Urto efficace

Nel 1989 Thomas G. Waddell and Thomas R. Rybolt pubblicarono nel Journal of Chemical Education il racconto “Sherlock Holmes and the Yellow Prisms”, il primo della serie “The Chemical Adventures of Sherlock Holmes”. Negli anni successivi le storie sono diventate 17, l’ultima delle quali è “Autopsy in Blue”, pubblicata nel 2004. A grande richiesta, il Journal of Chemical Education ha raccolto in un unico volume le 17 storie, modificandole in modo da avere un unico format di facile utilizzo per gli insegnanti e per gli studenti, la cui versione non contiene le soluzioni. Il volume ha una rilegatura ad anelli che rende particolarmente agevole la produzione di fotocopie. I quindici racconti, molto diversi tra loro per i contenuti e la chimica illustrata, sono scritti secondo alcune regole comuni: un riquadro iniziale indica gli argomenti di chimica che saranno coinvolti; ad esempio, la storia “Sherlock Holmes and the Yellow Prisms” pone un problema di analisi qualitativa organica, mentre l’ultima, “Autopsy in Blue”, coinvolge l’analisi qualitativa inorganica e la chimica forense relativa ad alcune sostanze medicinali. Ogni storia finisce chiedendo al lettore “Can You Solve the Mystery?”. Un ulteriore riquadro finale riporta i punti salienti che possono guidare lo studente verso la soluzione. Sherlock Holmes risolve il mistero nella pagina successiva, che solitamente include reazioni, calcoli stechiometrici, e diagrammi.

Perché vi sto dicendo questo? Non solo per invogliarvi a leggere questa interessante raccolta del JCE e in generale le avventure di Sherlock Holmes  (come abbiamo già detto, intrise di chimica), ma anche per ricordare uno Sherlock Holmes nostrano, il grande chimico Francesco Selmi vissuto nel diciannovesimo secolo. Selmi era un uomo di vasta cultura, stimato da personaggi del calibro di Cavour. Condusse una vita attivissima sul piano politico (fu coinvolto nei moti del 1848), letterario (grande studioso dell’opera dantesca ed esperto di filologia) e scientifico (fondatore della moderna tossicologia; cofondatore, con Thomas Graham, della chimica colloidale). La carriera di Selmi come tossicologo culminò con la scoperta delle ptomaine o “alcoli cadaverici”, il cui studio è riportato in una monografia del 1878.

Le ptomaine sono composti organici azotati dal caratteristico odore fetido prodotti dalla putrefazione batterica delle proteine animali e vegetali. Esse sono: la cadaverina, la putrescina, la neurina, lo scatolo e l’indolo. Solitamente le prime due sono le più facili da ricordare per il nome particolarmente macabro … Le formule della cadaverina e della putrescina sono riportate in basso:

Come vedete si tratta di semplici diammine, la prima con cinque, la seconda con quattro atomi di carbonio. Entrambe sono prodotte dalla rottura degli amminoacidi negli organismi sia vivi che morti, anche se per questi ultimi il processo è più veloce ed evidente. La scoperta delle ptomaine procurò a Selmi fama internazionale: nel 1880 fu addirittura istituita dal Ministero della Giustizia una commissione nazionale per la prova di veneficio di cui lo scienziato fu nominato presidente. Agli studi di Selmi si deve la salvezza di molti accusati ingiustamente di avvelenamento, in base a prove scientifiche fino ad allora empiriche ed inesatte. Selmi infatti affermò che, in base ai suoi studi,

Il fatto che i visceri in putrefazione di persone anche sane contengano basi di origine interna somiglianti alle basi vegetali che si sogliono più comunemente somministrare a scopo di veneficio deve rendere molto cauto il tossicologo nel caso di perizie legali.

