Quanto è acida la Coca Cola?

Se la presenza di zucchero in gran quantità è sicuramente dannoso per il nostro organismo, cosa dire allora dell'acido fosforico?

Periodicamente la questione sull'acidità della Coca Cola torna a far parlare di sè e puntualmente viene smentita come enorme bufala. Come è possibile? Come posso sapere quanto è acida la Coca Cola?

La storia in breve

Chi non conosce la Coca Cola?

Questa bevanda è, ormai da molti anni, la regina incontrastata delle bibite zuccherate in tutto il mondo, impossibile immaginare una festa di compleanno senza una bottiglia di questa bevanda in mezzo al tavolo.

Nonostante la sua popolarità, è anche spesso stata al centro di molte critiche a causa del suo altissimo contenuto di zucchero (dai 9 agli 11 grammi ogni 100 grammi di bevanda).

John Pemberton

Non tutti sanno però che a crearla fu il farmacista statunitense John Stith Pemberton l'8 maggio 1886 ad Atlanta, in Georgia, ma non come drink da bere con gli amici, bensì come rimedio per il mal di testa e la stanchezza.

Prese l'idea da una popolare bevanda chiamata Vino di Coca, una miscela di vino e foglie di coca, ma Pemberton sostituì l'alcol con un estratto delle noci di cola, una pianta tropicale da cui si estrae anche la cocaina. La sostanza alcaloide venne scartata nel processo di produzione ma le noci furono mantenute.

Tuttavia Pemberton non era un grande uomo d'affari, accumulò migliaia di dollari di debiti e vendette la sua formula e i diritti a Asa Candler, un uomo d'affari che aveva intuito il grade potenziale della Coca Cola e sapeva bene che la pubblicità era fondamentale per diffonderla e vincere sulla concorrenza.

Negli anni venti la Coca Cola iniziò letteralmente a sbancare e divenne quindi un marco mondiale e la più conosciuta fra le bevande e uno dei marchi più popolari del pianeta.

La ricetta esatta è tutt'ora segreta, ma gli ingredienti indicati in etichetta sono:

• Acqua
• Anidride carbonica
• Zucchero (solitamente sciroppo di glucosio, ma diversi dolcificanti possono essere utilizzati nelle versioni dietetiche o in altre)
• Colorante E150d (caramello solfito ammoniacale)
• Acido fosforico
• Aromi naturali (tra i quali è presente l'estratto di foglie di coca)
• Caffeina (in genere sui 100mg/l ma in quantità variabile in versioni dietetiche o altre)

Quanto acido c'è?

Se abbiamo una soluzione acida ma non sappiamo quanto acida, il modo più immediato è prendere una cartina tornasole e musirare il pH

si immergeun pezzo di cartina nella soluzione e
si confronta con i valori standard indicati

Tuttavia, se si vuole sapere con più precisione la concentrazione di un acido in una soluzione incognita, il metodo comunemente usato è la Titolazione acido/base.

Consiste nel neutralizzare lentamente l'acido a concentrazione ignota, usando una base la cui concentrazione è, invece, nota.

esempio di titolazione e costruzione
della curva di titolazione

Il pH della soluzione varia, prima lentamente, poi subisce un salto in corrispondenza di un punto detto Punto di Equivalenza.

Il raggiungimento di questo particolare punto indica la fine della titolazione e il volume di titolante utilizzato (cioè della soluzione di cui conosciamo la concentrazione) ci serve per poter determinare la concentrazione ignota.

La variazione di pH durante la titolaione va necessariamente monitorata.

Esistono sostanzialmente due metodi:

• Tramite uno strumento (ad esempio uno spettrofotometro o un potenziometro)
• Tramite un indicatore di pH

Gli Indicatori di pH in particolare sono estremamente utili: si tratta di specie chimiche che presentano una vistosa variazione di colore in base al pH in cui si trova. Il cambiamento di colore dell'indicatore indica il raggiungimento del punto equivalente e la scelta dell'indicatore adatto è fondamentale quando si va a fare una titolazione acido/base.

Indicatori acido/base
fonte https://it.wikipedia.org/wiki/Indicatore_(chimica)#Indicatori_acido-base_(o_indicatori_di_pH)

Titolazione dell'Acido Fosforico

L'acido che è presente in maggior quantità nella Coca Cola e in generale in tutte le bevande a base di cola simili, è l'Acido Fosforico H3PO4 che quidi sarà l'acido di cui dovremo determinare la concentrazione.

L'Acido Fosforico, come ogni studente di chimica sa, sititola usando una base forte, generalmente la soda caustica o l'idrossido di potassio, ed è l'acido stesso a fare da indicatore in quanto reagendo con dei sali di ammonio forma un composto giallo paglierino.

Nel caso della Coca Cola, però, il colore molto scuro della bevanda rende impossibile apprezzare questo cambiamento di colore, perciò è necessario trovare un'alternativa.

Inoltre prima di poter effettuare l'aalisi, bisogna allontanare tutta l'Anidride Carbonica, che può dare problemi sia pratici, che nella misurazione del volume.

Il metodo classico che quindi si utilizza è quello potenziometrico, cioè usando uno strumento che misura il pH usando degli elettrodi, tipicamente un elettrodo a vetro.

Curva di titolazione di Acido Fosforico con Idrossido di Sodio

La concentrazione misurata di Acido Fosforico in questo tipo di bevande è circa 0.003 M, che corrisponde a un pH di circa 2.4.

Risultati simili si ottengono anche diluendo la soluzione e quindi riuscendo ad apprezzare il cambiamento di colore al punto equivalente.

Questo valore non deve spaventarci, perchè il nostro stomaco arriva fino a pH 1!

Bisogna fare comunque due considerazioni:

si va a calcolare la concentrazione soltanto dell'Acido Fosforico, nonostante vi siano altri acidi all'interno della Coca Cola, questi però non influiscono in maniera apprezzabile sul pH della bevanda;

c'è inoltre da considerare l'errore dovuto al fattoche l'Acido Fosforico è un acido poliprotico (cioè ha più di un idrogeno acido) e questo rende la titolazione più difficile e quindi soggetta aerrori che vanno poi calcolati, questo errore comunque in soluzione diluite è molto piccolo e inizia a diventare significativo solo per soluzioni molto più concentrate.

Quindi, quanto è acida la Coca Cola?

Abbastanza, tanto da poter essereutile per eliminare una patina sottile di calcare da un bicchiere, ma non tanto da dare problemi al nostro stomaco, che in quanto ad acidità non si batte!

Bibliografia:

• http://www.treccani.it/90anni/parole/1927-coca-cola.html
• J. Chem. Educ. 1983, 60, 5, 420 Publication Date:May 1, 1983 https://doi.org/10.1021/ed060p420
• Martín, Julia, Gloria Cañamares Marin, and Agustin G. Asuero. "Titration Error in Polyprotic Acid-Base Titrations: Applications to Titration of Vinegar, Cola Drinks and Antibiotic Batches."

La chimica dei colori: il blu

 Benvenuti su La chimica dei colori.
Dopo una introduzione in cui vi ho parlato di come si definiscono i colori e dello spettro della luce visibile, veniamo ad argomenti probabilmente più interessanti e pratici e al primo approfondimento su un colore in particolare: il blu.

Definizione di blu

Il blu è uno dei colori percepibili dall’uomo, appartenente pertanto allo spettro del visibile, situato a circa 470 nm fra il ciano e il violetto.

Nella pittura è sempre stato considerato un colore primario, ma secondo la moderna teoria dei colori questo non è corretto, essendo i colori primari il ciano, il magenta e il giallo.

