Si tratta di un elettrone che è descritto dall’equazione di Dirac (Figura 1).
Figura 1. Equazione di Dirac
Semplice vero? Certo come no! Questa è la classica spiegazione a ciambella, ovvero un giro di parole che non spiega nulla se non si è un addetto ai lavori.
Cerchiamo di capire cos’è e perché è importante l’equazione di Dirac.
Ormai è noto a tutti che l’inizio del XX secolo è stato molto prolifico in termini scientifici. È nata, infatti, la meccanica quantistica (MQ) grazie alla quale oggi tutti hanno sentito parlare almeno una volta nella vita dell’equazione di Schoeredinger che, tra le tante cose, permette di descrivere il comportamento degli elettroni.
Una delle cose che viene insegnata a livello semplicistico a tutti gli studenti dei primi anni di corsi di studio scientifici è che l’equazione di Schoeredinger permette di definire gli orbitali come quella zona di spazio in cui esiste una buona probabilità di trovare gli elettroni. Come ho già scritto, questa è una supersemplificazione. Tuttavia fatemela passare per buona perché qui non si sta facendo una lezione di meccanica quantistica, bensì si cerca di fare un po’ di divulgazione per avvicinare concetti complessi a chi non è del settore.
Negli stessi anni in cui nasceva e si sviluppava la MQ, nasceva e si sviluppava anche la teoria della relatività ristretta (RR) di Albert Einstein. Questa si basa sostanzialmente su due postulati. Il primo postulato stabilisce che le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali, il secondo afferma che la luce si propaga nel vuoto ad una velocità ben definita pari a 2.99 x 108 m s-1.
”Bene. Bravo. Ed ora? Dove vuoi arrivare mettendo assieme MQ e RR?” vi starete chiedendo.
Abbiate un attimo di pazienza, per favore. Lasciatemi ancora poche parole per arrivare al punto.
Meccanica quantistica e relatività ristretta sono due facce della stessa medaglia.
Fin da quando le due teorie, della MQ e della RR, si sono affermate, gli studiosi hanno cercato di unificarle. Tuttavia, tra le tante difficoltà che essi hanno incontrato, una particolarmente “ostica” è stata quella relativa alla asimmetria tra spazio e tempo della teoria di Schoeredinger che mal si conciliava con la simmetria spazio-temporale di Einstein. In altre parole, mentre Schoeredinger trattava spazio e tempo come se fossero due cose distinte e separate, Einstein considerava le dimensioni spaziali alla stessa stregua della dimensione temporale (prego i miei amici fisici di non essere troppo severi con me se sto semplificando troppo. Anzi, vi invito a correggermi se ritenete che io stia andando fuori dal seminato).
Solo Dirac, grazie alla sua genialità, riuscì a risolvere il problema elaborando una equazione (quella dell’immagine di Figura 1) con la quale riuscì a trattare le particelle quantistiche (quindi anche gli elettroni) nel regime relativistico.
Ma allora, a cosa serve sapere cosa sono gli elettroni di Dirac?
L’equazione di Dirac descrive molto bene il comportamento degli elettroni nei semiconduttori ed in sistemi quali il grafene. Per associazione, anche se studi del genere non sono stati ancora condotti, l’equazione di Dirac dovrebbe descrivere bene anche il comportamento di sistemi simil-grafene quali il biochar. Tuttavia, bisogna aggiungere che il numero di tecniche analitiche capaci di confermare sperimentalmente il comportamento degli elettroni secondo Dirac si può contare sulla punta delle dita di una sola mano. Si tratta di tecniche che sono “maneggiate” con una certa familiarità dai fisici, ma che per un chimico sono alquanto “ostiche”.
La risonanza magnetica nucleare (NMR) e gli elettroni di Dirac.
È di pochi giorni fa la notizia che su Nature Communication è apparso uno studio attraverso cui, per la prima volta, sono stati osservati mediante NMR (una tecnica molto amata dai chimici, incluso me che faccio l’NMR-ista sin dal 1992) gli effetti che gli stati elettronici di Dirac (ovvero quelli descritti dall’equazione di Figura 1) hanno sul comportamento dei nuclei di una lega metallica fatta da Bismuto e Tellurio (Bi2Te3) che viene utilizzata come isolante.
Se avete voglia di leggere l’articolo originale basta cliccare sull’immagine qui sotto.
Bella domanda. Intanto si aggiunge una nuova tecnica a quelle già usate per lo studio del comportamento degli elettroni e la verifica sperimentale dell’equazione di Dirac. Inoltre, si aprono nuovi scenari per la progettazione di nuovi materiali con proprietà sempre più sofisticate da poter utilizzare nei campi più disparati come la ricerca spaziale o quella medica.
Ogni tanto ritorno alla carica con l’agricoltura biodinamica. Ne ho parlato a varie riprese qui, qui, qui, qui, e qui. Mi chiederete voi: ma allora perché parlarne ancora una volta? Semplicemente perché ancora una volta delle Istituzioni pubbliche come un Ministero della Repubblica, una Università pubblica, una Regione ed un Comune hanno concesso il patrocinio per un convegno sulla biodinamica che si terrà a Firenze dal 26 al 29 Febbraio (qui).
Cosa vuol dire patrocinio?
Dalla Treccani on line possiamo leggere che il patrocinio è un “sostegno da parte di un’istituzione“. E quando si concede un sostegno? Quando si condividono i contenuti di una certa attività. Non c’è molto da aggiungere. Se io, Ministro o Rettore o Sindaco o altro rappresentante Istituzionale concedo un patrocinio è perché sono convinto della validità di certe attività e voglio legare la mia Istituzione alle predette attività. Cosa pensare, quindi? È possibile che un Ministero, una Università, una Regione e un Comune, attraverso la concessione del patrocinio, condividano i contenuti del convegno e, più in generale, approvino l’esoterismo alla base dell’agricoltura biodinamica? Secondo me no. Probabilmente, la concessione del patrocinio è avvenuta automaticamente senza che qualcuno si sia veramente reso conto di ciò che concedere il patrocinio ad un convegno del genere avrebbe potuto significare.
