Categoria: Note

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La lucentezza dei metalli

Vi siete mai chiesti perché uno specchio restituisce la nostra immagine riflessa? Si tratta di una tipica propietà dei metalli che noi indichiamo col termine di “lucentezza”.

La tavola periodica

La tavola periodica è, ormai, nota a tutti. Tuttavia, una cosa è sapere che esiste una “tabella” in cui sono riportate le proprietà fondamentali di tutti gli elementi chimici noti, altra è conoscere i dettagli di queste proprietà tra cui va certamente annoverata la lucentezza dei metalli.

Avete sicuramente maneggiato i fogli di alluminio come quello mostrato in Figura 1A. Si usano, per esempio, per conservare gli alimenti (Figura 1B), cucinare (Figura 1C) o applicare la tintura per capelli (Figura 1D).

Figura 1. Foglio di alluminio (A) e suoi usi. Conservazione degli alimenti (B); cottura (C); applicazione della tintura per capelli (D)

Come potete vedere si tratta di un materiale caratterizzato da una certa lucentezza, ovvero dalla capacità di riflettere la luce. Come l’alluminio, anche gli altri metalli della tavola periodica (tutti quelli colorati in verde nella Figura 2) hanno la medesima caratteristica.

Figura 2. Tavola periodica con, in verde, indicazione degli elementi metallici (Fonte)
A cosa è dovuta la lucentezza?

Per poterlo spiegare dobbiamo innanzitutto comprendere come è fatto un atomo.

Struttura dell’atomo

È ben noto che un atomo è costituito da un nucleo, contenente protoni e neutroni, e da elettroni. Questi ultimi  si muovono attorno al nucleo formando una nuvola generalmente indicata come “nuvola elettronica” (Figura 3).

Figura 3. Schema di atomo. Gli elettroni, che si muovono attorno al nucleo, formano una una nuvola elettronica (Fonte)

La nuvola elettronica è piuttosto complessa. Gli elettroni non possono semplicemente “ammucchiarsi” e stare tutti assieme. A coppie di due, essi si devono disporre a distanze differenti dal nucleo e devono occupare degli spazi la cui forma geometrica è variabile. La Figura 4 mostra proprio la forma di questi spazi occupati dagli elettroni e che chiamiamo “orbitali”.

Figura 4. Forma degli orbitali atomici s, p, d, f (Fonte)
Gli orbitali di valenza

Quando combiniamo più atomi assieme per formare un sistema multiatomico complesso, in realtà stiamo combinando le varie nuvole elettroniche ognuna fatta dall’insieme di orbitali descritti in Figura 4. In genere, per comodità, quando si descrive l’interazione tra atomi in un sistema multiatomico, si trascura il contributo alla interazione da parte degli elettroni che sono più vicini al nucleo, ovvero degli elettroni che occupano la parte più interna della complessa nuvola elettronica summenzionata. Il motivo per cui viene trascurato questo contributo è intuitivo. Immaginate ogni orbitale come se (*) fosse un palloncino. La nuvola elettronica può essere pensata come se fosse un inviluppo di palloncini la cui rigidità diminuisce man mano che aumentano le sue dimensioni, ovvero man mano che gli elettroni si allontanano dal nucleo. Il palloncino che ospita gli elettroni più lontani dal nucleo (chiamato anche orbitale di valenza) è quello più facilmente deformabile (il termine tecnico è “polarizzabile”). La deformabilità dei palloncini più esterni consente la loro migliore interazione per la formazione del legame chimico.

I legami nei metalli

Quando si raggruppa un insieme di atomi di un qualsiasi metallo della tavola periodica  (come nel caso del foglio di alluminio di Figura 1), si può pensare che si formi un sistema come quello descritto in Figura 5.

Figura 5. Schema di legame metallico

In altre parole, si può pensare che gli orbitali di valenza dei singoli atomi perdano la loro identità e si combinino (grazie alla loro elevata capacità di “deformarsi”) in modo da formare un unico “contenitore” in cui si muovono tutti gli elettroni di valenza. Questo vuol dire che gli elettroni dei palloncini più esterni non appartengono più ad un singolo specifico atomo, ma diventano elettroni dell’insieme di atomi. Immaginiamo, quindi, che i nuclei (in Figura 5 indicati con pallini gialli) siano immersi in un mare di elettroni (in Figura 5 indicati con pallini azzurri).

A questo punto mi si potrebbe dire che con questa descrizione io stia violando i principi più elementari della meccanica quantistica. Infatti, poco sopra ho scritto che gli elettroni non possono ammucchiarsi, ma devono occupare, a coppie, spazi dalle forme ben precise e disporsi ad una distanza ben definita dal nucleo. Al contrario ora io sto scrivendo che si è formato un “mare elettronico” in cui tutti gli elettroni sembrano essere tutti assieme appassionatamente. Volendo essere un po’ più precisi, possiamo dire che quando le nuvole elettroniche di valenza si combinano per formare il “mare elettronico”, si realizzano, in realtà, bande energetiche differenti molto vicine tra di loro in cui gli elettroni possono “entrare” ed “uscire”   mediante acquisizione o rilascio di una minima quantità di energia.

La lucentezza dei metalli

Quando una radiazione elettromagnetica (ovvero un raggio di luce) colpisce la superficie di una lamina metallica, gli elettroni si muovono da una banda energetica all’altra passando da uno stato fondamentale ad uno eccitato. Nel momento in cui gli elettroni tornano allo stato fondamentale, emettono dei fotoni alla stessa lunghezza d’onda della luce incidente con la conseguenza che viene restituito il riflesso dell’immagine che ha emesso la radiazione luminosa.

Maurits Cornelis Escher, Mano con sfera riflettente (Fonte)

Note ed approfondimenti

(*) la locuzione “come se” viene spesso usata dai chimici per fare delle analogie tra il mondo chimico e quello quotidiano. In altre parole, nel delucidare i modelli chimici e chimico-fisici, il “come se” viene usato per generare immagini mentali che, pur non essendo corrette, consentono la comprensione qualitativa dell’argomento di cui si discute. Gli orbitali NON sono palloncini, ma li immaginiamo come tali per comodità; un elemento chimico, una molecola NON sono sferici, ma le descriviamo come tali perché conosciamo tutto di una sfera ed è più semplice definirne il comportamento sotto l’aspetto qualitativo. Quando però dobbiamo applicare la matematica per la descrizione quantitativa del modello, non possiamo più usare le immagini mentali che abbiamo generato col “come se” e dobbiamo fare delle astrazioni che, per i non addetti ai lavori, risultano poco chiare o del tutto incomprensibili. Per comprendere le astrazioni dobbiamo passare dalla divulgazione scientifica al tecnicismo scientifico che può essere appreso solo attraverso uno studio specifico e settoriale.

Il legame chimico (1) e (2)

Il legame metallico

Il binario 9 e ¾ ovvero del perché non possiamo attraversare i muri come Harry Potter

Orbitali atomici ed ibridazione

Una lezione di Rai Scienza sul legame metallico

Fonte dell’immagine di copertina:

larapedia.com. Metalli e leghe

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Scienza: contenuto e contenitori

Quante volte ho letto che un certo lavoro non è attendibile perché pubblicato su una rivista poco importante o su una rivista che viene considerata predatoria?

Certo. E’ importante che i risultati del proprio lavoro vengano accettati da una rivista che sia significativa per la comunità scientifica di riferimento. E’, altresì, importante che i risultati di una ricerca vengano pubblicati il più velocemente possibile perché la competizione tra gruppi di ricerca è talmente elevata che basta un niente per perdere la primogenitura su una determinata scoperta scientifica. E’ per questo che nascono archivi come arXiv che consentono di archiviare i risultati di una ricerca prima ancora che essi vengano pubblicati. Il limite di questi archivi è che il lavoro lì depositato non necessariamente può vedere la luce. Può accadere che rimanga lettera morta e che, di conseguenza, di esso rimanga traccia solo su quel data base. Non tutto quanto presente negli archivi digitali che attestano della primogenitura di un dato modello, è da prendere in considerazione perché non tutto quanto ha passato il vaglio della comunità scientifica di riferimento.

“Passare il vaglio della comunità scientifica di riferimento” non significa che un dato modello viene accettato perché rispecchia il modo di pensare in auge in quel momento; questa locuzione vuol dire che quando un lavoro arriva nelle mani di referenti/revisori anonimi, questi verificano la congruità delle ipotesi formulate con il disegno sperimentale e la congruità dei risultati ottenuti con le conclusioni che sono state tratte. Non è possibile per i referenti/revisori riprodurre esattamente gli stessi esperimenti di cui leggono, perché questi ultimi richiedono finanziamenti ad hoc e strumentazioni che non tutti i laboratori possono avere a disposizione. Inoltre, riprodurre gli esperimenti significa per i referenti/revisori cambiare lavoro, ovvero dedicarsi ad altro e non alla ricerca che hanno deciso di portare avanti.

Prendete me, per esempio. Solo per il 2017 (ed Ottobre è appena iniziato) ho fatto da referente/revisore per 15 lavori ed almeno altrettanti ho rifiutato di giudicare per mancanza di tempo. Se volessi mettermi a fare tutti gli esperimenti dei lavori che ho giudicato, non avrei tempo per portare avanti le mie ricerche e la mia didattica. Quello che faccio è, quindi, cercare di capire quanto ho appena scritto: verifico la congruità delle ipotesi formulate con il disegno sperimentale e la congruità dei risultati ottenuti con le conclusioni che sono state tratte

Ma veniamo al punto.

Più volte ho evidenziato che non il contenitore (la rivista), bensì il contenuto (ovvero i risultati della ricerca) è importante perché un modello scientifico possa essere considerato valido (per esempio qui).

La storia della scienza è piena di esempi di contenuti dall’importanza notevole, in termini di progressione delle conoscenze, ma pubblicati in contenitori poco noti; ma è anche piena di esempi di contenuti di nessuna o scarsa importanza presenti in contenitori molto prestigiosi.

Volete qualche esempio?

Cosa dire del lavoro di Benveniste sulla memoria dell’acqua pubblicato su Nature e sconfessato dagli stessi editor ad un approfondimento successivo? Ne ho parlato qui. E del lavoro di Wakefield in merito all’inesistente correlazione vaccino-autismo vogliamo parlare? E’ stato pubblicato, e poi ritirato, dalla prestigiosissima rivista The Lancet. Ne ho discusso qui.

Recentemente mi è capitato di leggere un breve articolo su www.sciencealert.com in cui è stata ripercorsa la storia di otto lavori che descrivono scoperte scientifiche che sono valse il premio Nobel agli autori.

Sapevate, per esempio, che Nature, nel 1933, ha rifiutato il lavoro di Enrico Fermi in merito alle interazioni deboli poi pubblicato nel 1934 su una rivista molto meno prestigiosa dal nome “Zeitschrift für Physik” oggi scomparsa? L’articolo in questione è qui (in tedesco).