È un colore storicamente molto apprezzato, in particolare dagli antichi Egizi, ma anche dai pittori medievali nonostante fosse molto difficile da reperire e pertanto riservato alla raffigurazione di Cristo o della Vergine, come simbolo di purezza e divinità.

Non era invece molto popolare fra Gregi e Romani, in quanto veniva associato al colore azzurro degli occhi dei barbari.

Un piccolo excursus: coloranti, pigmenti e lacche

Prima di lanciarci nella storia di questo colore, è utile dare qualche definizione che ci aiuti a capire la differenza fra i diversi tipi di sostante colorate utilizzate dall’uomo.


I pigmenti sono generalmente i più comuni, in particolare se si parla di arte pittorica. Sono chiamati anche “terre” in quanto sono costituiti da polveri di varia natura (più spesso di origine minerale) insolubili nel mezzo in cui sono utilizzate, che vengono applicate tramite dispersione meccanica.


I coloranti invece sono sostanze organiche (possono essere sia naturali che di sintesi) solubili in un solvente. Essi si legano direttamente alle molecole dell’oggetto da colorare (ad esempio un tessuto) e impartiscono una colorazione stabile non solo superficiale ma su tutta la massa.


Le lacche, infine, sono pigmenti ottenuti rendendo insolubili dei coloranti, o precipitandoli come sali insolubili di cationi metallici o, a seconda della natura del colorante, facendoli reagire con poliacidi complessi.

Il blu: un colore difficile da trovare

Nell’antichità il grande problema del blu fu la sua reperibilità. La fonte principale per il pigmento blu fu il Lapislazzulo, i cui giacimenti si trovavano dove ora sorge il moderno Afganistan, o il più abbondante minerale Azzurrite, un carbonato di rame che però presentava dei problemi di stabilità.

Lapislazzulo

 

La vera svolta avvenne nell’Antico Egitto, grazie a quello che è passato alla storia come Blu Egizio, quello che può essere considerato il primo pigmento di sintesi della storia.

La sua formula chimica è (CaCuSi4O10) e la sua produzione iniziò più di 5200 anni fa e fu conosciuto anche da Greci e Romani e persino in Mesopotamia.

Manufatto dipinto con il Blu Egizio

La sua sintesi partiva da materiali facilmente accessibili come il limo, la sabbia e minerali quali azzurrite o malachite, ma non sappiamo come questa produzione fu iniziata e perfezionata fino ad arrivare al prodotto che è giunto fino a noi, sappiamo però che per oltre 4000 anni la sua composizione è rimasta invariata e che quindi si può presumere che gli antichi egizi arrivarono ben presto alla formula definitiva. In ogni caso la sintesi di questo pigmento comportava anche l’aggiunta di additivi come sale o cenere di papiro, e un controllo costante della temperatura, che doveva mantenersi sempre fra gli 800° C e i 900° C, e considerando che all’epoca non si disponevano di strumenti per misurarla come i termometri, non doveva essere affatto un compito facile.

Simile al Blu Egizio è quello che viene chiamato Han Blu, un pigmento rinvenuto in Cina e che presenta con il più famoso fratello occidentale, una struttura chimica che differisce unicamente per la presenza del Bario (Ba) al posto del Calcio (Ca).

Generico MCuSi4O10

Dopo la caduta dell'Impero Romano, il Blu Egizio praticamente scomparve dall’arte, fino ai tempi moderni dove è stato riscoperto dagli archeologi e riprodotto in laboratorio dai chimici.

Più che per le sue doti artistiche, però, questo pigmento è oggi studiato per le sue caratteristiche chimico-fisiche molto interessanti: la sua struttura cristallina particolare fa sì che riesca ad assorbire radiazioni infrarosse.

Una frase del genere potrebbe non voler dire nulla a chi non è del mestiere, ma in realtà è una caratteristica importantissima e che può portare a moltissime applicazioni in vari campi.

Il primo e più comune è quello sempre crescente della diagnostica dei beni culturali, cioè quella scienza che si occupa di esaminare opere d’arte o reperti archeologici per stabilirne le caratteristiche, la provenienza, l’epoca storica o per valutarne l’autenticità. Naturalmente questo lavoro è molto delicato e la ricerca di metodi che riescano a trarre molte informazioni senza che l’oggetto in esame venga rovinato è sempre aperta. Fortuna vuole che questo antico pigmento, così comune in reperti di epoca egizia sia visibile a strumenti che emettono radiazioni Infrarosse e che quindi possa essere riconosciuto facilmente e senza andare ad intaccare in alcun modo l’oggetto.

L’assorbimento di radiazione IR, comunque, è una porta aperta anche sul mondo delle comunicazioni e delle tecnologie ad esse legate, e lo studio del pigmento Blu Egizio si muove anche in quella direzione, chissà se fra qualche anno non avremo fibre ottiche o computers fatti proprio di questo materiale!

Il blu nei secoli

Come ho detto, dopo la caduta dell’Impero Romano, del Blu Egizio si perde ogni traccia. Durante il Medioevo il blu diventa un colore estremamente raro e l’unica fonte era rappresentata dall’Acquamarina, un minerale molto prezioso. Nel Rinascimento pertanto il blu divenne simbolo di purezza associato al mantello della Vergine Maria, o di divinità associato alla figura di Cristo.

Bisogna aspettare il 1704 prima di avere un primo pigmento di sintesi, il cosiddetto Blu di Prussia: venne scoperto casualmente da Diesbach che stava tentando di sintetizzare un pigmento rosso utilizzando sali di potassio e alcali. Questo è un sale di Ferro, per la precisione un ferrocianuro ferrico, ed è utilizzato spesso nei saggi per la determinazione della presenza di cianuro o come chelante nel trattamento di avvelenamento da metalli pesanti. È il colore nazionale francese ed era usato per colorare le uniformi degli eserciti napoleonici.

Blu di Prussia

Grandissima importanza storicamente ha avuto il Cobalto per la produzione di pigmenti blu sintetici, in combinazione di ossido con alluminio, fosforo, zinco e altri materiali per dare una grande varietà di sfumature.

Indigofera Tinctoria

Infine è impossibile non nominare l’Indaco: non è un pigmento, ma un colorante estratto dalla pianta Indigofera Tinctoria; all’interno di questa pianta vi è il precursore dell’indaco, l’indacano, il quale viene privato del glucosio tramite un enzima e infine ossidato all’aria per dare l’indaco. La tintura della stoffa si ha pertanto immergendola in una soluzione di indacano ed enzima (che è incolore o leggermente giallina) e lasciandola poi asciugare all’aria. I tessuti tinti con questo colorante, grazie proprio al metodo usato, non tendono a scolorire come quelli tinti con altri coloranti.

 

Bluetiful

Dopo la sintesi del Blu Cobalto (1802) sono passati più di 200 anni prima che si sintetizzasse una nuova tonalità di blu: l’YInMn Blue (Y=Ittrio ; In=Indio; Mn=Manganese).

Noto anche come Mas Blue, è un pigmento inorganico blu scoperto per caso dallo studente Andrew Smith nel laboratorio del professor Mas Subramanian presso l'Università statale dell'Oregon nel 2009. Smith stava effettuando degli esperimenti per ottenere una fibra ad alta conducibilità elettrica mediante ossidi di Ittrio, Manganese e Indio. Dopo averli messi in forno a quasi 1200° F (circa 649°C) ottenne un impasto che non aveva le proprietà richieste, ma che era di colore blu brillante e che rifletteva in modo insolito la radiazione IR.

YInMn Blue o Mas Blue

Questo nuovo pigmento era inoltre privo di tossicità (a differenza del blu cobalto o del blu di prussia), incredibilmente stabile e la sua capacità di riflettere l’infrarosso lo faceva essere meno soggetto a riscaldamento e quindi adatto a essere usato come vernice per automobili o nel restauro dei dipinti.