Ma non è finita. Al convegno prendono parte anche docenti universitari. Perché lo fanno? Probabilmente sono seguaci di Steiner oppure, più probabilmente, hanno una falsa idea del significato di libertà di ricerca e di scienza (ne ho parlato qui). Perché falsa? Faccio un esempio banale: non c’è bisogno di chiedere se chi mi legge conosce la differenza tra astronomia ed astrologia. La prima è una scienza, la seconda una favoletta sulla quale si basa la formulazione degli oroscopi. Si tratta della medesima differenza che esiste tra l’agricoltura attuale, basata sull’uso della scienza e delle tecnologie moderne, e la biodinamica, basata sulle idee di una specie di filosofo vissuto agli inizi del ‘900 e, praticamente, sempre uguale a se stessa.
Invocare libertà di scienza e ricerca pretendendo di dare pari dignità scientifica all’agricoltura moderna ed alla biodinamica è lo stesso che attribuire scientificità all’astrologia.
E’ mia opinione che gli accademici che con la loro attività sdoganano la biodinamica come pratica scientifica non facciano un buon servizio alla Scienza. Ovviamente ognuno è libero di fare ciò che vuole della propria dignità scientifica ed ognuno è libero di fare ricerca su qualsiasi cosa sia di proprio gradimento. Ciò che è importante è che non vengano impegnate risorse pubbliche per attività di ricerca che si fondano sull’esoterismo.
Come componente della Rete Informale Scienza e Tecnologie per l’Agricoltura (SETA), sono anche io tra i firmatari della lettera aperta che potete leggere qui sotto cliccando sulle immagini. In questa sede spieghiamo nei dettagli perché l’agricoltura biodinamica non può essere considerata scienza. Le nostre argomentazioni si basano esclusivamente sulla lettura dei disciplinari che devono seguire tutti coloro che vogliono usare il termine “biodinamica” sull’etichetta dei loro prodotti.
Davide contro Golia. Vi ricordate dell’Associazione per l’Agricoltura Biodinamica? Ne ho parlato qualche tempo fa quando ho evidenziato quali fossero le competenze di chi gestisce in Italia una delle più grandi aziende sull’agricoltura che segue i dettami esoterici di quel buontempone di Rudolf Steiner. L’articolo a cui faccio riferimento lo trovate qui sotto.
Devo dire che ultimamente la Rete Informale SeTA di cui faccio parte deve fare tanta paura al Dott. Triarico, presidente e responsabile dell’associazione anzidetta, dal momento che ci attacca ogni quando può. Sembra quasi di trovarsi di fronte a qualcuno che cerca in tutti i modi di attaccare briga per litigare. Noi abbiamo dalla nostra la Scienza, quella con la maiuscola, che ci consente di agire in scienza e coscienza.
Vi chiederete adesso perché questo articolo si intitola Davide contro Golia. Ebbene lo potete leggere nella lettera qui sotto. Buona lettura
Chiedo scusa ai miei lettori, ma questa pillola di scienza oggi è dedicata ai miei studenti ed a tutti quelli che hanno studiato la chimica organica. Per questo motivo userò un linguaggio poco divulgativo ed abbastanza tecnico.
Il linguaggio comune ed il linguaggio scientifico: usi ed abusi
Il termine “aromatico” viene attribuito, nel linguaggio comune, a un oggetto che emana un buon odore. Si tratta quindi di una qualità che viene associata a qualcosa di “buono”. Quante volte abbiamo sentito, o noi stessi abbiamo detto, “senti che buon aroma di caffè” oppure “hmmmm che buon profumo ha questa zuppa” laddove il termine “profumo” è sinonimo di “aroma”.
Ebbene, noi chimici, a causa delle limitazioni del nostro linguaggio, siamo abituati a prendere i termini comuni ed a cambiar loro di significato per attribuirne uno di carattere molto più tecnico. Ecco perché mi salta subito la mosca al naso quando sento le persone parlare di chimica o, più in generale, di scienza usando termini tecnici di cui, però, non conoscono il significato. Queste persone pensano che usare parole prese dal linguaggio scientifico e messe in fila in modo casuale dia un’àura di scientificità alle cose che dicono. Solo per citare pochi esempi mi vengono in mente quelli che esaltano la biodinamica scrivendo “robe” come quelle che vedete nell’immagine qui sotto. Cliccando sull’immagine si apre la pagina dalla quale ho fatto lo screenshot.
Che dire poi di quelli che si sono votati all’omeopatia, pratica esoterica di cui parlo abbondantemente in uno dei capitoli del mio libro “Frammenti di Chimica“? Ne ho già parlato tante volte. Alcune delle chicche sono analizzate nel link qui sotto:
Lasciamo da parte le polemiche e concentriamoci sul significato dell’aggettivo “aromatico” nel linguaggio chimico. Se cerchiamo sulla Treccani online, possiamo leggere:
aromàtico agg. [dal lat. tardo aromatĭcus, gr. ἀρωματικός] (pl. m. –ci). – […] In chimica organica, composti a. (così denominati perché vi appartengono molte sostanze aromatiche), serie di composti ciclici nella cui molecola sono contenuti uno o più sistemi a sei atomi di carbonio disposti ad anello (distinti in omociclici e eterociclici a seconda che ai vertici dell’anello si trovino tutti atomi di carbonio o anche altri atomi)
Questo è il classico esempio di informazione così generale da perdere completamente di significato in termini chimici. Infatti esistono tanti composti omociclici ed eterociclici che non hanno assolutamente la caratteristica di essere aromatici. E non necessariamente devono essere presenti sistemi ciclici a sei atomi di carbonio.
La regola di Hückel
Da un punto di vista chimico un sistema organico si dice aromatico quando:
contiene 4n+2 elettroni π (con n intero e ≥ 0)
è ciclico e planare
In tutti gli altri casi il sistema si dice antiaromatico. I sistemi aromatici hanno come peculiarità la bassa reattività, ovvero elevata stabilità chimica.
