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Sull’evoluzione del termine “molecola”

Tutti sanno cos’è una molecola. Se si scende in strada e si chiede a qualcuno di definire il termine “molecola”, tutti, più o meno, diranno qualcosa come “molecola è l’acqua” oppure “la plastica è fatta di molecole” oppure “il sale è una molecola”.

Dire che l’acqua è una molecola, ribadire che anche il sale lo sia o dire che la plastica è fatta di molecole non definisce il termine “molecola”; piuttosto si sposta l’attenzione da un termine ad un altro dal momento che si riconduce il significato di “molecola” a quello di acqua, sale o plastica.

Se è nozione comune sapere cosa sia l’acqua e come essa sia fatta – per cui si tende ad associare la formula H2O al significato di “molecola” in modo tale che tutto ciò che è riconducibile a una situazione analoga possa essere considerato “molecola” – non lo è altrettanto per quanto riguarda la plastica o il sale. Per esempio, qual è la “molecola” che descrive il cloruro di sodio? E il solfato di sodio? E il permanganato di potassio? Questi sono tutti sali differenti tra loro. Ognuno di essi è descritto da una diversa formula bruta. Si può considerare la singola formula bruta (NaCl, Na2SO4, KMnO4, rispettivamente) come indicazione di molecola per i sali citati, esattamente come la formula H2O viene intuitivamente indicata come molecola di acqua?

E per la plastica? Solo per citare alcune delle plastiche che utilizziamo nella vita quotidiana, si può parlare di polivinilcloruro (PVC), polietilene (PE) e politetrafluoroetilene (PTFE). Le formule brute di questi sistemi sono rispettivamente (CH2CHCl)n, (C2H4)n e (C2F4)n. Queste formule appena descritte possono essere considerate alla stregua di “molecole” come la formula H2O lo è per l’acqua?

In realtà nessuna delle definizioni che spostano l’attenzione dal generale (ovvero “molecola”) al particolare (ovvero acqua, sale, plastica) è una buona definizione di molecola. Solo per fare un esempio banale, NaCl non è la molecola di cloruro di sodio.

Mentre per l’acqua, la formula H2O corrisponde ad una struttura ben precisa fatta da due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno disposti nello spazio a formare un tetraedro (come nella figura di copertina di questa nota), per il cloruro di sodio (ma il discorso si estende ad ogni sale inorganico), la formula NaCl non corrisponde affatto ad una struttura fatta da uno ione sodio ed uno ione cloruro. Anzi, potrei dire, semplificando, che ogni ione (sia esso sodio che cloruro) è circondato da una nuvola di ioni di segno opposto. Ogni ione della nuvola occupa posizioni ben precise nello spazio tridimensionale a formare un reticolo che si estende all’infinito.

Una estensione infinita nello spazio tridimensionale è anche descrivibile per le plastiche. Il pedice “n” nelle formule brute scritte sopra indica proprio che la lunghezza della catena di atomi di carbonio è praticamente “infinita” potendo il valore di “n” essere compreso tra 0 ed infinito.

Alla luce di quanto sto scrivendo ne viene che una “molecola” di sale o una di plastica dovrebbero avere estensioni infinite. È possibile una cosa del genere?

Se si apre un qualsiasi libro di chimica generale del primo anno di università o un testo base usato nelle scuole superiori si trova una definizione molto chiara:

“una molecola è la più piccola particella di una sostanza che conserva intatte le proprietà chimiche e fisiche dell’intera sostanza ed è costituita da almeno due atomi, oppure da un gruppo di essi, tenuti assieme da forze chimiche”.

Rileggete la definizione e provate a riflettere. Non trovate ci sia qualcosa di strano in questa definizione?

Quando si parla di proprietà di una sostanza si intende una proprietà di massa.

L’acqua bolle a 100 °C. Non la singola H2O, bensì  un insieme di H2O. È  la massa di acqua ad avere quella temperatura di ebollizione ad una data pressione, non la singola H2O. Per quest’ultima non ha alcun senso definire un punto di ebollizione. In effetti, usando un linguaggio più moderno, potremmo dire che la temperatura di ebollizione dell’acqua (o di qualsiasi altro sistema chimico) altro non è che una proprietà emergente dall’interazione tra più sistemi del tipo H2O.

Lo stesso discorso si applica ai sali ed alle plastiche. Il PTFE ha un punto di fusione di circa 327 °C. Questa temperatura emerge dall’interazione tra diversi filamenti del tipo (C2F4)n. Il singolo filamento non ha una temperatura di fusione, esattamente come la singola H2O non ha una temperatura di ebollizione.