Dopo la scoperta, è stato aperto al pubblico un concorso per poter stabilire un nome commerciale di questa nuova tonalità e alla fine l’azienda di pennarelli Crayola, nel 2017, lo ha finalmente commercializzato con il nome vincitore: Bluetiful.

 

 

Bibliografia:

• Berke, Heinz. "Chemistry in ancient times: the development of blue and purple pigments." Angewandte Chemie International Edition 41.14 (2002): 2483-2487.

• J.R. Barnett et al. / Optics & Laser Technology 38 (2006) 445–453

• Philip McCouat, "Egyptian blue: the colour of technology", www.artinsociety.com

• Accorsi, Gianluca, et al. "The exceptional near-infrared luminescence properties of cuprorivaite (Egyptian blue)." Chemical Communications 23 (2009): 3392-3394.

• García-Fernández, Pablo, Miguel Moreno, and José Antonio Aramburu. "Origin of the exotic blue color of copper-containing historical pigments." Inorganic chemistry 54.1 (2014): 192-199.

• http://www.artspecialday.com/9art/2017/05/20/la-scoperta-yinmn-blue/

• https://it.wikipedia.org/wiki/YInMn_Blue

Scienziati si diventa: la ricerca bibliografica

Bentrovati, cari lettori, in una nuova puntata di Scienziati si diventa, dove vi svelo tutti i segreti e la #vitavera di noi scienziati e aspiranti tali.

Dopo le basi del metodo scientifico e una panoramica su cosa sono le riviste scientifiche, è arrivato il momento di conoscere quell'amico senza il quale nessuna tesi di laurea sarebbe mai stata scritta, nessun dottorato di ricerca mai conseguito e, per dirla tutta, nessun articolo di questo blog mai pubblicato: Google Scholar.

Ma... PubMed?

Facciamo un breve passo indietro: abbiamo imparato che quando si riporta una notizia scientifica o si fa un'affermazione è sempre necessario indicare le fonti, ovvero titolo dell'articolo che dice quella determinata cosa e rivista scientifica (possibilmente seria) su cui è stato pubblicato.

Non si può negare, però, che spesso quelle fonti rimangono dimenticate lì, alla fine dell'articolo di giornale, in fondo chi lo sa leggere un articolo scientifico pieni di termini mai sentiti prima e per di più in inglese? Vi dico la verità: anche gli scienziati stessi non capiscono quello che c'è scritto in un articolo di un campo diverso da proprio. In genere, comunque, sanno orientarsi nell'articolo, riescono più o meno a capire di cosa parla, quali sono le premesse e le conclusioni e se potrebbe essere affidabile. Non è difficile e con un minimo di preparazione ci può riuscire chiunque (sull'inglese, purtroppo, non vi posso aiutare, quello ci vuole per forza).

Quando vi imbattete in una citazione di una fonte scientifica, o anche se banalmente avete una curiosità su qualche affermazione letta on-line e volete verificarla, basta fare una breve ricerca bibliografica per avere una panoramica su un certo argomento e su cosa la comunità scientifica ne sa in quel momento.

Ci sono diversi database in cui poter fare questa ricerca: uno dei più noti (e vasti) è sicuramente PubMed, che raccoglie milioni di articoli medici e biomedici pubblicati sulle principali riviste scientifiche del settore.

Un altro database è quello di Elsevier, uno dei più importanti editori scientifici del mondo. 

Ce ne sono, in ogni caso, molti altri meno conosciuti di questi che vi ho citato, con interfacce più o meno semplici da usare. Inoltre le università e le biblioteche universitarie, in genere, hanno un proprio database fornito di interfaccia per poter effettuare ricerche in tutte le riviste di cui l'istituto detiene l'abbonamento.

Insomma,sembra incredibilmente dispersivo e in effetti lo è, soprattutto per chi non se ne intende e vuole semplicemente verificare se l'affermazione "il limone cura il cancro" sia vera o meno (per la cronaca: non lo è, ma proprio per niente!)

Google Scholar

In generale si può scegliere di usare la piattaforma che si preferisce per effettuare la ricerca, ma personalmente credo che il metodo migliore sia quello di andare direttamente su Google Scholar, che ha il grande vantaggio di essere un motore di ricerca che quindi può bypassare i limiti che ci sono sui vari PubMed, Elsevier eccetera.

Una volta qui, è sufficiente effettuare una semplice ricerca per parole chiave; ad esempio, se sto cercando letteratura scientifica riguardo l'uso della curcuma come antitumorale, potrei cercare "curmeric, cancer":

Posso ulteriormente filtrare la ricerca ad esempio limitando l'arco temporale di pubblicazione degli articoli o ancora selezionare unicamente quelli in lingua italiana (anche se in questo modo è probabile che si vadano a perdere molti degli articoli più significativi o, banalmente, più recenti)

Un ulteriore filtro può essere quello di ricercare le parole chiave unicamente nel titolo dell'articolo:

A questo punto ci si trova di fronte un'enorme mole di materiale da poter consultare e, soprattutto per chi è alle prime armi, la domanda successiva risulta essere "e adesso?".

Un buon modo per iniziare una ricerca a mio avviso è quello di partire della Review.

Una review è una particolare tipologia di pubblicazione scientifica in cui gli autori hanno fatto una parte del lavoro al posto vostro, se così si può dire, raccogliendo e commentando vari articoli scientifici su un determinato argomento e quindi facendo il punto dello stato dell'arte su quella cosa in particolare.

Tornando all'esempio della curcuma e del cancro, potrei cercare "turmeric cancer review":

La maggior parte del materiale si concentra, come vedete, sull'attività della curcumina, il principio attivo più studiato presente nella curcuma. Nell'esempio che stiamo seguendo, però, ci interessa avere delle informazioni sulla curcuma in generale, non sulla singola molecola utilizzata da sola. Come quarto risultato ci compare una review proprio sulle proprietà farmacologiche della curcuma, intesa proprio come la pianta di cui ci interessava. Leggere questa review può dare quindi un'idea generale di quello che si sa e dei dati disponibili in quel momento (in questo caso il 2014) riguardo alle proprietà medicinali e farmacologiche della Curcuma Longa.

Partendo da questa base si può decidere perciò di approfondire singolarmente i vari articoli citati all'interno della review, oppure andare oltre e vedere come questo determinato argomento si è evoluto nel tempo:

Il modo migliore quindi è andare a cercare quegli articoli che citano questa review. Nella stesura di un articolo scientifico, infatti, le fonti sono fondamentali come basi di partenza da cui andare a sviluppare una determinata ricerca e un determinato studio. 

Partendo da queste conoscenze circa le proprietà farmacologiche della curcuma, quindi, altri ricercatori possono aver pubblicato qualcosa che va ad avvalorare o smentire ciò che era riportato nella review, o apportare nuovi dati e nuove conoscenze all'argomento.

In questo modo si può ricostruire, come una specie di gioco delle scatole cinesi, l'avanzamento del sapere, all'interno della comunità scientifica, su un determinato argomento, che non è solo una scala verso l'alto ma che può essere anche fatta di smentite, ripensamenti, dati contraddittori o cose non sempre del tutto chiarite.

E' importante quindi non fermarsi al singolo articolo, ma leggerne diversi e mettere insieme più dati possibili.

Open access sì o no?

Università, enti pubblici, istituti di ricerca vari, nessuno di loro ha alcun problema nell'accedere agli articoli scientifici pubblicati (o quantomeno alla maggior parte di essi) perché in genere queste istituzioni hanno sottoscritto gli abbonamenti necessari. Molte università mettono a disposizione degli studenti anche apposite applicazioni che permettono di accedere ai contenuti anche da una rete diversa da quella di ateneo.