Anche la scoperta di un meccanismo importantissimo in ambito biochimico ed alla base della vita, non è stato pubblicato da Nature perché in quel momento la rivista era fin troppo satura di lavori da pubblicare ed avrebbe dovuto posporre la pubblicazione di tale scoperta a tempi migliori (Figura 1). Mi riferisco al lavoro fondamentale di Hans Adolf Krebs che nel 1953 ha ricevuto l’ambito riconoscimento per aver scoperto il ciclo dell’acido citrico.

Figura 1. La lettera con cui l’editor di Nature chiede a Krebs se è disponibile a ritardare la pubblicazione del suo lavoro (Fonte)

Il lavoro fu poi inviato ad una rivista meno prestigiosa (Enzymologia) che lo pubblicò nel 1937 (qui). Se volete leggere il lavoro originale, lo potete scaricare da qui.

Chi mi conosce sa che nella mia attività di ricerca mi interesso delle applicazioni in campo ambientale delle tecniche di risonanza magnetica nucleare. Tra i miei idoli c’è sicuramente Richard Ernst che nel 1991 ha vinto il premio Nobel per il suo contributo allo sviluppo della tecnica NMR. Ernst ha applicato la trasformata di Fourier ai decadimenti che descrivono il comportamento ad oscillatore smorzato  della magnetizzazione nucleare, generata dall’applicazione di campi magnetici aventi certe intensità,  stimolata da radiazioni elettromagnetiche aventi lunghezza d’onda nel campo delle  radiofrequenze. Lo so ho parlato difficile. In altre parole, Ermst ha capito che poteva trasformare qualcosa di incomprensibile come quanto indicato in Figura 2:

Figura 2. Decadimento della magnetizzazione nucleare

in qualcosa di più facilmente leggibile come lo spettro di Figura 3:

Figura 3. Spettro NMR in fase solida dell’alcol coniferilico (precursore delle sostanze umiche). Ogni segnale dello spettro è attribuito in modo univoco ad ogni singolo atomo di carbonio

Il lavoro che descrive la scoperta di Ernst fu rifiutato dal Journal of Chemical Physics e fu pubblicato sul meno prestigioso Review of Scientific Instruments. Il lavoro di Ernst è qui. Invece,  a questo link trovate la lezione che Ernst ha fatto all’Accademia delle Scienze quando ha ricevuto il premio.

Conclusioni

La storia della scienza ci insegna che non dobbiamo tener conto del prestigio di un giornale. Ciò che importa è il valore del contenuto di un rapporto scientifico. Un lavoro è ottimo sia che venga pubblicato su una rivista altamente impattata, sia che venga pubblicato su una rivista sconosciuta. Un lavoro è sciocchezza sia che venga pubblicato su Nature o che venga accettato per la pubblicazione sulla rivista del vicinato. Gli addetti ai lavori, coloro che guardano ai contenuti piuttosto che alla copertina, lo sanno ed è per questo che leggono di tutto. La grande idea, quella che può essere alla base della rivoluzione scientifica, si può nascondere anche tra le righe di un lavoro pubblicato su una rivista sconosciuta.

Fonte dell’immagine di copertina: https://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-photo-chemistry-infographic-template-medical-research-illustration-image40572265

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Sugli idrocarburi policiclici aromatici (PAH o IPA)

Quante volte abbiamo letto o sentito parlare di “idrocarburi policiclici aromatici”? Talvolta la locuzione viene indicata con gli acronimi PAH (da Polyciclic Aromatic Hydrocarbons) oppure IPA (da Idrocarburi Policiclici Aromatici). Si tratta di una classe di composti chimici che si ottiene per pirolisi (ovvero decomposizione termica in assenza o scarsità di ossigeno) di sostanza organica. Tanto per capirci: il fumo di sigaretta contiene gli IPA. Le sigarette, infatti, sono fatte da sostanza organica (la carta, il tabacco, i filtri) che quando sottoposta alle alte temperature prima subisce il processo di combustione con formazione di ceneri, anidride carbonica ed acqua, poi, man mano che il comburente (ovvero l’ossigeno) si allontana, subisce pirolisi con formazione di IPA.

In questa breve nota voglio puntare l’attenzione sulle caratteristiche strutturali degli idrocarburi policiclici aromatici e la loro tossicità.

1. Le premesse: significato di isomeria, formula chimica e struttura
1.1. Isomeria

“Isomeria” è una proprietà in base alla quale due o più composti chimici, pur avendo la stessa formula bruta, hanno differente struttura e, per questo, differenti proprietà chimico-fisiche.

1.2. Formula bruta, formula empirica e formula molecolare

La locuzione “formula bruta” si può riferire o alla formula empirica con la quale si descrive semplicemente il rapporto tra i diversi atomi che partecipano alla formazione di un composto chimico, oppure alla formula molecolare, in cui si indicano esattamente quanti atomi formano il composto in esame.

L’esempio più semplice per distinguere tra formula empirica e formula molecolare è quello dell’acqua ossigenata. La formula empirica dell’acqua ossigenata è HO, grazie alla quale si evidenzia che questo composto è fatto da idrogeno ed ossigeno nel rapporto 1:1; la formula molecolare dell’acqua ossigenata è H2O2 nella quale si evidenzia che due atomi di ossigeno sono combinati con due atomi di ossigeno.

1.3. La struttura chimica

La struttura di un composto chimico descrive il modo con cui i diversi atomi che lo compongono si dispongono nello spazio.  La Figura 1 mostra, come esempi, le diverse tipologie di formule di struttura dell’acqua ossigenata.

Figura 1. Dioverse tipologie di formule di struttura dell’acqua ossigenata (Fonte: http://www.chimicamo.org/chimica-generale/acqua-ossigenata.html)

In alto a sinistra c’è la formula molecolare dell’acqua ossigenata; in basso a sinistra c’è la formula di struttura “ball-and-stick” della stessa molecola (gli atomi in bianco sono l’idrogeno; gli atomi in rosso, l’ossigeno); in alto a destra la struttura dell’acqua ossigenata è rappresentata con il modello “space-filling“, ovvero ogni atomo è rappresentato da una sfera con il codice colore avente lo stesso significato già illustrato; in basso a destra l’acqua ossigenata è rappresentata con un modello a linee e lettere in cui le prime indicano i legami tra gli atomi rappresentati col proprio simbolo chimico.

2. Le caratteristiche degli IPA
2.1. Struttura chimica e proprietà chimico fisiche degli IPA

La Figura 2 mostra la struttura di due idrocarburi policiclici aromatici molto comuni. Si tratta di antracene e fenantrene. Entrambi hanno formula molecolare C14H10 ma formula di struttura differente. Si tratta quindi di isomeri. Per effetto della differente disposizione spaziale degli atomi di carbonio ed idrogeno, i due idrocarburi hanno proprietà chimico fisiche differenti.

Figura 2. Strutture di antracene e fenantrene

Per esempio, la temperatura di fusione alla pressione atmosferica (ovvero la temperatura alla quale la fase solida di un composto chimico è in equilibrio con la sua fase liquida) di antracene e fenantrene è:

antracene         216°C

fenantrene       94°C

In altre parole, mentre l’antracene diventa un liquido alla temperatura di 216°C, il fenantrene diventa liquido ad una temperatura molto più bassa (94°C). Questa differenza si spiega perché le molecole di antracene e fenantrene interagiscono rispettivamente con altre molecole di antracene e fenantrene attraverso interazioni deboli chiamate interazioni di Van der Waals. La struttura “non-ripiegata” dell’antracene consente un impaccamento migliore (e, quindi, interazioni più forti) rispetto a quella “ripiegata” del fenantrene. La conseguenza è che occorre una temperatura più alta (più energia termica) per liquefare l’antracene rispetto al fenantrene.

La differente disposizione spaziale degli atomi di carbonio ed idrogeno è responsabile anche della differente solubilità in acqua di antracene e fenantrene. Infatti, l’antracene ha solubilità pari a 3.7×10-4 mol/L, mentre il fenantrene pari a 7.2×10-3 mol/L. In altre parole, il fenantrene è circa 20 volte più solubile in acqua rispetto all’antracene. Dal momento che”il simile scioglie il simile“, si potrebbe argomentare che il fenantrene è più simile all’acqua rispetto all’antracene. Questa maggiore similarità è dovuta al fatto che la geometria “ripiegata” del fenantrene conferisce a quest’ultimo una maggiore polarità rispetto all’antracene col risultato di una migliore solubilità in acqua.

2.2. Struttura chimica e carcinogenicità degli IPA

All’aumentare del numero di anelli aromatici condensati (ovvero all’aumentare della complessità strutturale degli IPA) aumenta anche la carcinogenicità di questi composti ( a pagina 35 del documento a questo link, si riporta la carcinogenicità dei diversi IPA).

Più elevato è il peso molecolare degli IPA, più diminuisce la loro aromaticità e maggiore risulta la loro reattività. In particolare, gli IPA tendono a dare reazioni di epossidazione (ovvero reagiscono con l’ossigeno per formare sistemi triciclici altamente reattivi) che poi modificano la struttura a doppia elica del DNA portando a problemi nei processi di replicazione e conseguente insorgenza di tumori.

La Figura 3 mostra la reazione di epossidazione del benzo[a]pireneche produce prima un sistema eposiddico nelle posizioni 7, 8 (reazione in alto in Figura 3), seguita poi da apertura di anello (reazione centrale in Figura 3) ed ulteriore epossidazione (reazione in basso in Figura 3).

Figura 3. Reazione di epossidazione del benzo[a]pirene
 Il diolo epossidico (ovvero la molecola in basso a destra di Figura 3) è il diretto responsabile delle alterazioni strutturali del DNA. Infatti, esso può reagire con il gruppo amminico di una base nucleotidica con formazione di un legame covalente stabile che altera la doppia elica e, impedendo la corretta replicazione del DNA, porta al comportamento “impazzito” delle cellule (Figura 4).

Figura 4. Alterazione della struttura a doppia elica del DNA per effetto della reazione con il derivato diolo epossidico del benzo[a]pirene
3. Conclusioni

Questa breve disanima sugli idrocarburi policiclici aromatici è una sintesi di una delle mie lezioni di chimica del suolo. Gli incendi boschivi sono causa di immissione in atmosfera di questi contaminanti, esattamente come l’uso delle sigarette, o la cottura spinta dei prodotti alimentari (per esempio la carne o la pizza). Quando in atmosfera, questi composti (non solo quelli descritti in questa breve nota ma un insieme complesso di essi come per esempio quelli mostrati nell’immagine di copertina) possono finire nei nostri polmoni ed innescare i processi carcinogenici descritti. Certo non tutti gli individui sono soggetti a tumore. L’insorgenza dei tumori dipende non solo dalle condizioni ambientali, ma anche dalla predisposizione genetica. Questo vuol dire che “mia nonna ha sempre fumato 3 pacchetti di sigarette al giorno ed è arrivata a 90 anni” non ha alcun significato scientifico. Vuol dire solo che giocando alla roulette russa, “la nonna” è stata fortunata ed è sfuggita alla morte solo per una serie di circostanze fortuite tra cui la sua predisposizione genetica. Altri possono non essere ugualmente fortunati e subire insorgenza di tumori anche solo per aver inspirato il fumo passivo della nonna o le polveri sottili (contenenti IPA) normalmente presenti nell’atmosfera delle grandi città e dovute al traffico automobilistico.