Già nel 1872 Selmi presentò all’Accademia delle Scienze dell’Istituto di Bologna un’esposizione dettagliata dei suoi studi fatti su sostanza organica appartenente ad organi umani di persone morte naturalmente, delle differenza riscontrate con gli alcaloidi vegetali, sulla loro azione fisiologica e evidenziò come

il fatto che queste sostanze organiche possano simulare la presenza di un alcaloide venefico può dare origine ad abbagli gravissimi in campo legale a chi operasse con poca considerazione e scarsa oculatezza.

All’inizio la maggior parte dei tossicologi italiani non credette a Selmi, cosa che lo spinse a cercare prove ancora più stringenti delle sue convinzioni scientifiche. Morì nel 1881 vittima della sua instancabile attività di ricerca: si infettò nel dissezionare un animale morto per studiare le tossine del tifo.

Per approfondire

Il dott. Gianmarco Ieluzzi dell’Università di Torino, nel 2008 mi fornì gentilmente la sua presentazione su Francesco Selmi nel corso di un convegno a cui entrambi partecipammo in qualità di relatori, tenuto presso l’Università di Camerino. La presentazione si trova anche in rete, il titolo è Francesco Selmi e le origini della chimica tossicologica.

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Già l’incipit dell’introduzione è suggestivo:

Sognando la rivoluzione, scopro la scienza

Il sognare dell’autrice non ha nulla a che vedere con l’ideologia; è piuttosto un misto di ricordi e immaginazione sulle tracce di Maria, per gli amici Marussia: figlia del rivoluzionario e filosofo russo Michail Bakunin che dal 1865 frequentò Napoli a periodi intermittenti ma intensi, considerandola la città ideale per realizzare i suoi ideali anarchici. Nessuna ironia: le idee di Bakunin non facevano riferimento sic et simpliciter alla turbolenza e allo sconquasso di quella che era (è) una città da sempre problematica e spesso invivibile; Napoli vive di contraddizioni: nella seconda metà dell’800 era la città più disastrata d’Italia e insieme la più rivoluzionaria, soprattutto dal punto di vista culturale. Napoli fu “vera patria politica” di Bakunin: nei difficili momenti in cui cominciavano le delusioni della recente unificazione, la città ospitò il proliferare di giornali di avanguardia politica e in essa attecchirono grandi filosofie. Nell’opera La statua di Vico e la filosofia di Napoli, Croce definì la città come “la terra più speculativa d’Italia”; nello stesso tempo la maggior parte della gente viveva nella miseria, nel più totale disinteresse delle classi agiate. Napoli è questo da moltissimo tempo: grandissimi ideali e grandissimi problemi, il risultato di una incapacità cronica di capitalizzare le sue stesse avanzate istanze del pensiero per tradurle in progresso. Eppure Napoli aveva accolto e valorizzato Maria Bakunin in un’epoca nella quale trovare una donna laureata in chimica era più difficile che scovare un ago in un pagliaio, e non solo nel sud Italia. Subito dopo la laurea con una tesi sulla stereochimica, la giovanissima Marussia divenne “preparatore” nell’ateneo napoletano, ottenendo poi la Cattedra e successivamente il titolo di “professore emerito”.

Abbiamo detto che Benedetto Croce è stato uno dei maggiori responsabili dello svilimento della cultura scientifica in Italia, a partire da un credo pedagogico che ebbe una pesante influenza sull’impostazione scolastica. Eppure lo stesso Croce nominò la prof.ssa Bakunin presidente dell’Accademia Pontaniana per le sue alte qualità scientifiche e morali. Ed ora il ritratto di Maria Bakunin campeggia nell’Aula minore della Società Reale a Napoli, accanto a quelli di Benedetto Croce e Giambattista Vico. Tuttavia, se la dott.ssa Pasqualina Mongillo non avesse scritto il bellissimo libro Marussia Bakunin – Una donna nella storia della chimica, pochissimi si ricorderebbero di questa eccezionale scienziata. Seppur dimenticata dai più, Marussia ha vissuto pienamente ed ha avuto i riconoscimenti che si meritava; tutti concordiamo che è sempre meglio essere valorizzati in vita che dopo la morte! Al defunto non è di nessuna utilità essere onorato; semmai ricordare una personalità come quella di Marussia serve a noi: per alimentare la speranza, avere degli esempi, lottare con più convinzione, mantenere in vita quello sprone che pian piano di perde per strada. Un pò per stanchezza, un pò per disillusione. Ma … cosa ha fatto di tanto speciale Marussia? Ricordiamola come donna, scienziata e insegnante, tratteggiandone alcune caratteristiche che spero invoglino a leggere questo coinvolgente libro che la Mongillo ci ha regalato.