La definizione di “molecola” appena proposta considera anche due o più atomi tenuti assieme da forze chimiche. Ma quali forze?  Le interazioni tra due atomi o gruppi di atomi sono non solo interazioni covalenti, ma anche ioniche, legami a idrogeno e forze di Van der Waals. Quale di queste interazioni dobbiamo prendere in considerazione per la definizione di “molecola”?

Si potrebbe dire: atteniamoci alla vecchia distinzione proposta da Gilbert Lewis più di un secolo fa in base alla quale molecole sono tutte quelle in cui gli atomi interagiscono mediante legami covalenti, mentre altri sistemi, come i sali, sono identificati come solidi ionici non molecolari.

I gruppi chimici, ovvero le particelle con struttura ben definita, interagenti mediante forze di Van der Waals come devono essere classificati?

Pensiamo alle macchine molecolari. Queste le definiamo come aggregati supramolecolari (ovvero fatti da tante subunità) che interagiscono tra loro mediante legami deboli (legami a idrogeno e forze di Van der Waals) in grado di far emergere certe particolari proprietà. Perché non considerare tutto l’insieme, a cui si associano le proprietà emergenti, come intera molecola? Perché non considerare l’emoglobina, una delle macchine molecolari più semplici, come una unica unità molecolare piuttosto che come un sistema complesso fatto da diverse subunità ognuna delle quali non ha alcuna delle proprietà dell’insieme?

In realtà possiamo farlo. Nessuno ci impedisce di estendere il significato di “molecola” ad aggregati di subunità. È quanto suggerisce Whitesides in un suo lavoro su Annual Reviews of Analytical Chemistry.

“Molecola” è un termine che non deve essere inteso in modo fisso ed immutabile. Esso deve essere considerato in continua evoluzione in funzione del progredire delle conoscenze scientifiche. Il termine può essere usato semplicemente come una abbreviazione per consentire al pensiero chimico di elaborare nuovi concetti e nuove idee su scale sempre più vaste.

Ed allora cos’è una molecola? Potremmo dire che si tratta di una unità elementare in cui sono presenti atomi o gruppi ben definiti di particelle che interagiscono in qualsiasi modo così da realizzare delle ben precise proprietà emergenti.

Alla luce di questa definizione l’emoglobina è una molecola così come lo è la doppia elica del DNA o una qualsiasi macchina molecolare. Andando nell’ambito ambientale, anche le sostanze umiche, che sono state definite come aggregati supramolecolari di molecole di peso molecolare non superiore a 5000 Da, possono essere considerate a tutti gli effetti delle vere e proprie molecole.

Altre letture

What is a molecule? by Philip Ball

Fonte dell’immagine di copertina: Wikimedia commons

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Radar e carote. Quando le bufale aiutano a vincere la guerra

Radar e carote. Cosa c’entrano radar e carote gli uni con le altre? E perché le sciocchezze, oggi indicate col termine “bufala”, aiutano a vincere la guerra?

In realtà si tratta di un aneddoto che risale al secondo conflitto mondiale e che ha coinvolto scienza e scienziati in relazione al fatto che gli anni immediatamente precedenti la guerra sono stati ricchi di scoperte scientifiche nel campo biochimico. Fu infatti tra gli anni Venti e Trenta del Ventesimo secolo che venne individuato il ruolo di molte vitamine tra cui la vitamina A o retinolo.

Si scoprì che precursore di questa molecola, importante anche nei processi chimici legati alla visione (una rappresentazione di tale processo è nella figura di copertina), era il beta-carotene, molecola contenuta in parecchi alimenti di origine vegetale, tra cui le carote.

La seconda guerra mondiale conta diversi episodi di coraggio e tantissime innovazioni tecnologiche. Una di queste fu l’invenzione del radar  che, durante la battaglia d’Inghilterra, fu risolutivo per la sconfitta della Luftwaffe e la determinazione dell’andamento della guerra.

Ed allora cosa c’entrano radar e carote? In che modo sono correlati tra di loro?

Si narra che i Tedeschi fossero alla ricerca dei motivi per cui i piloti della RAF (Royal Air Force) fossero superiori a quelli della Luftwaffe. I primi pare sapessero anticipare le mosse dei secondi potendo colpirli ed abbatterli in tempi molto rapidi. Il trucco era nell’uso della tecnologia del radar che consentiva di “vedere” gli aerei nemici molto tempo prima del loro arrivo nei pressi delle bianche scogliere di Dover.

Ma c’era la guerra. Il radar ed il suo innovativo uso in campo bellico doveva essere protetto. Non si poteva permettere che una tale tecnologia cadesse nelle mani del nemico.

