Acido solforico

Se vi capitasse di naufragare su un'isola deserta, vi verrebbe mai in mente di darvi da fare per avere dell'acido solforico? Eppure Jules Verne, in "L'isola misteriosa", descrive minutamente come verrà prodotto dai suoi cinque naufraghi (più il cane), guidati dal magnifico ingegnere Cyrus Smith. Nell'isola misteriosa c'è di tutto, animali, vegetali, materie prime, perfino troppo; lo scopo del lavoro che state per leggere è rendere abitabile una grande caverna vicina a un lago. Jules Verne, per L'isola misteriosa, deve aver letto una gran quantità di libri di chimica e di manuali per ingegneri; queste pagine ne sono solo una piccola parte, nella prima metà quasi tutto il libro è così. Un suggerimento per gli insegnanti di chimica è proporre questo testo come compito in classe, o come spunto per una tesina. Anche solo limitandosi a trascrivere le reazioni chimiche qui accennate, c'è da lavorare parecchio.

Si rendeva pertanto indispensabile fabbricare una sostanza esplosiva che potesse spaccare una larga breccia in un altro punto della riva granitica del lago. Ecco quello che si proponeva Cyrus valendosi dei minerali che abbondavano nell'isola. (...) Nab e Pencroff furono incaricati di estrarre il grasso dalla carne del dugongo, e di e di conservarne la carne, destinata all'alimentazione della colonia; e i due si avviarono senza indugio verso il lago. Qualche minuto dopo, Cyrus, Spilett e Harbert, tirandosi dietro il graticcio, risalivano il fiume e si dirigevano verso il giacimento di carbone dove Cyrus aveva visto in abbondanza le piriti schistose delle quali aveva trovato, durante la prima esplorazione, alcuni esemplari. Per tutto quel giorno si cercarono piriti che furono caricate sul graticcio e trasportate, in numerosi viaggi, alla Camminata. Quando venne la notte, ve n'erano adunate alla grotta alcune tonnellate. L'indomani, 8 maggio, l'ingegnere cominciò le sue manipolazioni.

Quelle piriti schistose erano composte principalmente di carbone, di silicio, d'alluminio e, in abbondanza, di solfuro di ferro; bisognava isolare quest'ultimo e trasformarlo in solfato il più rapidamente possibile; dal solfato, si sarebbe estratto l'acido solforico. Era lo scopo da raggiungere, perché l'acido solforico è uno degli elementi più utilizzati e l'importanza industriale di una nazione può misurarsi dal consumo che fa di acido solforico. Questo acido doveva poi essere più tardi di una grandissima utilità ai coloni per fabbricare delle candele, per conciare le pelli, e così via, ma in quel momento un altro era lo scopo che si prefiggeva Cyrus. Egli scelse, dietro la Camminata, un luogo dove il terreno fosse accuratamente eguale e liscio; su quel suolo collocò un mucchio di legna tagliata, e sopra dei pezzi di pirite schistosa appoggiati gli uni contro gli altri; sopra vi stese uno strato di altre piriti, ma frantumate e ridotte non più grosse di una noce. Ciò fatto, pose fuoco sul rogo e presto le fiamme raggiunsero le piriti che si incendiarono subito essendo composte anche di carbone e di zolfo. A questo punto, altri strati di grosse piriti furono collocate sul rogo così da formare un grosso mucchio, chiuso tutto all'intorno da terriccio, con qualche spiraglio qua e là per lasciarvi circolare l'aria. Perché la trasformazione dal solfuro di ferro in solfato di ferro e d'alluminio in solfato di alluminio fosse condotta a termine, non ci vollero meno di dieci giorni. Nel frattempo Cyrus faceva compiere altre operazioni.

Nab e Pencroff avevano tolto tutto il grasso dalla carne del dugongo, che era stato raccolto in alcune grandi anfore di terra. Si trattava di isolarne uno degli elementi costitutivi, la glicerina, saponificandola. Per ottenere questo, bastava trattarla con la soda o la calce: e difatti l'una o l'altra di queste sostanze, dopo aver attaccato il grasso, formerebbero un sapone isolando la glicerina: ed era proprio questa glicerina che l'ingegnere voleva utilizzare. La calce non gli mancava, come s'è visto; ma usando la calce, non si sarebbe avuto che del sapone calcare, insolubile, e perciò inutile; mentre usando la soda si sarebbe ottenuto del sapone solubile che poteva essere usato dai coloni per la pulizia. Da uomo pratico qual era, Cyrus doveva allora cercare di avere della soda. Era difficile?

No; perché sulla costa abbondavano quelle piante marine che producevano fuchi e grasso vegetale. Se ne raccolsero in grande quantità, si fecero seccare e quindi bruciare in fosse, all'aria. Per parecchi giorni durò questo rogo, e le fiamme vennero continuamente alimentate così che perfino le ceneri ottenute si fondevano e si otteneva una massa compatta, grigiastra, conosciuta sotto il nome di soda naturale. Con questa soda, fu trattato il grasso di dugongo, e l'ingegnere ottenne da una parte il sapone solubile dall'altra quella sostanza neutra chiamata glicerina.

Ma non bastava ancora: occorreva, per il fine che si proponeva Cyrus, un'altra sostanza, l'azotato di potassa, più conosciuto sotto il nome di salnitro. Si sarebbe potuto ottenere trattando il carbonato di potassa, che si estrae dalle ceneri dei vegetali, con l‘acido nitrico; ma l'acido nitrico mancava; ed era proprio quest‘acido che Cyrus voleva ottenere. Era, insomma, una specie di circolo vizioso; e Cyrus non sarebbe riuscito a cavarsela, se la natura non gli fosse venuta in soccorso fornendogli quel salnitro senz'altra difficoltà se non quella del raccoglierlo. Harbert infatti ne scoprì un intero giacimento ai piedi del monte Franklin, nella parte settentrionale dell‘isola, e non ci fu che da purificare questo sale. Tutte queste operazioni durarono otto giorni, ed erano finite prima che fosse condotta a termine la trasformazione del solfuro in solfato di ferro. Nei giorni che seguirono i coloni fabbricarono delle pentole refrattarie in argilla plastica e un forno di mattoni disposti in modo speciale perché servisse alla distillazione del solfato di ferro. Tutto questo fu terminato verso il 18 maggio (...)

Quando il mucchio di piriti fu interamente ridotto dal fuoco, il risultato di quell'operazione, consistente in solfato di ferro, solfato di alluminio, silicio e residuati di carbone e cenere, venne depositato in un grande bacile d'acqua. Si mescolò a lungo quel miscuglio, si lasciò depositare, e si ottenne un liquido chiaro, contenente disciolti i due solfati, poiché le altre materie, insolubili, erano rimaste allo stato solido. Poi, il liquido così ottenuto essendosi vaporizzato in parte, i cristalli di solfuro di ferro vennero a depositarsi sul fondo. Cyrus venne così in possesso di una forte quantità di questi cristalli di solfato di ferro dai quali si doveva adesso estrarre l'acido solforico.

Senza ricorrere a difficili e complicate operazioni, l'ingegnere pensò di calcinare dentro un vaso chiuso quei cristalli così che l'acido solforico si distillasse in vapori che, per condensazione, avrebbero poi prodotto l'acido richiesto. A far questo servirono le pentole refrattarie che erano state fabbricate, e il forno il cui calore doveva distillare l'acido solforico in parola. (...)

Ma per quale motivo egli desiderava avere l'acido solforico senza indugio? Semplicemente per estrarre l'acido nitrico, e questo gli riuscì facile perché l'acido solforico, attaccato dal salnitro, gli diede per distillazione quello azotico. Quello però che i suoi compagni ignoravano era perché mai volesse avere dell'acido azotico. (...) 

Cyrus saponificò, con la la calce, il grasso e ne ottenne una specie di sapone calcareo che l'acido solforico subito decompose nei suoi acidi fondamentali, facendo precipitare la calce allo stato di solfato. Dei tre acidi risultanti quello oleico, essendo liquido, venne agevolmente cacciato dalla miscela; gli altri due, e cioè l'acido margarico e quello stearico, formavano proprio quella sostanza che doveva servire a fare le candele. L'operazione non duro più di ventiquattro ore. Gli stoppini furono fatti con delle libre vegetali sottilissime, e poco dopo le candele erano pronte. Naturalmente, non erano né candide né perfettamente lisce: erano state confezionate a mano; ma servivano perfettamente allo scopo.
Jules Verne, L'isola misteriosa, parte prima capitolo XX;  traduttore non indicato, ed. Crescere 2018
 

(la mappa dell'isola misteriosa viene da wikipedia, il cartello segnaletico da un catalogo per le industrie chimiche)

Titanio

 

In cucina c’era un uomo molto alto, vestito in un modo che Maria non aveva mai visto prima. Aveva in testa una barchetta fatta con un giornale, fumava la pipa e dipingeva l’armadio di bianco. Era incomprensibile come tutto quel bianco potesse stare in una scatoletta così piccola, e Maria moriva dal desiderio di andare a guardarci dentro. (...) quando l’armadio fu bianco, raccolse la scatola e molti giornali che erano per terra e portò tutto accanto alla credenza e cominciò a dipingere anche quella. L'armadio era così lucido, pulito e bianco che era quasi indispensabile toccarlo. Maria si avvicinò all’armadio, ma l’uomo se ne accorse e disse: - Non toccare. Non devi toccare -.