Marussia donna

Marussia aveva un carattere fortissimo, come emerge dalle testimonianze di tutti coloro che l’hanno conosciuta. La madre ultraottantenne di una mia collega, laureata a Napoli in scienze naturali, la ricorda come docente di chimica quasi con terrore. Nel libro della Mongillo apprendiamo che ascoltava gli studenti esaminati agli esami con gli occhi chiusi per concentrarsi il più possibile sull’esposizione, atteggiamento simile a quello dell’amato nipote Renato Caccioppoli, famoso ed eccentrico professore di matematica all’Università Federico II. Nel maggio 1938 Mussolini era in visita a Napoli; Caccioppoli tenne un discorso pubblico contro di lui e contro Hitler in presenza della polizia segreta fascista facendo suonare la marsigliese da una piccola orchestra. Fu arrestato (e non era la prima volta) ma sua zia, la Bakunin, riuscì a farlo scarcerare convincendo le autorità dell’incapacità di intendere e di volere del nipote. Citiamo alcuni passi del grande chimico napoletano Rodolfo Nicolaus, allievo e pupillo della Bakunin scomparso qualche anno fa, che ha scritto in una sua personale commemorazione:

Maria Bakunin, fu una grande scienziata, donna forte e coraggiosa fino alla audacia da taluni ritenuta violenta e prepotente. Esercitò un forte potere su chiunque, uomo o donna che fosse, ricco o povero, debole o potente. Fu temuta e riverita da tutti e nessuno si ribellò. Ma non fu sempre cosi. In una sessione di esami del 1941 un ufficiale in divisa si presentò a sostenere l’esame di chimica organica (secondo una disposizione Ministeriale i militari in divisa godevano di molte agevolazioni e non potevano essere bocciati). La Signora l’apostrofò: cosa fa lei qui così travestito? L’ufficiale, sentendosi offeso, mise mano alla pistola e solo l’intervento tempestivo ed intelligente dello Ing. Bonifazi evitò una tragedia. Rivelò un carattere forte e generoso fin da giovinetta. Quando passeggiando per via Toledo in calesse con i fratellini, riuscì a domare il cavallo improvvisamente imbizzarrito o quando caduta la sorellina Sofia in un pozzo di Capodimonte si fece calare essa stessa nel pozzo riuscendo ad afferrarla per i capelli. Quando i Tedeschi nel 1943 misero a fuoco le biblioteche di via Mezzocannone, la Bakunin si sedette in prossimità delle fiamme incrociando le braccia. Il tenente tedesco comandante, stupefatto da tanto coraggio dette ordine di ritirarsi ed i danni furono meno gravi. Io penso che Maria Bakunin fosse la persona adatta a guidare in quel periodo di violenti emergenze e di forti contrasti l’Accademia e che quindi la scelta di Croce fosse giusta.

Queste vicende eclatanti sono quelle che più colpiscono il lettore distratto; ma scorrendo la biografia di Marussia in modo attento e analitico si percepisce chiaramente come il coraggio, il rigore e la decisa propensione all’azione ne abbiano caratterizzato l’intera vita in ogni suo aspetto.

