamician, le difficoltà del presente, le speranze per il futuro). Il primo è particolarmente utile per ricostruire il tempo nel quale lo scienziato è vissuto, mentre il secondo opera una proiezione del suo pensiero e delle sue ricerche nel futuro, evidenziando come alcune delle profezie di Ciamician si siano già avverate.

Approfondimenti

Energia solare, fra scienza ed etica – del prof. Luigi Cerruti

Sono nipote di Ciamician anch’io – del prof. Giorgio Nebbia

Prophet of Solar Energy: A Retrospective View of Giacomo Luigi Ciamician (1857–1922), the Founder of Green Chemistry, on the 150th Anniversary of His Birth – di Giorgio Nebbia e George B. Kauffman (Chem. Educator 2007, 12, 362–369)

L’esempio di Giacomo Ciamician, articolo di Marco Taddia segnalatomi da Il dentista di provincia in un commento al precedente post.

Condividi

Commenta l'articolo »

E così sei andato via, IYC, International Year of Chemistry. Mi hai fatto un pò penare, ma non ti dimenticherò per quello che mi hai dato; sei iniziato male e finito benissimo come si conviene a tutte le cose che uno fabbrica da sè a furia di faticosi tentativi ed errori, fino a costruire qualcosa da guardare soddisfatto. Oltre due importanti obiettivi professionali che inseguivo da anni, mi hai regalato tanti piccoli grandi eventi che hanno punteggiato questi dodici mesi.  Ad esempio sono stata invitata a parlare di te in due seminari in tuo onore, ed ho partecipato a quasi tutti i carnevali mensili. Ricordiamoli (tra parentesi il tema del Carnevale, che ho sempre cercato di rispettare):

Gennaio – Oli essenziali e biodiversità vegetale / Mr. Catalyst (questo Carnevale, ospitato da Chimicare, era a tema libero; l’autore ha voluto sondare la ricettività dei blogger all’evento senza troppi vincoli: è stato un successone!)

Febbraio – In sostanza, cos’è una sostanza? (Il concetto di sostanza, ospitato da Scientificando)

Marzo – Da una lacrima alla penicillina (L’acqua, una soluzione chimica!, su Il Chimico impertinente)

Aprile – La chimica dei sensi … alterati Quel profumo di pane appena sfornato (La chimica dei sensi, su Arte e salute)

Maggio – Ubriacatevi / Tanto chiasso attorno a una tazzina di caffè (La chimica in cucina, sul blog Questione della decisione)

Giugno – Il mistero della fermentazione (Molecole in fermento, su Nutrimenti)

Luglio – Dickens e le Christmas Lectures di Faraday (Chimica ed elettricità, su Storie di scienza)

Agosto - Ahi ahi, a questo non ho potuto partecipare! Agosto è stato un mese davvero intenso e stressante. Il tema del Carnevale, ospitato da Knedliky, era Le sostanze bioattive; diciamo che il primo dei due post proposti per il Carnevale di gennaio sarebber stato azzeccato.

Settembre – La chimica nei ricordi di scuola (questa edizione si è svolta a casa mia!)

Ottobre – Un vero peccato che mi sia sfuggito il decimo Carnevale, La chimica per la casa sul blog di Popinga; poco più tardi avrei scritto due post che sarebbero calzati a pennello: Dal blu cobalto … … al blu delle antocianine.

Novembre – Non ho partecipato neanche all’edizione di novembre, mese concitatissimo, dal titolo Le donne nella Chimica, a casa di Dropsea. Peccato, avrei potuto proporre un post un pò datato ma adatto: Il premio Nobel per la Chimica ricordando Rosalind Franklin.

Dicembre – Difendersi dal freddo con una proteina. Non potevo perdere anche l’ultimo Carnevale di quest’anno eccezionale, dal tema in linea con i primi veri sentori dell’inverno: La chimica del freddo, su Science for passion.

Il successo delle varie edizioni del Carnevale ha spinto gli organizzatori a continuare nel 2012; per restare aggiornati collegatevi al relativo sito. Ma cosa restera di quest’Anno Internazionale della Chimica? Ve lo dice Paolo Gifh, il chimico impertinente: leggete il suo articolo, lungo e interessante!

E con questa breve sfilata di immagini di vari paesi, IYC, ti lascio definitivamente sapendo che non potrò più incontrarti; al limite ricordarti, pensando che in fondo, nonostante la gran fatica che mi hai fatto fare, sono stata bene in tua compagnia.