Cosa inventò il controspionaggio Inglese? Approfittando delle delucidazioni biochimiche in merito ai processi della visione e dal ruolo svolto dal beta-carotene come precursore del retinolo, le spie Inglesi sparsero la voce che la superiorità in battaglia del piloti della RAF fosse dovuta alla loro alimentazione a base di carote. Esse consentivano il potenziamento della vista dei militari che, per questo, erano in grado di individuare gli aerei nemici con largo anticipo rispetto al loro arrivo sulle coste Britanniche.

Non si sa se i Tedeschi abbiano abboccato ad una simile sciocchezza. In ogni caso, ancora oggi sia le mamme Inglesi che quelle Tedesche hanno una predilezione per le carote come alimento principe per la nutrizione dei loro pargoli.

Per saperne di più 

Le carote e la vista

La biochimica della visione

Fonte dell’immagine di copertina http://www.oilproject.org/lezione/come-funziona-la-vista-sono-utili-carote-beta-carotene-5280.html

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La chimica e le bufale. Il caso del pediluvio detossificante

Negli anni Novanta fu pubblicizzato – e venduto a caro prezzo – un sistema terapeutico per detossificare l’organismo.  Veniva chiamato “pediluvio detossificante” o anche “acqua detox”.

Cos’è  il pediluvio detossificante?

Si tratta di un semplice catino – dalla forma più o meno appariscente – in cui versare acqua, qualche sale, immergere i piedi e far passare la corrente. Il risultato di questo trattamento è la soddisfazione dell’utente che si sente meglio perché le sue “tossine” sono passate all’acqua nel catino per effetto del passaggio di corrente. Come prova di efficacia, l’acqua si colora di un colore bruno rossastro ed emana un odore di cloro più o meno intenso. L’odore di cloro è associato all’eliminazione del cloro dall’organismo.

Bello vero? Chi può credere a una cosa del genere? Devo dire che di boccaloni ce ne sono molti e molti ritengono che questo approccio consenta il miglioramento della propria salute perché le bioenergie vengono indirizzate meglio per effetto della fuoriuscita delle tossine.

Ma cosa accade in realtà?

Qui ci viene in aiuto la chimica; l’elettrochimica a voler essere precisi.
Prima però voglio evidenziare che il termine “bioenergia” usato dagli ideatori di questo pediluvio detossificante non ha alcun significato. È la classica parola ad effetto scenico che serve per prendere all’amo gli stupidi o, più politically correct, quelli che di chimica e scienza non sanno nulla. Ed aggiungo che maggiore è la propria ignoranza scientifica, più elevata è la stima e la considerazione che questi individui hanno di sé e delle proprie conoscenze.

Andiamo avanti.

Anche se dovrebbe essere nozione comune – sebbene da quello che leggo in rete non necessariamente è così perché l’ignoranza chimica, in particolare, e quella funzionale più in generale, dilagano – l’acqua è un ottimo conduttore di corrente. Perché, tuttavia, l’acqua possa operare come conduttore di corrente è necessario che essa contenga disciolti dei sali. Il movimento degli ioni all’interno della soluzione, quando viene applicata una differenza di potenziale, è associato al passaggio di corrente di cui dicevo. Se l’acqua non contiene ioni, ovvero sali disciolti, al massimo orienta il suo dipolo lungo la direzione del campo elettrico applicato, ma non c’è passaggio di corrente.

Gli ideatori del pediluvio detossificante questo lo sanno bene. Ed infatti suggeriscono l’addizione di sali all’acqua del pediluvio detossificante affermando che bisogna utilizzare “ioni attivi”. Anche questa è tutta scenografia. Il termine “ioni attivi” non significa nulla sotto il profilo chimico.

Continuiamo

Gli elettrodi usati per il pediluvio detossificante sono di ferro. In presenza di acqua e sali cosa accade? In realtà i sali servono per la corrente, ciò che accade e che consente la colorazione dell’acqua e viene associato all’eliminazione di tossine è a carico dell’ossigeno e dell’anidride carbonica disciolti.

Adesso faccio il chimico. Ecco quanto accade:

4Fe +3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3

2Fe(OH)3 → Fe2O3 ∙ 3H2O↓

2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3H2O → Fe2(CO3 )3 ↓ + 3H2O

In altre parole il ferro metallico viene ossidato ad idrossido ferrico che a sua volta si trasforma in ossido ferrico idrato solido. L’idrossido ferrico reagisce anche con l’anidride carbonica disciolta per formare un carbonato ferrico solido. La miscela bruno-rossastra a forma di piccole scaglie è dovuta alla miscela di questi due composti solidi.