Fonte dell’immagine di copertina: https://ilblogdellasci.wordpress.com/tag/tartrato-di-potassio/

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Le figure di Chladni e la pseudoscienza definita “cimatica”

Avete mai visto figure geometriche come quelle rappresentate in Figura 1 che vengono chiamate figure di Chladni? Belle, vero? Sapete quante volte mi sono trovato a leggere in rete delle elucubrazioni mentali (per non chiamarle in altro modo) in merito all’origine di queste figure? Addirittura c’è chi dice che sono delle rappresentazioni fisiche degli orbitali (SIC!).
Ma andiamo con ordine
Gli effetti scenografici delle figure di cui mi accingo a parlare sono oggetto di una particolare branca della pseudoscienza che va sotto il nome di cimatica. La cimatica nasce piuttosto recentemente. Nel 1967 un tale Hans Jenny, affascinato dagli esperimenti di Chladni del 1787 in merito alla propagazione delle onde nei mezzi solidi, trae delle conclusioni abbastanza arbitrarie sulla natura delle figure geometriche riportate in Figura 1 e chiamate “figure di Chladni” in onore di colui che per primo le ha studiate. Per non andare troppo per le lunghe, Jenny asseriva che le vibrazioni di tutti i materiali (fino ad arrivare alle vibrazioni atomiche) sono in grado di modellare la materia. In pratica, le frequenze delle vibrazioni sono responsabili delle forme materiali che noi conosciamo. Anche le cellule sono soggette a specifiche vibrazioni con determinate frequenze a seconda delle quali predomina una forma animale piuttosto che un’altra. Da qui è facile lo sviluppo di tutta una serie di pseudo teorie sulle vibrazioni energetiche che determinerebbero l’origine delle malattie o, in generale, dello stato di salute degli organismi viventi (un esempio di queste pseudo teorie è riportato qui  e qui).

Figura 1. Esempi di figure di Chladni
Come stanno davvero le cose?
La storia completa è che Jenny era un medico, non un fisico. Evidentemente le sue conoscenze di fisica elementare erano piuttosto povere. Inoltre, era anche un seguace delle pseudo teorie scientifiche di un tal Rudolf Steiner vissuto a cavallo tra il XIX ed il XX secolo ed autore delle teorie sull’agricoltura biodinamica di cui mi riservo di dare informazioni in un nuovo post.
Le “figure di Chladni” sono generate dal processo di vibrazione di una placca metallica su cui è disposta della sabbia. Immaginate la lastra in due sole dimensioni come nella Figura 2 (l’esempio in due dimensioni è quello della corda vibrante. Quando si pensa alla piastra metallica, si passa alle tre dimensioni).

Figura 2. Propagazione di un’onda in una corda vibrante (fonte: Wikipedia)
Se fate vibrare la lastra tra i punti 0 e 1 otterrete un’onda con una certa frequenza. Se disponete la sabbia sulla lastra, questa andrà a cadere nei punti di minima ampiezza dell’onda che sono i nodi indicati con 0 e 1 nella rappresentazione più in alto. Se bloccate la lastra a metà, ovvero mettete un dito proprio in mezzo, l’oscillazione cambia frequenza e la sabbia si disporrà nei tre nodi: i due agli estremi e quello centrale. Se provate ad inserire due altri nodi dividendo la lastra in tre, la sabbia si disporrà lungo tutti i nodi e così via di seguito. Più elevato è il numero di nodi, più complesse saranno le figure geometriche generate dalla sabbia che si dispone in queste zone in cui l’ampiezza dell’onda è nulla.
Note conclusive
La cimatica con tutte le sue teorie è una vera e propria scemenza. Non c’è nulla di sovrannaturale o di esoterico nella disposizione della sabbia su una lastra soggetta a vibrazioni a diversa intensità. Di certo le vibrazioni non hanno alcuna capacità di modellare la materia o di influenzare lo stato di salute degli individui.
A questo link un bell’esperimento che mostra le figure di Chladni: https://www.youtube.com/watch?v=1ya… (avvertenza: abbassate il volume delle cuffie o degli altoparlanti. I suoni che sentirete possono essere molto fastidiosi)
Per approfondimenti:
http://www.studioacusticapisani.it/…
http://www.phys.uniroma1.it/DipWeb/…
http://museo.liceofoscarini.it/virt…
https://www.cicap.org/n/articolo.ph…
http://www.df.unipi.it/~sozzi/Fisic…
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Anche i Nobel sbagliano? Il caso della ferroelettricità

Nei giorni passati è apparsa sui quotidiani nazionali una notizia che è stata ripresa anche da diverse testate di divulgazione scientifica (qui, qui e qui, per esempio). In questa estate torrida e piuttosto noiosa, è stata data enfasi ad una comunicazione apparsa sulla rivista Nature firmata da un gruppo di ricerca, tra cui alcuni Italiani (qui). Questi colleghi hanno parzialmente smentito quanto riportato in un articolo su Nature del 2012 (qui) di cui uno degli autori è il famoso J. Frazer Stoddart che nel 2016 è stato insignito del premio Nobel per la sintesi delle macchine molecolari (ne ho parlato qui).

Cerchiamo di vederci chiaro.

Il principio di autorità

Innanzitutto, voglio evidenziare che nel mondo scientifico non si applica alcun principio di autorità; ciò che viene affermato da ognuno è messo sotto la lente di ingrandimento ed analizzato da tutti quanti sono interessati a quel determinato settore. La conseguenza è che, con una adeguata preparazione scientifica, è possibile confutare anche i modelli elaborati da scienziati che sono insigniti del famosissimo premio Nobel.

Un esempio delle strane ipotesi messe a punto da premi Nobel e smentite dalla comunità scientifica è la memoria dell’acqua di Montagnier di cui ho già discusso qui, qui, qui e qui.

La ferroelettricità

Sapete cos’è la ferroelettricità?

Se interroghiamo l’Enciclopedia Britannica (famosa enciclopedia molto in uso quando ero piccolo), si legge:

la ferroelettricità è una proprietà di certi cristalli non conduttori, o dielettrici, che esibiscono una polarizzazione elettrica spontanea (separazione tra il centro delle cariche positive e quello delle cariche negative tale che una faccia del cristallo è caricata positivamente mentre l’altra negativamente) la cui direzione può essere invertita mediante l’applicazione di un appropriato campo elettrico. […] I materiali ferroelettrici, come il titanato di Bario ed i sali di Rochelle, sono fatti da cristalli in cui le unità strutturali sono piccoli dipoli elettrici; in altre parole, in ogni unità, il centro delle cariche negative è separato da quello delle cariche positive. In alcuni cristalli, questi dipoli elettrici si allineano a formare dei cluster indicati come domìni. Questi ultimi sono orientati predominantemente in una data direzione sotto l’azione di un intenso campo elettrico. L’inversione della direzione del campo elettrico inverte anche l’orientazione preferenziale dei domìni anzidetti. Tuttavia, il cambiamento di direzione dei domìni avviene con ritardo rispetto al cambiamento della direzione del campo elettrico applicato. Questo ritardo è anche indicato come isteresi ferroelettrica.

Se masticate l’Inglese e volete sapere più in dettaglio qualcosa sui materiali dielettrici e sulla loro interazione con i campi elettrici, potete seguire la lezione del Prof. Lewin famoso per le scenografie delle sue lezioni di fisica:

Il corso completo di fisica del Prof. Lewin è qui.

Ma torniamo a noi.

I materiali ferroelettrici ed il lavoro del premio Nobel Stoddard e collaboratori

I materiali ferroelettrici sono molto interessanti perché possono essere utilizzati per la costruzione di sensori, banchi di memoria e nella fotonica.

Nel 2012 appare su Nature un articolo (in realtà una Letter) dal titolo: “Room-temperature ferroelectricity in supramolecular networks of charge-transfer complexes“. Tra gli autori J. Frazer Stoddart che, come già evidenziato, nel 2016 è stato insignito del premio Nobel per la sintesi delle macchine molecolari. In effetti le macchine molecolari non sono altro che un tipo particolare di sistemi supramolecolari esattamente come i “supramolecular networks” di cui si parla nell’articolo sulla ferroelettricità del 2012.

Cosa hanno fatto questi autori?

Hanno sintetizzato dei complessi organici a trasferimento di carica [1] combinando a due a due i composti indicati da 1 a 4 in Figura 1 attraverso la tecnica conosciuta come Lock-Arm Supramolecular Ordering (LASO) [2].

Figura 1. Complessi molecolari con proprietà ferroelettriche: 1-2, 1-3 e 1-4 (Fonte della figura a questo link)

I complessi ottenuti e designati con le sigle  1-2, 1-3 ed 1-4 di Figura 1 hanno presentato delle eccezionali proprietà ferroelettriche a temperatura ambiente.

Tutto normale. Un gruppo di studiosi ha fatto una scoperta che può avere degli interessanti sviluppi tecnologici ed ha scritto un rapporto che è stato accettato per la pubblicazione su una delle riviste più importanti del panorama scientifico.

Il lavoro degli Italiani

La notizia non è il lavoro di Stoddard e Co. per quanto esso possa essere importante sotto l’aspetto scientifico. La notizia che ha destato l’attenzione dei giornalisti nostrani è che un gruppo di ricercatori, tra cui diversi  Italiani, ha riprodotto le sintesi riportate nello studio di Stoddard (qui). Le analisi hanno mostrato che i complessi ottenuti erano del tutto simili a quelli la cui sintesi era riportata nel lavoro del 2012. Tuttavia, quando sono state misurate le proprietà ferroelettriche dei complessi ottenuti, è stato scoperto che due dei tre complessi a trasferimento di carica non mostravano le proprietà descritte da Stoddard e collaboratori (Figura 2).

Figura 2. Assenza di ferroelettricità (Fonte a questo link)

Naturalmente la non riproducibilità delle proprietà ferroelettriche di prodotti ottenuti da un premio Nobel ha trovato la giusta visibilità sulla stessa rivista che nel 2012 aveva ospitato le proprietà ferroelettriche a temperatura ambiente dei composti anzidetti.

Ma andiamo oltre, perché quasi nessuno ha riportato della risposta di Stoddard e collaboratori.