Condividi

Commenta l'articolo »

Ogni volta che mi capita di risentire questo verso petrarchesco un po’ abusato la memoria mi riporta direttamente a una conferenza che seguii, ancora quindicenne, in una sala del palazzo comunale. Non capivo quasi niente di quello che il relatore diceva, ma la scritta funerea che campeggiava alle sue spalle era eloquente a sufficienza: “Morte della filosofia”. Al mio fianco era seduto un insegnante barbuto e occhialuto che ascoltava, gomito sul ginocchio accavallato e mano sulla fronte reclinata, in una posa simile a quella classica del pensatore; alla fine del discorso si diresse verso il tavolo del conferenziere per dire la sua, in sostanza: la filosofia non è morta perché non può morire. Perché nessuno può smettere di chiedersi “perché?”. L’eco dei “perché”, pronunciati più volte con veemenza, risuonò per tutta la sala amplificato dal rimbombo del microfono. Il lungo e appassionato intervento annullò tutte le fumose elucubrazioni blaterate sino a quel momento. Dovevo ancora accostarmi a questa materia e sapevo solo vagamente cosa fosse; ma qualcosa avevo già imparato: la filosofia può ridursi in povertà fino a girare nuda per le strade, qualcuno può persino crederla morta,  ma gode del privilegio dell’immortalità.

Più tardi avrei capito che la filosofia, oltre ad essere immortale, è anche estremamente prolifica nel generare ramificazioni. A distanza di circa quindici anni da quella conferenza ricevetti un sms da un amico: “compra subito il Sole 24 ore, nell’inserto c’è un articolo che ti piacerà”. Le edicole stavano per chiudere o lo erano già, ma dopo alcuni tentativi riuscii a recuperarne una copia. L’inserto culturale del 7 gennaio 2007 riportava un articolo dal titolo La bellezza della Chimica [1]. Pur nella sua brevità, quell’articolo semplice ed essenziale elencava alcuni capisaldi della filosofia chimica, una sorta di manifesto. Lo conservo tuttora. Ha le dimensioni giuste per un quadro: verrebbe quasi da incorniciarlo. Quest’amico conosceva bene i miei interessi; gli avevo più volte raccontato del corso di Logica e Filosofia della Scienza seguito durante la scuola biennale di specializzazione per l’insegnamento alla Ca’ Foscari di Venezia [2]. Avevo anche seguito vari corsi di fondamenti storico-epistemologici di alcune discipline (chimica, chimica industriale, biologia, geologia) che in alcuni punti mi ricongiunsero alla filosofia studiata negli anni liceali. Cominciai a chiedermi perché la filosofia della chimica fosse trascurata in Italia e coltivata all’estero, pur svolgendo ovunque un ruolo di cenerentola all’interno del panorama globale della filosofia della scienza: povera e nuda rispetto alla filosofia della fisica o della biologia (quest’ultima fiorita in tempi più recenti soprattutto in seguito al dibattito sull’evoluzionismo). L’autore di quell’articolo, Roald Hoffmann (ve lo ricordate?), scrive nell’incipit:

Tendiamo a vedere il mondo a partire dalla nostra esperienza. Per i filosofi della scienza è più probabile avere un’infarinatura di logica matematica che di geologia o di chimica. E di fisica nel caso di chi approda dall’esterno a quella disciplina. Ma la chimica è diversa, e a partire da essa emergerebbe una filosofia della scienza di altro tipo.

In Italia l’eredità di Benedetto Croce non ha certo favorito lo sviluppo della cultura scientifica a partire dagli orientamenti pedagogici della scuola, che hanno sempre privilegiato il versante umanistico. Dunque non stupisce che, al di là dei grandi scienziati che la nostra nazione ha prodotto, le scienze – e la chimica in particolare – abbiano sofferto di un generale misconoscimento. Di conseguenza la filosofia della scienza non ha potuto svilupparsi con lo slancio presente in quei paesi nei quali l’importanza data all’istruzione scientifica e la sua conseguente maggiore diffusione hanno costituito terreno fertile per le riflessioni dei filosofi. Il ricercatore Giovanni Villani, nella sua opera La chiave del mondo [3] (una delle poche, in Italia, di filosofia della chimica) fornisce una spiegazione più ampia alla luce dell’evolversi dei rapporti con la fisica:

Fino all’Ottocento la chimica era sicura di avere un suo substrato filosofico e filosofi della natura [4] si facevano chiamare i chimici di allora. L’atomo chimico del XIX secolo era un patrimonio culturale di indubbio valore. Con l’espropriazione dell’atomo da parte dei fisici, i chimici si sono sentiti privati della loro base culturale e si sono sempre di più chiusi nei laboratori, nelle applicazioni industriali e nelle loro astrazioni specialistiche. Il paradosso di ciò è che la chimica, che più della fisica plasma il mondo quotidiano, è diventata, a livello culturale, una cenerentola, una disciplina senza aspetti generali, una branca di fisica applicata. Io credo che solo quando sarà evidente, anche tra i chimici, che la loro disciplina ha una valenza generale, ed è specifica e diversa dalla fisica, solo allora questo rapporto si potrà ristabilire.