Marussia scienziata

Il periodo in cui Marussia comincia la sua carriera accademica è particolarmente significativo per la chimica. Gli inizi della chimica moderna con la produzione su grande scala e quelli della sperimentazione della scienziata sembrano coincidere. Bastano pochi esempi: agli inizi del ‘900 si realizza l’ossidazione catalitica dell’ammoniaca e la sua trasformazione in acido nitrico. Nascono le resine fenoliche come la bachelite, la viscosa, si affermava sui mercati la gomma sintetica. Per Marussia il punto di partenza è l’analisi chimica, alla quale è associato il procedimento inverso, la sintesi. Dagli scritti di Marussia emerge chiaramente la fondamentale caratteristica della chimica: la sua “invisibilità”. L’autrice, filosofa di formazione, scrive riallacciandosi a un grande pensatore vissuto a cavallo tra il ‘500 e il ‘600, Francesco Bacone:

Baconianamente la natura non manifestava i suoi segreti se non veniva “violentata, costretta” dall’arte e dalla sperimentazione.

In questo modo ogni “teoria” diventa una “rivelazione” che supera il passato facendosi presente. Nel suo approccio alla conoscenza Maria Bakunin si fa portavoce del metodo peculiare della scienza empirica. Dinanzi a un numero infinito di mondi logicamente possibili occorre rappresentarne uno ed uno solo: quello dell’esperienza. La chimica crea il suo oggetto – affermò il filosofo Gaston Bachelard - e questa facoltà creatrice la rende simile all’arte stessa. Aggiunge Izaak Maurits (Piet) Kolthoff nell’opera “La Syinthèse chimique”:

Essa ha anche la pretesa di formare una moltitudine di esseri artificiali, simili agli esseri naturali e partecipanti di tutte le loro proprietà. Questi esseri sono le immagini realizzate delle leggi astratte, di cui si persegue la conoscenza.

Non paga, l’autrice cita “Tra il tempo e l’eternità” di Isabelle Stengers e Ilya Prigogine per spiegare come la potenza creatrice della chimica dia luogo a strutture che, nella loro irreversibilità, fanno di questa scienza del divenire una scienza essenzialmente storica.

Maria Bakunin ha esaminato la chimica attraverso questi aspetti: come scienza creatrice in quanto studiosa di stereochimica; come scienza storica in quanto studiosa dei giacimenti di Giffoni Valle Piana, nella speranza purtroppo mal riposta di dare al salernitano un nuovo impulso economico tramite i carburanti che si sarebbero potuti ricavare. La prima pubblicazione della scienziata risale al 1890 e riguarda la preparazione degli acidi fenilnitrocinnamici, tema che si inserisce nel più generale filone della scoperta di sempre nuovi stereoisomeri. L’analisi dei giacimenti di Giffoni rientra in uno dei numerosi studi di di Maria in seno alla chimica applicata. Tra il 1909 e il 1910 gli interessi della scienziata si indirizzano agli scisti bituminosi, rocce metamorfiche intrise di bitume originate in seguito a grandi catastrofi naturali. L’estrazione di petrolio dagli scisti bituminosi è possibile ma molto costosa, quindi senza interesse commerciale. Ad ogni modo la studiosa ha compiuto una descrizione dei giacimenti di alto valore scientifico. Altro aspetto interessante dell’attività scientifica della Bakunin riguarda la fotochimica, in particolare gli effetti della luce sui pigmenti. Una consistente parte delle sue ricerche è dedicata all’isolamento delle melanine dal melanoma, contribuendo con importanti pubblicazioni alle cure di questa grave patologia della pelle.