Ma c’è di più

Non mi sono dimenticato dell’odore di cloro. L’acqua del catino del pediluvio detossificante contiene cloruri sia di origine minerale che aggiunti sotto forma di sali. Il passaggio di corrente permette l’ossidazione dello ione cloruro a gas cloro da cui il tipico odore che si sente.

Conclusioni

Usate pure il pediluvio detossificante spendendo i vostri soldi come vi pare. Ma sappiate che non viene eliminata alcuna tossina. Tutto quello che vedete è una serie di processi elettrochimici. Se dopo il trattamento vi sentite meglio non è perché siete purificati, ma semplicemente è effetto placebo legato al fatto che non ammetterete mai di aver speso soldi – fossero anche pochi euro –  facendovi prendere in giro da degli imbonitori che vi hanno venduto il più classico olio di serpente.

Per saperne di più

La bufala del pediluvio detossificante fu scoperta dal Dr. Goldacre ed è descritta in modo semplice in B. Goldacre,  2013, La cattiva scienza, Bruno Mondadori ed.

Se volete sapere qualcosa sui processi di corrosione: http://www.chimica-online.it/download/corrosione.htm

Fonte dell’immagine di copertina: http://www.newliferadio.it/pediluvio-ionico-informazioni-essenziali/

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Acqua micellare. Ancora sulla dicotomia marketing/chimica

Questo è un post che ho scritto sulla mia pagina Facebook a Marzo 2016. Ero in viaggio ed ascoltavo distrattamente la televisione, quando sentii parlare di “acqua micellare”. Mi sono subito incuriosito ed ho fatto una veloce ricerca in rete per capire di cosa stessero parlando in televisione. Da qui in poi riporto quanto scritto un anno fa.

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Potenza del marketing. Sono in viaggio e vagando qui e là mi è capitato di ascoltare un po’ di televisione. Uno spot pubblicitario dedicato alle donne esaltava le proprietà di un prodotto cosmetico chiamato “acqua micellare”. La mia curiosità chimica ha preso il sopravvento e mi sono chiesto cosa mai fosse questa cosa di cui non avevo mai sentito parlare.

Devo dire che, come chimico, so cosa sia una micella. Semplicisticamente, una micella non è altro che un aggregato supramolecolare in cui molecole con certe proprietà sono tenute insieme da interazioni di Van der Waals. Non si tratta di parolacce. Vuol solo dire che tante molecole anfoteriche, ovvero che hanno una estremità polare ed una coda apolare, quando sono in acqua ad una certa concentrazione, indicata come concentrazione micellare critica (CMC), tendono ad aggregarsi in modo tale che tutte le code apolari si mettono insieme ed escludono le molecole di acqua che tendono a rimanere vicine alle estremità polari. Si dimostra matematicamente che questo arrangiamento è favorito per fattori di carattere energetico. Ma non è il caso di andare oltre. Molecole che hanno questo comportamento sono, per esempio, i trigliceridi presenti nell’olio. Avete hai mescolato olio e acqua? Beh, fatelo. Osserverete la formazione di gocce di olio. Sono micelle. Altre molecole simili sono quelle che compongono i saponi. Ebbene, col termine di “acqua micellare” si intende proprio acqua e sapone. In altre parole, vi fanno pagare a peso d’oro delle formulazioni cosmetiche che altro non sono se non il classico “acqua e sapone” delle nostre nonne.

fonte dell’immagine di copertina: Wikimedia commons

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Marketing e Chimica: quando la pseudo scienza prende il sopravvento

Devo dire che molte volte me le vado a cercare.
Letteralmente.
Mi piace camminare e mi piace leggere le etichette dei prodotti esposti in vetrina, soprattutto se si tratta di alimenti o prodotti per la pulizia. Mi lascia sempre esterrefatto quanto poco il marketing faccia per elaborare slogan che siano un minimo rispettosi delle conoscenze scientifiche. In questa breve nota voglio puntare l’attenzione su marketing e chimica.

Nelle mie peregrinazioni alla ricerca di perle di saggezza pseudo scientifica, mi capita talvolta di entrare nei negozi biologici. Sì, quei negozi col “bio” in evidenza perché “fa bene”. Secondo i creduloni new age il “bio” fa bene alla salute. Secondo me, che sono un credulone scientifico, fa bene alle tasche di chi vende. La foto di copertina ne è una prova lampante.