Questo è il motivo per cui i filosofi della chimica si occupano delle problematiche connesse al riduzionismo, che vorrebbe la complessità molecolare completamente descritta dalle leggi della fisica; un’operazione simile a quella che riduce il funzionamento del corpo umano e dei nostri stessi sentimenti a un insieme di complicate reazioni chimiche. Il riduzionismo rappresenta un recinto molto angusto generalmente rifiutato dai filosofi e accolto con favore da molti scienziati, soprattutto fisici. Si tratta di una concezione pericolosa soprattutto nell’area didattica, ad esempio quando si insegnano i contenuti chimici in un’ottica interdisciplinare: occorre farlo senza perdere di vista i nuclei fondanti specifici. Negli Stati Uniti il prof. Eric R. Scerri [5] si è occupato di questo problema, e più in generale dell’importanza – per gli insegnanti – della conoscenza dei fondamenti filosofici della propria disciplina.

È quindi evidente che occuparsi di un problema astratto e apparentemente inutile come il riduzionismo comporti conseguenze sul piano pratico, ad esempio nelle politiche scolastiche: perché mai nei licei italiani la chimica non esiste come materia autonoma, al contrario della fisica? Essa è racchiusa nelle “scienze” come se fosse semplice complemento – e non fondamento – della biologia e della geologia. Al limite, fisica applicata composta di istruzioni per eseguire un’analisi o sintetizzare un composto. Eppure la realtà è ben diversa. Nel 1929 Bertrand Russel scriveva: “le leggi chimiche non possono per ora essere ridotte alle leggi fisiche”. Riferendosi a questa frase il grande Noam Chomsky scrive nel suo ultimo libro [6]:

La locuzione “per ora” […] esprime l’aspettativa che la riduzione si verificherà nel corso normale del progresso scientifico, forse quanto prima. Nel caso della fisica e della chimica, tuttavia, essa non si verificò mai: quel che accadde fu l’unificazione di una chimica virtualmente immutata con una fisica radicalmente riveduta.

Sebbene di recente le indicazioni nazionali prevedano di spalmare sull’intero quinquennio lo studio di questa disciplina, essa non ha un monte ore ben definito, né dà luogo ad una specifica valutazione, che l’allievo riceverà nella materia “scienze naturali”. Possiamo ancora stupirci se la chimica, una scienza di base così importante nella formazione di cittadini attenti alla salute propria e dell’ambiente, è ignorata da larghissimi strati della società? Negli istituti tecnici e professionali è garantito un insegnamento autonomo della chimica, e questo la dice lunga sulla considerazione che si ha di questa scienza: utile per fini tecnici, priva di una rilevante valenza culturale intrinseca.

Dunque la filosofia della scienza non è un vuoto ragionare attorno alla natura della conoscenza scientifica, ma un’attività che, oltre a costituire un entusiasmante campo di esercizio dell’intelletto, si configura come una sorta di bussola relativamente al contesto d’uso della scienza stessa. Pensiamo ad esempio ai problemi di natura etica sulle conseguenze delle scoperte scientifiche; in chimica la loro trattazione è particolarmente complessa per tutte le questioni che ruotano attorno al rispetto dell’ambiente e al concetto di sostenibilità. Pertanto, mentre la chimica produce nei laboratori conoscenza e applicazioni nell’industria e nei servizi, la filosofia della chimica invita a riflettere sulla natura della conoscenza prodotta per orientarla al meglio nei suoi usi attivando un circolo virtuoso:

Di tutta l’attività di riflessione si può fare a meno, come dimostra la freccia trasversale che collega conoscenza e applicazioni; il fatto che questo accada non è sempre negativo: nella maggioranza dei casi le scoperte in chimica non richiedono una ristrutturazione della conoscenza, né particolari disquisizioni sul loro contesto d’uso. D’altra parte il binomio conoscenza-applicazione senza intermediazioni di rilievo è stato per troppo tempo la normale routine, producendo danni visibili all’equilibrio naturale e alla salute umana. Ancora oggi in molte aree del pianeta prive di qualsivoglia legislazione a tutela dell’ambiente e dell’uomo, la frenesia di ricercare, applicare e produrre ha superato di gran lunga il tempo dedicato alla riflessione e al dibattito. Ma sappiamo che la filosofia è connaturata alla natura umana, e come tale non può morire: ci sarà sempre chi elucubrerà sulla natura delle trame conoscitive, o chi si interrogherà sull’opportunità di eseguire determinate ricerche e sulle modalità delle loro applicazioni. E la filosofia chimica, a dispetto della sua scarsa diffusione, in alcune università estere è più vitale che mai [7, 8]. In questo blog cercheremo di dimostrarlo.

