domenica 30 dicembre 2007

Costanti di equilibrio: tradizione


Il tema di oggi riguarda un argomento che ho studiato con passione e al quale mi sono dedicato in fase di tesi (e al quale mi dedicherò ancora!!), ovvero il problema dello studio degli equilibri chimici in soluzione acquosa al fine di determinare il valore delle costanti di equilibrio implicate.

Questa branca della Chimica, nota come Equilibrium analysis, sviluppata in senso compiuto negli anni '50-'60 da Lars Gunnar Sillèn e George Biederman della scuola svedese, rappresenta un "momento" estremamente delicato della ricerca chimica, in quanto nessun calcolo stechiometrico può prescindere dalla conoscenza del valore delle costanti di equilibrio che deve quindi essere quanto più accurata e "certa" possibile.

E' necessario quindi prendere tutta una serie di accorgimenti sperimentali mirati a garantire l'assoluta accuratezza dei dati raccolti. Nella mia esperienza pratica, mi sono trovato a lavorare secondo i canoni della cosiddetta "scuola svedese", quali l'utilizzo di appositi bagni termostatici a olio di silicone per garantire la costanza della temperatura, estrema cura e pazienza nella preparazione delle soluzioni di reattivi, alla loro purificazione e alla loro standardizzazione secondo metodi classici estremamente accurati (per esempio i metodi gravimetrici), raccolta manuale dei dati sperimentali (potenziometrici soprattutto), verifica delle condizioni di equilibrio mediante retrotitolazione, estrema attenzione al mezzo ionico e alla costanza dei coefficienti di attività ecc...

Studiando la bibliografia recente "non classica", mi sono trovato di fronte ad un profondo declino di tutte quelle tecniche e procedure accurate messe a punto dai grandi del passato, e quasi ad una denigrazione di quei lavori antichi ma ricchi.

Oggi, spesso nello studio degli equilibri chimici, vengono utilizzate celle a flusso in cui le aggiunte di reattivo titolante e la raccolta dei dati vengono effettuate mediante computer, esperimenti privi della mitica retrotitolazione (che può cancellare in un sol colpo il lavoro di mesi!), assoluta mancanza di attenzione ai coefficienti di attività, estrema fiducia in dati termodinamici calcolati e affetti da grande errore, elaborazioni finali dei dati lasciate in preda al computer arraffando qualunque numero salti fuori.

Non sono contrario ai computer, ma credo innanzitutto che un Chimico vero debba sapersi sporcare le mani, e che debba usare lo strumento elettronico con coscienza, non con fede. Io sono orgoglioso di aver fatto il mio lavoro di tesi triennale (ed ora quello specialistico) secondo gli schemi dei Grandi.

In ultimo mi piace ricordare che i dati ottenuti dai grandi chimici del passato (Sillèn, Biederman, Oesterberg, Bjerrum, Olin ecc..) risiedono ancora incontestati (e secondo me incontestabili) nel pregiato Critical Stability Constants da più di 50 anni, mentre i report IUPAC riportanti i moderni dati ottenuti dai chimici, riportano decine di valori diversi delle costanti per uno stesso equilibrio studiato nelle stesse condizioni, affetti da bande di errore semplicemente mostruose (provare per credere, sono una bestemmia!!!).

Meditate gente.....meditate!


venerdì 28 dicembre 2007

H2O: Sai anche ballare?

La notizia arriva dai ricercatori di Bochum (Illinois), i quali affermano di essere riusciti mediante spettroscopia a terahertz (sulla quale non sono informato) a "osservare" i movimenti delle molecole d'acqua quando si trovano in assenza o in presenza di una proteina. Fino ad ora si è guardato al processo di folding delle proteine come una "danza" della catena polipeptidica, ma si è sempre trascurato il secondo partner di ballo: l'acqua!!. In effetti, a quanto dicono i ricercatori, in assenza di proteina, i movimenti delle molecole d'acqua assomigliano molto a un ballo non coreografato di musica dance, mentre la presenza della proteina, "costringe" i movimenti in uno schema più ordinato (quale potrebbe essere, nel nostro parallelismo, un minuetto), che favorisce enormemente il processo di folding.
Il prf. Havernith spiega che rimangono aperte ancora due domande: " fino a che distanza si sente questa influenza della proteina?" e "come cambiano questi movimenti quando due proteine sono molto vicine?". Oltre al processo di folding, senza dubbio di estremo interesse, si aprono sentieri verso la delucidazione del ruolo di questa "terahertz dance" dell'acqua per il buon funzionamento biologico delle proteine. Una estensione di questi studi e una eventuale comprensione del fenomeno su scala generale comporterebbe giganteschi sviluppi in tutta la Chimica, soprattutto organica, macromolecolare e di sintesi, in quanto diverrebbe possibile non solo capire gli effetti dell'acqua, ma controllarli, aumentarli o inibirli secondo le necessità. Detta così sembra una follia, ma una volta capito l'insieme degli ingranaggi di questo complesso meccanismo, non dovrebbe essere difficile capire o intuire il modo di intervenire per ottenere un dato effetto.

giovedì 27 dicembre 2007

Molecole in posa: Si gira! Ciak Azione!