Maria si arrestò interdetta, e chiese: - Perché? - al che l’uomo rispose: - Perché non bisogna -. Maria ci pensò sopra, poi chiese ancora: - Perché è così bianco? - Anche l’uomo pensò un poco, come se la domanda gli sembrasse difficile, e poi disse con voce profonda: - Perché è titanio.

Maria si sentì percorrere da un delizioso brivido di paura, come quando nelle fiabe arriva l’orco; guardò con attenzione, e constatò che l’uomo non aveva coltelli, né in mano né intorno a sé: poteva però averne uno nascosto. Allora domanda - Mi tagli che cosa? - e a questo punto avrebbe dovuto rispondere «Ti taglio la lingua». Invece disse soltanto: - Non "ti taglio": titanio.  (...)

(Primo Levi, da "Il sistema periodico", il racconto intitolato "Titanio")

Il Titanio, elemento chimico con numero atomico 22, è molto presente intorno a noi, nei telai delle biciclette, nelle vernici, e perfino nelle pastiglie delle medicine (ma non come farmaco); è presente anche negli oli che si usano come filtri solari, per non scottarsi quando ci si abbronza. Lo abbiamo insomma sempre intorno a noi, ma è difficile rendersene conto. Non è come per il ferro, per il rame, per il piombo o per l'oro e l'argento, che siamo abituati a toccare e che impariamo a conoscere fin da bambini. Anche il nome, "titanio", sembra tratto da un film di fantascienza ed è facile confonderlo con il pianeta quasi omonimo. Scoperto nel 1791, il titanio venne isolato per la prima volta nel 1910 e ha avuto un uso industriale solo a partire dal 1946, cioè da pochissimo tempo. Sulla Terra esiste in grande quantità, ma non è mai allo stato puro ed estrarlo dalle rocce in cui è imprigionato richiede molta pazienza. Resiste alla corrosione, non è tossico, è l'ideale per rendere più resistente e più leggero l'acciaio. 

Quanto al colore bianco, Primo Levi (un chimico che dirigeva una fabbrica di vernici), lo spiega bene in una nota a questo racconto: "Il biossido di titanio è il più importante dei pigmenti bianchi impiegati nella fabbricazione delle vernici." Quando vediamo del bianco intorno a noi, ma proprio bianco bianco, è più che probabile che si tratti di una vernice a base di ossido di titanio, che è bianchissimo.  L'ossido di titanio, per intenderci, è un po' come la ruggine per il ferro (che, per essere precisi, in realtà è un idrossido), con la differenza fondamentale che non si sfalda ma anzi rende più resistenti i materiali con cui viene ricoperto.

Il titanio, per me, è anche parte consistente delle lenti per gli occhiali: vent'anni fa mi sono fatto operare per la miopia ma mi ricordo ancora che, per rendere più sottili le mie lenti da miope, molto spesse (dieci diottrie per occhio, le ho portate per più di trent'anni fin da quand'ero bambino) dovevo comperare le lenti al titanio. Per questo, soprattutto, sono ancora molto affezionato al titanio; o, quanto meno, è il primo pensiero che mi sorge quando penso al titanio. Dopo il colore bianco, s'intende: anche questa scrivania, e l'armadio qui di fronte, bianchissimi, me lo ricordano di continuo.

 

(le immagini: la copertina di un lp dei Kraftwerk, e un fotogramma da The day the earth stood still", che in Italia è conosciuto come "Ultimatum alla Terra")

 

Terpeni

Un'esperienza molto comune è quella di sbucciare un mandarino, o un'arancia, e di ritrovarsi sulla pelle il liquido profumato, e anche un po' unto, contenuto nella buccia: le mamme invitano sempre, da piccoli, a non pulirsi sul tovagliolo perché macchia di giallo e poi si fa fatica a lavarlo via. Si tratta di un olio essenziale, composto da una sostanza che per i chimici si chiama terpene. In profumeria, un terpene molto usato si estrae dal bergamotto: un altro agrume, che richiede una pazienza enorme per estrarre l'olio essenziale (quanto olio ci può essere nella buccia di un agrume? pochissimo...) e che si può anche mangiare ma non a tutti piace perché ha un sapore forte.

La voce "terpeni" sulla Garzantina della Chimica comincia così:

TERPENI: vasto ed eterogeneo gruppo di composti organici molto diffusi in natura, soprattutto quali componenti di resine ed oli essenziali estratti da un gran numero di piante. Il loro nome deriva dal tedesco "terpentinöl", essenza di trementina, il più comune prodotto contenente terpeni, ricavato dalle resina di varie conifere. (...)

Andando avanti a leggere (la voce intera occupa due pagine fitte) si scopre che i terpeni possono anche essere di origine animale, e non solo vegetale; che possono essere sia liquidi che solidi (cerosi) ma comunque volatili. Alla loro facile evaporazione (volatilità) è dovuto l'uso nell'industria profumiera, dato che si tratta quasi sempre di odori gradevoli. I terpeni trovano impiego non solo in profumeria ma anche in farmaceutica, nelle vernici, nelle materie plastiche, come solventi e come intermedi nell'industria chimica. Vengono suddivisi in monoterpeni (trementina, canfora, mentolo, eccetera: le molecole più semplici), sesquiterpeni (olii essenziali di conifere e rutacee), diterpeni (caroteni, vitamina A), triterpeni (resine e cere naturali, della frutta o dell'incenso), politerpeni (gomme naturali, caucciù e guttaperca). Da un punto di vista teorico, alla base dei terpeni c'è un gruppo di atomi chiamato "isoprene", utile soprattutto per la classificazione delle diverse molecole. Metto qui intorno qualche formula, sempre dalla Garzantina della Chimica, per chi volesse approfondire.

Io ho incontrato i terpeni come intermedi nell'industria tessile, in tessitura soprattutto, dove possono essere come lubrificanti o come antistatici, o come intermedio per altri prodotti. Possono essere di sintesi, ma mantengono le caratteristiche che avete trovato sbucciando i mandarini e le arance: un olio leggerissimo e untuoso, che tinge leggermente di giallo la pelle e il tovagliolo. E' un bel prodotto, profumato, un olio leggerissimo che definirei etereo se non fosse per il fatto che in chimica la parola "etere" ha altri significati. Ho conosciuto di persona il terpene di limone e quello di arancia, e dalla tabella qui sopra apprendo che esiste anche quello di geranio (geraniolo), di menta (mentolo) e chissà quant'altro ancora. Vien voglia di iniziare una collezione di terpeni, insomma: ed è probabile che qualcuno lo abbia già fatto, magari tra i profumieri.

 

(la foto in alto è mia; le altre immagini vengono dalla "Garzantina della Chimica")

 

Endotermico, esotermico

Un congegno per rinfrescare ciò che si beve e che ci si è portati dietro nello zaino: è quanto appare nel racconto di metà Ottocento (1848) di Adalbert Stifter. Il racconto si intitola "Kalkstein" ("Pietra calcarea", nell'edizione Sellerio), ed è una storia di vita quotidiana venata di malinconia che non ha niente a che vedere con Verne e con i libri di avventure. Incuriosito, prendo nota di ciò che dice il narratore, un ingegnere (o, meglio, un agrimensore) mandato in un remoto paese di montagna per studiare il luogo e fare rilievi in vista di futuri lavori. Questa è la descrizione precisa:

«Appesa a una cinghia di cuoio portavo di solito a tracolla una cassetta in cui c'erano gli attrezzi per disegnare, i disegni e parte degli strumenti per le misurazioni. A lato della cassetta era fissata una borsa in cui si trovavano i miei cibi freddi, il vino, il mio bicchiere e il congegno per rinfrescare il vino.» (Adalbert Stifter, "Pietra calcarea", pag.24 ed.Sellerio, traduzione di Paola Colombo)

Il cibo è costituito da prosciutto, arrosto freddo e formaggio, oltre al pane; completano l'equipaggiamento dei piattini di latta sottile, coltello e forchetta. Il narratore spiega che l'acqua si trova con facilità nelle sorgenti, e quindi non ha bisogno di essere rinfrescata; e qualche riga più in là completa l'informazione: « ...e poi gli feci vedere come raffreddavo il vino. Il bicchiere doveva venire messo in una scatola di materiale poroso e il materiale venir inumidito con un liquido molto fluido di nome etere che portavo sempre con me in una bottiglietta: è questo un liquido che evaporando con efficacia repentina provoca un raffreddamento che rende il vino più fresco che appena uscito dalla cantina, anzi, più che se fosse rimasto in ghiaccio. Siccome così facendo avevo raffreddato due bicchieri di vino mischiato ad acqua e ne avevo posato uno al suo posto, lo invitai a mangiare con me. » (Adalbert Stifter, "Pietra calcarea" pag.29 ed.Sellerio, traduzione di Paola Colombo)