Vediamo alcuni esempi di composti aromatici ed antiaromatici
Il benzene è un sistema ciclico con la struttura descritta nella figura seguente:
La posizione dei doppi legami cambia e le due strutture, del tutto equivalenti, sono indicate come ibridi di risonanza. Nel sistema π del benzene sono presenti 6 elettroni, ovvero rispetta la regola del 4n+2 per n=1. Qui sotto viene evidenziato come l’ibridazione (sp2) degli atomi di carbonio consenta alla molecola di avere una struttura planare.
Entrambe le condizioni della regola di Hückel sono rispettate ed il benzene può essere considerato un composto aromatico.
Prendiamo adesso in considerazione il [10]annulene qui sotto:
C’è un anello, ci sono 10 elettroni π. Il numero di elettroni nel sistema π segue la regola di Hückel del 4n+2 per n=2. Tuttavia il composto non è aromatico perché non ha una struttura planare:
La non planarità è dovuta al fatto che gli atomi di idrogeno indicati nella figura sottostante si respingono per effetto sterico portando la molecola ad avere una struttura a twist.
Quando si studia la chimica organica e si arriva al capitolo sull’aromaticità, ci si imbatte anche nello ione tropilio (o catione cicloeptatrienile) che viene, in genere, indicato come lo ione più grande avente caratteristiche aromatiche. Esso si ottiene per allontanamento dello ione idruro dal cicloeptatriene. Quest’ultimo, pur avendo 6 elettroni π (n=1 nella regola di Hückel), non è aromatico a causa di un carbonio sp3 che lo rende non planare. Quando lo ione idruro viene allontanato, tutti gli atomi di carbonio risultano di tipo sp2, il sistema diventa planare, il numero di elettroni è quello previsto dalla regola di Hückel e lo ione è aromatico.
I sistemi aromatici “giganti”
La regola di Hückel è un utile strumento per comprendere cosa significhi il termine “aromatico” in chimica . Questa regola è di applicabilità generale e può essere validata sperimentalmente attraverso l’uso della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Infatti, gli elettroni del sistema π di un composto aromatico generano una corrente di anello (ring current) responsabile di un campo magnetico locale che si addiziona o si sottrae al campo magnetico applicato durante l’esperimento NMR. La variazione del campo magnetico dovuta alla corrente di anello comporta uno shift dei segnali dei nuclei soggetti a tale fenomeno. Per un approfondimento di carattere didattico cliccare qui.
La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è la tecnica usata per sfatare un mito in base al quale più grande è la molecola contenente 4n+2 elettroni π e più facilmente essa è in grado di deformarsi così da allontanarsi dalle condizioni strutturali che soddisfano la regola di Hückel.
Nel 2016 è stato pubblicato un lavoro (qui) in cui viene descritta una molecola aromatica contenente fino a 62 elettroni π (ovvero n=15 nella regola del 4n+2):
Come mai una molecola così grande, la più grande sintetizzata fino al 2016, si comporta come un sistema aromatico rispettando la regola di Hückel? Gli autori dell’articolo ipotizzano che l’enorme flessibilità della molecola consenta la coesistenza di tanti conformeri. Tra questi possono sussistere dei conformeri in cui le nuvole elettroniche di tipo π interagiscano tra loro in modo da portare ad una delocalizzazione elettronica in grado di soddisfare la regola di Hückel. Questa stessa spiegazione è stata usata per giustificare il comportamento aromatico di una molecola sintetizzata più recentemente (il lavoro è stato pubblicato il 20 Gennaio 2020, qui) contenente ben 162 elettroni π (ovvero n=40 nella regola del 4n+2). Si tratta di una vera e propria ruota gigantesca in cui coesistono 12 anelli porfirinici.
A questo punto mi potreste chiedere: ok. Bella tutta ‘sta storia, ma a che serve? Voglio evidenziare che la sintesi di molecole così grandi consente di mettere a punto protocolli che possono essere usati per la sintesi di molecole diverse e con attività biochimiche da sfruttare per l’elaborazione di nuovi farmaci. Per poter “vedere” queste molecole è necessario spingersi ai limiti delle tecniche analitiche più utilizzate in chimica. Questo vuol dire che vengono migliorate le caratteristiche di tecniche che possono diventare di applicazione sempre più ampia e consentire di arrivare a limiti finora inesplorati. Infine, queste molecole aromatiche giganti possono essere utilizzate per studiare gli effetti quantistici a livello nanoscopico ben oltre i limiti imposti dalle dimensioni della costante di Planck.
Quando leggo queste notizie, che per me sono affascinanti perché mi consentono di immergermi in un mondo tutto mio, mi ricordo perché mi sono innamorato della chimica ed ho fatto del mio hobby il mio lavoro.
Guardate la foto di Figura 1. Il bicchiere sembra vuoto. In realtà avevo appena finito di bere un buonissimo vino e in controluce si osservano quelle che gli esperti chiamano le “lacrime del vino“. Di cosa si tratta?
Figura 1. Immagine delle lacrime del vino in controluce
Il titolo di questa nota richiama il nome di un fisico italiano, il Dr. Marangoni, che nel 1865 per primo razionalizzò la formazione di queste lacrime. A onor del vero, il Dr. Marangoni studiò la dinamica del trasferimento di massa lungo una superficie. All’interno del modello da lui sviluppato si inquadra la formazione delle suddette lacrime.
Ma andiamo con ordine.
Prendiamo in considerazione una miscela di due liquidi che, per semplicità, indichiamo con A e B. Dalla chimica sappiamo che ogni liquido è in equilibrio con il suo vapore attraverso la relazione:
Nell’immagine ho considerato le due componenti della miscela separatamente. I pedici (l) e (g) indicano la fase liquida e gassosa, rispettivamente.