In coda alla comunicazione dei ricercatori Italiani (qui) è riportata  anche la confutazione scritta dai responsabili del gruppo di ricerca che ha descritto le proprietà ferroelettriche a temperatura ambiente dei materiali 1-2, 1-3 ed 1-4 di Figura 1. Stoddard et al. rispondono che i processi di cristallizzazione descritti da D’avino et al. hanno prodotto dei cristalli con dei difetti ai quali sarebbe imputabile la non osservazione delle proprietà ferroelettriche. La risposta di Stoddard et al . si conclude con un interessantisimo invito:

“We offer to share our materials and devices, and to host the authors of the accompanying Comment at Northwestern University in an effort to clarify all discrepancies in reproducibility”
Conclusioni

Il titolo che ho deciso di dare a questa nota è “anche i Nobel sbagliano?”. In realtà non c’è stato alcun errore. L’episodio che ho descritto in questa nota e che con eccessiva enfasi è stato comunicato dai maggiori quotidiani e siti di divulgazione nostrani, fieri che degli italiani abbiano smentito un premio Nobel, dimostra solo una cosa: il mondo scientifico è estremamente democratico. Chiunque può permettersi di fare uno studio e smentire ciò che è stato detto da qualche nome famoso. Ciò è quanto è sempre accaduto. E’ proprio questo a consentire l’avanzamento delle nostre conoscenze. Tuttavia, non basta buttare lì la prima cosa che passa per la testa oppure ritenere che una qualsiasi maggioranza di persone possa influenzare in qualche modo una evidenza scientifica. Per poter aprire una discussione produttiva come quella riportata nelle pagine di Nature, occorre dedizione allo studio e preparazione. Senza questi ingredienti non è possibile instaurare alcun dialogo con nessuno.  Bravi certamente i colleghi Italiani. Ma bravi tutti quelli che si dedicano con coscienza ed abnegazione allo sviluppo delle nostre conoscenze.

Non si può dialogare con scienziati della domenica o pseudo intellettuali come quelli che popolano le fila di chi è a favore della biodinamica, dell’omeopatia o dell’antivaccinismo. Queste persone non hanno alcuna caratura intellettuale ed una qualsiasi apertura al dialogo le metterebbe sullo stesso piano di chi lavora seriamente in ambito scientifico.

Note ed approfondimenti

[1] Un complesso a trasferimento di carica è un sistema in cui una molecola (o un dominio molecolare) ricca di elettroni interagisce con un sistema chimico (molecola, dominio molecolare o metallo di tansizione) povero di elettroni in modo tale da formare un legame in cui si realizza un trasferimento di carica negativa dal donatore di elettroni all’accettore di elettroni. Per saperne di più potete cliccare qui.

[2] La Lock-Arm Supramolecular Ordering, indicata con l’acronimo LASO, è una procedura per la sintesi di complessi molecolari a trasferimento di carica. Si tratta di un approccio di tipo modulare in cui moduli molecolari ricchi di elettroni vengono fatti co-cristallizzare in presenza di altri moduli molecolari poveri di elettroni. Entrambi i moduli (donatori ed accettori di elettroni) sono costruiti in modo tale da avere delle braccia flessibili attraverso le quali essi sono in grado di interagire mediante legami a idrogeno.  L’efficienza del processo di cristallizzazione è assicurata proprio dalla flessibilità della braccia anzidette che consentono la massima complementarietà tra  i moduli. L’azione cooperativa del legame a trasferimento di carica e dei legami a idrogeno consente di ottenere sistemi binari in cui le proprietà donatore-accettore sono interscambiabili così da ottenere proprietà ferroelettriche migliorate rispetto a complessi ottenuti con strategie sintetiche differenti. Per saperne di più cliccate qui.

Fonte dell’immagine di copertina: https://www.researchgate.net/publication/257972728_Statistical_mechanical_origin_of_hysteresis_in_ferroelectrics

 

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L’importanza della stupidità nella scienza

Vi siete mai chiesti cosa spinga una persona ad occuparsi di scienza? È l’appagamento nel sentirsi stupidi seguito, certamente, da quello di essere il primo ad aver trovato una risposta ad un problema prima di allora giudicato insormontabile. La capacità di poter indirizzare la stupidità verso le sue forme più produttive, permette l’avanzamento delle conoscenze. Il ruolo delle scuole e delle università è quello di plasmare le menti alla stupidità produttiva ovvero a convincersi che fare domande a se stessi come alla natura non è mai stupido, né indizio di ignoranza, ma solo sete di conoscenza. Non esistono domande stupide, ma solo risposte inadeguate.

L’importanza della stupidità nella scienza
Di Martin A. Schwartz
Pubblicato su Journal of Cell Science, 2008, 121, 1771
Traduzione (libera) di P. Conte

Ho recentemente rivisto dopo tanti anni una vecchia amica. Siamo stati studenti di dottorato nello stesso periodo, entrambi in ambito scientifico, sebbene in aree di interesse differenti. Tuttavia, dopo un po’, lei è andata via per iscriversi alla Scuola di Legge di Harvard ed è, attualmente, un avvocato anziano per una grande organizzazione ambientale.

Ad un certo punto la nostra conversazione è andata al perché lei abbia lasciato i suoi studi di dottorato. Con mia enorme sorpresa, mi ha detto che si sentiva stupida. Dopo un paio di anni dal sentirsi continuamente stupida ogni santo giorno, si è sentita pronta per fare qualcos’altro.

Io ho sempre pensato che lei fosse una delle menti più brillanti che abbia mai conosciuto e, del resto, la sua carriera successiva ha supportato questa mia opinione. Tuttavia, quello che mi ha detto mi ha fatto riflettere. Ed ho cominciato a pensarci sopra. Ed il giorno dopo, ad un certo punto, qualcosa mi ha colpito.

La scienza fa sentire stupido anche me, solo che io mi sono abituato a sentirmi tale. Mi sono così abituato a sentirmi stupido che vado alla continua ricerca di nuove opportunità per sentirmi stupido. Non so cosa potrei fare senza quella sensazione e sono arrivato a pensare che questo sia un modo di essere.

Lasciatemi spiegare.

Per quasi ognuno di noi, uno dei motivi per cui a scuola la scienza ci piaceva era che eravamo bravi in tale materia. Ma questa non può essere l’unica ragione. Il fascino della comprensione e l’emozione della scoperta devono essere altri ingredienti fondamentali. Tuttavia, la scienza fatta a scuola significa seguire le lezioni; studiare bene i compiti significa dare le risposte corrette ai test. Se si conoscono le risposte, tutto va bene e ti senti intelligente.

Un lavoro di dottorato, in cui bisogna portare avanti un progetto di ricerca, è tutt’altra cosa. Per me è stata un’impresa scoraggiante: come avrei potuto dar forma alle domande che avrebbero portato a risposte corrette? Come avrei potuto disegnare ed interpretare un esperimento in modo che le conclusioni fossero assolutamente convincenti? Come avrei potuto prevedere le difficoltà ed aggirarle oppure, non riuscendoci, riuscire a superarle nel momento in cui si fossero presentate?

Il mio progetto di dottorato era interdisciplinare e ogni volta che incontravo un problema, andavo a tormentare chiunque nel mio dipartimento e nella mia facoltà ritenessi un esperto nel campo che mi interessava. Mi ricordo ancora il giorno quando Henry Taube (che vinse il Nobel un paio di anni dopo) mi disse che non aveva una risposta al problema che io avevo riscontrato nel suo settore scientifico. Io ero uno studente del terzo anno e immaginavo che Taube sapesse almeno 1000 volte meglio di me (e con ciò approssimavo per difetto) quello che sapevo io. Se egli non avesse avuto una risposta, nessuno avrebbe potuto averla.

Ecco ciò che mi colpì: nessuno sapeva. Ed ecco perché era un problema di ricerca. Ed era il MIO problema di ricerca. Si supponeva che fossi io a risolverlo. Una volta resomi conto di ciò, ho trovato una risposta in un paio di giorni. Non era così difficile, dopotutto, dal momento che dovevo solo provare un paio di cose.

La lezione cruciale è stata che la quantità di cose che non conoscevo, non era semplicemente vasto, era del tutto infinito. Prendere coscienza di questo fatto, invece di scoraggiarmi, mi ha dato nuova forza. Se la nostra ignoranza è infinita, la sola cosa da fare è operare per il meglio che possiamo.

Mi sento di dire che i nostri programmi di dottorato offrono agli studenti un disservizio in due modi. Innanzitutto, penso che gli studenti non si rendano conto di quanto dura sia la ricerca scientifica e quanto sia molto, ma molto importante effettuare questa ricerca. Fare ricerca è molto più duro dello studiare e seguire il più pesante dei corsi. Ciò che rende la ricerca veramente difficile è la totale immersione nell’ignoto. Semplicemente, noi non sappiamo quello che stiamo facendo. Noi non possiamo essere sicuri se stiamo dando la risposta corretta o facendo l’esperimento giusto fino a che non diamo una risposta o otteniamo un risultato. Certamente, la scienza diventa ancora più difficile a causa della competizione per recuperare fondi e per la lotta per poter pubblicare su giornali importanti. In ogni caso, a parte tutto ciò, fare ricerca è intrinsecamente difficile. Cambiare la politica dipartimentale, istituzionale o nazionale, non la rende meno difficile. In secondo luogo, noi non facciamo un buon lavoro quando non lasciamo capire agli studenti come essere produttivamente stupidi. In altre parole, se noi non ci sentiamo stupidi vuol dire che non stiamo neanche provando a fare ricerca. Non sto parlando della stupidità relativa in cui gli studenti di una classe leggono gli appunti, pensano un poco e superano brillantemente le prove, mentre un altro non ci riesce. E nemmeno sto parlando di tutte quelle persone brillanti che lavorano in settori che non corrispondono alle loro propensioni o talenti.

La scienza implica il concetto di stupidità assoluta. Quel tipo di stupidità che è un fatto esistenziale e che ci spinge ad inoltrarci in un mondo completamente sconosciuto in cui non sappiamo cosa potrà mai accadere.

Gli esami ed i test danno l’idea che bisogna sempre avere la risposta giusta, e che il “non lo so” sia solo una questione di impreparazione. In realtà, gli esami non devono servire per capire se gli studenti sanno la risposta giusta. Se è così, allora lo scopo degli esami è sbagliato. Il punto dei test e degli esami è individuare la debolezza degli studenti, in parte per indirizzare i loro sforzi ed in parte per comprendere se la conoscenza degli studenti si arena ad un livello sufficientemente elevato per poter loro affidare un progetto di ricerca.

Stupidità produttiva significa scegliere di essere ignoranti. Focalizzarsi su problemi importanti ci pone nella posizione molto sgradevole dell’essere ignoranti.

Una delle cose più belle della scienza è che ci permette di fare pasticci di ogni genere, di sbagliare continuamente, ma, cionondimeno, farci sentire bene fintantoché riusciamo ad imparare qualcosa di nuovo ad ogni errore.

Non c’è alcun dubbio. Questa può essere una cosa veramente difficile per gli studenti abituati alla risposta giusta. Non c’è alcun dubbio. Livelli ragionevoli di confidenza e resilienza emozionale aiutano. Ma penso che l’educazione scientifica possa rendere molto più semplice una transizione veramente importante: passare da ciò che altre persone hanno scoperto, a ciò che noi stessi siamo in grado di scoprire.