Visto da oggi non è un certo sistema ecologico; e l'etere era sicuramente infiammabile, quindi era necessaria molta attenzione. Etere è una definizione poco precisa, esistono molti eteri volatili; se si tratta di etere etilico, era un composto usato comunemente negli ospedali per disinfettare fino a qualche anno fa, il tipico "odore di ospedale" per chi c'era e se lo ricorda. Lo stesso effetto, raffreddare mediante evaporazione rapida, si otterrebbe con altre sostanze volatili, ma direi che è il caso di sorvolare e sconsiglio il sistema a chiunque, soprattutto perché oggi abbiamo materiali più maneggiabili e più efficaci. Però la descrizione mi ha riportato a esperienze personali, che trascrivo nel modo più semplice possibile a partire da un vecchio ricordo di scuola: avendo notato che diverse sostanze provocano calore o raffreddamento quando vengono sciolte in acqua, un mio compagno di classe aveva chiesto la spiegazione al professore, che aveva risposto così: "E' pur sempre una reazione chimica". Non si tratta di una reazione che porti a una nuova sostanza, come per gli acidi e le basi che danno un sale, ma c'è comunque un'interazione tra ciò che si scioglie e ciò che lo scioglie, tra il soluto e il solvente per usare le parole giuste. Per esempio, il comune bicarbonato di sodio ha un leggero effetto rinfrescante sull'acqua in cui viene sciolto; ma è poca cosa. Alcune reazioni chimiche, si sa, sono così rapide e potenti da provocare esplosioni; ma qui si aprirebbe un altro discorso, e gli esplosivi non sono mai stati il mio forte. Inoltre, un conto è portarsi dietro una bottiglietta di etere in un paese di montagna, un altro conto è farlo quando siamo sopra i 30°C: il rischio è che la bottiglietta ci scoppi durante il viaggio.

Due esempi spettacolari che ho trovato in laboratorio, preparando i reagenti per le analisi, riguardano invece l'acido citrico e la soda caustica. L'acido citrico, presente in natura nel succo di limone, è molto usato nell'industria alimentare e anche nella cosmetica; viene venduto comunemente in polvere, simile allo zucchero nell'aspetto (ma non nel sapore). Se viene sciolto in quantità uno a uno con acqua, cioè 50 grammi di acqua e 50 di acido citrico, la temperatura della soluzione si abbassa di colpo e arriva molto vicina allo zero Celsius. Ho preparato diverse volte anche la soluzione "normale" di soda caustica, partendo sempre dal solido - in questo caso, delle perline di bell'aspetto ma che è bene maneggiare con cura, la soda caustica non ha quel nome per caso ma proprio perché provoca ustioni. Per ottenere la soluzione normale della NaOH (soda caustica, sodio idrossido: "normale" è un termine chimico, in questo caso) bisogna sciogliere 40 grammi di soda e portarli a un litro di acqua: questa semplice operazione porta vicinissimi all'ebollizione, e quindi è necessario far raffreddare prima di portare al volume di un litro. Dietro tutto questo c'è il concetto di reazione esotermica e di reazione endotermica: ma qui le spiegazioni diventano troppo complesse, servirebbe un corso completo di chimica e per oggi preferisco fermarmi qui.

Trielina

La trielina che avete in casa, quella che si usa per smacchiare i tessuti, quasi sicuramente non è trielina. Non è una truffa: la trielina, quella vera (tricloroetilene) è infatti tossica e cancerogena ed è vietata da molto tempo; si usa solo nell'industria, con le precauzioni necessarie. Quindi, se avete in casa una bottiglietta di trielina dimenticata in un angolo potrebbe essere davvero trielina, ma se l'avete comperata di recente potreste dare un'occhiata all'etichetta (leggere bene le etichette è sempre un'ottima cosa). Sulla bottiglietta che ho in casa c'è scritto per esempio, oltre al nome commerciale del prodotto, "Smacchiatore, ottimo sostituto della Trielina" con il nome "trielina" ben evidenziato altrimenti la gente magari andrebbe a cercare qualcos'altro. Continuando a leggere l'etichetta infatti scopriamo il nome della sostanza contenuta: è esano, parente stretto delle benzine e del gas delle bombole per la cucina e degli accendini. L'esano smacchia come la trielina ed è un tantino meno tossico, anche se è sempre meglio starci attenti: è altamente infiammabile, per esempio. Però nella bottiglietta potrebbe anche esserci del percloroetilene, che alla trielina somiglia molto, o qualche altro solvente che io non sono riuscito a trovare in negozio; se sull'etichetta trovate scritte cose del tipo "C6 alcano", si tratta sempre di esano. Questi solventi sono usati nell'industria, o nelle analisi di laboratorio, perché sciolgono i grassi (che poi si possono separare) ed evaporano facilmente; per esempio l'esano è utilizzato per estrarre olio dai semi di molti vegetali. L'esano evapora rapidamente e completamente, viene raccolto e riciclato, e non ne rimane traccia nell'olio di semi. Ecco spiegato perché si usano come smacchiatori, l'unto (il grasso, l'olio) viene sciolto e tolto dal tessuto. Il risultato può essere raggiunto anche con acqua e sapone, o con un detersivo; la scelta dipende dalla delicatezza del tessuto. Ovviamente, però, la trielina non toglie le macchie di colore o di vernice; e, soprattutto, questi solventi (esano compreso) vanno usati con tutte le precauzioni possibili: con le finestre aperte, innanzitutto.

La trielina fa parte dei cosiddetti "solventi clorurati", così come il cloroformio e il percloroetilene, per citare due nomi famosi o abbastanza famosi anche per chi non ha studiato chimica. Ci sarebbe anche il cloruro di metilene, per esempio, ma non mi sembra che lo si usi al di fuori dei laboratori o dell'industria chimica. Solventi significa che sono in grado di sciogliere qualcosa, nel nostro caso i grassi (l'unto di cucina è un grasso) e clorurati significa che contengono cloro nella loro molecola. Di per sè, il fatto che una molecola contenga cloro non è sinonimo di tossicità o di pericolo: il sale da cucina, per esempio, è Cloruro di Sodio e non crea problemi a meno che non se ne usi a cucchiaiate (va usato "cum grano salis", se mi si permette la battuta). Diverso è il discorso per i solventi clorurati, ma spiegare perché porterebbe via molto tempo; qui basterà dire che dipende dalla composizione complessiva della molecola e dalla sua relazione con il nostro organismo, oltre che dalla dose e dal periodo di esposizione. I più esposti al rischio sono quelli che lavorano a stretto contatto quotidiano con una sostanza: per esempio chi lavora nei negozi dove si lavano e smacchiano i tessuti. Il percloroetilene è sempre tossico, ma un po' meno della trielina.

L'esano è uno degli idrocarburi più semplici; a scuola è una delle prime molecole di chimica organica tra quelle che vengono studiate.  Idrocarburi significa che contengono idrogeno (idro-) e carbonio ("carburo" significa che non c'è ossigeno nella molecola). La molecola più semplice in assoluto, nella chimica organica, è il metano; segue l'etano, poi il propano e il butano. Propano e butano sono il contenuto delle bombole per il gas domestico o per gli accendini. Dopo il butano c'è il pentano, dove "penta" indica il numero degli atomi di carbonio della molecola (siamo arrivati a cinque, il metano ne ha uno solo) e poi si arriva all'esano, che a temperatura ambiente (o meglio, a 20°C) è un liquido. Poi viene l'eptano, il famoso ottano (famoso tra i meccanici d'auto per il "numero di ottano" delle benzine), e così via. L'esano, insomma, si può definire come una benzina molto leggera: non è una definizione precisa ma può aiutare a capire.

Dal mio punto di vista personale, tornando ai solventi clorurati, ho avuto molto a che fare con il cloroformio. Il cloroformio si usa nelle analisi per i comuni detergenti, lo shampoo o il detersivo per lavatrice. Si usa, o meglio si usava perché ovviamente è anch'esso tossico; ma dove ho lavorato io per quindici anni era comunemente sul bancone dove lavoravo, e dato che non c'erano cappe e non c'era nemmeno un impianto di condizionamento d'aria (d'estate quindi i 30°C erano la norma) ne ho respirato parecchio. Non a litri, ma in piccole quantità e con costanza, ogni giorno. Fino a oggi mi è andata bene, insomma, sono passati un po' di anni e non ho subìto conseguenze, ma comunque mi capita di pensarci. Questa, però, è un'altra storia e ne scriverò altrove, magari nelle Cronache di fabbrica.

(l'illustrazione è di Gloria Stoll, datata 1945)

Kerosene

Da bambino avevo visto in tv un film che mi aveva spaventato: "La cosa" (The thing, 1951, prodotto da Howard Hawks, regia di Christian Nyby) dove il mostro venuto dallo spazio, quasi immortale e autorigenerante perché in parte o in tutto vegetale, veniva alla fine distrutto con il kerosene, cioè incendiandolo. Era il mostro a farmi spavento, s'intende, non il kerosene perché sapevo che cos'era, più o meno, o comunque me lo avevano spiegato subito: come la benzina o il gasolio, insomma. Sta di fatto che quella parola strana, "kerosene" da allora è per me associata a quel film; molti anni dopo, studiando chimica, avrei scoperto che si trattava uno dei tanti derivati dalla distillazione del petrolio: nafta, gasolio, kerosene, benzina, eccetera.