Gli equilibri descritti sono tanto più spostati verso la fase gassosa quanto più piccolo è lo spessore della fase liquida. Una spiegazione semplicistica di ciò è che più piccolo è lo spessore, minore è la forza con cui le molecole sono tenute legate alla superficie del liquido. Come conseguenza, le molecole sulla superficie di uno strato di liquido sottile riescono a “passare” più facilmente alla fase gassosa rispetto a quelle che sono sulla superficie di uno strato di liquido più spesso.
Cosa succede quando mescoliamo i due liquidi?
Quando i due liquidi vengono mescolati, l’equilibrio tra le fasi si può descrivere così:
In altre parole, ciò che è presente nella fase liquida lo è anche in quella gassosa. Ciò che cambia nella composizione della fase liquida rispetto a quella gassosa è il rapporto relativo tra le componenti.
Supponiamo, tanto per esempio, che la componente A abbia un punto di ebollizione più elevato rispetto a quello della componente B. Questo vuol dire che a parità di temperatura, le molecole di B si allontanano dalla superficie liquida più facilmente delle molecole di A. La conseguenza è che mentre la fase liquida contiene una maggiore quantità del composto A (che è più alto bollente), la fase gassosa contiene una maggiore quantità del composto B (che è più basso bollente).
Variazioni delle proprietà fisiche
La miscela fatta da A e B ha proprietà fisiche che sono intermedie tra quelle delle singole componenti. Ma cosa accade quando la stessa miscela si trova in due situazioni fisiche differenti, ovvero in un caso la fase liquida ha uno spessore più grande che nell’altro?
Quando diminuiamo lo spessore della fase liquida, la fase gassosa si arricchisce della componente più basso bollente e la densità del liquido (cioè il peso per unità di volume) tende verso quella della componente più alto bollente. Volendo semplificare con un linguaggio pseudo matematico, possiamo scrivere:
d(A+B) →dA
dove la lettera d indica la densità; il pedice (A+B) si riferisce alla miscela, mentre la freccia (→) si legge “tende”.
La tensione superficiale e la capillarità
Avete presente l’acqua? Sì…proprio quella che si scrive H2O. Ebbene, quando questa molecola è assieme alle sue sorelle gemelle, accade che si generino delle proprietà che ogni singola molecola presa da sola non ha. In effetti quando diciamo che l’acqua bolle a 100 °C o diventa solida a 0 °C non stiamo parlando di proprietà di una singola molecola. Temperatura di ebollizione, temperatura di fusione, densità etc. sono tutte proprietà che fanno riferimento ad insiemi di molecole che interagiscono tra loro. Le molecole di acqua, in particolare, interagiscono tra loro mediante una rete di legami a idrogeno. Per semplicità rimando ad una mia nota per comprendere il ruolo che i legami a idrogeno hanno nel determinare alcune caratteristiche dell’acqua.
I legami a idrogeno sono anche responsabili di quella che viene indicata come tensione superficiale dell’acqua.
Prendiamo una bacinella e riempiamola di acqua. Immaginiamo ora di diventare piccoli fino ad arrivare alle dimensioni delle molecole di acqua. Quello che potremmo immaginarci di vedere all’interno della bacinella è un insieme di molecole che interagiscono tra loro in modo differente a seconda della loro posizione nel contenitore (Figura 2).
Figura 2. Molecole di acqua in una bacinella. Le forze attrattive tra le molecole dipendono dalla posizione nel contenitore
In particolare, le molecole di acqua che sono nel bel mezzo della bacinella sono circondate da analoghe molecole che le attraggono con forze (dovute ai legami a idrogeno intermolecolari) identiche in tutte le direzioni.
Le molecole di acqua che sono accanto alle pareti del recipiente sono attratte con forze di un certo tipo dalle pareti e con forze differenti dalle molecole di acqua ad esse vicine. Cerchiamo di capire perché. Ho già scritto che le forze che consentono alle molecole di acqua di interagire tra loro sono dovute ai legami a idrogeno intermolecolari. Per completezza aggiungo che queste forze vengono indicate come “forze di coesione” perché consentono alle molecole di acqua di essere “coese” tra loro. Le forze con le quali le pareti del recipiente agiscono sulle molecole di acqua con cui entrano in contatto si indicano come “forze di adesione”. Esse possono essere dovute sia alla formazione di dipoli indotti che a legami a idrogeno veri e propri. Questi ultimi, tuttavia, hanno energia differente rispetto a quelli che si formano tra identiche molecole di acqua a causa della differente natura chimica delle pareti del contentinore.
Infine, le molecole di acqua che si trovano in superficie risentono, da un lato, della presenza dei legami a idrogeno con analoghe molecole più interne nel liquido, dall’altro della presenza dell’aria atmosferica con cui esse non possono interagire allo stesso modo. Per questo motivo, l’energia termica necessaria per far “staccare” le molecole dalla superficie è meno intensa di quella necessaria per far allontanare le molecole più interne che sono “ancorate” meglio ad un numero maggiore di molecole di acqua.
Adesso restringiamo la bacinella di prima alle dimensioni di un capillare e cerchiamo di capire cosa accade (Figura 3).
Figura 3. Esempio di risalita capillare
In pratica diminuisce lo spazio a disposizione delle molecole di acqua che cominciano ad interagire sempre più fortemente con le pareti del recipiente. Le molecole a contatto con le pareti iniziano, quindi, ad “arrampicarsi” e si “trascinano” dietro tutte quelle che non sono direttamente interagenti con le pareti stesse. A causa delle forze di coesione più intense nella zona di spazio centrale (quella più lontana dalle pareti, per intenderci) si genera un menisco. Da un punto di vista fisico si osserva un fenomeno che senza le spiegazioni appena date aparirebbe magico, ovvero quella che è conosciuta comunemente come risalita capillare. Essa spiega la presenza di elevate concentrazioni di sali sulla superficie di suoli indicati come suoli salini, il movimento della linfa nelle piante e l’imbibizione di materiali porosi come la carta Scottex® che usiamo in cucina per asciugare le superfici su cui abbiamo fatto cadere l’acqua.