Più ci abituiamo ad essere stupidi, più profondamente possiamo inoltrarci nei territori sconosciuti del sapere umano per poter fare scoperte veramente grandi..

Pubblicato il 19.11.2015 sulla mia pagina Facebook

Fonte dell’immagine di copertina: https://www.associazionelucacoscioni.it/notizie/rassegna-stampa/esiste-nel-diritto-internazionale-un-diritto-umano-alla-scienza/

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Glifosato sì, glifosato no: è veramente un pericolo?

Oggi sembra che vada di moda essere innocentisti o colpevolisti in campo agricolo. Mi spiego. C’è una vasta schiera di persone che si oppone, in modo a dir poco religioso, ai fitofarmaci, mentre altre, sempre religiosamente, si pongono a favore del loro uso. In realtà, nessuno dei due estremi è quello corretto.  Non basta dire “i fitofarmaci tout court sono nocivi”, oppure “cosa vuoi che sia? La loro concentrazione è al di sotto dei limiti previsti per legge”.

Le cose sono più complicate di quello che si pensa e vanno contestualizzate.

Cominciamo col dire che attualmente la popolazione mondiale ammonta a 7 miliardi di persone, nel 2050 sarà di almeno 10 miliardi e per il 2100 ancora di più. La superficie terrestre in grado di supportare l’attività agricola diminuisce progressivamente in funzione del fatto che parte dei suoli arabili diviene sede per le abitazioni e le infrastrutture. Da ciò consegue che l’uso di fitofarmaci diventa necessario se si vuole produrre alimenti per una popolazione in aumento esponenziale su una superficie agricola in costante riduzione.

L’agricoltura di ogni tipo (sia quella intensiva che fa uso di fitofarmaci che quella biologica che, invece, solo apparentemente non fa uso di fitofarmaci) è a forte impatto ambientale perché non solo accelera l’erosione dei suoli innescando i processi di desertificazione, ma contamina anche acqua ed aria, attraverso l’immissione di sostanze nocive (per esempio i principi attivi dei fitofarmaci stessi o i loro prodotti di degradazione) la cui attività influenza la vita non solo delle piante ma anche della micro, meso e macro fauna. A questo scopo l’unico modo di produrre alimenti per la popolazione mondiale in costante aumento è quello di far uso di pratiche agricole sostenibili, ovvero di pratiche che facciano uso oculato delle conoscenze scientifiche accumulate negli anni in merito all’attività di tutti i composti usati in agricoltura ed in merito ai meccanismi di erosione e contaminazione (non fa certamente parte del bagaglio di conoscenze scientifiche l’agricoltura biodinamica che, di fatto, non è altro che un’enorme sciocchezza. Ma questo merita altro approfondimento).

È in questo ambito che va inquadrato  il discorso sul glifosato, principio attivo del noto fitofarmaco chiamato “roundup” brevettato all’inizio degli anni 70 del XX secolo dalla Monsanto, azienda chimica statunitense, oggi ritenuta capziosamente come il satana industriale nemico dell’ambiente.

Struttura del glifosato (Fonte: http://www.ilfattoalimentare.it/glifosato-echa-non-cancerogeno.html)

Il glifosato è un erbicida la cui azione è quella di inibire gli enzimi coinvolti nella biosintesi degli amminoacidi fenilalanina, triptofano e tirosina (due di essi, fenilalanina e triptofano, sono essenziali per l’uomo e possono essere assunti solo attraverso la dieta) oltre che di composti quali acido folico, flavonoidi, vitamina K e vitamina E importanti metaboliti vegetali.

Proprio perché i complessi enzimatici coinvolti nell’azione del glifosato sono tipici delle piante, si è sempre ritenuto che tale erbicida fosse innocuo per gli animali, in particolare l’uomo. Ed invece studi recenti sembrano  dimostrare che il glifosato può essere causa dei linfomi non-Hodgkin  (ovvero di una classe di tumori maligni del tessuto linfatico) (1, 2), sebbene studi epidemiologici completi non siano stati ancora fatti; interferisce in vitro con la trasmissione dei segnali del sistema endocrino (3, 4); provoca danni al fegato ed ai reni dei ratti attraverso la distruzione del metabolismo mitocondriale (5); sequestra micronutrienti metallici come zinco, cobalto e manganese (cofattori enzimatici in molte reazioni metaboliche)  producendo, quindi, danni metabolici generali specialmente a carico delle funzioni renali ed epatiche (6).

Tutti gli studi citati (molti altri sono elencati nel riferimento (7)) si basano su esperimenti condotti o in vivo o in vitro ma facendo uso di quantità molto elevate di glifosato. Ma cosa significa molto elevato? Quali sono le quantità di glifosato che possono portare problemi alla salute umana? Qui già iniziano le prime contraddizioni. La EPA Statunitense ha stabilito che la quantità di glifosato massima nell’organismo debba corrispondere a 1.75 mg per kg al giorno. Significa che un americano dalla corporatura media di 80 kg può assumere ogni giorno 140 mg di glifosato. Però se lo stesso americano venisse in Europa si ritroverebbe con un livello di glifosato nel suo organismo molto più alto di quello consentito. Infatti, la legislazione adottata dalla Comunità Europea prevede un contenuto massimo di glifosato pari a 0.3 mg per kg al giorno, ovvero l’individuo di cui sopra può assumere un massimo di 24 mg di glifosato al giorno. È anche vero, però, che attualmente la Comunità Europea sta valutando l’innalzamento del limite a 0.5 mg per kg al giorno, ma resta, comunque, una quantità molto al di sotto di quella ammessa negli Stati Uniti dove l’ammontare di glifosato usato in agricoltura è passato da 4 milioni di kg del 1987 a 84 milioni di kg nel 2007 (7).

Perché ci sono differenze nei limiti di glifosato che un essere umano può assumere ogni giorno?

Bisogna dire che i limiti di assunzione vengono autorizzati da enti governativi differenti (USA ed EU, nella fattispecie) che basano le loro decisioni sulla letteratura disponibile. Il problema del glifosato, però, è che la letteratura  usata non è quella  costituita da lavori scientifici resi pubblici dagli studiosi che si occupano di tale erbicida (7). I riferimenti usati dagli enti governativi sono documenti forniti dalle aziende private produttrici di fitofarmaci che contengono solo risultati relativi a studi secretati (ovvero soggetti al segreto industriale). A quanto risulta, invece, la letteratura più tradizionale, quella che è pubblica, suggerisce che il limite massimo ammissibile di glifosato in un organismo umano dovrebbe essere di circa 0.03 mg per kg al giorno, ovvero ben 10 volte in meno rispetto a quanto previsto dalla Comunità Europea e circa 60 volte in meno rispetto a quanto consigliato dalla Statunitense EPA.

A chi credere? Agli enti governativi o alla letteratura scientifica? La realtà è che mancano studi epidemiologici completi per poter stabilire con esattezza quali siano i limiti ammissibili per il glifosato. Anche i lavori resi pubblici dagli specialisti del settore sono, in qualche modo, incompleti e vanno presi con molta attenzione e senso critico. È per questo che sarebbe meglio applicare il principio di precauzione fino a quando la quantità di dati disponibili in letteratura non consentirà di arrivare a comprendere con precisione quali sono i reali effetti del glifosato sulla salute umana.

Di certo le persone più esposte ai danni dell’erbicida sono i lavoratori del settore agricolo (8). Solo in subordine risultano esposti i consumatori. Questo perché i controlli sulla quantità di fitofarmaci e loro residui sui prodotti alimentari sono abbastanza stringenti. In ogni caso, per prevenire la presenza di glifosato e suoi residui negli alimenti (in realtà non solo di tale erbicida, ma di tutti i possibili fitofarmaci dannosi o potenzialmente tali per la salute dell’uomo) occorre utilizzare una corretta pratica agricola.

Nel caso specifico del glifosato, la corretta pratica agricola consiste nell’applicazione di tale erbicida o in fase di pre-semina o in fase di post-raccolta (ovvero nei momenti in cui il suolo viene lasciato “riposare” tra un raccolto e l’altro) e non come attualmente in voga in fase di pre-raccolta. Infatti, è noto da tempo (7) che il glifosato viene intrappolato dalla sostanza organica dei suoli (9, 10) e successivamente degradato dalla fauna microbica in composti meno impattanti sulla salute umana (11). Al contrario, nelle applicazioni in “tarda stagione” (ovvero poco prima della raccolta) non si dà il tempo al glifosato di poter essere degradato, con la conseguenza che l’erbicida (o suoi sottoprodotti tossici) possono essere individuati all’interno degli alimenti (7)

Conclusioni

  1. L’uso dei fitofarmaci, e del glifosato in particolare, è reso necessario per ottimizzare la produzione agricola in un sistema, quello terrestre, che vede un sovrappopolamento con conseguente riduzione delle superfici arabili
  2. Non ci sono dati certi in merito alla tossicità del glifosato sulla salute umana se non nei casi particolari relativi ai lavoratori del settore agricolo che sono esposti a forti dosi dell’erbicida durante la loro attività lavorativa
  3. Non applicazioni pre-raccolta, ma pre-semina o post-raccolta dovrebbero essere effettuate per minimizzare la quantità di glifosato (e suoi residui) all’interno dei prodotti destinati ai consumatori finali
  4. Un incremento della ricerca in ambito fitofarmacologico è necessario per individuare gli effetti dei fitofarmaci, in generale, e del glifosato, in particolare, sulla salute umana. Studiare il glifosato, però, richiede laboratori attrezzati e studiosi preparati. Tutto questo ha un prezzo. Se le comunità dei consumatori vogliono avere informazioni più approfondite e dettagliate sul ruolo del glifosato sulla salute umana, è bene che investano in questo tipo di ricerca. Investimenti nella ricerca dovrebbero essere finanziati anche dalle aziende produttrici di fitofarmaci in modo chiaro e non soggetto a segreto industriale. Solo in questo modo tutti (dai consumatori alle grandi aziende agricole e non) possono trarre vantaggi dalla ricerca scientifica.