La notizia ha dell'incredibile, è stato costruito un microscopio in grado di filmare in diretta il movimento di atomi e molecole!. Si tratta di un microscopio a elettroni ultraveloce in grado di catturare immagini, oltre che nelle tre dimensioni, anche sulla scala temporale e quindi, una volta assemblate, queste immagini formano un "filmino" dei movimenti molecolari. Grazie a questo innovativo strumento (uno è al Caltech) è possibile, non solo vedere i movimenti di molecole singole, ma anche, ad esempio, i movimenti di folding delle proteine, o il riassestamento dei legami in una specie transiente (stato di transizione o complesso attivato). Al momento, il microscopio deve essere utilizzato sotto vuoto ed ha alcune altre limitazioni, ma è già allo studio un nuovo modello in grado di osservare i campioni in condizioni ambientali più naturali, quali ad esempio la presenza dell'atmosfera. Questa scoperta apre davvero le porte ( a quanto sembra) alla possibilità di capire davvero "nell'intimo" i comportamenti intermolecolari.... e forse, chi sa,...magari sarà anche possibile ottenere informazioni più dettagliate sui meccanismi di solvolisi nelle reazioni e molto altro.......

In seguito al commento di Giancarlo, inserisco lo schema di funzionamento di questo
apparato:


domenica 25 novembre 2007

H2O: non smettere di sorprenderci!!!

Questo simpatico signore è il dott. Dongping Zhon, della Ohio State University.
Lui e i suoi collaboratori hanno utilizzato delle tecniche ad impulsi laser ultraveloci per studiare come le molecole d'acqua si "sistemano" attorno alle proteine.
Hanno scoperto che le molecole di acqua creano un "film superficiale" sulle proteine in modo tale da consentirne il funzionamento e il movimento!!
Secondo il professore, questo porterà ad una sempre migliore conoscenza delle proprietà di folding delle proteine.
Il team, ha rilevato mediante tecniche laser una variazione delle caratteristiche strutturali - funzionali della mioglobina al variare della disposizione delle molecole d'acqua e dei loro movimenti.
in definitiva sembra che parte del comportamento assurdamente meraviglioso e della perfetta funzionalità delle proteine sia dovuto alle molecole d'acqua, che riescono a "lubrificarne" i movimenti e a regolarne la struttura in modo adeguato alle esigenze.............straordinario!!!!


mercoledì 14 novembre 2007

Energia Libera

Ciao a tutti,
desidero inaugurare il blog con la segnalazione di un fenomeno chimico-fisico molto particolare noto come Fusione Fredda. Il fenomeno consiste essenzialmente in una elettrolisi di una soluzione salina acquosa o di acqua deuterata, con correnti di 8-10 A e ddp variabili fino a qualche centinaio di volts. Ciò che sperimentalmente si osserva è la formazione di un plasma confinato in ambiente liquido in grado di generare grandi quantità di energia (rendimenti minimi di 1,2 - 1,4). Di questo fenomeno esistono svariati video e documentazioni varie (che potete richiedermi via email) in particolare un report dell'ENEA (rapporto 41) in cui viene dimostrata la natura nucleare del processo e la reale produzione di un surplus energetico. Riporto qui il lungo ma eccellente intervento scritto da Eratostene l'Alchimista su un altro mio blog:


Salve a tutti,
raccolgo l'invito di Filippo a postare un commento sulla fusione fredda.
Non sono un esperto in materia (le mie conoscenze derivano solamente da alcune letture informali, niente di troppo approfondito), ma per quello che ho potuto capire si tratta di un fenomeno tanto semplice nelle linee generali quanto complesso nella sua descrizione approfondita (ma soprattutto utilissimo ai fini pratici...).
La reazione nucleare che avviene durante la FF formalmente è la stessa che avviene anche sul sole e le altre stelle: due nuclei di deuterio (praticamente due protoni e due neutroni) e un neutrone reagiscono per dare un nucleo di elio ed energia (dovuta all'annichilazione di un neutrone). Il guadagno energetico è paragonabile quello che si ottiene nella più nota fissione nucleare (vale sempre la legge di Einstein E=mc^2), ma in vantaggi di una ipotetica centrale a fusione nucleare rispetto ad una a fissione sarebbero molteplici; senza voler entrare troppo nel dettaglio basti pensare solamente a due aspetti basilari: i reagenti e i prodotti.
I reagenti che occorrono per la fissione nucleare sono nuclei pesanti radioattivi (uranio 235, uranio 238, etc...), i quali non sono esattamente ne di facile recapito ne comodissimi da maneggiare. I reagenti della fusione nucleare sono invece atomi leggeri come l'idrogeno (nello specifico il deuterio e il tritio), sicuramente più facili da trovare e comodi da trattare.
La reazione di fissione nucleare da luogo alla formazione di diversi residui, che sarebbero degli isotopi instabili dell'uranio stesso o nuclei di plutonio 239, i quali sono ancora radioattivi (e quindi nocivi), ma non sfruttabili ai fini di produzione energetica, poiché le cinetiche di decadimento sono molto lente (si parla di tempi di dimezzamento che vanno dalle decine di anni alle decine di migliaia di anni); da quì nasce il problema dell'immagazzinamento e dello smaltimento di questi residui, chiamati più comunemente scorie nucleari. Di contro l'unico prodotto della fusione nucleare è l'elio, con il quale si potrebbero anche gonfiare i palloncini per i bambini!
Allora perché non sfruttare la reazione di fusione nucleare e dare un calcio definitivo alle attuali centrali nucleari? Il problema, se così si può dire, che non rende questa reazione sfruttabile in un impianto per la produzione di energia è che l'energia di attivazione della stessa è molto alta e richiederebbe temperature dell'ordine di quelle presenti sul sole... per poter quindi ricavare energia dalla reazione di fusione nucleare, bisognerebbe poterla riprodurre a temperature decisamente più basse. Da quì il termine fusione fredda: fredda rispetto alle comuni temperature alle quali avviene solitamente!
Vista così la FF altro non è che una reazione di fusione nucleare "catalizzata": le varie procedure sperimentali premettono cioè di abbassare di molto l'energia di attivazione della reazione, così da permetterne la realizzazione anche a temperature accessibili all'uomo. In realtà però il fenomeno pare essere più complesso e a tutt'oggi manca una comprensione chiara di ciò che avviene in un esperimento di FF.
Per quanto ne so io la maggior parte dei lavori (i quali non sono poi così tanti) è stata fatta nella direzione del caricamento di elettrodi di palladio con deuterio, ma ultimamente ho visto anche io i video di cui parla Filippo degli elettrodi immersi asimmetricamente. Non so se in quest'ultimo caso avvenga effettivamente una reazione di fusione nucleare (un buon indicatore sarebbe la presenza di He nel sito di reazione), ma sicuramente sarebbe interessante poter studiare questo fenomeno quantomeno bizzarro.
Purtroppo, però, gli interessi sulla fusione fredda vanno ben oltre quelli meramente scientifici, e proprio per questo motivo tutte le ricerche in questo campo sono state e continuano ad essere ostacolate in tutti i modi possibili: Una comprensione chiara di questo fenomeno porterebbe enormi vantaggi per tutti (anche per l'ambiente), ma parecchie rogne per alcuni... per una panoramica rapida ma completa sulla storia della FF consiglio la sezione del sito del proetto MEG sull'argomento ( http://http://www.progettomeg.it/ffstoria.htm ), ma basta googlare in giro per trovare moltissimo materiale.
Permettetemi però un'ultima considerazione di carattere generale. Anche se la FF rappresenta sicuramente una fonte energetica sicura, rinnovabile, pulita e facilmente accessibile (una volta chiaritone il meccanismo), non bisogna considerarla alla stregua di una panacea energetica o di un miracolo che ci salverà tutti. Sicuramente mi auspico una proliferazione di studi e lavori tesi ad una comprensione quanto più vasta e completa di questo fenomeno, ma più per sete di conoscenza che per vantaggi pratici. Ricordiamoci che siamo già in possesso di varie tecnologie energetiche rinnovabili, sicuramente alla portata dei più anche mentre parliamo (fotovoltaico, eolico, idrico, etc...). Non aspettiamo la fusione fredda per cambiare le nostre abitudini in campo energetico: la vera rivoluzione energetica non risiede nella scoperta della tecnologia definitiva, ma nello sviluppo e nella attuazione di un sistema di produzione energetico quanto più misto e variegato possibile, che comprenda l'uso simultaneo di diverse fonti. Il vero insegnamento da recepire dal fallimento del sistema basato sul petrolio non è tanto l'uso di fonti rinnovabili (aspetto da tenere sicuramente in massima considerazione), quanto l'uso di fonti molteplici, in modo tale da ottenere i vantaggi di tutte ma non essere schiavi di nessuna di esse.
Mi scuso per essermi dilungato forse un po troppo su concetti che risulteranno probabilmente noti ai più che leggeranno questo blog, ma generalmente preferisco partire sempre dalle cose più semplici, quantomeno per chiarire univocamente il mio personale punto di vista :) .
Un salutone a tutti.

Eratostene L'Alchimista
13 novembre 22.59