Le lacrime del vino
Siamo arrivati al momento cruciale: la spiegazione chimico-fisica delle lacrime del vino.
Il vino è una miscela complessa in cui le due componenti più importanti sono acqua e alcol etilico (indicato volgarmente con il solo termine di “alcol”). Non me ne vogliano gli enologi, ma il vino altro non è che una soluzione acquosa di alcol etilico. La poesia che i sommelier e gli enologi vedono nel vino è dovuta ad una piccolissima quantità di altre componenti che sono responsabili del sapore e del profumo di tale bevanda.
Tra le due componenti più abbondanti del vino, l’acqua è la più alto bollente (la temperatura di ebollizione a 1 atm è 100 °C), mentre l’etanolo ha una temperatura di ebollizione più bassa (a 1 atm, l’etanolo bolle a circa 78 °C). Aggiungiamo anche che la densità dell’etanolo a temperatura ambiente è circa 0.78 g/cm3 e quella dell’acqua è circa 1.0 g/cm3. La densità media dei vini è circa 0.99 g/cm3.
Mettiamo ora idealmente del vino in un calice e ruotiamo il calice (Figura 4).
Figura 4. Calici di vino che vengono fatti ruotare (Fonte)
Per effetto della rotazione, si genera un sottilissimo strato di liquido sulle pareti del calice. Alla luce di tutto quanto descritto nei paragrafi precedenti, ne viene che l’alcol etilico si allonatana facilmente da questo strato sottile. A causa di ciò, si intensificano le forze di adesione che spingono il liquido verso l’alto. Più il liquido si sposta verso l’alto, più si assottiglia lo strato e più facilmente l’alcol evapora. Come conseguenza aumenta progressivamente anche la densità del liquido nello strato sottile, ovvero aumenta il peso per unità di volume. Questo perché, alla luce delle spiegazioni date prima, la densità del liquido tende a quella dell’acqua. Quando, per effetto dell’aumento di densità, la forza di gravità diventa predominante sulle forze di adesione, l’anello di liquido che sale verso l’alto si rompe ed incominciano a formarsi gocce ed archetti, ovvero le lacrime del vino. Qualitativamente parlando, più elevato è il contenuto alcolico del vino e più elevato è il numero di gocce ed archetti.
Le lacrime del vino si formano sempre?
No. Non sempre le lacrime si formano. Come abbiamo visto, è necessario che per effetto della rotazione e conseguente evaporazione dell’alcol etilico, si intensifichino le forze di adesione che spingono lo strato sottile di liquido verso l’alto. Come ho già scritto, le forze di adesione sono dovute a interazioni dipolari e/o legami a idrogeno. Questo significa che se non ci sono “agganci” a cui le molecole di acqua si possono ancorare, non si possono formare le lacrime del vino. In altre parole, le lacrime dipendono da quanto bene abbiamo lavato i nostri calici. Se il lavaggio ha completamente “sgrassato“ le pareti del recipiente, gocce ed archetti non si formano.
Letture di approfondimento
Se avete voglia di leggere curiosità in merito a viti, vitigni, vinificazione e vini potete andare a leggere il blog di VinOsa
In questi giorni è un susseguirsi di notizie in merito agli incendi che stanno mettendo in ginocchio l’Australia. Con questa breve pillola non intendo dire la mia su una situazione oggettivamente complessa che richiede approfondimenti molto dettagliati di cui, al momento, non mi sento in grado di discutere.
In questa sede voglio condividere una notizia molto interessante che viene dal National Institute of Standards and Technology (NIST). I ricercatori di questo istituto hanno “inventato” una palla ignifuga nella quale hanno inserito una telecamera. Scopo? Quello di monitorare la dinamica di un incendio boschivo dall’interno in modo da raccogliere informazioni che possono essere utilizzate per comprendere come si sviluppano e propagano gli incendi al fine di poter mettere in atto le migliori pratiche possibili per contrastarli.
Nel video qui sotto potete osservare un incendio come foste in mezzo ad esso. In alto a sinistra ci sono delle frecce con le quali potete muovere virtualmente la telecamera ed osservare cosa si vede man mano che il fuoco vi avvolge.
Impressionante, vero?
Se volete leggere un po’ più di dettagli basta cliccare sulla foto qui sotto
Sono ben note le posizioni antiscientifiche di Vandana Shiva, la guru indiana dell’agricoltura biologica, che segue la filosofia secondo cui “l’agricoltura industriale sarebbe foriera di quasi tutti i disastri economici, ecologici e umanitari del pianeta” (qui). Non è un caso che il mondo scientifico italiano si sia recentemente ribellato alla decisione del Ministro Fioramonti di indicarla come consulente del MIUR (qui). La stessa Società Italiana di Agronomia è intervenuta nel dibattito, come si evince da questo link, evidenziando che la scelta della Shiva quale consulente del Ministero contrasti con i parametri che il MIUR ha deciso di utilizzare per la costruzione di commissioni di alto profilo scientifico come quelle coinvolte nell’Abilitazione Scientifica Nazionale:
“Un ministero che a giusta ragione stabilisce e impone criteri di valutazione e di qualificazione di ricercatori, docenti, strutture di ricerca e Università, che ci sottopone, ripeto a giusta ragione, a continue valutazioni della performance, VQR, abilitazioni basate su indici bibliometrici etc., dovrebbe adottare gli stessi criteri, e anche molto più severi, per istituire commissioni di alto profilo scientifico. Tali commissioni spesso danno un indirizzo sociale, economico e politico a un intero paese. […] La qualificazione scientifica (della SHIVA) è fondata su 62 pubblicazioni, poche delle quali affrontano in modo sistematico i temi della sostenibilità e dell’ecologia e totalizza su Scopus un h index di 13, di gran lunga al di sotto della qualificazione scientifica della maggior parte dei nostri colleghi che su questi temi, in maniera rigorosa, hanno prodotto molte e specifiche pubblicazioni”.