Ho ritrovato il kerosene di recente, in modo inatteso, guardando un altro film degli anni '50, stavolta a colori e in formato panoramico: "L'ultima carovana" (The last wagon, 1956, regia di Delmer Daves). Nel finale, Richard Widmark respinge gli apache (300 apache contro quindici "dei nostri" male armati) incendiando appunto un barile di kerosene e scatenando un'esplosione con fiamme altissime e nere. Che cosa ci fa il kerosene in un film western, ambientato nel 1873? La cosa mi sembrava strana, anche perché sul barile c'era scritto soltanto olio lampante (la scritta "cherosene" è una didascalia della versione italiana). Probabilmente era un mio vuoto di memoria, o forse non l'avevo davvero mai saputo, ma è bastata una ricerca veloce per scoprire che il kerosene era già in uso in quegli anni, soppiantando l'olio di balena che era appunto usato per l'illuminazione, cioè per le lampade ad olio. Per questo motivo, probabilmente, il kerosene era presente nell'ultimo carro disponibile di quella carovana.

Il kerosene fu brevettato nel 1846 da un chimico canadese, che lo distillò dal carbone; dieci anni dopo, 1856, un chimico polacco riuscì ad ottenerlo dal petrolio in abbondanza e con un metodo più economico che lo rese molto popolare in breve tempo. L'uso del kerosene come olio lampante nelle case durò per qualche decennio, fino all'avvento della luce elettrica e all'invenzione delle lampadine; continuò ad essere usato nelle case per le stufe a kerosene e come carburante per l'aviazione, dove lo si usa ancora oggi. Ovviamente, è un carburante che inquina molto: le fiamme nerissime del film con Richard Widmark parlano molto chiaro, e ogni volta che un aereo passa sulle nostre teste bisognerebbe imparare a farci caso, visti problemi con i motori diesel (a gasolio) sulle nostre strade.

 

La Garzantina della Chimica (che usa la grafia italiana, "cherosene"), lo definisce così: « frazione petrolifera con intervallo di ebollizione compreso fra 175 e 275°C contenente mediamente l'84% di carbonio e il 16% di idrogeno , con potere calorifico di undicimila chilocalorie per grammo. Trova impiego come combustibile e come carburante per motori a reazione.» Una miscela di idrocarburi, insomma: come la benzina, ma con un punto di ebollizione più basso. Per intenderci, la nafta (più densa) bolle fra i 60 e i 100°C; il gasolio fra 200 e 350°C. Per la benzina il discorso è un po' più ampio, perché esistono diversi tipi di benzine: si va dai 50-120°C della benzina leggera ai 120-160°C della "normale", arrivando ai 140-200 delle benzine usate per le vernici sotto il nome di acqua ragia (quelle che un tempo venivano estratte dalle conifere). La definizione di "normale" per la benzina in questo caso non va confusa con quella che era in commercio fino a vent'anni fa: in quel caso la differenza fra "normale" e "super" era data da un componente aggiunto per migliorare le prestazioni del motore (per aumentare il "numero di ottano": una volta lo si studiava anche per risolvere i quiz per la patente, oggi non so).

Sono tutti derivati dal petrolio, che viene distillato con gli stessi principi con cui si distilla l'alcool per i liquori ma ovviamente con impianti molto più grandi e complessi. Per i liquori si cerca un solo componente, l'alcool etilico (scartando il primo liquido che esce, che contiene il velenoso metanolo) e quindi basta un solo alambicco per separare vinacce, acqua e alcool; le benzine vengono invece distillate nelle grandi "colonne a piatti" che si vedono in tutte le immagini di raffinerie petrolifere. Ne riporto qui un'immagine, presa dal mio vecchio libro di chimica industriale (metà anni '70, ma rende bene l'idea).

 

« Le colonne a piatti sono strutture cilindriche alte parecchi metri, nel cui corpo si realizzano un gran numero di evaporazioni e condensazioni (...) Lo strato di liquido stanziante su ciascun piatto varia di composizione a seconda del livello del suo piatto e risulta progressivamente più ricco del componente più volatile verso l'alto e del meno volatile verso il basso. Il liquido che si spilla in modo continuo alla base della colonna è costituito nel migliore dei casi dal componente meno volatile puro. (...)» (E.Stocchi, L.Bonzio: Chimica Industriale vol.1, ed. La Prora 1968).

I piatti non sono propriamente piatti "di cucina" come si potrebbe pensare, forse sono più simili a dei tubi di camino o di cappa; per rimanere in cucina, come esempio, si potrebbe magari pensare al coperchio di una pentola con la sua condensa, o magari a un piatto da minestra caldo con sopra un piatto liscio sul quale si condensa il vapore. Nella colonna, facendo un esempio il più semplice possibile, distillando petrolio avremo nella parte bassa la nafta; a metà il gasolio, nella parte più alta le benzine, e in cima il gas. Le frazioni che ne escono sono in realtà composte da molti differenti idrocarburi, ognuno con un suo nome preciso; le parole gasolio, nafta, kerosene e benzina sono più che altro denominazioni commerciali, miscele di varie molecole scelte in base al loro uso pratico. Dalle benzine, dal gasolio, dalla nafta e dal kerosene (e anche dal catrame) si possono ancora distillare altri composti, fino ad arrivare ai reagenti puri per analisi che hanno nomi come xylene, benzene, e così via.
Da parte mia, non ho mai maneggiato del kerosene; visto l'andamento della mia vita penso proprio che per me continuerà ad essere un riferimento cinematografico, e magari anche il ricordo di qualche brutto voto preso a scuola (ero uno studente molto scarso, ogni tanto è meglio se lo scrivo...).
(in alto, un fermo immagine da "La cosa" di Hawks-Nyby, e qui sotto un curioso poster che ho trovato su internet senza altre indicazioni)

 

Acqua distillata

Spiegare che cos’è l’acqua distillata sembrerebbe facile, ma basta provare e si scopre che non è così. In realtà la spiegazione è davvero molto semplice, ma ogni volta che viene proposta ci sono sempre facce molto perplesse. L’acqua può essere distillata, come la grappa: una pentola che bolle, un tubo che raffredda i vapori, un recipiente per raccoglierli: tutto qui, lo schema è semplicissimo. Sul fondo della bottiglia che abbiamo messo a bollire rimarranno, alla fine, i sali che erano presenti nell’acqua di rubinetto da cui siamo partiti.

L’ostacolo maggiore alla comprensione, me ne sono reso conto da tempo, è nella parola “sale”: la maggior parte della gente, anche tra quelli che hanno studiato e che magari hanno fatto il classico, non capisce di cosa si parla. Forse si può provare a dire “calcare”, ma non tutti i sali provocano il calcare. Da questo punto di vista, secoli e secoli sono passati invano e perdura l’ignoranza anche sugli aspetti più semplici del mondo in cui viviamo (come l’azoto, nel quale viviamo immersi). I microbi, i batteri, il dna, la trasformazione continua della materia, continuano a rimanere un mistero per quasi tutti.
Il sale, per tutti, è solo quello di cucina; se nessuno ce lo mette, come fa ad esserci il sale nell’acqua? La situazione migliora un po’ se si usa la parola “calcàre”, quello sì, lo hanno visto tutti, prima o poi, il calcare. Ma da dove viene il calcare, chi ce lo ha messo? Come si forma?
In queste cose, siamo ancora in gran parte fermi al pre-illuminismo, quando i medici parlavano di “mal della pietra” per dire che uno aveva i calcoli. Come si sarà formata quella pietra, chi ce l’ha messa, qual mai sortilegio ha fatto sì che delle pietre siano penetrate in un corpo umano?

L’acqua è chiara, pulita, trasparente, inodore e insapore: non sorprende più di quel tanto che la si pensi ancora, come 500 anni fa, qualcosa di a sè stante, puro e virginale. Invece no, c’è sempre qualcosa sciolto dentro: l’acqua salata non è solo quella del mare, tutte le acque sono sempre almeno un po’ salate. Se noi chiamiamo salata l’acqua di mare, è solo perché i sali che vi sono disciolti sono in concentrazione tale che riusciamo a percepirli.
Ho detto “i sali”, al plurale, perché i sali che possono esservi disciolti sono molti. C’è un interscambio continuo fra la terra e l’acqua, alcuni terreni trattengono i sali e lasciano l’acqua più leggera, altre terre si fanno sciogliere e rendono l’acqua più dura; infine, dal mare e dai laghi l’acqua evapora, distilla naturalmente e va a formare le nuvole. Tutto questo fa parte del ciclo di trasformazione della materia, che non ha mai fine e che è alla base dell’intero Universo, e non solo di questa nostra Terra. Qui il discorso comincia a farsi davvero complesso, e devo rimandare chi mi sta leggendo non solo a un corso di chimica serio (questo mi sembra scontato, io come chimico valgo pochissimo) ma anche ad altri miei post su questo sito, per esempio quello sulla durezza delle acque e quelli su Mendeleev e il Sistema Periodico degli Elementi.

L’acqua distillata, anche questa è un’esperienza comune, per molte persone è difficile da capire perfino come nome: c’è chi la percepisce come località, l’acqua di Stillata: se c’è l’acqua di Colonia ci sarà pure quella di Stillata (ci sarà pure un posto che si chiama Stillata, magari in Calabria o in Toscana...). Sul sito del farmacista Salvatore Lo Leggio (purtroppo ne ho perso l’indirizzo web) ci sono dei bigliettini con le richieste scritte dai suoi compaesani, e in uno di questi, che trovo bellissimo, era nominata l’acqua stellata. Mentre leggevo, ho pensato che se fosse veramente possibile dare dell’acqua stellata a chi la richiede, fare il farmacista sarebbe il mestiere più bello del mondo.