Riferimenti:

[1] Si può leggere l’articolo a questo link, purtroppo privo delle illustrazioni.

[2] Dare ragioni. Un’introduzione logico-filosofica al problema della razionalità, di Luigi Vero Tarca. Il testo è appositamente studiato per gli insegnanti che si accostano per la prima volta alla filosofia della scienza.

[3] Si può scaricare a questo link il libro di Giovanni Villani, inizialmente pubblicato con il titolo La chiave del mondo, poi tramutato in I mondi della chimica.

[4] Non a caso il titolo di una delle più grandi opere di chimica del diciannovesimo secolo è Sunto di un corso di filosofia chimica, del grande Stanislao Cannizzaro.

[5] Qui un articolo del prof. Scerri, utilissimo per i docenti, sull’utilità della filosofia della chimica nella didattica. In un secondo articolo il prof. Scerri si concentra sul riduzionismo e sulle sue implicazioni nell’insegnamento.

[6] Il linguaggio e la mente, di Noam Chomsky, può essere interessante soprattutto per gli insegnanti di biologia.

[7] Il prof. Robin Hendry, dell’Università di Durham, mette a disposizione i capitoli di un suo testo di filosofia chimica

[8] Trattato super sintetico di filosofia della chimica sul sito dell’Università di Stanford.

Condividi

Commenta l'articolo »

Che freddo, che freddo! L’inverno è arrivato, questa volta sul serio. Eppure il mio micio scorazza allegramente in giardino; evidentemente a queste temperature la sua pelliccia assolve bene la sua funzione. Se fossimo in antartide non basterebbe. Occorre qualcosa di più, come il grasso dei pinguini, ma …i pesci? Come fanno? Insomma, per quanto anche loro possano essere provvisti di tessuto adiposo, sono pur sempre immersi in acqua che prima o poi gela. Sappiamo che l’acqua diminuisce la sua densità solidificando; in questo modo galleggia creando una sorta di cappa che impedisce il congelamento degli strati acquosi sottostanti e permette in questo modo la vita acquatica. Tuttavia l’acqua è presente in abbondanza anche all’interno degli organismi. Come mai non si formano cristalli di ghiaccio, ad esempio all’interno dei pesci del mare antartico? Al di sotto del punto di congelamento dell’acqua i cristalli di ghiaccio, crescendo, dovrebbero distruggere le loro cellule. Ma allora come mai la vita si è sviluppata anche nelle regioni più fredde del pianeta? Tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi, batteri …) hanno sviluppato strategie per combattere la pericolosa crescita dei cristalli di ghiaccio. Ad esempio, nel liquido intracellulare di alcuni organismi sono presenti molecole come zuccheri o glicerina; queste ritardano il congelamento dell’acqua secondo la ben nota proprietà colligativa dell’abbassamento crioscopico.

Cosa sono le proprietà colligative?