In uno dei negozi di una nota catena “bio” cosa trovo? Un caffè biologico. Passi per il biologico che è una pratica agronomica sostenibile, benché io abbia le mie idee al riguardo. Ma leggere nell’etichetta che questo caffè è decaffeinato ad acqua senza l’uso di solventi chimici e quindi è naturale, mi sembra veramente troppo. È una offesa personale per tutti quelli che vanno a scuola e cercano di imparare i rudimenti di una qualsiasi materia scientifica.

Mi piacerebbe chiedere ai produttori di questo caffè: “ma secondo voi, l’acqua che cos’è? Non è un prodotto chimico e non è il solvente per eccellenza?”

Sono sicuro che i signori mi risponderebbero che l’acqua è sicuramente più naturale dei solventi organici, dimostrando una profonda ignoranza in due modi distinti. Da un lato, l’acqua che noi beviamo non è naturalmente pura. Noi abbiamo bisogno di sanificarla perché altrimenti essa potrebbe essere veicolo di micro organismi patogeni per l’uomo con la conseguenza di possibili epidemie o anche pandemie.
Ho già scritto una nota al riguardo al seguente link.

Insomma, l’acqua che noi usiamo come alimento non è certo come essa sgorga dalle sorgenti, ma è trattata. E sono sicuro che anche l’acqua usata per la decaffeinizzazione lo sia. Il secondo punto che denota profonda ignoranza è che sono anni che il caffè non viene più decaffeinato con solventi organici. Oggi, proprio per evitare residui seppur minimi di solventi organici, il caffè viene decaffeinato con anidride carbonica supercritica. Si tratta di un particolare stato della materia per cui questa molecola che a temperatura ambiente è un gas, in condizioni particolari di pressione e temperatura diventa qualcosa a metà fra un liquido ed un gas. In queste condizioni, l’anidride carbonica estrae la caffeina con una efficienza superiore a quella di un qualsiasi solvente organico. Il vantaggio è che, quando si torna nelle condizioni di pressione e temperatura atmosferici, tutto il solvente super critico si allontana e non ne rimane traccia alcuna.

Morale della storia. Se volete divertirvi a leggere stupidari chimici, andate a passeggiare in uno qualsiasi dei negozi “bio” in giro per l’Italia. Ne troverete delle belle. In ogni caso il marketing sconclusionato, secondo me, è molto dannoso. È vero che il business prevede di fare soldi, ma non dovrebbe mai essere a discapito dell’etica che dovrebbe imporre la diffusione di informazioni corrette.

Per saperne di più:

Il processo di decaffeinizzazione

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I cristalli temporali. Quelle bizzarre forme della materia

Non stiamo vivendo un’avventura del Dr. Who e nemmeno siamo in un episodio di Star Trek.  I cristalli temporali esistono per davvero.

Un cristallo è un sistema solido in cui le singole componenti (molecole, atomi o ioni) occupano delle posizioni spaziali ben definite che si ripetono periodicamente nelle tre dimensioni dello spazio cartesiano (indichiamole per semplicità con xyz).

L’unità strutturale più piccola  la cui trasposizione nello spazio dà luogo ai cristalli si chiama cella unitaria. Se un materiale è formato da celle orientate tutte nello stesso modo, viene identificato come monocristallino; se le celle sono orientate in più direzioni diverse,  viene indicato come policristallino.

Se il concetto di cristallo si riferisce alla geometria spaziale “ordinata” di un sistema solido, cosa sono i cristalli temporali?

Nel 2013 Nature ha pubblicato una notizia ai limiti della fantascienza [1] in cui vengono riassunti i punti principali di una teoria di Frank Wilczek già premio Nobel per la fisica nel 2004  “for the discovery of asymptotic freedom in the theory of the strong interaction“. 

Wilczek, propone l’esistenza di cristalli, ovvero di materiali solidi, il cui “ordine” si estende non solo nelle tre dimensioni spaziali, ma anche in quella del tempo. Egli li chiama “cristalli temporali”.

Facciamo un esempio semplice cercando di usare un linguaggio quanto meno tecnico possibile.

Tutti sanno che la corrente elettrica è dovuta al movimento degli elettroni all’interno di un filo metallico. Durante il loro spostamento, gli elettroni incontrano una resistenza dovuta alla presenza dei nuclei degli atomi che compongono il filo. Se, però, il filo viene immerso in un gas liquido ad una temperatura vicina allo zero assoluto (- 273 °C), i movimenti vibrazionali dei nuclei si oppongono meno efficacemente agli elettroni consentendo a questi ultimi una sòrta di “moto perpetuo”.