Infine alcune domande che ho ascoltato spesso:
- l’acqua piovana è come l’acqua distillata? In teoria sì, in pratica no: questo perché l’aria è spesso molto sporca, soprattutto in città e dove ci sono le automobili e le moto, ma un po’ ovunque perché basta un fuoco acceso (fumo, gas di combustione) o un aereo che passa per inquinare l’acqua piovana. Lo stesso discorso vale per la neve sciolta: ai tempi dei nostri bisnonni era probabilmente vero, oggi anche la neve e la nebbia sciolgono gas e polveri presenti nell’aria. La produzione industriale e le grandi fabbriche cominciano a metà Ottocento, è da allora che acqua piovana e neve disciolta non possono più essere paragonabili all’acqua distillata. Allo stesso modo, anche l’acqua di condensa che troviamo sul coperchio dell’acqua per la pastasciutta, o dentro il forno a microonde quando riscaldiamo qualcosa, può essere considerata acqua distillata: a patto che il coperchio sia ben pulito, s’intende, e fatto di materiale non solubile in acqua.
- l’ acqua demineralizzata è identica all’acqua distillata, cambia il modo in cui viene preparata: non attraverso la bollitura ma tramite il passaggio dell’acqua attraverso terre e resine appositamente scelte. Per i desalinizzatori oggi si usano anche altre tecniche, come l’osmosi, o la filtrazione con filtri molto speciali; però qui il discorso si farebbe troppo complesso per le mie competenze. Il risultato finale è comunque sempre quello, un’acqua senza sali disciolti.
- E' vero che bere acqua distillata fa male? Se sì, perchè? Non sono un medico, però posso subito dire che non è di certo un veleno; la questione è più complessa. L'acqua distillata, e anche quella demineralizzata, sono acque che non contengono sali disciolti; invece noi abbiamo bisogno dei sali minerali, perché sono i sali disciolti nell'acqua che conducono l'elettricità, e il nostro corpo è basato su impulsi elettrici e magnetici, proprio come una pila elettrica. L’elettricità non si trasmette attraverso l’acqua distillata, bastano invece pochissimi sali disciolti per trasformarla in conduttore. Bevendo acqua distillata si diluiscono i sali presenti nei liquidi del nostro corpo, e questo non va bene. La soluzione fisiologica, quella che si usa per le iniezioni e per le flebo, è fatta di sali disciolti in acqua.
- L’acqua distillata sui fiori fa male? Questo è vero, e la spiegazione è molto simile a quella del punto precedente: il nostro corpo è come una pila, e anche le piante sono fatte allo stesso modo, c’è bisogno dei sali minerali. Inoltre, l’acqua distillata diventa leggermente acida: molto meno dell’aceto o del succo di limone, ma comunque in modo da modificare il pH del terreno. Anche questo va a influire sulla salute delle nostre piante nei vasi.
- a cosa serve l'acqua distillata? L'impiego principale è nelle analisi chimiche. In chimica è fondamentale avere reagenti puri, e anche i solventi devono essere puri, perché la presenza di altri composti potrebbe interferire sulle analisi. Per la maggior parte degli altri impieghi, l'acqua demineralizzata basta e avanza; e per cuocere la pasta e il minestrone è sicuramente meglio l'acqua del rubinetto (infatti, all'acqua della pasta e delle minestre aggiungiamo sempre del sale...)

Le immagini, compresa quella del sale d'amare lacrime, vengono quasi tutte dall'ottimo sito http://mudwerks.tumblr.com  , con l'eccezione dell'impianto di distillazione da laboratorio (wikipedia) e della vignetta con l'omino giustamente perplesso davanti all'acqua biologica (La Settimana Enigmistica, ça va sans dire).  La donnina qui sopra sta mostrando la ricostruzione di alcuni cristalli, e la foto è del 1930; i due chimici misteriosi in alto vengono dal leggendario "Godzilla" di Ishiro Honda, anno 1954; qui sotto c'è invece Vincent Price, altro chimico misterioso, intento a osservare qualcosa che somiglia a un impianto di raffreddamento per una distillazione (L'abominevole dr.Phibes, 1971).

Amminoteca

- C’è il pesce in mensa, oppure sei tu che stai caricando l’ammina?
Il dubbio sorgeva, e sorge ancora, nella ditta dove ho lavorato per molti anni: la Dimetillaurilammina ha infatti un caratteristico odore di pesce, molto marcato. Non propriamente una puzza, ma l’odore esatto del banco del pesce al mercato. Altre ammine hanno odori diversi, o non ne hanno affatto; ma la DMLA è un liquido incolore che puzza di pesce, ed è quindi facilmente riconoscibile anche a distanza, anche se non la si vede.

“Dimetillaurilammina” è una parola così complicata che si fa fatica perfino a leggerla, però per me era diventata familiare, e se la si scompone diventa più facile da capire: dimetil-lauril-ammina, un’ammina costruita su un olio o su un grasso.  E’ qualcosa con cui avete avuto sicuramente a che fare, anche se non sembra: si tratta di un intermedio per la produzione di uno dei principali antibatterici in commercio. Basta prendere un collirio e questo antibatterico ce lo trovate, magari in fondo alla lista degli ingredienti perché ne serve pochissimo: «benzalconio cloruro» (che in realtà è l’abbreviazione di un nome ancora più complesso). Il principio attivo del collirio è sempre un altro, il benzalconio cloruro (dimetillaurilammina in reazione con cloruro di benzile) serve solo per evitare contaminazioni batteriche.
Una volta detto che “lauro” è l’alloro, e che dunque si indica un punto di partenza vegetale (l’acido laurico è presente anche nell’olio di cocco e un po’ in tutto l’olio di semi), e che la metilazione (di-metil) serve per preparare l’olio alla reazione successiva, resta da spiegare che cos’è un’ammina, impresa tutt’altro che semplice. Eppure, le ammine e i gruppi amminici sono presenti ovunque, per esempio nel DNA e negli amminoacidi; ma dato che a scuola la chimica viene ostinatamente presentata come una cosa astrusa e incomprensibile, siamo veramente in pochi a saperlo: il che è veramente un peccato, al quale cercherò di rimediare come posso.

Il punto di partenza è l’Azoto, cioè l’aria in cui siamo immersi: l’aria che respiriamo è per tre quarti Azoto. L’azoto dell’aria, così come l’ossigeno, è di per sè inerte, ma può reagire e dà luogo a un’infinità di composti. I più comuni sono tutti i gas di combustione, per l’azoto ma anche per l’ossigeno dell’aria. L’azoto è presente in natura anche nel mondo dei minerali, soprattutto nei nitrati (usati come fertilizzanti), ed è uno dei quattro elementi alla base della vita sul nostro pianeta: Carbonio, Idrogeno, Ossigeno, Azoto. Il tristemente famoso monossido di azoto, causa di intossicazioni se una stanza non è ben aerata, è il primo passo verso la formazione dell’ammoniaca e delle ammine, dei nitrati, e di tutti i composti azotati. Questo avviene regolarmente tramite il nostro metabolismo e quello delle piante, e fa parte del ciclo di trasformazione della materia, che è la cosa che abbiamo in comune con minerali, vegetali, animali. Nel nostro organismo, i composti azotati non utilizzati dal metabolismo finiscono nelle urine; dalle urine si genera ancora ammoniaca, e il ciclo ricomincia. L’ammoniaca è quindi un composto molto importante nel ciclo di trasformazione della materia.

A scuola insegnano che le ammine si costruiscono a partire dall’ammoniaca: non è così nell’industria, ma per far capire funziona perfettamente. Per chi non sa niente di chimica, la molecola dell’ammoniaca si può infatti immaginare come una sfera (l’azoto) dove vengono inserite tre palline più piccole (gli atomi di idrogeno). Sostituendo uno degli idrogeni (una delle palline più piccole) si avrà un’ammina primaria; sostituendone due si avrà un’ammina secondaria, sostituendo tutti e tre gli atomi di idrogeno inseriti nell’atomo d’azoto (quello più grande) si avrà un’ammina terziaria. C’è un’ulteriore possibilità, dovuta alla conformazione dell’atomo di azoto: in questo caso si arriva alle ammine quaternarie, che nell’industria e nell’uso quotidiano sono ben presenti come disinfettanti e come ammorbidenti per i tessuti, nel lavaggio. Va ricordato, en passant, che tutte le sostanze che disinfettano sono anche un po’ veleni. Una cosa da tenere sempre ben presente: quando ci si sterilizzano le mani con un disinfettante (uno qualsiasi) si assorbe sempre anche un po’ di veleno.

