Marco Capponi's Blog

TRISTI ATTUALITA'

Tra gli argomenti di discussione nei quali più frequentemente si incorre in taluni programmi televisivi degli ultimi tempi, spicca la tossicodipendenza.

Quel cantante, quel calciatore, quel rampollo della famiglia perbene… una collezione di eroi negativi occupa gran parte dei palinsesti quotidiani e forse anche per questo, come Groucho Marx, “trovo la televisione molto istruttiva: ogni volta che vedo l’apparecchio acceso me ne vado di là a leggere un libro”.

Ora, non voglio qui fare moralismi ne doppioni di cose scritte o dette milioni di volte.

Non posso approfondire nemmeno l’argomento dal punto di vista chimico, perché da leggi vigenti è vietato proporre metodi per produrre, sintetizzare o raffinare droghe… e questo avendone le competenze specifiche, che non possiedo appieno.

La maggior parte delle sostanze psicotrope appartiene alla grande famiglia degli alcaloidi (lo avevo già raccontato qualche post fa), e l’effetto fisiologico di molti di questi è noto da secoli.

Basti pensare a certi riti religiosi che contemplavano l’assunzione di taluni estratti vegetali: chi ha letto Tex Willer vedrà El Morisco spiegare che qualche sacerdote o sciamano o stregone del villaggio si fumava la Datura Inoxia, pianta che cresce al di là dell’oceano e che nella cara vecchia Europa trova il suo corrispettivo nello Stramonio, di cui scrisse il buon Paoloalbert nel suo blog.

L’effetto inebriante del caffè (effetto a cui pianta e bevanda devono il nome, da un termine arabo e dal corrispettivo turco che significa appunto “bevanda inebriante”) e del the è dovuto alla caffeina, mentre quello del cacao è dovuto alla teobromina.

Queste molecole sono state studiate, come sono state studiate dai chimici anche quelle più utili sul versante farmaceutico, catturando già l’attenzione dei primi chimici (o ultimi alchimisti?).

Il “Trattato delle droghe semplici” di Nicolas Lemery (1645-1715) raccoglie in ordine alfabetico tutte le piante (e gli estratti animali) utili agli speziali di un tempo, specificandone nome, origine, etimologia, impieghi e virtù, corredando il testo con piccole immagini non scevre di una certa ricercatezza. Ecco ad esempio l’immagine del papavero da oppio (opium).

Una vasta gamma di antidolorifici conserva nella sua molecola la struttura di fondo della morfina, il primo alcaloide ad essere stato isolato dall’oppio, che richiama nel suo nome quello di Morfeo, il dio greco dei sogni.

L’effetto fisiologico della morfina è dovuto ad un anello aromatico legato ad un carbonio quaternario il quale a sua volta dista due atomi di carbonio da un gruppo amminico terziario [vedi schema nel riquadro in alto a sinistra].

Simile alla morfina è la codeina, usata come antitussivo; dalla morfina deriva poi l’eroina, il noto stupefacente che tanti danni ha fatto da un secolo a questa parte, ovvero da quando Felix Hoffmann la scoprì (undici giorni dopo aver sintetizzato l’aspirina).

La regola della morfina è infine osservata anche dal metadone, noto farmaco usato per curare talune tossicodipendenze ma divenuto col tempo esso stesso una droga. 

GAS SILVESTRE O ARIA FISSA?

Il 1648, oltre che della pace di Westfalia e del Sal mirabile Glauberi, fu anche l’anno in cui venne data alle stampe l’opera postuma di Jean Baptiste Von Helmont (1577-1644) intitolata Ortus Medicinae.

Al medico e alchimista fiammingo va il merito di aver introdotto nel linguaggio scientifico il termine gas (dall’olandese ghoast, cioè spirito, che nella radice linguistica ricorda un po’ il tedesco geist e l’inglese ghost) e di aver studiato in particolare il gas prodotto dalla combustione del legno, da lui battezzato gas silvestre. Si rese conto che questo gas silvestre ottenuto bruciando legno, si poteva ottenere anche bruciando carbone ed era il medesimo che si sviluppava dalla fermentazione dei mosti, responsabile dell’irrespirabilità dell’aria nelle cantine più profonde.