La circolazione degli elettroni in una spira (che in linguaggio tecnico si chiama solenoide) immersa in elio liquido consente di generare un campo magnetico permanente che può essere usato per diversi scopi. Uno di questi è la risonanza magnetica nucleare. Essa può essere usata sia per ottenere spettri per l’identificazione delle caratteristiche strutturali delle molecole, che per ottenere immagini per scopi diagnostici.

Un solenoide immerso in elio liquido, grazie alla sua capacità di condurre la corrente senza resistenza, si chiama superconduttore.

In un esperimento mentale, Wilczek suggerisce che se si inducono delle interazioni nelle particelle di un solenoide superconduttore, senza che venga persa la proprietà di superconduzione, si può formare un nuovo stato della materia che egli chiama “solitone”. I solitoni, ovvero gli aggregati delle particelle suddette, sono in grado di oscillare periodicamente in modo tale che dopo un certo tempo (indichiamolo con t) essi ritornano nella loro posizione di partenza. Si realizza in t ciò che di solito siamo abituati a vedere in xyz.

Cosa vediamo quando osserviamo un sistema cristallino? Vediamo semplicemente una sequenza di questo tipo: ABCDABCDABCD…

ABCD è la cella cristallina. Essa è dotata di una certa forma. Per esempio, in modo semplicistico, si può trattare di un tetraedro. Il tetraedro si ripete nello spazio conferendo al materiale solido quella che noi definiamo struttura cristallina.

Se ora pensiamo che ABCD è un solitone, ovvero un aggregato di particelle di un superconduttore, possiamo dire che esso ha una proprietà particolare: è in grado di oscillare nel tempo, ovvero di muoversi, in modo tale che dopo ogni periodo t lo si ritrova di nuovo nella sua posizione. Si realizza quindi ABCDABCDABCD… in cui lo sviluppo non è più nello spazio xyz, ma nel tempo t.

L’esperimento mentale di Wilczek è diventato realtà. L’8 Marzo di quest’anno (2017) è stata pubblicata su Nature la realizzazione dei cristalli temporali [2]. Un gruppo di ricerca Statunitense ha generato un solitone fatto di Itterbio che ha mostrato le proprietà “cristallografiche” descritte da Wilczek.

Il futuro è vicino.

Riferimenti

  1. Piers Coleman, 2013, Time crystals, Nature, 493: 166-167
  2. Zhang et al., 2017, Observation of a discrete time crystal, Nature, 543, 217 –220

Immagine di copertina: Reticolo cristallino del cloruro di sodio, Wikimedia commons

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Le frodi scientifiche ovvero quando la scienza produce le “bufale” – II –

Le frodi scientifiche ovvero quando la scienza produce le “bufale”

La “scienza” è un complesso corpo di conoscenze attraverso le quali si cerca di comprendere i meccanismi alla base del comportamento del mondo nel quale noi ci muoviamo. Essa si fonda su delle regole precise che costituiscono quello che viene comunemente indicato come “metodo scientifico”.

Semplicisticamente, il metodo scientifico consiste nell’osservazione dei fatti, nella formulazione di ipotesi che possano spiegare i fatti osservati, nell’usare l’ipotesi per predire il comportamento di ciò che si osserva, nel riprodurre l’osservabile per capire se l’ipotesi è verosimile oppure no, nel rigettare l’ipotesi se essa viene falsificata dagli esperimenti condotti per comprenderne la validità.

La solidità del binomio “scienza/metodo” si fonda sulla onestà intellettuale di tutti gli “attori” che sono chiamati alla costruzione delle conoscenze scientifiche. La cattiva condotta scientifica, ovvero la disonestà intellettuale, si realizza quando:

1. Dati e risultati sperimentali vengono fabbricati ad hoc
2. Dati, procedure sperimentali e macchinari vengono manipolati scientemente per cambiare od omettere volutamente parte delle prove ottenute
3. Idee, dati, risultati sperimentali e spiegazioni altrui vengono usati consapevolmente senza le opportune citazioni delle fonti
4. La documentazione atta alla verifica della validità delle ipotesi formulate viene scientemente tenuta nascosta o, peggio ancora, distrutta.

Non viene considerato come “cattiva condotta scientifica” l’involontario errore commesso nella realizzazione degli esperimenti e nella interpretazione degli stessi.