Tornando alla mia ammina “di pesce”, quella da cui ero partito, per arrivare al disinfettante la si fa reagire con il cloruro di benzile, che è un altro liquido dall’odore particolare: non un odore cattivo, ma un po’ stucchevole e dolciastro. Il risultato finale, il benzalconio cloruro, ha un odore più lieve che a me ricorda quello della coccoina, la colla che si usava molto a scuola (spero che la si usi ancora, ne ho un buon ricordo) – però non so bene con cosa sia fatta la coccoina, dovrò informarmi. E, soprattutto, il benzalconio cloruro si usa sempre in quantità minime, sotto l’uno per cento: in queste condizioni non si sente ovviamente nessun odore.

Per finire la mia chiacchierata sulle ammine (faticosissima da scrivere, una delle più difficili di questa serie) aggiungo ancora due nomi, giusto per l’inventario: la ciclammina, ammina ciclica (niente a che vedere con i ciclamini, of course) e le ammidi, che sono invece molto presenti nella nostra vita e che sono parenti strette delle ammine; ma qui il discorso si farebbe troppo specialistico, veramente da chimico, e adesso che ci penso non mi ricordo più nemmeno io come è fatta un’ammide – però so dove se ne possono trovare, per esempio in cosmetica o nel nylon (che è una fibra poliammidica). Ma, niente paura: anche le ammidi sono composti ben presenti in natura, soprattutto nel mondo vegetale.

Le immagini: una cartolina d’epoca vittoriana (dal sito http://mudwerks.tumblr.com  ), una vignetta di Bruno D’Alfonso dedicata a Jacovitti (dal mensile Linus, 1983), alcuni estratti dal mio libro di chimica organica di quando andavo a scuola, per chi volesse approfondire (Stocchi-Mesiani, Chimica organica razionale, ed.La Prora 1974), e una vignetta di Jacovitti quello vero, che non c’entra niente con le ammine ma che qui sta a rappresentare le bastonate che mi merito quando scrivo questi raccontini così imprecisi.

Benzene e aromatici

Davanti alla parola “aromatico”, un chimico penserà subito a un esagono: un esagono regolare, che non è un simbolo ma una vera e propria formula chimica, sia pur semplificata. E’ la formula chimica del benzene: ad ogni angolo dell’esagono bisogna immaginare un atomo di Carbonio.

Questo esagono, che sta ad indicare una conformazione molto stabile, fa parte di moltissimi composti presenti in natura (nelle resine delle conifere, nel bitume...). Quando in tv o nei giornali si parla di “benzene” si intende in realtà una grande varietà di composti chimici, che contengono l’esagono del benzene nella loro formula. Qui intorno ne metto qualche formula, solo come esempio. Le immagini vengono da www.wikipedia.it, da miei libri di scuola, dalla Garzantina.

Il nome di questo gruppo di composti chimici deriva dal fatto che il primo di essi fu isolato nella resina delle conifere; solo molti anni dopo si sarebbe arrivati alla sua formula precisa. Molti hanno ancora nelle narici l’odore della trementina, dell’acquaragia, del toluene, di molti solventi e benzine: per “aromatico” si intende queste cose qui, non necessariamente un odore piacevole. Il risvolto negativo della faccenda è questo: che molti dei composti aromatici possono essere o diventare cancerogeni. I composti aromatici, idrocarburi e non solo, sono presenti in gran numero anche in natura, nel catrame e nelle resine; entrano nella composizione delle materie plastiche (per esempio il PET, ma non nel polietilene e propilene, che non contengono l’esagono del benzene) . Il problema vero nasce quando vengono bruciati, come nei gas di scarico delle auto o nei roghi dei cassonetti, o magari nell’incendio di un magazzino di giocattoli: la quantità di composti che si formano dalla combustione è enorme, innumerabile, dipende non solo dal tipo di materia che brucia ma anche dal tipo di combustione, dalle altre materie vicine che si combinano, eccetera. Insomma, si può tranquillamente continuare a usare le bottiglie di plastica e tutti gli altri contenitori; il problema sta nel loro smaltimento.

A questo esagono, alla struttura della molecola del benzene, è legato un episodio che tutti gli studenti di chimica conoscono: un sogno dello scienziato tedesco Kekulé (Friedrich August Kekulé von Stradonitz, 1829-96). Il sogno è di quelli che sarebbero piaciuti a Jung: l’uroboros, il serpente che si morde la coda formando così un cerchio. Un simbolo antichissimo, che diede a Kekulé l’idea della struttura dei composti aromatici. L’idea sarebbe stata poi confermata dagli studi successivi, e c’è da dire che ci sono molti dubbi sulla verità di questo sogno, mentre invece non ce ne sono affatto sugli studi di Kekulé, che è stato il primo vero iniziatore della moderna chimica organica. Gli studi di Kekulé iniziano nel 1858, prima ancora della pubblicazione della Tavola Periodica degli Elementi.

Sul benzene e sui composti aromatici ci sarebbero un’infinità di altre cose da dire, interi corsi universitari, ma io mi fermo qui per non allungare troppo il discorso. C’è però una cosa che mi sta a cuore, e non riesco proprio a non dirla: della cancerogenicità di alcuni di questi composti, e di molti altri non aromatici, io sono stato messo al corrente agli inizi dei miei studi di chimica organica: l’anno era il 1975. Si sa, insomma: si sa da molto tempo. I gas di scarico delle automobili sono cancerogeni, ancora oggi. E’ recentissima l’inclusione nella lista delle sostanze cancerogene, da parte dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, dei fumi dei motori diesel: avete sentito qualcuno che ne ha parlato? Per le automobili e per le moto si sta facendo la stessa cosa che per l’Ilva di Taranto, silenzio assoluto fino all’intervento di un pretore, poi polemiche a non finire. Chi vuole questo silenzio non è il Potere, non è una Casta, siamo noi stessi. Ogni tanto provo a parlarne e la conclusione (amarissima) è sempre la stessa: ai miei vicini interessano più la moto e il suv che i loro bambini. Io potrei dire: chi se ne frega, faccio la mia vita, figli non ne ho; loro invece i bambini in casa ce li hanno, magari anche più di uno, ma li portano a vedere il Gran Premio e gli mostrano felici l’elicottero in cielo. Così va il mondo, ormai io mi sono rassegnato.

PS: gli elicotteri non vanno a molla, e nemmeno gli aerei. I deltaplani, infine, sono mossi da un motore: chi l’avrebbe mai detto, così aerei e leggeri.

Polimeri

Una collana di perle è l’immagine più facile per capire cos’è un polìmero, soprattutto quando non si sa niente di chimica ma si vorrebbe capire di cosa si sta parlando. Senza entrare in discorsi complicati, si può dire che una singola perla è il monòmero, tutta la collana è il polìmero: che può essere piccolo o enorme, addirittura infinito, e che può essere costituito da monomeri differenti dalle perle, magari di legno, di turchese, di smeraldo, o semplicemente di bigiotteria. Una catena, insomma: e “catena” è già un termine chimico.

I polìmeri però essere anche a forma di rete, estendersi per tutta una superficie e nelle tre dimensioni; si possono quindi usare molte altre immagini oltre a quella della collana o della catena, per esempio un lavoro a maglia, il gioco del domino, le costruzioni che regaliamo ai bambini.
Non si tratta di un argomento da poco, perché di polimeri sono piene le nostre case: tutte le materie plastiche sono costituite da polimeri, non solo le pellicole per avvolgere e conservare i cibi (polietilene) o le bottiglie di plastica (PET e simili), ma quasi ogni oggetto che usiamo oggi ha un polimero alla sua origine.
Avrei voluto mettere una definizione un po’ più scientifica dei polimeri, ma la Garzantina della Chimica ha più di dieci pagine sull’argomento, come si fa? Dalla Garzantina, mia fedele compagna e fonte inesauribile di informazioni, mi limito a rubacchiare qualche immagine: quelle che vedete qui intorno. Un’avvertenza per le immagini: ad ogni angolo, ad ogni piega, bisogna immaginare un atomo di Carbonio – una perlina, insomma. Le formule di chimica organica si scrivono così per semplicità, è una specie di stenografia.

La grande diffusione dei polimeri nelle nostre case comincia negli anni ’60; all’origine c’è la scoperta della “polimerizzazione stereospecifica”, avvenuta negli anni ’50 e che ha portato al Nobel per la Chimica l'italiano Giulio Natta e il tedesco Karl Ziegler, nel 1963. Anche prima del 1960 c’erano in commercio materie plastiche, ma è solo con le ricerche di Natta e di Ziegler che si sono potuti progettare e costruire i polimeri come li vediamo oggi, adatti ad ogni nostra esigenza.