Le osservazioni fatte gli permisero di affermare che l’aria non era un elemento come ritenevano gli antichi ma un miscuglio di gas, comprendente il suo gas silvestre (che altro non era, come avrete capito, la nostra anidride carbonica).

Il gas sviluppato dalla reazione del marmo o del calcare con un acido fu oggetto della tesi di laurea in medicina di Joseph Black (1728-1799). Correva l’anno 1754.

Egli chiamò questo gas con il nome di aria fissa, perché era riuscito a fissarla sulla calce viva.

Riscaldando il carbonato di calcio a oltre 800°C, si forma un gas (l’aria fissa di Black, che è sempre anidride carbonica) e calce viva (ossido di calcio).

La calce viva può ricombinarsi con il gas che ha emesso per formare nuovamente il carbonato.

A livello commerciale è più utile spegnerla con acqua per formare la cosiddetta calce idrata o calce idraulica, venduta per molteplici scopi.

Anche il gas ottenuto per reazione del calcare o del marmo con un acido si fissava sulla calce viva; e così il gas ottenuto dalla fermentazione dei mosti o dalla combustione del carbone e del legno.

Spirito silvestre o aria fissa, sempre di anidride carbonica si trattava, la stessa prodotta dagli animali nel loro metabolismo e assorbita dalle piante in un ciclo che immutato si ripete da milioni di anni.

Joseph Priestley (1733-1804), rifornendosi di anidride carbonica presso una fabbrica di birra a Leeds (vicino alla quale abitava: ed è lecito pensare che oltre al gas il reverendo si portasse via qualche pinta della buona bevanda) e sperimentando con essa ottenne la prima acqua di seltz, dando inconsapevolmente il via alla moda delle bibite gassate. Sapremmo rinunciare a un bicchiere di coca cola (con la cannuccia, per i toscani) o di sprite? E la gazzosa o l’aranciata dove le mettiamo?

Qualcuno magari preferirebbe un decaffeinato? Eh già… ma cosa c’entra l’anidride carbonica con il decaffeinato? C’entra. Eccome. Una volta la caffeina dal caffè la si estraeva con il diclorometano, e inevitabilmente qualche residuo di solvente poteva rimanere nel caffè che poi sarebbe stato usato per preparare la bevanda: e il diclorometano (chiamato talvolta anche cloruro di metilene) è un sospetto cancerogeno.

Oggi lo si sta progressivamente sostituendo con l’anidride carbonica supercritica, mediante un procedimento di estrazione relativamente poco costoso, che utilizza come solvente una sostanza di facile reperibilità, non tossica, ecologica (non danneggia lo strato di ozono), non esplosiva né infiammabile.

Anzi: l’anidride carbonica è utilizzata anche negli estintori, proprio per il fatto che non è combustibile né comburente. Oltre a soffocare la fiamma, contribuisce a raffreddare la materia urente, visto che esce dall’estintore alla temperatura di – 80°C.

Nel video l’anidride carbonica è prodotta per reazione di carbonato di sodio in soluzione, che dall’imbuto gocciola nel palloncino sottostante, con acido cloridrico (notare la caratteristica effervescenza), e attraverso il tubo laterale gorgoglia nel bicchiere con la candela accesa, la quale spegnendosi ne attesta la presenza.

In laboratorio però non si usa spegnere candele per rilevare l’anidride carbonica, ma farla gorgogliare in una soluzione acquosa incolore di idrossido di bario (oppure idrossido di calcio): un’eventuale intorbidimento, dovuto alla formazione di carbonato insolubile, è indice della presenza di CO₂.

Ah già: questa è la formula bruta che ne descrive la molecola formata da due atomi di ossigeno legati ad un atomo di carbonio, O=C=O . Visto ciò, secondo la nomenclatura ufficiale la nostra anidride carbonica si dovrebbe denominare diossido di carbonio… Evviva la tradizione!

APPUNTI DI CHIMICA "BAROCCA"

Potenza e Gloria caratterizzano per Ernst Gombrich, noto storico dell’arte, il XVII secolo.

Il suo riferimento all’esplosione del Barocco che celebra le gesta dei santi e i dogmi appena chiariti dal concilio tridentino è chiaro: ed è nei paesi cattolici che i nuovi stili, ricchi di ornamenti, di stucchi, di soluzioni volte a lasciare sbigottito e attonito il fedele come il semplice visitatore, trovano modo di affermarsi.