Queste appena riportate sono le parole che il Presidente della Società di Agronomia, Professor Michele Perniola, rivolge a chi considera la Shiva la candidata ideale per occupare il posto di responsabilità che il Ministro Fioramonti aveva deciso di affidarle.
“Tra i più vocali venditori di fumo nel campo del negazionismo scientifico in agricoltura si pone senza dubbio Vandana Shiva, esponente di un antiscientismo radicale e militante e nota per aver diffuso grazie ad una efficace strategia comunicativa alcune fra le peggiori e più tenaci bugie che inquinano il dibattito pubblico. In proposito, si ricordano le sue bugie circa i suicidi degli agricoltori indiani dovute alla coltivazione di cotone transgenico, fino alle recenti bugie circa le cause e i rimedi per il disseccamento rapido dell’ulivo nel nostro Paese: bugie raccontate a fronte di lauti guadagni, considerate le parcelle richieste per i suoi numerosi interventi. Per non parlare delle bugie circa la sterilità delle colture OGM. Oggi non esiste al mondo nessun seme sterile di nessun tipo di pianta Ogm. Moltissimi, anche tra gli scienziati che operano in altri campi sono persuasi da questa bufala, e da parte nostra non ci stancheremo mai di ripetere che è un falso entrato nelle teste di tantissime persone e che inquina da decenni il dibattito su questi temi. A fronte di questi fatti, è impensabile che in un paese occidentale avanzato come il nostro ci si possa avvalere proprio presso il ministero dell’università e della ricerca scientifica della consulenza di Vandana Shiva sul tema dello sviluppo sostenibile: le idee da lei espresse, infatti, portano al più ad un sottosviluppo insostenibile, per la popolazione e per l’ambiente insieme”.
Ma non è solo la scienza italiana ad essere stanca delle sciocchezze, in termini scientifici, propalate da una persona che con l’agricoltura ha poco o niente a che fare. Anche gli scienziati d’oltre oceano sono stanchi.
Il 23 Gennaio 2020 è prevista alla Stanford University (California, USA) una lecture di Vandana Shiva dal titolo “Soil not Oil: Biodiversity-based Agriculture to Address the Climate Crisis” (qui).
Contro l’ufficializzazione presso una prestigiosa università statunitense delle sciocchezze pseudoscientifiche di Vandana Shiva si sono schierati molti accademici di istituzioni sparse in tutto il mondo. Tra le autorità scientifiche schierate contro la lecture di Vandana Shiva ci sono, per esempio, Sir Richard John Roberts (Chief Scientific Officer, New England Biolabs, Ipswich, MA e 1993 Nobel Laureate in Physiology or Medicine) e Nina Fedoroff (Penn State University Emeritus Professor of Biology, former President of the American Association for the Advancement of Science, AAAS).
I docenti/ricercatori anzidetti, insieme ad altri di qua e di là dell’Atlantico (tra cui anche chi scrive), hanno sottoscritto unalettera aperta (a cui tutti sono invitati ad aderire) al Rettore della Stanford University e ai dirigenti del Woods Institute, che ospiterà il convegno, organizzato da una società studentesca nella quale evidenziano come la Shiva abbia una assurda tendenza alle sciocchezze (come quella secondo cui i semi sterili – che ovviamente non possono germogliare – possono diffondere la sterilità), sia famosa per la sua proverbiale ignoranza (per esempio, affermando che le proteine Bt sono tossiche per tutte le forme viventi, mentre invece lo sono solo per alcune classi di insetti chiaramente identificate e non per pesci, uccelli e mammiferi), abbia la tendenza poco elegante ad offendere (per esempio quando paragona gli agricoltori che decidono liberamente di usare colture OGM a stupratori), rifiuti la tecnologia per alleviare le fatiche (soprattutto di donne e bambini) legate al diserbo manuale, o rifiuti tout court l’uso dei fertilizzanti in agricoltura, paragonandoli ad armi di guerra.
Cosa potrà mai suggerire questa persona, con le sue idee antiscientifiche ed eticamente spregevoli, per aiutare a risolvere i problemi dell’agricoltura, del clima, della biodiversità e della sicurezza alimentare , se non continuare a propalare la pseudoscienza di cui è forte sostenitrice?
Cosa mai può aver spinto i vertici della Stanford University ad accettare che dei propri studenti abbiano invitato Vandana Shiva a tenere una lecture in occasione di un evento dedicato a Stephen Schneider, climatologo di fama mondiale presso la medesima università?
Cliccando qui o sulla figura qui sotto si aprirà il link alla lettera aperta degli scienziati di tutto il mondo alla Stanford University
Avete sicuramente sentito nominare negli ultimi giorni il chlorpyrifos e del fatto che il suo utilizzo sia vietato in alcuni paesi della Comunità Europea, ma soprattutto che la EU sta tentando di vietarne l’uso in tutti i paesi membri (qui e qui). Nel caso in cui l’uso di questo agrofarmaco venisse vietato, si avrebbe un’arma in meno per la lotta a quegli insetti che fanno parecchi danni alle aziende agricole. Pensate che la cimice asiatica (Figura 1) ha provocato in Italia danni per circa 350 milioni di euro solo per il 2019 (qui).
Il chlorpyrifos è un insetticida molto utile per il contrasto alla cimice asiatica, così come per la lotta al punteruolo rosso (Figura 2) che ha decimato la popolazione di palme in tutta Italia negli ultimi anni.
Al di là delle decisioni che verranno prese entro la fine di Gennaio 2020, qui voglio spiegare alcune caratteristiche di questo agrofarmaco.
Cosa è il chlorpyrifos
Il nome IUPAC è O,O-diethyl-O-3,5,6-trichloro-2-pyridyl-phosphorothioate e la sua struttura è riportata in Figura 3.