In Natura, solo il Carbonio e il Silicio danno catene, cioè legano gli atomi uno a uno come perle; il Silicio avviene in piccole quantità (il silicone), invece con il Carbonio le possibilità di combinazione sono infinite. Anche in natura esistono dei polimeri, per esempio la cellulosa del legno (a suo modo, un polimero reticolato) è la ripetizione all’infinito di questo monomero qui sotto (i Chimici mi scuseranno per questa semplificazione, o almeno lo spero):

Alcuni polimeri erano già stati prodotti in epoche precedenti, ma senza trovare un utilizzo pratico perché non esisteva ancora un’industria capace di produrli su grande scala.  «...è un fatto storicamente acquisito che i primi polimeri sintetici furono sviluppati già nel XVI secolo, e che si deve a un alchimista tedesco, Bartholomeus Schobinger, l’invenzione di una plastica alla caseina ricavata direttamente dal formaggio (1530). L’impiego del ritrovato era limitato ai monili eppure, già a quei tempi, si rivelò utile come materiale sostitutivo del più pregiato corno animale. (Franco Foresta Martìn, Corriere della Sera 4.12.1994)»
Dalla caseina, cioè dal formaggio, in epoca più recente è stata prodotta una fibra tessile, da noi chiamata lanital: è una fibra proteica, cioè fatta di proteine; simile in qualche modo alla seta e alla lana. Dal punto di vista delle fibre tessili, a me piace molto la molecola del nylon 6.6, prodotta a partire da acido adipico ed esametilendiammina: si usa ancora molto, non solo per le calze ma anche per manopole, pulsanti, oggettini vari. Per me è poco più di un ricordo scolastico (ci sono diversi tipi di nylon), ma come esempio è spettacolare. (l'immagine qui sotto è di www.wikipedia.it )

Altri polimeri importanti, giusto per fare qualche nome tra i più utilizzati: polietilene, polipropilene, polistirene, pvc (polivinilcloruro), pet (polietilene tereftalato: un molecolone!), poliacrilonitrile, poliammide (i vari tipi di nylon), policarbonato, poliestere, polietilenglicole, poliuretano... L’elenco completo sarebbe molto lungo, ma tutti partono da una molecola piccola, ripetuta all’infinito e agganciata ad altre come in una catena, una collana di perle, una maglia, una rete, un gioco di costruzioni. Il polimero finale, quello che arriva nelle nostre mani, è quasi sempre innocuo e del tutto inerte, ma molti dei monòmeri e degli intermedi per arrivare al polimero sono pericolosi o cancerogeni; tra gli operai addetti alla sua produzione ci sono stati e ci sono molti che si sono ammalati anche gravemente. Il problema vero dei polimeri e di tutte le materie plastiche è il loro smaltimento, un problema sottovalutato nei primi decenni di produzione ma che ormai è cresciuto a tal punto che è diventato impossibile non vederlo.
Per finire (ma l’argomento sarebbe infinito, proprio come un polimero), l’altra sera al tg dovendo parlare di polimeri hanno mostrato queste immagini: palline di plastica colorate, il Big Ben, la Tour Eiffel, due carabinieri e due finanzieri: si risolve come un rebus, la notizia era l’evasione fiscale in tutta Europa, relativa a polimeri e intermedi chimici.

(la signora qui sopra è Maria Callas, foto scattata nel 1958; nel frattempo, Giulio Natta, sempre a Milano, non molto distante dal Teatro alla Scala...)

Wafer

Una delle poche leggi ben fatte che abbiamo in questo disgraziato Paese è quella sugli ingredienti dei prodotti alimentari. Però ho notato che sono veramente in pochi a saper leggere cosa c’è scritto, e soprattutto capita spesso che la lista degli ingredienti sia scritta in caratteri minuscoli o che vada a finire su qualche piega; quindi approfitto di quest’etichetta ben leggibile, che si riferisce a una confezione di wafer, e provo a mettere in fila le nozioni di cui posso provare a parlare. Prima di tutto, gli ingredienti sono indicati in ordine di quantità: al primo posto bisogna mettere l’ingrediente principale, poi via via tutti gli altri, in ordine di quantità decrescente. Vale per tutti i prodotti alimentari, ed è quindi un’indicazione che va tenuta d’occhio: in un torrone, per esempio, se si comincia con “zucchero” siamo messi male e conviene lasciarlo sullo scaffale, perché il torrone si fa con il miele e con le mandorle. Il cioccolato fondente deve avere il cacao al primo posto nella lista degli ingredienti, mentre per il cioccolato al latte è giusto che il primo ingrediente sia lo zucchero: non perché ce ne sia di più rispetto al fondente, ma perché il cacao è diluito con il latte.
La prima indicazione sull’etichetta di questi wafer è la quantità di crema: 75%, quindi c’è più crema che biscotto (il wafer è una sfoglia molto sottile). Al primo posto, come ingrediente principale, c’è comunque la farina di frumento, che darei per conosciuta.

Il secondo ingrediente è “olio vegetale non idrogenato”: significa che questo wafer non è fatto con la margarina. Non è sempre così, altri wafer e biscotti nella lista degli ingredienti portano la dizione “grassi idrogenati” o magari il burro. Spiegare il significato di “idrogenati” o “non idrogenati” a chi non sa nulla di chimica è praticamente impossibile, così come il significato di “grassi saturi” e “grassi insaturi” che completa l’informazione; mi vedo quindi costretto a un’approssimazione. La spiegazione, molto semplificata, è che i grassi idrogenati sono le margarine.
Detto questo, non è che se ne sappia molto di più: le margarine possono essere fatte con materie prime buone, oppure non buone; gli oli e i grassi vegetali possono essere di moltissimi tipi, buoni o meno buoni. Questo punto è infatti una grave mancanza nella legge: sapere con precisione di quali oli e grassi si tratta è importante. Il fatto che manchi questa indicazione non è colpa del legislatore, ma piuttosto delle forti pressioni esercitate dalle multinazionali alimentari: non faccio i nomi ma è molto facile indovinarli, ce ne sono anche di italiane. Ogni volta che al Parlamento Europeo o Italiano si affronta la questione, c’è subito qualcuno che mette i bastoni fra le ruote: come è facile immaginare, il motivo è principalmente economico e di marketing. Personalmente, vista la difficoltà di capire di che olio si tratta, io scelgo i prodotti che contengono il burro.

“Sciroppo di glucosio disidratato”: il glucosio è uno zucchero, e va sommato allo “zucchero” indicato poco dopo, che va inteso come “saccarosio” (lo zucchero che si usa comunemente in casa) e al destrosio, un altro tipo di zucchero che è al settimo posto tra gli ingredienti. Si può far notare che gli zuccheri non sono ai primi posti in quest’etichetta, e difatti questo wafer non era molto dolce (per un wafer, lo zucchero è soprattutto nella crema).
“Siero di latte in polvere” e “latte scremato in polvere”: anche qui penso che ci sia poco da spiegare, da dire invece ci sarebbero molte cose ma è meglio rimandarle ad altra occasione. Il latte in polvere è comunque un ingrediente che si trova ovunque, anche nei salumi; in un wafer, entra nella composizione della crema.
La farina di soia è farina di soia, ma non so dire a cosa serva di preciso in questo caso; forse è presente nella composizione della lecitina: che è un emulsionante, serve per far stare insieme la crema, che altrimenti tenderebbe a separarsi. Anche la lecitina di soia (chimicamente fa parte delle proteine) è un ingrediente che si trova ovunque, dalla maionese in tubetto fino ai dolci e alle salse; in casa la usano in pochi, perché di solito quello che si fa in casa lo si mangia subito, e se le si mangia subito non c’è pericolo che le creme e la maionese si rompano (emulsione significa far stare insieme sostanze che non si mescolano fra di loro, come i grassi e gli oli con l’acqua).

Il sale è il sale da cucina, le bacche di vaniglia indicano che l’aroma è davvero naturale e non per modo di dire; e così siamo arrivati al lievito, che per un chimico è la parte più divertente. Ho infatti trovato molte persone preoccupatissime per la sfilza di termini chimici presenti negli ingredienti, ma non c’è proprio niente di cui preoccuparsi: termini come acido tartarico o difosfato disodico indicano sostanze presenti in natura, e il terribile “carbonato acido di sodio” è solo un altro nome del bicarbonato, quello che si usa per combattere l’acidità di stomaco. La funzione del lievito è quella di far rigonfiare la pasta del pane, o dei dolci; il rigonfiamento avviene attraverso la produzione di un gas, che è l’anidride carbonica: il gas che emettiamo normalmente con la respirazione. L’anidride carbonica si produce sia con il lievito naturale (per fermentazione) che con il lievito chimico (per reazione chimica o per riscaldamento in forno); quello che cambia è il sapore e la consistenza del prodotto finito.
PS: la confezione di wafer portava il logo di una catena di supermercati; invece una marca di wafer molto famosi, forse i più pubblicizzati, indica tra gli ingredienti i grassi idrogenati, cioè la margarina.

(la vignetta di Vannini viene da Repubblica di una decina d'anni fa, l'altra vignetta era sulla Settimana Enigmistica, www.aenigmatica.it )

Leonardo

L’acqua disfa li monti e le valli, e vorrebbe ridurre la terra in perfetta sfericità, s’ella potesse.
(Leonardo da Vinci, citato da Luigi Veronelli su L'Espresso 16.9.94)

Detersivi ( III )

Dal punto di vista chimico, i saponi sono una cosa diversa dagli altri detersivi. Per spiegare la differenza tra i vari tipi di detergenti è però necessario fare un po’ di storia, sperando di non essere troppo noiosi. Il sapone vero e proprio esiste da moltissimo tempo, pare addirittura che se ne siano trovate tracce risalenti all’antica Mesopotamia; però la sua diffusione è stata molto limitata fino agli inizi dell’800, quando cominciò la produzione industriale. L’impulso definitivo alla diffusione capillare del sapone arriva nel 1861, quando il belga Ernest Solvay brevetta il suo sistema per la produzione del carbonato di sodio, l’ormai proverbiale “soda solvay”.
Come ci si lavava, prima? Alla domanda hanno già risposto molto bene autori importanti come Giorgio Cosmacini e Carlo Maria Cipolla, sono due medici e due scrittori molto piacevoli e i loro libri sono di quelli da non perdere; ci sono poi i libri di Legoff e della sua scuola, altrettanto belli. Di conseguenza non mi inoltro più di tanto nei dettagli: si sa per esempio che gli antichi greci e romani usavano l’olio di oliva per detergersi, raschiando poi via lo sporco insieme all’olio; il più delle volte ci si lavava solo con acqua, e va ricordato che l’acqua corrente calda e fredda nelle case esiste da poco più di un secolo. Di conseguenza, era molto frequente (in chi poteva permetterselo) l’uso dei profumi: insomma, prima della Rivoluzione Francese ci si lavava poco, molto meno di oggi. Nei libri degli autori di quel periodo (per esempio le Memorie di Casanova, o i resoconti dalle corti dei re di Francia) esistono particolari che oggi definiremmo raccapriccianti, e che invece erano normali anche presso le persone ricche e importanti. Forse siamo noi che siamo diventati troppo raffinati, chissà.