Abbiamo già parlato delle proprietà colligative. L’abbassamento del punto di congelamento è una di queste: esso consiste nella differenza osservata tra le temperature di congelamento di un solvente puro e di una sua soluzione. Per spiegare come mai il punto di congelamento si abbassa in presenza di soluto dobbiamo cercare di immaginare cosa accade a livello microscopico. Sappiamo che ogni liquido è in equilibrio con il suo vapore, il quale dà origine alla cosiddetta pressione di vapore; questa è caratterizzata da un equilibrio dinamico tra le molecole superficiali della fase liquida – che si trasferiscono nella fase vapore – e le molecole della fase vapore, che continuamente ritornano nella fase liquida. La presenza di un soluto non volatile trattiene maggiormente le molecole di solvente (ad esempio acqua) nella fase liquida in quanto instaura con queste dei legami più forti di quelli che esistono tra le sole molecole d’acqua; dunque la pressione di vapore di abbassa, ma l’equilibrio dinamico sussiste ugualmente. Quando la soluzione solidifica, dapprima congelano solo le molecole di acqua, poiché i legami idrogeno che si rafforzano tra di esse sono particolarmente stabili e quindi favoriti da un punto di vista energetico. Ovviamente, mentre l’acqua congela, la soluzione rimanente si concentra sempre di più nel soluto, abbassando ulteriormente la pressione di vapore (già diminuita per il formarsi del ghiaccio). Dunque l’equilibrio dinamico tra le fasi liquida e vapore è perturbato dalla diminuzione di temperatura. Sappiamo che ogni sistema in equilibrio reagisce alla perturbazione reagendo ad essa e cercando di minimizzarla (principio di Le Chatelier). Pertanto il sistema reagisce ritardando la solidificazione dell’acqua, abbassandone quindi il punto di congelamento. L’abbassamento crioscopico, come tutte le proprietà colligative, non dipende dalla natura del soluto ma dal numero di particelle di questo in soluzione, cioè dalla sua concentrazione e dal tipo di dissociazione (nel caso il soluto sia un composto ionico). Ad esempio, a parità di concentrazione il sale da cucina, NaCl, produce un abbassamento crioscopico maggiore di quello dello zucchero; questo accade perché il sale in soluzione si dissocia in ione sodio  e ione cloruro dando luogo a due particelle, mentre lo zucchero rimane come tale, indissociato. Questa proprietà è sfruttata dagli spargisale, che sciolgono la neve gettandole cloruro di sodio. Tuttavia questa proprietà colligativa, da sola, non può giustificare la difesa degli esseri viventi da climi particolarmente severi: i liquidi biologici dovrebbero essere troppo concentrati per assicurare un abbassamento del punto di congelamento dell’acqua così notevole quale quello richiesto da temperature estremamente rigide. Ma allora, come fanno questi pesci a sopravvivere?

Svelato il mistero

Durante l’EiroForum Teachers School abbiamo avuto l’opportunità di conoscere Matthew Blakeley del Laue-Langevin Institute di Grenoble, lo scienziato che ha usato una tecnica di diffrazione di neutroni per studiare la struttura e il comportamento delle proteine antigelo. Le antifreezing proteins (afp) sono proteine in grado di intrappolare i cristalli di ghiaccio che si formano nei liquidi all’interno degli organismi prima che questi congelino; in questo modo permettono la sopravvivenza di tutte quelle specie che altrimenti non potrebbero sopravvivere alle temperature sotto lo zero. Blakeley è uno dei due studiosi che hanno svelato in modo indipendente la correlazione tra la struttura e la funzione di queste preziose proteine. L’altro studioso è Peter Davies della Queen’s University di Kingston (Ontario, Canada). Studiando lo Zoarces americanus (nella foto), un pesce delle acque nordoccidentali dell’Oceano Atlantico, si è scoperto che la superficie di queste proteine è coperta di protuberanze idrofobiche, le quali in soluzione assumono una particolare conformazione: esse si collocano nella cavità al centro dell’anello tipico dei cristalli di ghiaccio. In questo modo, le afp “bloccano” i cristalli, impedendone la crescita ed evitando il congelamento dei liquidi. Le proteine non legano invece l’acqua, cosa che provocherebbe la disidratazione e la morte dell’organismo.

Applicazioni

Secondo i ricercatori, il meccanismo potrebbe essere sfruttato nei trattamenti oncologici trovando un modo per proteggere i tessuti sani durante la rimozione delle cellule tumorali con tecniche di criochirurgia, fondata sull’impiego di temperature estremamente basse per distruggere tessuti malati (solitamente è impiegato azoto liquido alla temperatura di -196 °C). Un altro uso potrebbe essere quello di inserire il gene che codifica per questa proteina all’interno del DNA di alcune piante per impedire che queste gelino mandando in rovina le coltivazioni; questa applicazione desta più di qualche preoccupazione da parte degli anti-OGM. Un’applicazione più frivola riguarda invece il controllo della formazione dei cristalli di ghiaccio nei gelati.

Per approfondire

Articolo di Matthew Blakeley sullo studio della afp tramite scattering di neutroni riportato su Science in School, rivista di didattica delle scienze: Neutrons and antifreeze: research into Arctic fish.

Mai più ghiaccio nel nostro gelato, articolo di Roberto Cantoni pubblicato su Oggiscienza.

L’antigelo nelle vene, articolo di Federica Sgorbissa pubblicato su Oggiscienza (non si tratta della afp ma della scoperta di una particolare mutazione del DNA dei mammut che permetteva loro di sopravvivere a temperature rigidissime).

Questo post partecipa al dodicesimo e ultimo Carnevale della Chimica del 2011, dal tema: La chimica nel freddo dell’inverno e nel calore del Natale.

Condividi

Commenta l'articolo »