Il cattivo comportamento di pochi elementi oltre a generare riprovazione in tutti coloro che sono assetati di conoscenza, può indurre la costruzione di una pseudo scienza che, facendo leva sul “confirmation bias”, è in grado di scatenare orde di fanatici che pensano di poter apportare contributi di un qualche tipo avendo solo letto in modo superficiale trattati scientifici divulgativi. Gli esempi più eclatanti sono gli antivaccinisti che basano le loro opinioni su uno studio di Wakefield pubblicato su The Lancet qualche anno fa e successivamente ritirato dagli editori quando realizzarono che egli aveva falsificato (non nel senso Popperiano) i suoi dati sperimentali, oppure i fautori del metodo Stamina che basano le loro opinioni su un metodo ideato da un professore di scienze delle comunicazioni, tale Vannoni, risultato alla prova dei fatti un truffatore che approfittava dei drammi personali di intere famiglie.

Nel mondo della comunicazione attuale fa, purtroppo, più notizia, ovvero ha maggiore impatto mediatico, l’eccezione piuttosto che la regola. Infatti, a fronte di una moltitudine di scienziati che adottano il corretto codice etico che impone l’onestà intellettuale, è sempre la minoranza disonesta che fa il rumore maggiore e che getta discredito sulla scienza.

Per fortuna il binomio scienza/metodo è in grado di “autoriparazione”. Nel momento in cui dati sperimentali vengono resi pubblici, essi diventano oggetto di attenzione da parte dell’intera comunità scientifica. Quest’ultima si muove per verificare la validità di ciò che è stato pubblicato così da far emergere eventuali errori volontari o involontari. Nel caso in cui venga evidenziata cattiva condotta scientifica, gli studi vengono ritirati e gli autori severamente puniti.

Gli esempi appena citati, ovvero i casi Wakefield e Vannoni, sono solo due famosi casi di cattiva condotta scientifica. Solo qualche anno fa, all’inizio del XXI secolo, è assurto agli onori delle cronache (scientifiche e non) tale Jan Hendrik Schön.

Nato nel 1970 in Germania, Schön si occupava di fisica dello stato solido ed in particolare di nanotecnologia. In una serie di studi, più di una quindicina, pubblicati sulle prestigiose riviste Nature e Science, Schön si diceva scopritore di un nuovo tipo di transistor molecolare di natura organica. L’impatto tecnologico di un tale tipo di scoperta sarebbe stato sicuramente notevole dal momento che avrebbe consentito la miniaturizzazione di tantissimi apparati elettronici sia per applicazioni ingegneristiche (per esempio in ambito spaziale) che medico. Grazie ai suoi studi Schön ricevette numerosi premi e fu preso in considerazione anche per il Nobel. Tuttavia, come già riportato, la scienza, grazie all’applicazione corretta del metodo scientifico, è in grado di “autoripararsi”. La sedicente scoperta di transistor organici molecolari fece in modo che ricercatori di tutto il mondo si applicassero per comprenderne il funzionamento. Immediatamente fu chiaro che qualcosa non andava per il verso giusto. Fu evidenziato che grafici relativi ad esperimenti diversi pubblicati su riviste differenti erano identici e che erano stati ottenuti ad arte mediante l’uso di opportuni softwares. Schön non fu in grado di giustificarsi ed aggravò la sua posizione affermando, prima, che aveva fatto un banale errore di “copia/incolla”, poi, asserendo (quando gli fu esplicitamente chiesto di far analizzare i propri dati in modo indipendente) di aver cancellato dal proprio hard disk i suoi dati per esigenze di spazio. Appurata la frode scientifica, Schön fu licenziato dai Bell Laboratories presso cui era stato assunto, perse il proprio dottorato di ricerca per cattiva condotta scientifica, e tutti i suoi studi pubblicati su Science e Nature furono ritirati.

Come in ogni storia dal lieto fine, il crimine (anche quello intellettuale legato alla cattiva condotta scientifica) non paga.

Letture consigliate

http://medbunker.blogspot.it/2009/11/vaccini-wakefield-vaccini-autismo-e.html

http://medbunker.blogspot.it/2013/09/staminali-vannoni-capitolo-chiuso-ora.html

http://www.nature.com/news/2002/020923/full/news020923-9.html

http://www.americanscientist.org/bookshelf/pub/physics-and-pixie-dust

http://www.science20.com/science_20/jan_hendrik_schön_world_class_physics_fraud_gets_last_laugh_whole_book_about_himself

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Jan_Hendrik_Schön

 

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Giornalisti giornalai

Giornalisti giornalai

Li capisco i giornalisti, sebbene non li giustifichi. In un anno ci sono 365 giorni ed i giornali devono uscire 365 volte all’anno e devono essere venduti. Più si vende e più si guadagna…e più, nella mente della persona comune, si diventa autorevoli: vuoi mettere un “l’ho letto su…”

E ci ricascano sempre. L’hanno fatto con la fusione fredda, l’hanno fatto con la particella Superman (quella più veloce della luce) e ci sono ricascati ora col segnale spaziale attribuito a una civiltà aliena (per es. qui http://www.corriere.it/…/segnale-misterioso-spazio-ufo-6b34…).