Per chi non dispone di queste agevolazioni, invece, poter leggere interamente un articolo scientifico è spesso impossibile.

Non c'è bisogno di disperare però: innanzitutto bisogna premettere che l'Abstract è sempre disponibile per tutti e per l'utente medio (cioè chi non è strettamente del settore e non sta facendo questa ricerca per lavoro ma per semplice curiosità o per capire di più circa un argomento di cui si è letto o sentito) l'Abstract è sufficiente a rispondere a molte delle domande, in quanto contiene sia le premesse che le conclusioni dell'articolo.

Per chi invece ha bisogno o vuole leggere l'articolo per intero si possono utilizzare vari metodi, fra cui ovviamente abbonarsi alle riviste scientifiche (metodo però non proprio fattibile da un privato cittadino).

Un modo alternativo consiste nel cercare gli articoli open access, ovvero articoli scientifici che possono essere letti anche da chi non ha sottoscritto l'abbonamento; questi articoli fono in genere segnalati su google scholar.

Infine c'è Sci-hub, un portale la cui legalità è ancora un po' controversa ma che rende possibile consultare un grandissimo numero di articoli scientifici che non sarebbero consultabili altrimenti.

Aperto nel 2011 da Alexandra Elbakyan è al centro di molte dispute e controversie fra riviste scientifiche, piattaforme come Elsevier e ricercatori che vorrebbero un accesso libero al sapere.

Al di là di tutto, comunque estremamente utile.

Per approfondire:

• https://scholar.google.it/
• https://thenexttech.startupitalia.eu/62574-20171113-copyright-sci-hub-elbakyan

La Tavola Periodica degli Elementi: 150 anni e non sentirli

Che vincere la materia è comprenderla, e comprendere la materia è necessario per comprendere l'universo e noi stessi: e che quindi il Sistema Periodico di Mendeleev, che proprio in quelle settimane imparavamo laboriosamente a dipanare, era una poesia, più alta e più solenne di tutte le poesie digerite in liceo: a pensarci bene, aveva perfino le rime!

[Primo Levi - Il Sistema Periodico] 

Il 2019 sarà, secondo l'UNESCO, l'anno internazionale della Tavola Periodica, strumento importantissimo, incubo degli studenti e, incredibilmente, fenomeno pop che ha avuto, negli anni, innumerevoli rivisitazioni, da quella in tema Star Wars a quella dedicata alla birra.
Eppure è un'invenzione piuttosto recente: solo 150 anni da quando il chimico russo Dimitri Ivanovich Mendeleev la presentò ufficialmente alla Russian Chemical Society, con solo 63 elementi e un sacco di spazi vuoti che aspettavano di essere riempiti.

Le Affinità Elettive

Nel XVIII secolo i primi tentativi di dare ordine agli elementi chimici si basavano più che altro sulla loro reattività e su una serie di coincidenze matematiche.

Le Tavole di affinità, molto diffuse all'epoca, ordinavano gli elementi che reagivano fra loro in liste verticali: elementi con maggiore affinità fra loro venivano posti sulla parte alta della tavola, mentre elementi con affinità minore, e che quindi reagivano meno fra loro, venivano posizionati in basso.

Nonostante non riuscissero a essere realmente efficaci, né tantomeno predittive, rimasero così popolari che prendendo spunto dal principio di affinità lo scrittore tedesco Goethe scrisse uno dei suoi romanzi più belli e famosi: Le Affinità Elettive.

All'inizio dell'800 molti chimici, invece, notarono che era possibile raggruppare in gruppi gli elementi in base a operazioni matematiche:  il chimico tedesco Wolfgang Döbereiner notò come prendendo tre elementi (Litio, Sodio, Potassio ad esempio) il peso atomico di quello centrale era la media aritmetica del peso atomico degli altri due.

Altri superarono questo concetto cercando di organizzare gli elementi in veri e propri sistemi periodici fino a Julius Lothar Meyer che possiamo considerare il precursore di Mendeleev: Meyer aveva notato che, se si tracciava un grafico dei volumi atomici degli elementi in funzione dei pesi atomici, si otteneva una serie di onde che formavano vertici appuntiti in corrispondenza dei metalli alcalini (sodio, potassio, rubidio e cesio). La distanza tra due vertici consecutivi corrispondeva a un periodo della tavola degli elementi e in ogni periodo, oltre al volume atomico, subiva un'oscillazione anche un certo numero di altre proprietà fisiche. 

Un sistema che guarda al futuro

La grande idea venne a Mendeleev mentre sistemava le sue carte per la stesura di un libro di testo, Principi di Chimica. Preparò quindi 63 tavole, una per ogni elemento allora conosciuto, in cui elencava tutte le sue caratteristiche e proprietà, ma quando li ordinò per numero atomico crescente si accorse che queste proprietà non erano casuali, ma seguivano un certo ordine, ripetendosi periodicamente.

La Tavola Periodica originale di Mendeleev

C'è un motivo per cui, fra tutti i tentativi di dare ordine fra gli elementi chimici, quello di Mendeleev è stato il più importante e "definitivo": non si limitò, infatti, a ordinarli in ordine di numero atomico crescente, ma lasciò degli spazi vuoti, spazi per nuovi elementi ancora da scoprire, di cui fu in grado di prevedere numero atomico e proprietà chimico-fisiche con sorprendente accuratezza.

Sta qui la genialità la bellezza della Tavola Periodica ideata da Mendeleev.

Pochi anni dopo la presentazione ufficiale, furono scoperti tre nuovi elementi, Scandio Gallio e Germanio, le cui proprietà erano incredibilmente simili a quelle ipotizzate da Mendeleev.

Dal 1869 a oggi

Dopo lo Scandio, il Gallio e il Germanio, fra il 1885 e il 1890 si aggiunse alla Tavola Periodica una colonna a destra: erano i Gas Nobili (Elio, Neon, Argon e Radon). 

Lo sviluppo della meccanica quantistica rese evidente che ogni riga (periodo) corrispondeva al riempimento di livelli energetici che condividevano il numero quantico principale.

Minerale di Uranio

Nel 1905, Alfred Werner propose un modello esteso di tavola periodica su 32 colonne, in cui i lantanidi, gli attinidi e gli elementi di transizione erano inseriti fra il 2º e il 3º gruppo di Mendeleev.  Paul Pfeiffer nel 1920, tornò a una tavola a 18 colonne, come si rappresenta tuttora, mettendo i lantanidi e gli attinidi su di un unico rigo sottostante.

Poi fu la volta del Plutonio, sintetizzato nel 1943 dal chimico statunitense Glenn Seaborg, che ricevette per questo (e per il suo lavoro sulla teoria degli orbitali f) il premio Nobel.

L'ultimo degli elementi presente in natura è il Californio, di numero atomico 98, rinvenuto in piccolissime tracce dovute al decadimento radioattivo dell'Uranio, tuttavia la Tavola Periodica continua e nel 2016 sono stati ufficialmente inseriti dalla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) il Nihonio, il Moscovio, il Tennesso e l’Oganesson (numero atomico 113, 115, 117 e 118), anche se di questi elementi non si conoscono le proprietà che potrebbero essere molto diverse da quelle prevedibili, a causa di effetti relativistici. 

L'ultimo elemento di cui si conoscono le proprietà chimico-fisiche è l'Hassio, con numero atomico 108, sintetizzato per la prima volta nel 1984 da un gruppo di ricerca tedesco. 