Marussia insegnante

Maria Bakunin era un’appassionata didatta. Pur avendo esperienza di docenza esclusivamente a livello universitario, l’impegno dimostrato nell’insegnamento le fruttò un incarico da parte dell’allora ministro Francesco Nitti, nel 1914, che consisteva nello studio del sistema dell’istruzione professionale in Belgio e in Svizzera. La scienziata era infatti convinta che l’educazione avesse un ruolo fondamentale nello sviluppo tecnico e culturale del Paese. Marussia partì dallo studio dell’impostazione generale di ciascuna scuola rispetto ai mezzi impiegati e ai risultati raggiunti, soffermandosi sull’insegnamento specifico della chimica. Ne risultò una ricca e approfondita relazione che tutti coloro che sono coinvolti a vario titolo nell’insegnamento dovrebbero leggere, pedagogisti e tecnici ministeriali compresi. Cosa occorre – si chiedeva Marussia – perchè le nostre scuole diventino “il vero semenzaio di coloro che con sciente operosità daranno ricchezza al paese?”; la risposta era molto semplice: “un concorde sviluppo della parte teorica e della parte pratica”. Marussia distingueva le scienze “delle cattedre” dalle scienze “esatte” a fondamento sperimentale (chimica, fisica, meccanica). Considerava la pura astrazione un danno così come il puro empirismo: non serve a nulla un dotto trattato sulle materie coloranti senza la conoscenza tecnica della manipolazione e della pratica della tintura. Scrive: “sarà più utile mostrare all’alunno una distillazione secca del carbon fossile piuttosto che obbligarlo a sforzi mnemonici per enumerare i prodotti della distillazione”; specialmente nelle scuole a indirizzo chimico, non era ammissibile trascurare la dimostrazione sperimentale e l’esercitazione analitica e sintetica, poiché si deve apprendere “nell’esercizio concorde di tutti i nostri sensi”. Infine Marussia conclude:

La disoccupazione è quasi sempre frutto dell’ignoranza dell’artefice. Un buon meccanico, un buon elettricista, una buona cucitrice di ago, un buon disegnatore, un buon cesellatore  e così via troverà sempre lavoro; purtroppo si lamenta nell’industria di imbattersi assai raramente in tali elementi. Non ultima tra le cause di tale deficienza è il fatto che le alunne e gli alunni delle nostre scuole non giungono ad acquistare quel grado di cultura tecnica richiesto dall’industria.

In chimica questo significava avere laboratori attrezzati, in modo che l’alunno potesse manipolare e sperimentare. Dall’arredamento scolastico doveva trasparire un qualche gusto artistico, in modo che “il lavoro e lo studio diventeranno diletto dello spirito, concorde allo sviluppo delle facoltà fisiche e psichiche, non catena da forzato, come lo sono spesso ora”. In questo approccio, fondamentale era la figura dell’insegnante: Marussia insisteva affinché il Ministero mandasse a casa i maestri sofferenti, e mandasse le nuove leve in visita presso le scuole estere per trarre consigli e formare i futuri insegnanti con larghi compensi in funzione dei sacrifici richiesti: il valore degli insegnanti – scrive la scienziata – assicurerà il valore degli alunni. Marussia chiude la sua eccellente relazione con la necessità di reperire adeguate risorse economiche per l’istruzione professionale fornendo specifiche indicazioni (prima fra tutte il prelievo forzoso), pena il progressivo arretramento dell’intero Paese.

A distanza di un secolo quasi tutta l’istruzione professionale italiana versa in uno stato pietoso, come può testimoniare chiunque operi in queste scuole; gli insegnanti sono mal pagati e per niente valorizzati in base al merito; l’età pensionabile è progressivamente allungata e l’ingresso di nuove leve bloccato; non solo l’arredamento, ma l’intera l’edilizia scolastica presenta gravi problemi per la generale mancanza di risorse e interventi mirati.

Riferimenti

Il sito della dott.ssa Mongillo dedicato al libro su Maria Bakunin, ricco di articoli, recensioni e testimonianze.