Figura 3. Struttura ball-and-stick del chlorpyrifos. Le palline verdi sono atomi di cloro; quelle rosse atomi di ossigeno; le palline grigie sono gli atomi di carbonio; quelle bianche sono atomi di idrogeno; la pallina blu è l’atomo di azoto, la pallina gialla è l’atomo di zolfò, la pallina arancione è l’atomo di fosforo (fonte)
Si tratta di un composto organico la cui azione è quella di inibire l’attività della acetilcolinesterasi.
Bene, direte voi, adesso è tutto chiaro. Vero?
In effetti usare un nome complicato senza spiegarlo è come non spiegare nulla.
L’acetilcolinesterasi è un enzima, ovvero una proteina che ha delle specifiche funzioni all’interno del nostro organismo, che gioca un ruolo importantissimo nella trasmissione degli impulsi nervosi. Esso si trova nelle sinapsi tra le cellule nervose e quelle muscolari e interviene nelle contrazioni muscolari. In particolare, l’acetilcolinesterasi entra in azione dopo che un segnale nervoso è passato, demolendo l’acetilcolina nelle sue due componenti, l’acido acetico e la colina (Figura 4). Questa reazione ferma la trasmissione del segnale.
I due frammenti non vanno perduti, ma vengono riciclati per sintetizzare nuovi neurotrasmettitori per altre contrazioni muscolari. Il tempo necessario per la degradazione della molecola di acetilcolina è di circa 50 microsecondi.
Figura 4. Degradazione della acetilcolina. Nu è l’acronimo di “nucleofilo”, ovvero un sistema ricco di elettroni che reagisce con un elettrofilo, cioè un sistema povero di elettroni. Il nucleofilo è presente nel sito attivo della acetilcolinesterasi (fonte)
Come si vede dalla Figura 4, un gruppo funzionale ricco di elettroni (nucleofilo, Nu) presente nel sito attivo della acetilcolinesterasi (si tratta del gruppo -OH della catena laterale dell’amminoacido serina) attacca il gruppo carbonilico (-C=O) povero di elettroni presente nella acetilcolina determinando la frammentazione della molecola in una colina deprotonata e un sistema in cui il gruppo acetile (CH3CO-) rimane legato all’enzima. Quest’ultimo subisce una reazione di idrolisi con rigenerazione dell’enzima e formazione di acetato e colina.
Quando il chlorpyrifos si inserisce nel sito attivo della acetilcolinesterasi, il gruppo nucleofilo anzidetto va ad attaccare il fosforo presente nell’insetticida (Figura 5). Si formano, quindi, due frammenti (A e B in Figura 5) di cui uno, quello indicato con la lettera A, è l’enzima il cui sito attivo è “bloccato” dalla presenza del residuo contenente il fosforo. Il legame tra la serina e il residuo col fosforo non può essere idrolizzato, ovvero la serina non si può più “liberare” e l’acetilcolinesterasi non può più essere utilizzata per la reazione descritta in Figura 4. Questo significa che non si possono avere più contrazioni muscolari.
Figura 5. Reazione di inibizione dell’acetilcolinesterasi
Un insetto, come la cimice asiatica o il punteruolo rosso, colpito dal chlorpyrifos muore a causa del meccanismo appena descritto.
I limiti del chlorpyrifos
I meccanismi descritti provocano danni anche all’uomo. La concentrazione limite oltre la quale l’insetticida sotto indagine risulta tossico mediante assunzione orale per gli animali è nell’intervallo 32-1000 mg/kg. In altre parole, per risentire degli effetti del chlorpyrifos, un individuo di 70 kg deve assumere una dose orale di insetticida nell’intervallo compreso tra 2 e 70 grammi. Per avere effetto tossico mediante contatto epidermico, un individuo di 70 kg deve venire a contatto con circa 140 g di insetticida (riferimenti). La Comunità Europea sta cercando di proibire l’uso del chlorpyrifos sulla base del principio di precauzione legato al fatto che non è chiara la genotossicità dell’insetticida (qui). Tuttavia, stando a quanto riportato nel rapporto EFSA, gli esperimenti che sembrerebbero indicare genotossicità sono stati condotti con quantità di chlorpyrifos molto al di sopra dei limiti citati. Come al solito è necessario evidenziare che è la dose che fa il veleno. Un uso attento ed oculato di insetticida non provoca alcun danno. Occorre anche evidenziare che l’uso spregiudicato del principio di precauzione “spunta” le armi che gli agricoltori hanno a disposizione per combattere insetti nocivi alla nostra produzione alimentare
Avete presente i gas nobili? Sono quelli dell’ultimo gruppo della tavola periodica (riquadro in rosso di Figura 1).
Figura 1. Tavola periodica. Il riquadro in rosso evidenzia il gruppo dei gas nobili (Fonte)
Fin da quando cominciamo a frequentare le scuole superiori (lo so…oggi non si chiamano più così…ma lasciatemi il vezzo di chiamarle ancora nel modo noto quando le frequentavo) ci viene insegnato che i gas nobili prendono questo nome perché sono altezzosi, hanno la puzza sotto al naso…ovvero incarnano lo stereotipo dei nobili dal punto di vista dei popolani: non frequentano nessuno. Chimicamente vuol dire semplicemente che sono non reattivi. A differenza di tutti gli altri elementi della tavola periodica, Elio, Neon, Argo, Cripto, Xeno e Radon non si combinano con nessun altro elemento.
Ma ne siamo veramente sicuri?
No. In effetti non è così. Diciamo pure che, quando ho cominciato i miei studi di Chimica (nell’ormai lontano 1986), un composto dello Xeno era già stato sintetizzato. Nel 1962, infatti, Neil Bartlett riuscì ad ottenere l’esafluoroplatinato di Xeno (XePtF6). La Figura 2 mostra il lavoro di Bartlett pubblicato sui Proceedings of the Chemical Society.
Figura 2. Immagine del lavoro di Neil Bartlett in cui parla della sintesi dell’esafluoroplatinato di Xeno (Fonte)
Quindi, possiamo dire che a partire dal 1962 non si può più dire che i gas nobili siano inerti. Ce ne è almeno uno, lo Xeno, che forma dei composti.