Verso l'infinito e oltre

Nel 1911 si ipotizzò che elementi con numero atomico superiore a 100 non potessero esistere. Naturalmente ora sappiamo che questo non è vero, ma il dibattito sul limite della Tavola Periodica è ancora aperto: il fisico Richard Feynman sosteneva che elementi con numero atomico 173 non potessero esistere poiché il loro primo elettrone si sarebbe mosso a una velocità superiore a quella della luce, ma oggi non tutti sono d'accordo. In ogni caso non si prevede di arrivare a sintetizzare elementi con quel numero atomico tanto presto.

Una cosa sola è certa: in 150 anni di storia la Tavola Periodica degli Elementi si è elevata da semplice strumento utile agli scienziati nei loro calcoli ed è diventata un vero e proprio fenomeno pop, un'immagine subito riconoscibile e radicata nell'immaginario collettivo anche di chi alla scienza non si è mai avvicinato.

Un bel traguardo per una tabella fatta solo di lettere e numeri!

Per approfondire:

• http://www.periodictable.com/
• http://www.tavolaperiodica.unicam.it/sviluppo.html
• http://www.rsc.org/news-events/features/2019/jan/finding-the-periodic-table/?utm_content=8-Jan-2019&utm_source=facebook&utm_medium=social&utm_campaign=mkt-dir-news
• https://iupac.org/
• RSCPublishing – Extended elements: new periodic table – DOI: 10.1039/c0cp01575j

La chimica dei fuochi d'artificio

La notte dell'ultimo dell'anno il cielo è rischiarato dai colori e dalle luci dei fuochi d'artificio, mentre il suono delle esplosioni risuona nel silenzio; sicuramente uno spettacolo tanto familiare a tutti noi quanto magnifico. 

Una questione di chimica!

La combustione della polvere nera

Alla base della chimica dei giochi pirotecnici c'è una reazione apparentemente molto banale: la combustione.

Tutti hanno presente la combustione della legna nel caminetto acceso, ma forse non si pensa che anche la notte di capodanno si assiste a centinaia di incredibili combustioni nei cieli delle nostre città

Non sono legna e ossigeno i protagonisti, ma la cosiddetta polvere nera.

La polvere nera, o polvere pirica, è una miscela di tre principali componenti:

• Nitrato di Potassio (KNO3) per il 74.65%

• Carbone vegetale per il 13.50%

• Zolfo per l'11.85%

La combustione di questa miscela produce tutta una serie di specie gassose come ossigeno, idrogeno, il carbonato di potassio, il solfato di potassio, il solfuro di potassio, il carbonato di ammonio, il biossido di carbonio (o anidride carbonica), il monossido di carbonio, la cui veloce espansione all'interno del cilindro in cui avviene la combustione provoca l'esplosione che lascia in ogni direzione i materiali luminosi, creando quindi i vari giochi di forme e colori.

Una grande differenza con una classica combustione sta nell'assenza dell'Ossigeno O2 come comburente: è infatti la polvere stessa, in particolare il nitrato di potassio, a fornire l'ossigeno necessario alla reazione.

Variando le percentuali dei suoi componenti è inoltre possibile variare la velocità con cui avviene la combustione.

Luci, colori e suoni

Uno dei primissimi esperimenti che uno studente di chimica impara a conoscere è il saggio alla fiamma, uno di quegli esperimenti che vengono spesso riproposti anche nei vari eventi divulgativi perché molto semplice da realizzare e di grande impatto visivo.

Quello che avviene è che diversi metalli, sia tal quali che in forma di sali, danno una diversa colorazione alla fiamma di un becco bunsen, questo a causa della loro diversa conformazione elettronica.

Sfruttando questo principio, chi crea i fuochi d'artificio mescola alla polvere diversi sali per ottenere i colori desiderati: nitrato di bario per una colorazione rossa, sali di rame per il verde e l'azzurro, il sodio per il giallo, i sali di calcio per l'arancione, sali di potassio per una colorazione violetta e così via, miscelandoli fra loro per ottenere diverse sfumature ed effetti pirotecnici.

Un altro trucco è quello di aggiungere solfuro di antimonio per avere una luce intensa ed abbagliante.

Infine anche il suono non viene trascurato: alcuni acidi organici, come l'acido gallico o l'acido pirico, quando bruciano hanno la caratteristica di emettere un suono particolarmente forte. Il botto finale, quello che chiude lo spettacolo lasciando tutti un po' più sordi, dipende da loro.

Per approfondire:

• http://www.asspi.it/
• https://www.chimica-online.it/laboratorio/saggi-fiamma.htm
• http://antincendio-italia.it/il-processo-di-combustione/

Dal Salice all'Aspirina: la storia del farmaco più usato al mondo

Il Natale è alle porte, l'inverno è appena arrivato, il freddo inizia a farsi sentire e così tutti quei malanni che sembrano non aspettare altro che rovinarci le feste con il loro carico di nasi colanti, mal di gola, febbre e malesseri vari.

Fortunatamente ci basta prendere una pillola per evitare di passare il cenone di Natale a letto e poterci godere le infinite portate di cibo che vanno avanti dirette fino al pranzo del giorno dopo e il solito zio un po' alticcio che racconta barzellette; eppure non sono neanche duecento anni (119 per l'esattezza) che tutto questo è possibile, pochissimi, se ci pensate, nella storia dell'umanità.

salix alba

Sicuramente raffreddori, dolori e febbri varie erano un bel problema anche per gli antichi Egizi, e non solo perché andavano a rovinare le feste, ma perché in un'epoca in cui antibiotici e vaccini erano ancora lontanissimi, una febbre troppo alta poteva portare alla morte; qualcuno, però, si accorse che riducendo in poltiglia le foglie di un albero, il Salix Alba, comunemente noto come Salice Bianco o Salice Piangente, era possibile abbassare la febbre e curare i gonfiori.

Più tardi anche il medico greco Ippocrate si accorse che le foglie del Salice avevano proprietà analgesiche e antipiretiche e le raccomandò alle donne per alleviare i dolori del parto.

Nel medioevo, i decotti di foglie di Salice erano usati per abbassare la febbre e sono stati persino inclusi nella farmacopea tedesca.

Il merito va tutto ad una molecola importantissima, fra le più famose e importanti nella storia dell'uomo: la Salicina.

salicina

Chimicamente parlando è un β-glucoside, cioè una molecola costituita da uno zucchero legato (in quella che viene chiamata posizione β) con un'altra molecola, in questo caso l'anello aromatico della Saligenina. Non si trova solo nella corteccia del Salice, ma anche nella Viola e soprattutto nell'Olmaria, una pianta della famiglia delle Rosacee.

La Salicina è quella che viene definito un profarmaco, cioè nel nostro organismo non agisce come salicina, ma subisce delle modificazioni chimiche, infatti viene trasformata in Acido Salicilico, ed è questo ad avere la funzione farmacologica e a diventare famoso con il suo nome commerciale: Aspirina.

C'era una volta un vicario inglese

Lettera di E. Stone alla Royal Society

Il primo a pensare che un rimedio popolare potesse diventare qualcosa di molto più esteso fu Edmund Stone, un vicario inglese che, nel 1763 condusse un esperimento sorprendentemente moderno e scientifico per l'epoca.

In quel periodo andava per la maggiore la Teoria delle Signature: si credeva, cioè, che il rimedio dovesse assomigliare in qualche modo alla malattia, ad esempio per un male che colpiva lo stomaco, la pianta adatta a curarlo doveva avere una forma che ricordasse l'organo in questione il più possibile.

Basandosi su queste credenze, Stone pensò che la corteccia di Salice, una pianta che cresceva in prossimità di zone paludose, potesse curare una febbre simile alla malaria che aveva colpito molte persone che vivevano proprio in quelle zone, e che potesse avere un effetto simile a quello della corteccia di Cinchona, una pianta già usata per abbassare la febbre, ma molto più costosa.