Gli altri blog d’autore di Linx hanno dedicato articoli molto ispirati ad alcune figure di donne scienziato, fra questi:

Mary ed io – L’ingrediente segreto (di Barbara Scapellato)

Lynn Margulis, la portavoce del microcosmo – Continuo proceso de cambio (di Maurizio Casiraghi)

Donne e fisica – Linee di scienza (di Francesca E. Magni)

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Un alunno mi ha chiesto ulteriori delucidazioni sulle reazioni fotochimiche mostrate nel post in cui parlavo di Giacomo Ciamician. La particolarità di queste sintesi è quella di avvenire in condizioni blande, ad esempio a temperatura ambiente e senza la modifica del pH dell’ambiente di reazione. Sappiamo infatti che l’idrolisi può essere acida o basica, ma la trasformazione del cicloesanone in acido esanoico (prima reazione) non richiede aggiunta di acidi o basi ma principalmente ambiente acquoso e un opportuno irraggiamento (oltre che una serie di accorgimenti oggetto di trattazioni più specialistiche); allo stesso modo la condensazione di propanone e metanolo (seconda reazione) è un esempio di formazione del legame carbonio-carbonio paragonabile alla condensazione alcolica, ma a differenza di quest’ultima si ottiene in condizioni neutre, senza dover aggiungere una base. Il prodotto ottenuto è un diolo, precisamente il 2-metil-1,2 propandiolo. Sappiamo che i dioli sono composti molto versatili in quanto possono essere utilizzati per trasformarsi in numerosi altri composti. Altrimenti l’irraggiamento dei chetoni può portare a una reazione di disproporzione (la terza), nella quale si forma un 1,4-dichetone. I dichetoni sono composti niente affatto facili da ottenere, molto ambiti in quanto utilissimi come intermedi per la sintesi di aromatici o eterocicli come il pirrolo, composto la cui chimica è stata studiata da Ciamician in modo molto approfondito . Sappiamo inoltre dalla chimica organica che ossidare un’aldeide è molto più semplice che ossidare un chetone: quest’ultimo richiede l’utilizzo di un potente ossidante, come ad esempio il permanganato di potassio e drastiche condizioni termiche (l’aldeide al contrario si ossida spesso spontaneamente, come abbiamo visto nel caso della redox del palloncino nel passaggio istantaneo da aldeide acetica ad acido acetico). In condizioni fotochimiche persino i chetoni sono ossidati in condizioni blande; ciò è vantaggioso non solo perchè si evita un reagente aggressivo, ma anche perchè permette di controllare quale prodotto si formi monitorando o cambiando di volta in volta le condizioni. Altro caso di ossidazione fotochimica è quella dello stilbene (1,2-difeniletene) che viene trasformato in benzaldeide (quarta reazione).

In generale possiamo dire che aveva anticipato i principi della Green Chemistry indicando la via fotochimica per realizzare reazioni:

- svolte in condizioni blande;

- senza reagenti aggressivi

- con quantità limitate di reagenti migliorando la cosiddetta atom economy, cioè la frazione di tutti i reagenti usati che è poi effettivamente incorporata nei prodotti;

- che usino il più possibile fonti energetiche rinnovabili come la luce solare, disponibile illimitatamente e gratuita;

- che avvengano con un uso minimo dell’energia nel caso questa provenga da fonti non rinnovabili.

Ciamician era davvero in anticipo con i tempi, se pensiamo che i 12 principi della Green Chemistry sono stati formulati circa novant’anni dopo che lui aveva esplicitato le ragioni per le quali passare ad una chimica diversa era divenuto quasi un imperativo. L’invito di Ciamician fu lasciato cadere nel vuoto per poi essere riconsiderato quasi un secolo dopo, confermando lo straordinario spirito innovativo di questo scienziato.

P.S.: a pag. 11 dell’ultimo numero di Linx Magazine potete leggere l’intervista di Valentina Murelli a James Barber, straordinaria figura di scienziato che sta studiando il modo di realizzare la fotosintesi artificiale (di cui ho già parlato in questo post).