Ma è l’unico?
No, non è l’unico. Facciamo un salto temporale: 1962-2019. Sono passati 57 anni. Ci sono voluti tutti questi anni per ottenere un nuovo composto da un gas nobile. Stavolta si tratta dell’Argo. E’ stato utilizzato in condizioni molto diverse da quelle in cui siamo adatti a vivere per ottenere una lega col Nickel (ArNi). Non ci credete? Ebbene, cliccate sulla figura qui sotto.
Alla fine i gas nobili sono come Superman. Hanno i superpoteri solo quando sono sulla Terra. Se si cambiano le condizioni (come per esempio Superman in presenza della kryptonite), perdono la loro nobiltà e si comportano come dei “volgari” metalli.
Come componente dei gruppi antifrodi scientifiche e omeopatia del Patto Trasversale per la Scienza, diffondo anche io un comunicato del Professor Pier Luigi Lo Palco in merito alle illazioni sulla comunità scientifica scritte in un articolo de Il Fatto Quotidiano ed al quale già il Prof. Enrico Bucci aveva dato una risposta (qui).
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Con riferimento all’articolo apparso il 28 Novembre sul Fatto Quotidiano a firma di Gianni Barbacetto, intitolato “Ricerche mediche ‘aggiustate’, però la scienza tace”, il Patto Trasversale per la Scienza intende specificare quanto segue.
Innanzitutto, è opportuno ricordare che il Patto, lungi dal tacere, è stato fra i primi a reagire alle notizie di richiesta di archiviazione dei ricercatori indagati dalla procura di Milano, con una lettera aperta che, oltre a denunciare l’assordante silenzio in tema, chiedeva ai vertici di AIRC di fare chiarezza e di dotarsi di regole più stringenti in tema di integrità e alla comunità scientifica italiana di dotarsi di regole chiare di condotta.
Quest’ultima richiesta, in particolare, appare oggi particolarmente importante, proprio in presenza di una difformità di giudizio persino tra Procura e GIP, che pure hanno chiesto e decretato l’archiviazione per gli indagati. È quindi il caso di ribadire che per il PTS, come già dichiarato a luglio, è fondamentale:
1. dotare tutte le istituzioni scientifiche e di ricerca del nostro Paese di un sistema coerente ed omogeneo per la gestione, l’identificazione precoce e la correzione degli eventuali casi di cattiva condotta scientifica
2. far sì che i finanziatori, pubblici e privati, della ricerca scientifica, i quali raccolgono soldi dai cittadini italiani o direttamente o attraverso le tasse, siano essi stessi scevri da conflitti di interesse e dotati di regole chiare per favorire la pratica dell’integrità scientifica
Alla luce poi dei particolari emersi circa le indagini ed il decreto di archiviazione disposto dal GIP, nonché dei commenti apparsi sulla stampa, è necessario ribadire quanto segue.
Innanzitutto, sono alcuni membri della comunità scientifica – non i giornalisti, né la magistratura – ad aver identificato (rendendoli pubblici online) e poi esaminato (nella persona dei periti, appartenenti alla comunità scientifica ed accademica, ma anche di altri esperti che hanno a loro volta esaminato le segnalazioni su siti online dedicati) i casi in esame; dunque è la comunità scientifica che ha messo in moto il meccanismo che dovrà portare alla correzione del record pubblicato, a riprova dei meccanismi di cui la scienza dispone per identificare ed analizzare i propri errori.
Con riguardo poi alle notizie filtrate circa il dispositivo di archiviazione del GIP, il PTS sottolinea quanto segue: 1. nessuno, che non sia membro della comunità scientifica, può giudicare della gravità di un comportamento di violazione dell’integrità di un dato scientifico, visto che solo la comunità scientifica ha le competenze necessarie; 2. compito della magistratura penale è accertare se, in un caso di manipolazione dei dati, vi sia stato un crimine, e non di pesarne la gravità al di fuori del diritto penale, perché se sia “un falso innocuo e innocente”, quando siano escluse condotte criminali, solo la comunità scientifica può stabilirlo; 3. la comunità scientifica ha già cominciato a verificare i casi occorsi nei singoli articoli; questi hanno richiesto già adesso correzioni in almeno 5 degli articoli oggetto di indagine, correzioni occorse a valle dell’analisi tecnica delle immagini in questione da parte di membri esperti della comunità scientifica ed ovviamente condivise almeno dalla maggioranza degli autori dei lavori e dalle riviste; 4. le correzioni di un articolo scientifico non implicano necessariamente frode, ma sono necessarie e non derogabili in tutti i casi di manipolazione (ivi inclusa la duplicazione di dati) accertati; i ricercatori hanno il dovere, con le riviste, di apportare le modifiche opportune (da un corrigendum fino ad una ritrattazione) su ogni articolo che presenti duplicazioni, manipolazioni o altre alterazioni delle immagini o dei dati; 5. nessuno, e meno che mai un giudice, può affermare che, sulla base del fatto che un certo risultato sia stato successivamente replicato o una certa ipotesi scientifica sia poi risultata vera, un dato comportamento manipolatorio sia perdonabile dal punto di vista del metodo scientifico e i dati di un articolo non siano da correggere, sia per errore onesto che per frode; 6. quel ricercatore che, una vota accertato un problema nei dati pubblicati, non procede alle correzioni opportune, ignorando o ostacolando il processo di emendamento necessario, si macchia di cattiva condotta, al pari di chi froda.
Per le ragioni elencate, il PTS auspica che, quanto prima, la comunità scientifica italiana inizi una seria e condivisa discussione sulle regole per indagare e trattare i casi di potenziale cattiva condotta, e che i ricercatori coinvolti dall’indagine correggano al più presto la letteratura scientifica, sia per quel che riguarda i lavori oggetto di indagine, sia per quel che riguarda eventuali altri lavori che dovessero risultare contenere dati problematici.
Pier Luigi Lopalco
Presidente Patto Trasversale per la Scienza
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