Preparò, quindi, delle dosi di corteccia di Salice essiccata scelte empiricamente e le somministrò a 50 pazienti ogni quattro ore, documentando il tutto scrupolosamente.

I risultati ottenuti furono talmente buoni che Stone li riportò alla Royal Society di Londra, che però non fece altro che prendere atto del fatto che con questo rimedio la febbre malarica era migliorata.

Gli esperimenti di Stone furono ripresi e convalidati dal Samuel James nel 1792 che raccolse moltissimi dati e informazioni che furono utilissimi, in seguito, alla ricerca.

I coloranti e la Bayer: nasce l'aspirina

La scienza andò avanti e nel 1825 il chimico italiano Francesco Fontana isolò per la prima volta la Salicina dal Salice Bianco, nel 1828 il tedesco  Johann Buchner estrasse dalla corteccia i cristalli amari di Salicina e nel giro di dieci anni chimici francesi erano riusciti a sintetizzare l'Acido Salicilico, notando che era un derivato migliore rispetto alla Salicina stessa, e la cui struttura fu poi identificata da Frederic Kolbe nel 1859.

spirea olmaria

Insomma, l'Acido Salicilico era ormai disponibile, ma il suo sapore amaro ed effetti collaterali, in particolare il vomito, ne avevano limitato grandemente l'uso.

Dovette intervenire un ambito della chimica apparentemente del tutto slegato dal contesto farmaceutico per portare avanti la storia: l'industria dei coloranti.

Nella seconda metà dell'ottocento, l'industria legata allo sviluppo dei coloranti di sintesi era in grande crescita e moltissimi chimici lavoravano allo sviluppo di nuove molecole organiche modificando quelle già esistenti, e in particolare furono i primi a proteggere queste scoperte tramite brevetti.

La Bayer, azienda tedesca leader nel settore, decise di espandere le proprie aree di interesse anche nell'ambito farmaceutico, utilizzando come base su cui partire il gran numero di molecole che si producevano come sottoprodotti nelle sintesi dei coloranti.

Assunse, quindi, il chimico Felix Hoffman, il quale era mosso anche da interessi piuttosto personali: suo padre era infatti anziano e soffriva di artrite, ma non poteva più prendere l'Acido Salicilico a causa dei forti effetti collaterali. 

Hoffman modificò l'Acido Salicilico attraverso una reazione di acetilazione e ottenne l'Acido Acetilsalicilico:

Somministrò la nuova molecola ottenuta prima a se stesso e poi a suo padre, riportando effetti più che positivi, che condussero la Bayer a testare il prodotto tramite test clinici, in cui si poté notare scientificamente un miglioramento rispetto all'Acido Salicilico usato precedentemente.

Nel 1899 la Bayer mise in commercio il nuovo farmaco con il nome di Aspirina, dalla pianta Osmaria da cui estraevano la Salicina.

P.S. come funziona?

Per decenni l'Aspirina è rimasta la regina incontrastata dei farmaci da banco, con le sue incredibili proprietà antinfiammatorie e antipiretiche, ma nessuno aveva la minima idea del suo meccanismo di azione.

aspirina

Negli anni '60 il farmacologo Henry Collier scoprì, facendo delle ricerche in vivo su cavie animali, che, a differenza della Morfina che agiva sull'intero organismo, l'Aspirina agiva localmente. Volendone sapere di più, chiamò a lavorare con lui il biochimico John Vane perché lo aiutasse.

Attraverso esperimenti molecolari in vitro, scoprirono che l'infiammazione e il dolore (ma anche la febbre) sono modulati da molecole, impossibili da osservare in vivo, chiamate Prostaglandine.

Quello che l'Aspirina fa è inibire, cioè "spegnere", due particolari forme di un enzima, la cicloossigenasi, che ha il compito di trasformare l'Acido Arachinodico in, appunto, Prostaglandine, in mancanza delle quali non si ha né infiammazione né dolore.

Per questa scoperta, John Vane vinse il premio Nobel nel 1982, entrando quindi anche lui nella lunga storia del farmaco più famoso al mondo e aprendo le porte a nuovi e più efficaci suoi derivati.

Bibliografia:

• Wick, Jeannette. "Aspirin: a history, a love story." The Consultant Pharmacist® 27.5 (2012): 322-329.
• http://www.lescienze.it/news/2012/04/19/news/aspirina_nuovi_effetti_ampk_protein_chinasi-975546/

Le ragnatele: i materiali del futuro

Le ragnatele sono un vero e proprio capolavoro di ingegneria e di chimica: non solo può allungarsi fino al 40% prima che si spezzi (l'acciaio, ad esempio, arriva all'8%, il nylon al 20%), ma riesce a resistere persino ai venti di un uragano rimanendo intatta.

Non c'è da stupirsi, quindi, se si è guardato ai ragni e alle ragnatele come possibile fonte di nuovi materiali per moltissime applicazioni diverse.

Si è persino tentato di allevare ragni così come si fa per i bachi da seta, ma si è rivelata impresa impossibile, poiché non sono animali sociali e finiscono per divorarsi fra loro. L'approccio successivo, quindi, è stato quello di studiarne la composizione chimica e tentare di riprodurla sinteticamente; non si è rivelata certo una impresa facile, ma qualche successo negli anni si è raggiunto.

Di cosa sono fatte le ragnatele

Sembrerà forse strano, ma la seta prodotta dai ragni è principalmente composta da proteine.

In realtà ne esistono diversi tipi, non solo a seconda della specie di ragno che la produce, ma anche in base alla funzione che essa dovrà adempiere: quindi quella al centro della tela sarà maggiormente elastica e appiccicosa, quella ai lati ha una maggiore resistenza perché funge da ancoraggio per la struttura, un tipo di seta più dura è prodotta per racchiudervi le uova, e così via.

Chimicamente parlando, quindi, la seta di ragno è formata da fibre proteiche, ovvero lunghe catene di amminoacidi disposte nello spazio in modo peculiare, tale da formare appunto fibre. La composizione di queste fibre è stata studiata andando a identificare quali tipi di amminoacidi sono presenti e in quale quantità, scoprendo non solo che essa varia significativamente da specie a specie, ma anche, come dicevo, nella tela prodotta dallo stesso ragno in momenti diversi e per scopi diversi.

Essenzialmente si può dire che ogni fibra è costituita da un 70-75% di una proteina chiamata fibroina, che è il filamento che possiamo considerare un po' lo scheletro della seta; i due filamenti di fibroina sono tenuti insieme e avvolti da sericina che svolge la funzione di rivestimento, ma anche di lubrificante e inoltre promuove il processo biologico di avvolgimento.

Inizialmente il ragno produce una soluzione acquosa molto concentrata in cui sono presenti le due proteine, successivamente grazie a un meccanismo di regolazione del pH e degli ioni metallici presenti nella soluzione, si innesca un processo di gelificazione, in cui le proteine assumono una conformazione detta a foglietto beta, che dà forma alla fibra, e la soluzione diventa man mano più viscosa.

La regolazione del pH è inoltre estremamente importante per la conservazione della seta una volta espulsa, infatti essendo composta da proteine in soluzione acquosa, un basso pH impedisce che il materiale sia attaccato da muffe e funghi. In parole povere, l'ambiente acido fa sì che la ragnatela non marcisca.

La complessità e la grande varietà nella composizione della seta di ragno è ciò che la rende un materiale tanto straordinario, ma è anche il motivo per cui è così difficile riprodurla in laboratorio.

Ragnatele artificiali

Un gruppo di ricerca dell'Università di Cambridge è riuscito a produrre in laboratorio un qualcosa di molto simile alla seta di ragno con proprietà per certi versi anche superiori alla fibra naturale.