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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 pofessore – 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 esplicitò attraverso l’ingegneria, le macchine appunto. Sino ad allora vigeva una rigida divisione (mai del tutto sradicata soprattutto in alcuni paesi) tra “arti liberali” e “arti meccaniche”: le prime – come la dialettica, la geometria e la musica - erano coltivate dagli uomini liberi; le seconde - alla base della costruzione di una casa o della coltivazione di un terreno – 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, molti dei quali esperti nelle arti meccaniche. 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 dispregiativo, come un insulto; nota è l’espressione manzoniana ”vile meccanico”, con la quale si designava colui che si occupava di questioni spesso fondamentali ed estremamente difficili, ma senza godere del prestigio dei veri intellettuali. Ma nel Seicento la figura del “meccanico” si impone all’attenzione pubblica: le arti meccaniche cominciano a conquistare il mondo. La tecnica esce finalmente dallo spazio angusto in cui era stata relegata a partire dai greci. 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 dai più a compartimenti stagni: quella elevata al piano superiore, la vile al 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 mentre gli umanisti guardano al passato. In realtà questa suddivisione è tanto artificiosa quanto inutile: uno scienziato ha bisogno di conoscere le sue radici culturali 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, proprietà, provenienza; egli ha sempre mostrato una straordinaria capacità di esplorare il passato come si esplora 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 partendo dallo studio di grandi pensatori. Rossi ha scritto un altro celebre libro su  Francesco Bacone che scardinò parte degli aspetti cuciti addosso alla personalità di questo illustre filosofo, 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 la sua emancipazione. Un pò come un bambino diventa adolescente e poi uomo anche grazie alla contrapposizione agli adulti che cercano in qualche modo di frenarne lo sviluppo. Quando Bacone scrive che la scienza è potenza, prende letteralmente in prestito dai testi di magia la considerazione dell’uomo come ministro e interprete della natura, al quale spetta il compito di conoscere il mondo naturale al fine di dominarlo: un’idea da mago, non da filosofo aristotelico. Nella sua tensione al dominio della natura il  pensiero di Bacone ha molti 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 nella concezione baconiana della conoscenza richiama quelle pratiche magiche che lo stesso Bacone avversava in tutti i suoi aspetti; ad esempio 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 il dato 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 così come a Melbourne 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 la storia umana è recente. Il prof. Rossi ha analizzato come, nel Seicento, si fece strada l’idea del tempo profondo: sino ad una certa epoca si credeva 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 fu sconvolgente; Kant può essere annoverato tra i primi importanti filosofi ad avere la consapevolezza di questo immenso lasso temporale dinanzi al quale l’uomo fu costretto a ridimensionare ulteriormente 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 delle sue opere 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, ha affermato 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. Il filosofo paragona il rapporto insegnante-allievo al rapporto padre-figlio, con la differenza che nel primo caso la parentela è  “spirituale” e non carnale. Così come il bambino vede il padre come una figura superiore e sempre vincente poi via via ridimensionata nel tempo, anche l’allievo nutre nei confronti del suo maestro un rapporto simile: dapprima il maestro è insuperabile, ma quando l’allievo diventa suo pari (o pensa di esserlo divenuto) ecco che ne vede le lacune e le debolezze. Importanti erano per Rossi anche gli stimoli che venivano “dal basso”, cioè dai suoi studenti. 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 se davvero voleva avventurarsi nell’impresa. Il ragazzo, Ferdinando Abbri, lo fece davvero; è poi diventato un docente universitario che ha pubblicato importanti lavori sulla storia e i fondamenti 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 stile 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 diventato 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. Ricordandolo Rossi afferma: avere un incontro così, che può anche avvenire per la matematica o per qualunque altra materia, è decisivo. Se questo incontro non avviene è impossibile uscire da quella che Rossi chiama infanzia culturale. Mi è piaciuta molto questa espressione: penso che il prof. 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. 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 nel proprio lavoro di insegnante).

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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.

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