Riferimenti

(1) Schirasi and Leon, Int. J. Environ. Res. Public Health, 2014, 11(4): 4449-4457

(2) Associazione Italiana Ricerca sul Cancro: http://www.airc.it/tumori/linfoma-non-hodgkin.asp

(3) Thongprakaisang et al., Food Chem. Toxicol. 2013, 59C: 129-136

(4) Romano et al., Arch. Toxicol. 2012, 86(4): 663-673

(5) Mesnage et al.,  Food Chem. Toxicol. 2015, 84: 133-153

(6) Kruger et al., J. Environ. Anal. Toxicol., 2013, 3: 1000186

(7) Myers et al., Environ. Health, 2016, 15: 19- 31

(8) Schinasi et al., Int. J. Environ. Res. Public Health, 2014, 11(4): 4449-4527

(9) Piccolo et al., J. Agric. Food Chem., 1996, 44:  2442-2446

(10) Day et al., Environ. Technol., 1997, 18: 781-794

(11) Shushkova et al., Microbiology, 2012,  81(1): 44–50

Articolo pubblicato anche su www.laputa.it: https://www.laputa.it/blog/glifosato-pericolo-ambiente-innocuo-uomo/

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Omeopatia e fantasia. Parte II

Qualche settimana fa ho dedicato una nota dal titolo “Omeopatia e fantasia” (clicca qui) ai risultati di Benveniste e Montagnier in merito ad uno dei cavalli di battaglia più incisivi di quelli che io definisco gli “amici dell’omeopatia”, ovvero la memoria dell’acqua. Ho messo in evidenza come il lavoro di Benveniste sia stato smentito dagli editor di Nature (rivista su cui il concetto di memoria dell’acqua fu pubblicato per la prima volta nel 1988) così come il lavoro di Montagnier sia risultato affetto da limiti sperimentali che hanno reso le conclusioni ivi contenute del tutto inaffidabili.

Tuttavia ho anche concluso che una anomalia chimica come la memoria dell’acqua non è passata inosservata e, dopo le pubblicazioni di Benveniste e Montagnier – nonostante tutti i limiti di cui ho discusso, il mondo scientifico non se ne è stato con le mani in mano.

Tutti noi lavoriamo per scrivere i nostri nomi nei libri di storia della scienza. Se “annusiamo l’affare”, ci buttiamo a pesce per essere tra i primi, se non i primi, a descrivere il modello più adatto per spiegare certi fenomeni strani. La conseguenza è che la letteratura è piena di studi i cui autori descrivono i loro infruttuosi tentativi di trovare la “pietra filosofale”. E’ quanto accaduto anche per la memoria dell’acqua. Ma andiamo con ordine ed applichiamo il metodo scientifico di cui ho già scritto qui, qui e qui.

La domanda

Alla luce dei risultati di Benveniste, immaginiamo che  un principio attivo lasci la sua impronta all’interno del solvente che lo contiene e che tale impronta permanga nel sistema dopo una sequenza di succussioni e diluizioni successive. Questa impronta deve essere fatta da molecole di acqua che si muovono a velocità differenti, ovvero ci si deve aspettare che le molecole di acqua  sui bordi dell’impronta debbano essere meno mobili di quelle più lontane dall’impronta.

Supponiamo ora che sia valido  quanto affermato da Montagnier in merito alla presenza di nano-strutture di acqua tenute assieme da radiazioni elettromagnetiche. Ci dovremmo aspettare anche in questo caso la presenza di acqua che si muove a differenti velocità. Infatti le molecole di acqua impegnate nella formazione di nano-strutture, trovandosi in domini chimici piuttosto ingombranti rispetto alle dimensioni di una singola molecola di acqua, si devono muovere più lentamente di quelle che sono posizionate in zone più lontane dalle predette nano-strutture.

E’ possibile trovare delle evidenze sperimentali che possano validare le ipotesi suddette formulate sulla base di studi ritenuti in ogni caso inaffidabili dalla comunità scientifica?

Gli esperimenti in risonanza magnetica nucleare

La risonanza magnetica nucleare (NMR) permette di studiare il comportamento della materia in presenza di campi magnetici ad intensità differente. Non è questa la sede per entrare nei dettagli della tecnica che possono essere trovati altrove [1].

In modo molto semplicistico possiamo dire che al variare dell’intensità del campo magnetico è possibile misurare la velocità con cui si muovono le molecole di acqua confinate in specifici intorni chimici. In particolare, per intensità basse del campo magnetico applicato, si possono monitorare le velocità di molecole di acqua che si muovono lentamente. Man mano che aumenta l’intensità del campo magnetico applicato si può monitorare la velocità di molecole di acqua che si muovono con velocità progressivamente più elevata.

Nel 1999, Rolland Conte et al. [2] pubblicano una “Theory of high dilutions and experimental aspects” dove vengono riportati dati sperimentali a supporto di una teoria delle “impronte” che sembra validare la presunta efficacia dell’omeopatia. Tuttavia, le evidenze sperimentali riportate in quel libro sono state completamente smentite dai lavori di Milgrom et al. [3] e Demangeat et al. [4]. Questi autori, infatti, hanno evidenziato, mediante applicazione della tecnica NMR, che i risultati di Rolland Conte e collaboratori sono ascrivibili ad artefatti derivanti da impurezze rilasciate dalle pareti dei recipienti di vetro usati per gli esperimenti. Nessuna “impronta” rilasciata dal soluto nel solvente e presente anche dopo un certo numero di diluizioni e succussioni, è stata  rilevata da Aabel et al. [5] che scrivono:

“there is no experimental evidence that homeopathic remedies make any kind of imprint on their solvent, which can be detected with nuclear magnetic resonance”.

Alle stesse conclusioni giunge anche Anick [6] che riporta:

“no discrete signals suggesting a difference between remedies and controls were seen, via high sensitivity 1H-NMR spectroscopy. The results failed to support a hypothesis that remedies made in water contain long-lived non-dynamic alterations of the H-bonding pattern of the solvent”.

Le evidenze di Milgrom et al., Demangeat et al., Aabel et al. e Anick, sono state recentemente confermate anche da Baumgartner et al. [7] che riportano:

“No clear pattern emerged with respect to a difference between homeopathic preparations and controls or between homeopathic preparations”.

Da quanto appena riportato, si comprende che l’ipotesi sulla memoria dell’acqua è stata falsificata in senso popperiano. In altre parole l’uso di tale ipotesi consente di fare delle previsioni che, poi, non sono confermate dalla realtà sperimentale.

Quale conclusione si può trarre da questa lezione? La memoria dell’acqua semplicemente non esiste.

Andiamo oltre

Altre realtà sperimentali

Concentriamoci ora sul fenomeno della succussione ovvero dell’agitazione meccanica e violenta che, secondo Hannhemann, dinaminizzerebbe l’acqua rendendola capace di accumulare e potenziare l’essenza del principio attivo rendendolo efficace anche alle estreme diluizioni omeopatiche.

Tra le tecniche utilizzate per lo studio degli effetti della succussione sulla struttura dell’acqua sono da annoverare conduttimetria e calorimetria. La conduttimetria è un tipo di analisi attraverso cui si valuta la capacità dell’acqua di condurre la corrente elettrica. La conduttimetria, per esempio, consente di misurare l’effetto Grotthus di cui ho parlato qui. La calorimetria è una tecnica che consente la misura della quantità di energia coinvolta nei processi chimici. In altre parole,  l’idea alla base di queste misure è che i processi di diluizione e succussione che portano alla formazione di “impronte”, modificano la rete di legami a idrogeno in cui le molecole di acqua sono coinvolte. Queste modifiche sono individuabili sia attraverso la misura dell’energia (ovvero calore) coinvolta durante le trasformazioni che attraverso le alterazioni temporali delle proprietà conduttimetriche [8].

Sia le indagini conduttimetriche che quelle calorimetriche in cui si conclude che la succussione permette la formazione di strutture acquose coinvolte nelle proprietà dei rimedi omeopatici, sono state smentite in lavori apparsi recentemente in letteratura. Per esempio, Horatio Corti [9] riporta che tutti i lavori in cui si fa uso di conduttimetria soffrono di fallacie metodologiche. Per esempio, quando si descrive la succussione si scrive “violent agitaton”. Cosa vuol dire “agitazione violenta”? Ciò che è “violento” per me potrebbe non esserlo per altri. Sotto il profilo metodologico è sempre – e ribadisco sempre – necessario riportare le condizioni esatte con cui vengono preparati i campioni per le analisi. La base del metodo scientifico è quella di consentire a tutti i ricercatori interessati, di ripetere, se necessario, gli esperimenti fatti dai propri colleghi. Se mancano informazioni, gli esperimenti sono irripetibili ed irriproducibili; i fenomeni di cui si tenta di dare una spiegazione non sono osservabili; quei fenomeni non possono essere descritti e ricadono nell’ambito della pseudo scienza.

Si potrebbe argomentare che in alcuni lavori sia stato indicato che la succussione consiste:

“in a single succussion process, 50–500 vertical strokes are given at the frequency of 0.83 Hz to the vessel containing the solution. In the case of the vortex, the time the vortex was present varied from 20 to 120 s” [10].

In altre parole, la succussione può essere effettuata in due modi. Una prima modalità consiste nell’agitare da 50 a 500 volte dall’alto verso il basso (ovvero in verticale) con una frequenza di 0.83 Hz il contenitore in cui vengono effettuate le diluizioni. Una seconda modalità consiste nell’usare un miscelatore “vortex” per un intervallo di tempo variabile da 20 a 120 s.

Sebbene quanto riportato possa sembrare ineccepibile sotto l’aspetto scientifico, in realtà le informazioni non sono sufficienti affinché la preparazione dei campioni possa essere considerata riproducibile. Infatti, manca l’indicazione relativa alla quantità di energia meccanica coinvolta nel processo di succussione.

In altri studi sui processi di succussione e diluizione, vengono prese in considerazione miscele acqua/biossido di silicio [8]. Ebbene, il biossido di silicio è un composto chimico, presente anche nel vetro, del tutto insolubile in acqua. In funzione delle dimensioni delle particelle di biossido di silicio, si può parlare di dispersione colloidale (particelle di dimensione compresa tra 2 x 10-9 e 2 x 10-6 m, ovvero tra 2 nm e 2 micron) o di sospensione (particelle con dimensione > 2 x 10-6 m, ovvero > 2 micron). È evidente, quindi, che le miscele biossido di silicio/acqua non sono “soluzioni” propriamente dette.

Non essendo delle soluzioni, ma delle dispersioni colloidali o addirittura delle sospensioni, le miscele acqua/biossido di silicio non possono essere campionate in modo riproducibile dal momento che la distribuzione del particolato solido nell’intera miscela dipende fortemente dalla turbolenza del sistema. Si tratta, in definitiva, anche in questo caso di un sistema irriproducibile che non consente ad altri ricercatori di poter controllare la validità delle osservazioni fatte da chi “esalta” la capacità “dinamizzatrice” della succussione.

Cosa dire poi dell’uso di bottiglie scure usate per la conservazione dei campioni? [11]  Il colore delle bottiglie è dovuto a composti contenenti nickel, ferro o altri ossidi di metalli di transizione che possono essere rilasciati nelle soluzioni. Queste impurezze, della cui presenza è stato già discusso nel paragrafo precedente in merito ai risultati NMR, possono inficiare sia le misure conduttimetriche che quelle calorimetriche.

Non si può, poi, non ricordare anche che  le “agitazioni violente” incrementano la solubilità dei gas in acqua portando alla formazione di nanobolle la cui presenza inficia ogni possibile tipo di analisi si decida di effettuare.

Non è un caso, quindi, che Verdel e Bukovec [12] affermino che quando tutte le possibili fonti di errori sono sotto controllo:

“we found no differences in conductivities of aged mechanically treated solutions and aged untreated solutions”

ovvero la succussione non produce effetti rispetto a soluzioni controllo.