Le fibre sono importantissime a livello industriale, basti pensare al ruolo che il nylon ha avuto e continua ad avere nell'economia globale, ma la sintesi di questi polimeri è spesso accompagnata da un grande uso di solventi organici o alla presenza di alte temperature durante il processo. 

Uno dei motivi per cui si è guardato ai ragni per la sintesi di fibre resistenti è quindi anche la capacità di questi animali di produrre polimeri dalle proprietà estremamente utili utilizzando un mezzo acquoso e a temperatura ambiente, cosa che in un momento storico in cui si guarda sempre più a una produzione sostenibile ed eco-compatibile, è di estremo interesse.

http://www.pnas.org/content/114/31/8163/tab-figures-data

Partendo quindi da un materiale chiamato idrogel, composto prevalentemente di acqua (98%) e in minima parte da silice e cellulosa, i ricercatori hanno sintetizzato un bio-polimero che hanno denominato supramolecular polymer–colloidal hydrogel (SPCH). 

Il trucco è stato quello di inserire nanoparticelle di silice all'interno del sistema colloidale, in modo che queste fungessero da assemblatrici per l'intera struttura. Questo ha permesso al SPCH di avere proprietà meccaniche incredibili, come ad esempio una capacità di smorzamento (cioè la capacità di un materiale di essere sottoposto a stress meccanico) che aumenta di più del 60% dopo alcuni cicli di allungamento e restringimento.

Bibliografia:

• Fu, C., Shao, Z. & Vollrath, F. - Animal silks: their structures, properties and artificial production. Chemical Communications, (43): 6515-6529 

Matto come un cappellaio: il Mercurio e Lewis Carroll

Alice aveva sbirciato da sopra la spalla del Leprotto Marzolino con una certa curiosità. 

«Che buffo orologio!» osservò. «Dice qual è il giorno del mese, ma non dice l'ora!»

«Perché dovrebbe?» brontolò il Cappellaio. «Forse che il tuo orologio ti dice in che anno siamo?»

«No, naturalmente» rispose Alice con prontezza; «ma è perché ci sta tanto a lungo dentro lo stesso anno».

«E questo è esattamente il caso del mio orologio» disse il Cappellaio.

Alice era terribilmente perplessa. Non c'era alcun dubbio che il Cappellaio parlasse la sua stessa lingua, eppure quel discorso non aveva per lei alcun senso.

[Le Avventure di Alice nel Paese delle Meraviglie - Lewis Carroll]

Sicuramente il capolavoro di Lewis Carroll ha bisogno di poche presentazioni: fra il film di animazione Disney, il più recente di Tim Burton e svariati altri film per la tv, tutti conosciamo Alice, lo Stregatto, la Regina di Cuori e, naturalmente, il Cappellaio Matto.
Un personaggio che ha sempre lasciato il segno nei cuori dei lettori e degli spettatori, tanto da essere diventato ben più famoso della protagonista Alice e praticamente il simbolo del Paese delle Meraviglie, con la sua tuba altissima, le frasi sconnesse e la mania tutta sua per tè e orologi.
Matto come un cappellaio tra l'altro, è una frase di uso comune e lo era ancora di più nell'ottocento, l'epoca in cui Charles Dodgson, vero nome di Lewis Carroll, scriveva il suo iconico romanzo, questo perché la pazzia era, possiamo dire, una malattia professionale per i cappellai dell'epoca, che soffrivano di moltissimi sintomi psichici e fisici dovuti proprio alle sostanze chimiche usate per fabbricare i cappelli di feltro così di moda in epoca vittoriana.

Il Mercurio: un metallo magico

Prima di tutto c'è da parlare di lui: il Mercurio.

Simbolo Alchemico
del Mercurio

Questo elemento ha sempre esercitato un grande fascino sugli uomini: è un metallo dalla brillantezza simile all'argento, ma è liquido a temperatura ambiente, cosa che non accade per nessun altro metallo pesante.
Fin dall'antichità gli si attribuivano quindi proprietà magiche, si riteneva che allungasse la vita, che curasse le fratture e che conservasse la salute.
Dal nome indù del Mercurio deriva la parola alchimia e in questa pratica a metà fra la scienza e la magia il Mercurio giocava un ruolo fondamentale: rappresentava infatti l'anima (dove invece lo zolfo era lo spirito e il sale la materia) ed era considerato uno degli elementi originari da cui discendevano acqua, fuoco, terra e aria.
Nel Medioevo, inoltre, era associato agli Unicorni, creature mitiche simbolo di purezza.
Oggi sappiamo invece che il Mercurio, il cui simbolo è Hg, fa parte dei metalli di transizione (si trova cioè nella parte centrale della Tavola Periodica), ha numero atomico 80, che è l'unico metallo a essere liquido a temperatura ambiente e che è fortemente tossico, soprattutto sotto forma di metilmercurio [CH3Hg]+.

I cappellai dai capelli arancioni

Fabbricare un cappello nell'ottocento era un lavoro lungo e certosino: prima di tutto si sceglieva la pelliccia di un piccolo animale, spesso si optava per le lepri perché erano di facile reperimento e non costavano molto, dopo di che si passava alla fase detta di carotatura, cioè si immergeva la pelliccia in una soluzione arancione di nitrato di mercurio la quale faceva staccare il pelo dalla pelle, e le donava una particolare resistenza ed impermeabilità. 

Se avete visto il film di Tim Burton Alice in Wonderland sicuramente ricorderete che Johnny Depp, interprete del Cappellaio, ha una bizzarra capigliatura arancione. 

Questo non è del tutto frutto della fantasia del regista, infatti accadeva spesso che i cappellai provassero i cappelli sulle loro teste prima che fossero foderati con raso o seta, perciò il nitrato di mercurio usato per la carotatura veniva a contatto con le loro teste e i loro capelli che, col tempo, a volte assumevano proprio una colorazione arancione.

Avvelenamento da mercurio: la sindrome del cappellaio matto

La pazzia dei cappellai è stata una questione molto studiata fin dalla fine dell'ottocento.

Già nel 1938 apparve chiaro come i colpevoli per i sintomi sperimentati dei cappellai, quali tremori, cambiamenti nel comportamento e riflessi esagerati, fossero causati dall'inalazione dei vapori di Mercurio a cui erano esposti a causa della loro professione.

Il Mercurio elementare veniva assorbito tramite la pelle e i polmoni ed entrava in circolo nel sistema vascolare, da cui riusciva facilmente a raggiungere il cervello. 

Qui si accumulava, causando ingenti danni alle cellule nervose: il Mercurio attacca e disattiva, infatti, dei composti contenenti zolfo all'interno delle cellule, questo provoca a sua volta una disattivazione dei mitocondri, organelli cellulari indispensabili affinché la cellula possa produrre energia e funzionare correttamente; così danneggiata, infine, la cellula cerebrale si distrugge, provocando grandissimi danni al sistema nervoso del povero cappellaio che sperimenta cambiamenti di umore e di personalità, tremori, depressione e molti altri sintomi che identificano l'avvelenamento cronico da Mercurio.

Una sindrome così caratteristica e diffusa da aver ispirato uno dei personaggi più iconici della letteratura, ma che nella realtà ha determinato una quantità incredibile di danni per decenni, fino a che la moda non è cambiata e, soprattutto, la ricerca scientifica non ha fatto luce su un elemento tanto affascinante quanto pericoloso come il Mercurio.