Per lavare i panni invece si usava la lisciva, detta anche ranno o liscivia: si produce con la cenere di legna, mischiata ad acqua. Un sistema antichissimo che visto da oggi può sembrare strano, ma dal punto di vista del chimico è più che comprensibile, direi elementare: l’abc della chimica, una delle prime reazioni che si studiano. Quando si brucia la legna, se è ben secca e se la si brucia bene fino in fondo, quello che rimane è il residuo del Potassio e del Sodio, sotto forma di ossidi; la cellulosa (fatta di Carbonio, Idrogeno, Ossigeno) è volata via col fumo, trasformandosi in anidride carbonica e vapore acqueo. Abbiamo dunque la nostra cenere, composta da ossidi di sodio e di potassio: aggiungendovi acqua si producono i rispettivi idrossidi, più conosciuti come Soda caustica e Potassa caustica. Si può anche aggiungere che il carbonato di sodio (la soda solvay) si trova anche in natura, gli antichi egizi lo prendevano da una cava situata in una località detta Natron, e ancora oggi il nome scientifico del Sodio è Natrium, simbolo chimico Na.

Il sapone si produce facendo bollire oli e grassi (sia vegetali che animali) con uno di questi idrossidi; il risultato finale varia a seconda delle materie prime usate e della perizia di chi produce il sapone, ma la reazione è una sola e caratteristica, e nelle analisi chimiche degli oli e dei grassi, e in tutti i loro processi industriali, è molto importante un dato che si chiama proprio Numero di Saponificazione.
L’industria della soda è stata una delle primissime industrie moderne, forse la prima fabbrica moderna in assoluto: ha inizio nel 1792, poco dopo la Rivoluzione Francese, con il metodo ancora rudimentale approntato dal chimico Nicolas Leblanc. Va ricordato che è di quegli anni la pubblicazione dell’Enciclopédie di Diderot e D’Alembert, che contribuì molto a diffondere conoscenze prima riservate a pochi. Già a partire da quella data la produzione del sapone diventa più facile, e il successivo brevetto di Ernest Solvay, nel 1861, è il passo decisivo verso l’odierna industria cosmetica e della detergenza.
Le materie prime erano di varia provenienza, dalle ossa (il midollo contiene grassi) fino all’olio e al grasso di balena descritti in Moby Dick; oggi sono i saponi sono quasi tutti di origine vegetale, soprattutto palma e cocco. Il sapone di Marsiglia, quello vero, è fatto con gli scarti della lavorazione delle olive: l’ho usato sul lavoro, nell’industria della seta, ed è un sapone meraviglioso che lascia la pelle morbidissima, ma ha un forte odore vegetale, che rimane addosso e che a molti non piace. Una delle materie prime più importanti per il sapone era il sego, cioè la parte solida del grasso animale; con il sego si facevano anche le candele. Ancora oggi molte saponette recano in commercio recano l’indicazione “tallow oil”, olio di sego; resta da vedere se davvero si tratta di sego, ma è probabile. Comunque sia, la composizione chimica del sego è riproducibile anche per sintesi, e con altre materie prime.

Come si sarà capito, le materie prime usate per produrre il sapone sono in gran parte commestibili; si usavano ovviamente materiali di scarto, ossa e pelli, oli non particolarmente appetibili, eccetera. Ma viene il dubbio che un antico insulto, “mangiasapone”, faccia riferimento non solo al fatto di non lavarsi mai, ma che ci sia stato qualcuno che abbia davvero mangiato il sapone; ovviamente con mal di pancia inevitabile, per non dir di peggio. Insomma, è possibile che sia successo veramente; la stessa cosa capitava con le candele, e va ricordato che si parla di tempi di carestia, a metà ‘800 era molto diffusa anche qui da noi la denutrizione, la pellagra, e se si è in queste condizioni non si va molto per il sottile.
Tornando alla cenere, mi ha stupito molto vedere che ci sono detersivi che nella pubblicità e nell’etichetta si vantano di avere cenere, parti di minerali, saponaria, eccetera (la saponaria è una pianta); se fosse vero si tratterebbe di un non senso, una pura trovata pubblicitaria. I nostri nonni e bisnonni usavano la cenere e l’erba saponaria perché non c’era di meglio in giro, questa è l’unica cosa da dire: i prodotti oggi in commercio sono molto meglio della cenere e dei sassi tritati...

Un esempio famoso fra gli addetti ai lavori sono i granelli colorati di un importante detersivo degli anni 60. La pubblicità insisteva molto su questi granelli, colorati in blu: aprendo la scatola si vedeva infatti il detersivo bianco, e in mezzo al bianco tanti granellini blu. La realtà era che i granellini blu erano assolutamente identici a quelli bianchi: non era una truffa, ma una semplice trovata pubblicitaria. Il detersivo era ottimo, la novità stava nell’introduzione degli enzimi, che permettevano di lavare a basse temperature, già durante l’ammollo. Siccome gli enzimi c’erano ma non si vedevano, qualche pubblicitario aveva avuto la trovata di inventarsi i granellini blu. D’altronde, il mestiere del pubblicitario è quello che è.

Chimicamente, oli e grassi sono classificati fra gli acidi: degli acidi grassi ho parlato qui, al grasso di balena e a Moby Dick di Herman Melville ho dedicato alcune puntate qui, sempre in chiave chimica.
Sempre dagli acidi grassi si è partiti, dagli anni ’50 in su, a produrre e mettere in commercio altri tipi di detergenti: le parole chiave sono etossilazione e solfatazione, reazioni chimiche completamente diverse da quella che porta ai saponi. Parlarne qui sarebbe molto difficile, servirebbe un vero e proprio corso di chimica; sono comunque la gran parte dei “saponi” in commercio, per esempio tutto lo shampoo è fatto di etossilati e solfatati, e molte saponette e saponi sono a base di laurilsolfato, alchilbenzensolfonato e simili, in diverse proporzioni. La ragione principale è questa: con gli etossilati (lauriletere solfato e simili) è veramente possibile arrivare a un pH neutro, e anche leggermente acido. Il sapone vero, invece, a pH neutro perde la sua consistenza, diventa molliccio e fa perfino un po’ senso a toccarlo; le saponette “neutre” in commercio se fatte col vero sapone non sono in realtà chimicamente neutre, ma vengono portate a un pH sempre alcalino, ma che non reca problemi alla pelle. Il vero problema del sapone è infatti il pH: se facendo bollire i grassi con la soda si mettono le quantità sbagliate, può rimanere della soda in eccesso, che va neutralizzata. Per quanto mi riguarda, sconsiglio di produrre il sapone in casa: bisogna essere molto esperti e ben attrezzati, c’è rischio di farsi male. Olio bollente e soda caustica possono schizzarvi addosso, fanno male entrambi; e il sapone industriale costa poco.

Un discorso a parte spetta anche ai disinfettanti; mi piacerebbe parlarne ma qui si entra fino al collo nelle formule chimiche, non si può proprio farne a meno. Per oggi basterà dire che nelle nostre case non è affatto necessario disinfettare e sterilizzare, a meno che non ci sia in corso un’epidemia di colera: basta pulire, tener pulito.
Per finire, due curiosità cinematografiche: nel girare “Dead poets society” (L’attimo fuggente, 1989, più volte passato in tv) il regista Peter Weir raccomandò ai ragazzi protagonisti di non lavarsi i capelli con lo shampoo, ma con il sapone. Il film si svolge negli anni ’50, lo shampoo non era ancora in commercio; la differenza si vede, lavandosi col sapone i capelli non rimangono vaporosi.  Questa notizia l’ho dovuta leggere, ammetto che non ci avrei mai fatto caso; mi sono invece accorto subito, mettendomi a ridere da solo al cinema (e cercando di non far rumore) che all’inizio di “Il signore degli anelli”, nel villaggio degli hobbit, la schiuma del calderone dove si lavano i panni non è sapone ma è soffice e vaporosa schiuma di detersivo, lauriletere solfato. Gli hobbit conoscevano già l’etossilazione? Devo dire che non me l’aspettavo, ma non avendo letto Tolkien non riuscirò mai a sapere se nell’originale questa possibilità è prevista.