Verdel e Bukovec evidenziano anche che le modifiche temporali nelle misure conduttimetriche dell’acqua possono essere ricondotti ad una proprietà anomala della stessa indicata come tissotropia. La tissotropia è una particolare caratteristica fisica di alcuni gel o liquidi per la quale la viscosità è più elevata in condizioni di riposo, mentre diventa via via più bassa man mano che aumenta l’agitazione meccanica.

Conclusioni I

Questa breve disamina sulle realtà sperimentali in merito all’omeopatia, ha evidenziato che non è vero quanto dicono gli amici dell’omeopatia in merito al mondo scientifico chiuso e sordo alle novità. Si tratta di fantasie di ignoranti che non hanno alcuna idea di come ci si muove nel mondo scientifico. Queste persone, che non hanno idea di cosa sia la Scienza, hanno in mente solo le biografie romanzate di grandi scienziati del passato e pensano che queste biografie romantiche riflettano esattamente il mondo nel quale io stesso mi muovo da circa 25 anni.

Conclusioni II

Anche sotto l’aspetto chimico, l’omeopatia altro non è che una vera e propria scemenza. C’è bisogno di prove per affermarlo? Secondo me, sì. Quando si fanno delle affermazioni in ambito scientifico bisogna sempre parlare con cognizione di causa. Bene hanno fatto i colleghi a fare esperimenti per individuare la validità della cosiddetta memoria dell’acqua. I risultati hanno dimostrato in modo ineccepibile che s tratta di una idea affascinante che, tuttavia, non ha alcun riscontro sperimentale. Si può accantonare senza alcuna difficoltà.

Conclusioni III

Ci sarà sicuramente qualcuno che penserà: “va bene. La memoria dell’acqua non è verificata e quindi non si può considerare. Ma l’omeopatia su di me funziona. Ci sarà qualche altro motivo”.

Il funzionamento dell’omeopatia è legato all’effetto placebo, un effetto non biochimico che si realizza solo in alcune condizioni e che, comunque, non consente di risolvere problemi seri. Ma questo sarà l’oggetto di un’altra nota.

Riferimenti e note

[1] D. Goldenberg (2016) Principles of NMR Spectoscopy, University Science Books; R. Kimmich (2011) NMR: Tomography, Diffusometry, Relaxometry. Springer 2nd ed.

[2] R.R. Conte et al. (1999) Theory of high dilutions and experimental aspects. Paris: Polytechnica. Tradotto e pubblicato da Dynsol Ltd, Huddersfield

[3] LR Milgrom et al. (2001) On the investigation of homeopathic potencies using low resolution NMR T2 relaxation times: an experimental and critical survey of the work of Rolland Conte et al. British Homeopathic Journal, 90: 5-12

[4] JL Demangeat et al. (2004) Low-field NMR water proton longitudinal relaxation in ultrahigh diluted aqueous solutions of silica-lactose prepared in glass material for pharmaceutical use. Applied Magnetic Resonance. 26: 465-481

[5] S Aabel et al. (2001) Nuclear magnetic resonance (NMR) studies of homeopathic solutions. British Homeopathic Journal, 90: 14-20

[6] DJ Anick (2004) High sensitivity 1H-NMR spectroscopy of homeopathic remedies made in water.  BMC Complementary and Alternative Medicine, 4: 15 DOI: 10.1186/1472-6882-4-15

[7] S. Baumgartner et al. (2009) High-field 1H T1 and T2 NMR relaxation time measurements of H2O in homeopathic preparations of quarrtz, sulfur, and copper sulfate. Naturwissenschaften, 96: 1079-1089

[8] V. Elia et al. (2004) New physico-chemical properties of extremely diluted aqueous solutions. A calorimetric and conductivity study at 25°C, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 78: 331–342; V. Elia et al. (2005) Hydrohysteretic phenomena of “Extremely Diluted Solutions” induced by mechanical treatments: a calorimetric and conductometric study at 25 °C. Journal of Solution Chemistry, 34: 947-960; V. Elia et al. (2007) The “Memory of Water”: an almost deciphered enigma. Dissipative structures in extremely dilute aqueous solutions. Homeophaty 96: 163–169; V. Elia et al. (2008) New physico-chemical properties of extremely dilute solutions. A conductivity study at 25 °C in relation to ageing. Journal of Solution Chemistry, 37: 85–96

[9] H.R. Corti (2008) Comments on “New Physico-Chemical Properties of Extremely Dilute Solutions. A Conductivity Study at 25 °C in Relation to Ageing”, Journal of Solution Chemistry 37: 1819–1824

[10] V. Elia et al. (2005) Hydrohysteretic phenomena of “Extremely Diluted Solutions” induced by mechanical treatments: a calorimetric and conductometric study at 25 °C. Journal of Solution Chemistry, 34: 947-960

[11] V. Elia et al. (2004) New physico-chemical properties of extremely diluted aqueous solutions. A calorimetric and conductivity study at 25°C, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 78: 331–342

[12] N. Verdel e P. Bukovec (2014) Possible further evidence for the thixotropic phenomenon of water, Entropy 16: 2146-2160

Fonte dell’immagine di copertina: ultimi studi

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Meccanismo di Grotthuss

Avete mai sentito parlare del meccanismo di Grotthuss? In genere, sono pochi a conoscere questa locuzione, anche tra i chimici. A cosa ci si riferisce?

Si parla di acqua e del modo con cui diffondono gli ioni ioni H+ (ione idrogeno o idrogenione) e OH– (ione ossidrile o ossidrilione) all’interno del sistema acqua.

E’ noto che un acido in acqua dà luogo al seguente equilibrio:

che può essere spostato verso i reagenti o verso i prodotti a seconda della forza dell’acido stesso.

Allo stesso modo una base in acqua dà un equilibrio descrivibile secondo la seguente equazione chimica:

anche esso spostato a destra (verso i prodotti) o a sinistra (verso i reagenti) a seconda della forza della base.

La stessa acqua dà luogo ad un equilibrio di autoprotolisi che può essere descritto così:

Ciò che in genere si insegna agli studenti del primo anno dei corsi di laurea scientifici in cui si studia la chimica è che tutti gli ioni in soluzione acquosa sono solvatati, ovvero sono circondati da un certo numero di molecole di acqua. Anche gli ioni H+ e OH– sono solvatati.

La struttura contenente il minimo numero di molecole di acqua per l’idrogenione e l’ossidrilione è:

In altre parole, lo ione H+  ha formula minima  H9O4+ mentre lo ione OH– ha formula minima H7O4– .

I legami tratteggiati indicano interazioni di carattere elettrostastico. Sono i legami a idrogeno.

Quando si parla di interazioni elettriche si pensa sempre ad interazioni che si realizzano tra cariche dello stesso segno che si respingono o cariche di segno opposto che si attraggono. Nel caso specifico delle interazioni tra l’idrogenione e le molecole di acqua o l’ossidrilione e le molecole di acqua, l’interazione si stabilisce tra la carica positiva dell’idrogenione e le cariche negative presenti sugli atomi di ossigeno delle molecole di acqua; tra la carica negativa dell’ossidrilione e le cariche positive localizzate sugli atomi di idrogeno delle molecole di acqua.

I legami a idrogeno anzidetti, in realtà, non sono esclusivamente di natura elettrostatica. Esiste un altro modo per descriverli. Si possono prendere in considerazione gli orbitali molecolari. In altre aprole, si può dire che uno degli orbitali contenenti gli elettroni di non legame (ovvero una coppia solitaria) dell’atomo di ossigeno di una molecola di acqua, si combina con l’orbitale povero di elettroni dello ione idrogeno per la formazione della specie chimica  H3O+ . Quest’ultima a sua volta è caratterizzata da una vacanza elettronica (ovvero una carica positiva) delocalizzata sull’intera struttura, o meglio sui tre atomi di idrogeno legati all’ossigeno centrale. Una seconda molecola di acqua può interagire con la specie H3O+ attraverso la combinazione di un orbitale molecolare che contiene una delle coppie elettroniche solitarie dell’atomo di ossigeno con l’orbitale vuoto di uno degli atomi di idrogeno dello ione H3O+ . Queste interazioni, di natura covalente, si realizzano anche con gli altri atomi di idrogeno dello ione H3O+ .

Un discorso analogo va fatto per quanto riguarda l’interazione tra lo ione ossidrile e le molecole di acqua. La differenza rispetto a quanto accade tra acqua ed H3O+ è che nel caso dell’ossidrilione, l’orbitale ricco di elettroni è quello dello ione OH– mentre quello povero di elettroni è l’orbitale presente negli atomi di idrogeno delle molecole di acqua.

Considerando quanto appena detto, ne viene che nel legame

può avvenire lo scambio

Ovvero quello che prima era un legame covalente diventa legame a idrogeno; quello che prima era un legame a idrogeno diventa legame covalente.

Quando lo scambio predetto si realizza sull’intera rete di legami a idrogeno del sistema acquoso, si ottiene la diffusione della carica positiva all’interno dell’acqua. La figura qui sotto chiarisce il movimento della carica elettrica come conseguenza dello scambio di cui si è parlato fino ad ora.

 

Un discorso analogo si può fare per la diffusione dello ione ossidrile all’interno della rete dei legami a idrogeno con le molecole di acqua:

Conclusioni I

Alla luce di quanto indicato, si evince che la diffusione degli ossidrili e degli idrogenioni in acqua non segue solo un meccanismo basato sul gradiente di concentrazione, ma anche quello fondato sullo scambio chimico conosciuto come meccanismo di Grotthus, dal nome del chimico Tedesco che per primo descrisse questo fenomeno che può essere valutato sperimentalmente attraverso tecniche di spettroscopia e conduttimetria.

Conclusioni II

Come si legge in questa “pillola di scienza”, la chimica può risultare veramente complessa se non si possiede padronanza con un certo tipo di linguaggio e con un certo modo di pensare. Nel rileggere questa nota mi sono reso conto di non aver utilizzato un linguaggio elementare. Me ne scuso con i miei lettori meno addentro al linguaggio chimico. Non sempre è facile fare lo “storytelling” di argomenti scientifici, specialmente quando questi necessitano di conoscenze di base non proprio banali.

Il lettore più curioso potrebbe chiedersi se questo meccanismo abbia una qualche utilità pratica oltre al piacere intellettuale di aver apportato una conoscenza di base al nostro bagaglio culturale. Ebbene sì. Questo meccanismo può spiegare la cinetica degli ioni (in questo caso H+ e OH– ) nelle matrici ambientali come suoli ed acque. La dinamica degli ioni nei suoli è direttamente correlata alla fertilità. Come conseguenza, approfondire i meccanismi con cui le specie chimiche si “muovono” all’interno del suolo può aiutare a comprendere in che modo possiamo agire non solo per migliorare la fertilità dei suoli, ma anche per il recupero di ecosistemi stressati da attività agricole intensive necessarie alla nostra produzione alimentare.