Bibliografia:

• Alice nel paese delle meraviglie di Lewis Carroll, Feltrinelli ed.
• http://www.disegnailcentro.it/antropologia/i-3-principi-alchemici/
• VanPatten, Peg, "The Mad Hatter Mercury Mystery" (2002).Wrack Lines. 24. http://digitalcommons.uconn.edu/wracklines/24
• Neal, P.A., Jones, R.R., 1938. Chronic mercurialism in the hatters’ fur cutting industry. JAMA 110, 337–343.
• Feldman, R.G., 1982. Neurological manifestations of mercury intoxication. Occupational neurology. Acta Neurol. Scand. 66 (Suppl. 92), 201–209.

La chimica del colore: i colori e noi

Bentrovati, lettori, in una nuova, ed è proprio il caso di dirlo, coloratissima rubrica dedicata proprio ai pigmenti, i coloranti e tutti i segreti che la chimica nasconde riguardo i colori.

Non è facilissimo dare una definizione di colore, potremmo dire che esso è la percezione visiva di una radiazione elettromagnetica, ovvero l'interpretazione che il nostro cervello dà a una serie di impulsi elettrici provocati da un'onda elettromagnetica, cioè la luce.

Il fascio di luce che noi vediamo bianco, infatti, è in realtà composto da diverse lunghezze d'onda, ovverosia diversi colori che, uniti insieme, formano ciò che il nostro cervello percepisce come bianco.

Quando la luce colpisce un corpo, esso, a seconda della sua composizione chimica e della sua struttura, assorbirà uno o più lunghezze d'onda, riflettendo le altre che quindi arrivano al nostro occhio, mostrandoci perciò il colore complementare a quello assorbito. L'occhio umano, tuttavia, è sensibile solo a uno specchio limitato di lunghezze d'onda, quello compreso fra il rosso e il violetto, ovvero fra i 400 e i 700 nm, che viene perciò chiamato spettro della luce visibile.

Come vediamo?

Il primo organo che viene in mente quando si parla di visione è certamente l'occhio. Qui, infatti, si trovano i principali responsabili della nostra visione del colore, ovvero i recettori chiamati coni e bastoncelli, che si trovano sulla retina.

Il loro funzionamento è analogo, ma mentre i coni operano in presenza di molta luce, i bastoncelli invece ci assicurano la visione notturna, sono inoltre molto più numerosi (circa 120 milioni rispetto ai poco più di 6 milioni dei coni).

Sulla loro superficie sono presenti delle proteine fotosensibili, le opsine, che colpite dai fotoni, subiscono una trasformazione biochimica (l'isomerizzazione di un legame doppio e la dissociazione dell'11-trans-retinale dalla opsina) che invia un impulso elettrico al cervello tramite il nervo ottico.

Le proteine presenti sui recettori non sono tutte uguali, ma si differenziano in base al colore per cui dimostrano sensibilità. Abbiamo quindi, per quanto riguarda i Coni, tre tipi:

• Coni S: sensibili al blu
• Coni M: sensibili al verde
• Coni L: sensibili al rosso

Anche la distribuzione dei pigmenti sensibili a un certo colore non è uniforme: quella sensibile al rosso, ad esempio, è in numero notevolmente inferiore rispetto a quello sensibile al blu.

Questo fa sì che l'occhio umano non sia sensibile in egual misura a tutte le lunghezze d'onda, infatti la maggior sensibilità si raggiunge a 550 nm, in corrispondenza del colore giallo-verde e decade rapidamente sia verso l'ultravioletto che verso l'infrarosso.

Misurare il colore

Come facciamo, però, a dare una visione scientifica del colore? Ogni persona è diversa dall'altra e non è detto che la percezione sia uguale per tutti, senza contare le patologie come il daltonismo, che alterano gravemente la visione dei colori.

Nel 1800 è nata quindi la colorimetria, una scienza che si occupa proprio di normalizzare la misurazione del colore attraverso dei modelli.

Cerchio cromatico di Goethe

Uno dei primi a occuparsi dei colori scientificamente fu  Johann Wolfgang von Goethe, che fu anche il primo a formulare la teoria secondo cui non è la luce a scaturire dai colori (come aveva ipotizzato Newton) ma il contrario.

Poiché i colori derivano dalla luce, è quindi possibile ottenere, da colori detti primari, altri colori detti secondari.

A questo proposito, si possono avere due approcci: additivo, cioè la mescolanza in proporzione di rosso verde e blu per dare il bianco puro, e sottrattivo, che riguarda i pigmenti ciano giallo e magenta per dare il nero.

Successivamente, soprattutto a fini industriali (ma oggi è diventato importante anche per riconoscere il colore esatto di un quadro o un arazzo nella conservazione dei beni culturali), si è andato via via cercando un metodo definitivo di classificazione dei colori secondo le tre principali caratteristiche cromatiche: 

• tinta, che caratterizza il colore come appartenente alla famiglia dei blu, dei rossi, dei verdi, ecc.;

• luminosità, cioè la sua posizione tra il bianco (chiarezza massima) e il nero (chiarezza minima);

• saturazione, che definisce la purezza di un colore, cioè la sua distanza dal colore grigio di uguale chiarezza

Questo tipo di classificazione venne introdotta all'inizio del 1900 da a Albert Henry Munsell, un pittore americano.

Nonostante abbia molti pregi, questo sistema non permette la mescolanza dei colori, in quanto i complementari non sono in posizione opposta. 

Vengono oggi utilizzati anche sistemi più complessi, che sfruttano le formule matematiche per dare una classificazione quanto più completa possibile dei colori.

Un esempio importante è quello sviluppato dalla CIE (Commissione Internazionale dell'Illuminazione) nel 1931.

Considerando la lunghezza d'onda dominante di ogni colore e la sua saturazione, ottenevano un grafico a campana

Questo grafico però non teneva conto della componente psicologica della percezione cromatica umana, perciò nel 1976 svilupparono un altro sistema di classificazione detto L*a*b.

In questo sistema ogni colore è individuato da tre valori:

• L, cioè la luminanza, espressa in percentuale dove 0 è il bianco e 100 il nero

• a, la gamma di colori che va dal verde al rosso

• b, la gamma di colori che va dal blu al giallo

Questo sistema si basa sulla teoria dello psicologo Ewald Hering secondo cui la visione del colore, nel nostro cervello, è codificata come la risultante di tre processi che si oppongono: bianco/nero, rosso/verde, giallo/blu. Il primo spiega il fatto che i colori possono essere chiari o scuri, mentre il mescolamento delle quattro tinte "uniche" produce tutte le tinte percepite. 

Su questo sistema si sono quindi basati tutti i successivi metodi di identificazione di colori specifici, come la stampa in quadricromia o il pantone.

Perché una sostanza è colorata?

La risposta a questa domanda, a questo punto, non dovrebbe più essere un mistero: una sostanza chimica, un oggetto se vogliamo essere più generali,è colorato perché quando viene colpito dalla luce assorbe determinate lunghezze d'onda (porzioni di luce) e ne riflette altre. 

A livello atomico, questo vuol dire che gli elettroni, che se ne stanno tranquilli a una certa energia che è propria di ogni elettrone di ogni atomo e di ogni molecola, quando sono colpiti dai fotoni della luce, si agitano, o come diciamo noi chimici, si eccitano, saltando a un livello di energia superiore. A seconda delle caratteristiche di ogni molecola, il quantitativo di energia assorbito dalla luce è diverso, quindi le lunghezze d'onda assorbite sono diverse. 

Dopo qualche tempo (ricordiamo comunque che sono tempi incredibilmente piccoli) l'elettrone eccitato dall'incontro con i fotoni, perde quell'energia e ritorna al suo stato precedente, rilasciando quell'energia sotto forma di luce emessa, quella stessa luce che poi arriva ai nostri oggi e ci permette di vedere i colori.

Per approfondire:

• La teoria dei colori  di Johann Wolfgang Goethe, John Murray Editore
• https://munsell.com/