Questo non accadde certo nei paesi protestanti, ove gli edifici sacri conservano ancora lineamenti austeri: senza tabernacolo che indica la presenza reale del Divino nelle specie eucaristiche, senza rappresentazioni pittoriche a raccontare le vite di questo martire piuttosto che di quel confessore della fede, senza statue delle Vergine da portare in processione o presso le quali accendere un cero.

Non che i protestanti non amassero la pittura: Lucas Cranach ha raccontato per immagini le gesta di Lutero, antesignano dei moderni fumettisti nel corredare ogni rappresentazione con opportune didascalie.

Nel 1527, Filippo d’Assia fondò a Marburgo la prima università protestante nella quale qualche anno più tardi verrà istituita la prima cattedra di Chimica .

Era il 1609 e Johannes Hartmann (1568-1631) fu chiamato per la prima volta nella storia a ricoprire il ruolo di professore di Chimica in una università.

Al primo anno erano iscritti sei allievi; nel 1616 erano ventotto, provenienti oltre che dalla Germania, anche da altri paesi europei: Svizzera, Francia, Inghilterra, Danimarca e Polonia.

In Italia la prima cattedra di Chimica risale al 1737 e venne affidata a Jacopo Bartolomeo Beccari, lo scopritore del glutine, che impartì questo insegnamento nell’università di Bologna.

Mentre gli artigiani mediterranei si arrabattavano nelle loro botteghe a preparare stucchi e pigmenti, tritando nei loro mortai polveri, piante essiccate e chissà quali altri prodotti, nella fredda Europa settentrionale gli alchimisti si riscaldavano al calore dei loro forni, spogliandosi a poco a poco di tutti gli aspetti esoterici che ereditavano dai loro colleghi del Rinascimento e che tanto avevano appassionato nei secoli precedenti uomini di cultura e anche principi e regnanti.

Nel 1648, l’anno della Pace di Westfalia, Johann Rudolph Glauber scoprì che distillando il sale comune con l’acido solforico si formava un gas acido, puzzolente e corrosivo (l’acido cloridrico) e rimaneva una polvere bianca (il solfato di sodio) che aveva energiche proprietà purganti, commerciata con il nome di sal mirabile e reclamizzata quale fosse una sorta di panacea.

Nel 1661 Robert Boyle (1627-1691) dava alle stampe “Il chimico scettico”, opera fondamentale nello sviluppo della chimica moderna, concepita come dialogo tra un seguace di Carneade (chi era costui? Si chiedeva Don Abbondio: un filosofo scettico vissuto nella Roma del I secolo a.C.), un aristotelico e un discepolo di Paracelso.

Lo scettico criticava l’idea di elemento portata avanti dagli aristotelici (fermi a aria, acqua, fuoco, terra ed etere) e dai paracelsiani (con mercurio, sale e zolfo), preferendo quella di costituente indivisibile della materia, rintracciabile in essa mediante opportune manipolazioni (analisi).

E’ significativo che qualche anno dopo la sua pubblicazione questo testo venisse citato da John Locke nei suoi “Pensieri sull’educazione” quali testo fondamentale nell’apprendimento delle scienze naturali accanto ai “Principia” di Newton.

Nel 1669 Hennig Brandt scoprì il fosforo: dopo aver trattato notevoli quantità di urina si trovò in mano una sostanza che esposta all’aria bruciava emettendo una luce caratteristica e la ribattezzò phosporus, che in greco significa portatore di luce.

Lo stupore dell’alchimista che si inginocchia scoprendo la nuova sostanza viene reso magnificamente dal noto quadro di Dardy: la luce del preparato raccolto nel fiasco collegato all’apparato di distillazione riempie l’antro ingombro di libri, barattoli e strani strumenti che nella forma e nei materiali di cui sono fatti prefigurano quelli moderni.

Quello scoperto da Brandt e fissato sulla tela da Dardy è il fosforo bianco, velenosissimo; ma il fosforo esiste anche in un'altra forma, meno reattiva, ovvero il fosforo rosso, che si trova in quella striscia incollata sulle scatole dei fiammiferi, contro la quale si sfrega la capocchia per accenderli e dalla quale si può recuperare.