Però pur scrivendo che la comunità scientifica aspetta conferme, fomentano quelli che a tutti i costi vogliono pensare che ci siano altri come noi là fuori. Ma mi chiedo: ed anche se ci fossero perché dovremmo pensare che hanno sviluppato una civiltà come la nostra e ci mandano segnali radio? Vabbè…è una domanda retorica che non prevede una risposta.

Ora viene fuori che era una scemenza. Il segnale radio registrato da astronomi russi e attribuito a una qualche civiltà aliena era sì generato da una civiltà, ma la nostra. Si trattava di una interferenza.

Qui la notizia alla sbufalata:
http://tass.com/science/896683

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Il ruolo dei legami a idrogeno nel comportamento dell’acqua

Quale  ruolo svolgono i legami a idrogeno nel comportamento anomalo dell’acqua?

Tutti sanno cos’è l’acqua. Una molecola di importanza notevole per la vita. Non tutti sanno, però, che l’acqua mostra proprietà particolari quando soluti vengono disciolti in essa. Potrei dire che, in realtà, è patrimonio comune sapere che mettere il sale in acqua ne innalza il punto di ebollizione (innalzamento ebullioscopico) [1] e ne abbassa quello di congelamento (abbassamento criogenico) [2]. In effetti lo sanno tutti che il rimedio per sciogliere il ghiaccio sulle strade innevate è quello di spargere sale [2]. È anche patrimonio comune il fatto che se si mette una bottiglia di vetro piena di acqua in ghiacciaia, questa si rompe. È noto che abbassando la temperatura si ha un espansione del volume dell’acqua liquida [3] che, compressa tra le pareti della bottiglia, ne determina la rottura. Cosa vuol dire, allora, “non tutti sanno che”? Semplicemente che non è noto a tutti che il comportamento anomalo dell’acqua a circa 4 gradi centigradi dipende dalla presenza dei legami a idrogeno [4] che, dovendo rispondere a requisiti geometrici (il legame a idrogeno è di natura lineare), favoriscono l’allontanamento delle molecole di acqua tra loro con aumento degli spazi tra molecole, diminuzione della densità e conseguente aumento di volume. Se dei soluti, come sostanze organiche, sono presenti in acqua, si assiste ad un effetto scenico molto simpatico, ovvero si osserva una compartimentazione della miscela in due fasi: una fase organica (in genere colorata) al centro ed una fase acquosa esterna. Come mai? Ancora una volta i legami a idrogeno hanno un ruolo importante. Man mano che si abbassa la temperatura, le molecole della miscela tendono a”fermarsi” (in termini più opportuni si dice che diminuisce il valore dell’energia cinetica sia delle molecole di acqua che delle molecole di soluto organico). Tuttavia, come è stato evidenziato, i legami a idrogeno sono lineari. Al diminuire della temperatura le molecole di acqua e quelle di soluto non si trovano molto bene assieme. Intendo dire che le molecole di acqua sono certamente più “flessibili” (in quanto più piccole) di quelle del soluto cosicché quest’ultimo fa più fatica a riorientarsi velocemente per mantenere le interazioni a idrogeno con le molecole di acqua. Accade, quindi, che le molecole di acqua espellano quelle di soluto in modo tale da formare legami a idrogeno acqua-acqua più stabili rispetto a quelli acqua-soluto. Il risultato finale è la separazione della fase organica da quella inorganica. Potete fare un esperimento casalingo non pericoloso. Preparate del té e mettetelo in una bottiglia di plastica nel freezer (eviterete, così, la rottura del vetro). Lasciate la bottiglia in freezer, senza disturbarla, per un po’ di tempo ed osserverete quanto vi ho detto. Questo comportamento è stato osservato ed opportunamente misurato nel miele sottoposto a congelamento come si può leggere nel riferimento [5].

Il ruolo dei legami a idrogeno nell’innalzamento ebullioscopico e nell’abbassamento crioscopico verrà spiegato in altre note.

Riferimenti:

1. http://bressanini-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.…
2. http://www.chimicare.org/…/come-agisce-il-sale-antighiaccio/
3. http://asd.itd.cnr.it/…/Fi…/AldoeGiustina/acqua_anomalo.html
4. https://www.facebook.com/RinoConte1967/photos/a.1652785024943027.1073741829.1652784858276377/1818201761734685/?type=3
5. https://www.researchgate.net/…/287520592_Conformational_Red…

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