Note e considerazioni

Gli orbitali molecolari che contengono le coppie solitarie degli atomi di ossigeno dell’acqua sono indicati come HOMO, ovvero “Highest Occupied Molecular Orbital”, orbitale molecolare a più alta energia occupato. Quelli non occupati presenti sugli atomi di idrogeno sono indicati come LUMO, ovvero “Lowest Unoccupied Molecular Orbital”, orbitale molecolare a più bassa energia non occupato.

Per saperne di più

La conduttanza ed il meccanismo di Grotthuss

La chimica dello ione idrogeno

Fonte dell’immagine di copertina: http://www.chimica-online.it/download/legame-a-idrogeno.htm

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Omeopatia e fantasia

Omeopatia e fantasia. La proposta di Benveniste
Nel 1988 il gruppo di ricerca gestito dal Professor Benveniste pubblica su Nature un lavoro nel quale si evidenzia come l’attività di certi anticorpi permane anche dopo le diluizioni estreme tipiche dei rimedi omeopatici. L’ipotesi formulata per spiegare questi risultati inattesi è che l’impronta degli anticorpi venga in qualche modo “memorizzata” all’interno della struttura dell’insieme di molecole di acqua. Sarebbe questa “traccia” lasciata dagli anticorpi a indurre gli effetti biochimici dei rimedi omeopatici, secondo i fautori dell’omeopatia. Ipotesi indubbiamente affascinante ma che, essendo basata su affermazioni straordinarie, richiede prove straordinarie.
Ho già avuto modo di spiegare che gli stessi editor di Nature si riservarono la possibilità di verificare la validità delle procedure utilizzate per l’ottenimento di quei risultati che apparentemente avrebbero dovuto consentire la riscrittura completa di tutti i libri di testo di chimica e fisica.
I risultati dell’indagine condotta dal comitato di esperti di Nature non hanno lasciato dubbi: il lavoro del gruppo gestito da Benveniste sopravvaluta gli effetti che gli autori riportano nelle loro conclusioni, manca di riproducibilità, manca di una seria valutazione degli errori sperimentali sia casuali che sistematici (per esempio gli autori non hanno fatto sforzi per eliminare i pregiudizi di conferma) e le condizioni del laboratorio non offrono sufficienti garanzie per una interpretazione oggettiva, e quindi credibile, dei dati
Nonostante la bocciatura, gli amici dell’omeopatia tornano periodicamente alla carica con la memoria dell’acqua.

Omeopatia e fantasia. La proposta di Montagnier
Subito dopo aver vinto il Nobel per la scoperta del virus HIV, quello responsabile dell’AIDS, Luc Montagnier pubblica un lavoro dal titolo “Electromagnetic signals are produced by aqueous nanostructures derived from bacterial DNA sequences”. I risultati di questo lavoro hanno eccitato, e tuttora eccitano, i fautori dei rimedi omeopatici. Infatti, Montagnier riporta che alcune sequenze di DNA sarebbero in grado di emettere delle radiazioni elettromagnetiche a bassa frequenza capaci di produrre degli insiemi nano-strutturati di molecole di acqua che permarrebbero in soluzione anche in assenza delle sequenze di DNA che li hanno prodotti. I nano-aggregati sarebbero a loro volta in grado di emettere le stesse onde elettromagnetiche delle sequenze di DNA. Si ottiene, in definitiva, una trasmissione delle informazioni contenute nelle sequenze di DNA a tutta la soluzione.
La novità del lavoro di Luc Montagnier è legata al fatto che la trasmissione elettromagnetica descritta occorre anche in assenza di soluto. In altre parole, i frammenti di DNA che innescano la trasmissione sembrano lasciare il loro “ricordo” all’interno della soluzione. Questo ricordo è riconducibile alle nano-strutture acquose che contengono l’informazione lasciata dal DNA. Montagnier si spinge anche oltre. Egli, infatti, ipotizza che tutte le patologie possano essere di origine batterica o virale, anche quelle per cui attualmente non sono riconosciute cause di questo tipo, come per esempio l’autismo. Secondo Montagnier, le non determinabili quantità di DNA immerse nel nostro organismo da questi “vettori” trasmetterebbero, attraverso l’acqua presente nel nostro sangue, le informazioni relative alle patologie di cui cadiamo preda.

Bello vero? L’ha detto un premio Nobel. Chi sono io per contraddire uno che è arrivato nell’Olimpo degli scienziati? Devo essere umile ed accettare le parole di Montagnier.

Sapete qual è il problema? Che io non solo non sono umile quando si parla di scienza, ma lo sono ancora meno quando si parla di chimica. Divento veramente antipatico se chi mi dice queste cose è uno che non solo non conosce la chimica, ma si dice pure simpatizzante dell’omeopatia. Se poi è un chimico (o in generale uno scienziato) simpatizzante dell’omeopatia, allora divento un antipatico intransigente e passo a trattare questo scienziato per quello che è: un ignorante assoluto.

Ma vediamo perché.

Cosa non va nel lavoro di Montagnier (parte I)
Se si legge il lavoro di Montagnier si nota subito una cosa. Esso è stato inviato alla rivista il 3 Gennaio, revisionato dopo suggerimenti ricevuti da revisori anonimi il 5 Gennaio e pubblicato in via definitiva il 6 Gennaio 2009. Tre giorni per inviare, revisionare e pubblicare un lavoro scientifico in cui si riportano delle informazioni che possono cambiare radicalmente le nostre conoscenze chimiche e fisiche, è eccezionale. L’ipotesi di Montagnier, infatti, tenderebbe a ridisegnare completamente tutto quanto sappiamo sull’acqua. I modelli che abbiamo usato fino ad ora e che funzionano perfettamente devono essere o rivisti o abbandonati.
Una rivista che pubblica così velocemente è encomiabile. Vuol dire che essa è molto efficiente nella scelta dei revisori anonimi e nel successivo processo di revisione ed editing. I revisori si sono, evidentemente, dichiarati disponibili a leggere e commentare il lavoro di Montagnier in tempi veramente ridotti. Si sono detti disponibili a sottrarre tempo prezioso al loro lavoro di ricerca e didattica per una incombenza che è fondamentale nel mondo scientifico: la peer review o revisione tra pari. Questo va bene. Anche a me capita di fare revisioni solo uno o due giorni dopo aver ricevuto la richiesta da parte delle riviste del mio settore.
Cosa dire, però, del servizio editoriale della rivista? Indubbiamente si è dimostrato particolarmente efficiente. Infatti, poche ore dopo aver ricevuto i commenti dei revisori, l’editore ha contattato gli autori che immediatamente hanno provveduto alle eventuali revisioni suggerite. Infine, nel giro di altre poche ore il lavoro è stato formattato secondo gli schemi della rivista, le bozze inviate agli autori, corrette e restituite alla rivista che ha poi pubblicato immediatamente il lavoro.
Posso dire che sono invidioso? A me è capitato che le uniche volte in cui le informazioni in merito ad un mio lavoro siano arrivate entro 48 ore dall’invio ad una rivista è perché il lavoro non era stato considerato pubblicabile sulla rivista stessa. Ma io non sono un Nobel e devo essere umile.
Peraltro io non sono neanche editor-in-chief né chairman dell’editorial board delle riviste su cui pubblico come, invece, lo è Luc Montagnier. Basta andare sul sito de “Interdisciplinary Sciences: Computational Life Sciences” della Springer e cercare nell’editorial board staff per trovare il nome di Montagnier associato alla carica di Chairman dell’editorial board staff. Non è che l’efficienza precedentemente discussa potrebbe essere dovuta al fatto che il Professor Montagnier abbia agito contemporaneamente come autore, editore e revisore del suo stesso lavoro? Se fosse così, sarebbe un plateale caso di scienza patologica legato ad un comportamento an-etico.
Ma io non sono nessuno e devo essere umile. Soprattutto queste mie elucubrazioni sanno di complottismo. Ed allora entriamo nel merito.

Cosa non va nel lavoro di Montagnier (parte II)
Da una lettura accurata del lavoro si evince che Montagnier fa ampio uso della tecnica PCR (polymerase chain reaction che in Italiano è conosciuta come reazione di amplificazione a catena). Si tratta di una tecnica che consente di amplificare (ovvero ottenere in gran quantità ed in poche ore) una specifica sequenza di DNA. Il limite di questa tecnica risiede nel fatto che occorre molta attenzione perché il rischio di contaminazione dei campioni è molto alto. Per esempio, l’amplificazione del DNA umano risulta facilitata dal fatto che frammenti di pelle sono presenti un po’ ovunque. Essi tendono ad accumularsi, anche se non ce ne accorgiamo, nei tubicini Eppendorf (citati nel lavoro di Montagnier) utilizzati proprio per la reazione di amplificazione a catena. Una volta che il DNA, o suoi residui, sono stati amplificati, non è possibile riconoscere quale parte del campione prodotto viene dal contaminante e quale, invece, dal sistema nucleotidico che si intendeva realmente amplificare. Un altro limite della tecnica è che possono avvenire delle reazioni collaterali tra i reagenti utilizzati che producono delle sequenze di DNA indistinguibili da quelle che realmente interessano. Per poter essere certi che la PCR abbia condotto ai risultati sperati è necessario effettuare dei controlli negativi, ovvero dei test che consentano di escludere senza ombra di dubbio che le reazioni occorse durante l’amplificazione non prodotto contaminazione. Nel lavoro di Montagnier non c’è alcuna descrizione di tali controlli. I suoi risultati possono essere inficiati da ogni possibile tipo di contaminazione. In altre parole tutto ciò che è stato detto in merito al lavoro di Benveniste si può riprendere e ripetere per quello di Montagnier.

Conclusioni
Anche se i lavori cardine cui fanno riferimento gli amici dell’omeopatia sono fallaci sotto l’aspetto metodologico, ci sarà sempre qualcuno che dirà: “va bene. I lavori che hai preso in considerazione hanno dei punti deboli, ma l’omeopatia funziona. Bisogna solo cercare il perché”.
Non è così, mio caro lettore ignorante e seguace della fede omeopatica. L’omeopatia funziona solo nella tua testa. I rimedi omeopatici non hanno alcun effetto se non quello placebo. E quest’ultimo funziona solo se sei in stato di veglia, cosciente e se nessuno ti dice che quanto assumi è solo acqua e zucchero. Insomma, il rimedio omeopatico su di te funziona perché, anche se non lo vuoi ammettere (e chi lo vorrebbe?), sei un ipocondriaco, cioè un malato immaginario. Questa tua condizione, che ti piaccia o no, ti rende facile preda di maghi, fattucchiere, imbonitori e venditori di olio di serpente.

Post-Conclusioni
Il mondo scientifico non è rimasto indifferente all’ipotesi di Montagnier. Esistono un po’ di lavori con i quali gli scienziati hanno cercato di individuare le nano-strutture acquose. Ma questa è storia per un altro post.

 

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