Tra i suoi composti principali c’è quell’acido ortofosforico, H₃PO₄, del quale mi chiesero la formula all’esame di chimica generale.

Importante costituente di proteine e degli acidi nucleici, fondamentale nella crescita delle piante e per questo ingrediente di molti concimi, si trova nelle ossa sotto forma di fosfato di calcio e in forma pura viene aggiunto alle bevande gasate come acidificante e antiossidante: ecco spiegato perché la Coca Cola arrossa molto la cartina tornasole!

FISICA DEI SUPEREROI

Nel numero di Agosto 2009 del mensile Le Scienze era allegato a richiesta il libro “La fisica dei supereroi”, scritto da James Kakalios, tradotto in italiano da Lorenzo Lilli e pubblicato da Einaudi.

Partendo dai superpoteri degli eroi dei fumetti, uno scienziato americano si cimenta nello spiegare al grande pubblico le leggi fisiche, dalla statica alla termodinamica, dall’elettromagnetismo fino alla meccanica quantistica.

La straordinarietà delle gesta di Superman o di Spiderman non costituisce una violazione delle leggi fisiche, ma il pretesto per spiegare la gravitazione universale o il principio di indeterminazione di Heisenberg piuttosto che il teorema di Carnot o la legge di Stevino.

Che dietro alle gesta di X-Men o di Flash si celino principi, postulati e teoremi poco importa: per me il vero supereroe è colui che riesce a passare i due esami di Fisica Generale, impresa che sfida veramente ogni legge fisica…

Ma che fine ha fatto l’Uomo ragno? Non l’hanno ucciso, come cantavano gli 883 qualche anno fa: l’hanno semplicemente arrestato…

TERMODINAMICA DELL'INFERNO

Non posso esimermi dal pubblicare un aneddoto che gira nel web a proposito di un professore di chimica fisica che avrebbe posto ai suoi studenti il seguente quesito: "L'inferno è esotermico o endotermico? Sostenete la risposta con opportune prove".

Uno studente ha scritto quanto segue.

Innanzitutto, dobbiamo sapere come cambia nel tempo la massa dell’inferno. E quindi abbiamo bisogno di stabilire i tassi di entrata e uscita dall’inferno delle anime.

Credo che possiamo tranquillamente assumere che, quando un’anima entra all’inferno, non e’ destinata a uscirne.
Quindi, nessun’anima esce.
Per quanto riguarda il numero di anime che fanno il loro ingresso all’inferno, prendiamo in considerazione le diverse religioni attualmente esistenti al mondo.

Un numero significativo di esse sostiene che se non sei un membro di quella stessa religione andrai all’inferno.

Siccome di queste religioni ce n’è piu’ di una, e abbracciano una sola fede per volta, possiamo dedurne che tutte le persone e tutte le anime finiscono all’inferno.

Dunque, stanti gli attuali tassi di natalita’ e mortalita’ della popolazione mondiale, possiamo attenderci una crescita esponenziale del numero di anime presenti all’inferno.

Ora rivolgiamo l’attenzione al tasso di espansione dell’inferno, poichè la legge di Boyle afferma che, per mantenere stabile la temperatura e la pressione dentro l’inferno, il volume dello stesso deve crescere proporzionalmente all’ingresso delle anime.

Questo ci da’ due possibilita’:
1) se l’inferno si espande a una velocita’ minore di quella dell’ingresso delle anime, allora temperature e pressione dell’inferno saranno destinate a crescere, fino a farlo esplodere;
2) naturalmente, se l’inferno si espande piu’ velocemente del tasso d’ingresso delle anime, allora temperatura e pressione scenderanno fino a quando l’inferno non si congelerà.
Dunque, quale delle due e’ l’ipotesi corretta?

Se accettiamo il postulato comunicatomi dalla signorina Teresa Baghini durante il mio primo anno all’università, secondo il quale “fara’ molto freddo all’inferno prima che io te la dia”, e considerando che ancora non ho avuto successo nel tentativo di avere una relazione sessuale con lei, allora l’ipotesi 2 non può essere vera.

Quindi l’inferno e’ esotermico.