Le radiazioni

17 03 2011

decadimento alfa       Il gravissimo disastro avvenuto in Giappone, trattato da tutti gli organi e le agenzie di stampa oltre che da radio e televisioni e segnalato, sommariamente, anche in un nostro post del 13 marzo scorso, ci induce a ritornare sul tema del nucleare in particolare sulle radiazioni che stanno rendendo ancora più drammatica la situazione della popolazione.

       Come è stato facile prevedere, il numero di persone che ha perso la vita, soprattutto a causa dello tsunami, è salito a 14.000 e purtroppo continua ad aumentare. Allo stesso modo diventa più chiaro e più drammatico il bilancio dei danni alla centrale nucleare di Fukushima. Su una scala di 7 livelli si è passati dal livello 4 del 13 marzo, all’attuale livello 6 e non si sa se si arriverà al livello massimo. L’elevato valore di radioattività impedisce ai tecnici di controllare e lavorare vicino ai reattori colpiti. Gli USA allarmati e preoccupati che le correnti atmosferiche radioattive possano arrivare con concentrazioni elevate anche sulle loro coste occidentali (Alaska e California in testa), hanno inviato un aereo drone (senza pilota) in modo da “vedere” con le sue telecamere la situazione dei reattori e delle strutture interne alla centrale.

       Ma cos’è la radioattività? Per chiarire questo concetto bisogna fare un riferimento al nucleo degli atomi. Il nucleo è costituito da protoni (carichi positivamente) e neutroni (privi di carica) legati gli uni agli altri, che lo rendono più o meno stabile nel tempo. Questa stabilità dipende principalmente da due fattori: 1. il rapporto tra numero dei neutroni e numero dei protoni; 2. il numero atomico dell’elemento (Z). Quanto maggiore è il numero di protoni di un nucleo, tanti più neutroni sono necessari per rendere stabile quel nucleo. Generalmente i nuclei sono stabili se il rapporto tra numero di neutroni e numero di protoni è 1 o poco più di 1. Sulla stabilità del nucleo incide anche il numero atomico perché è stato verificato che la massima stabilità viene raggiunta per gli elementi il cui numero atomico è compreso tra 20 e 30, poi diminuisce costantemente e gradualmente fino all’Uranio (Z=92), senza considerare gli elementi artificiali fortemente instabili. Se un atomo contiene pochi (o troppi) neutroni rispetto ai protoni, è instabile e cerca di stabilizzarsi emettendo radiazioni e trasformandosi così in un altro nucleo, perciò in un altro elemento chimico che a sua volta può essere stabile oppure no e in questo caso continua la sua tendenza a stabilizzarsi. Perciò la radioattività è quel fenomeno per cui un nucleo instabile di un elemento emette radiazioni per stabilizzarsi, trasformandosi spesso in un altro elemento. Gli atomi che emettono radiazioni sono detti isotopi radioattivi. Questi elementi radioattivi, soprattutto uranio e plutonio vengono utilizzati nelle centrali nucleari. Bisogna chiarire che la radioattività in natura, sul nostro Pianeta e nell’Universo, è sempre esistita, perciò non è un’invenzione umana ma è stata scoperta alla fine del 1800 con Henry Bequerel (1896) e i coniugi Curie (1898) che insieme, per questo, ricevettero il Premio Nobel.

Da cosa sono formate queste radiazioni? Esistono tre tipologie fondamentali di radiazioni: radiazioni alfa, radiazioni beta, e radiazioni gamma.

Le radiazioni alfa sono costituite da due protoni e due neutroni, in pratica l’equivalente di un nucleo di elio. Questi tipi di particelle sono poco penetranti e quindi poco pericolose per la salute umana, infatti possono essere bloccate da un semplice foglio di carta e nell’aria percorrono solo pochi centimetri. Ad esempio, l’uranio-238 “decade” e si trasforma in torio-234 emettendo una particella alfa.

Le radiazioni beta, o particelle beta, invece sono costituite da un elettrone emesso da un neutrone (costituito da un protone e un elettrone insieme). In tal modo il neutrone che emette la particella beta si trasforma in un protone e l’atomo con un protone in più diventa una altro elemento chimico. Ad esempio, un nucleo di piombo-212 emettendo una particella beta si trasforma in un nucleo di bismuto-212. Le particelle beta sono decisamente più penetranti di quelle alfa, sia perché hanno una massa molto più piccola sia perché vengono emesse ad altissima velocità. Però anch’esse sono poco dannose per l’uomo perché possono essere fermate da sottili strati di metalli o da qualche metro di strato d’aria.

Le particelle gamma che compongono l’omonima radiazione invece non sono particelle classiche ma sono “pacchetti energetici” (fotoni) che portano il nucleo che le emette ad uno stato energetico inferiore. Hanno un’altissima frequenza e solitamente si accompagnano o seguono le particelle alfa e quelle beta. Sono fortemente penetranti e hanno un contenuto energetico superiore a quello dei raggi x e per bloccarle sono necessari molti centimetri di spessore di metalli ad elevata densità, come il piombo.

Quando gli organismi sono esposti alle radiazioni, l’unità di misura utilizzata per valutare la quantità assorbita è il Sievert (Sv). Più spesso viene utilizzato il millisievert (mSV) e la dose massima di assorbimento prevista dalla normativa italiana è di 1 mSv/anno al disopra della quantità annua di 2,4 mSv, alla quale siamo tutti esposti per la radioattività naturale della Terra. Tra i motivi che dovrebbero suggerire estrema prudenza nell’utilizzo dei materiali radioattivi è il loro periodo di dimezzamento che in alcuni casi è molto lungo, ad esempio nell’uranio è pari a 4,5 miliardi di anni, l’età della Terra. Questo è il motivo per cui l’uranio è ancora presente nella crosta terrestre, ma in quantità molto piccole: circa 10 parti per milione.

Video Rai sulle radiazioni: http://www.youtube.com/watch?v=Yv6fY1FtoaU

Video di TG3 Leonardo sulla nube radioattiva di Fukushima: http://www.youtube.com/watch?v=eG6r8OEwr4Y&feature=relmfu

Fukushima – Il rischio della fusione del nucleo (video TG3 Leonardo): http://www.youtube.com/watch?v=xRt-h0QcqDE

 




A volte ritornano ma alcuni si pentono

13 03 2011

ricercatori001Una volta, quasi in ogni famiglia c’era qualche emigrato in altri Paesi europei o in America se non in Australia. Quei tempi stanno tornando. Ad emigrare non sono più persone con un basso livello di scolarizzazione ma laureati, spesso con un dottorato, ricercatori. Gran parte di loro trova fuori dall’Italia (è facile in questi tempi) condizioni di lavoro favorevoli e un ambiente tanto accogliente che vi rimane. Io stesso ho conosciuto figli e/o figlie di colleghi (in alcuni casi solo i genitori) che dopo lauree e specializzazioni hanno trovato lavoro in Spagna, in Gran Bretagna o in Germania. Qualcuno negli Stati Uniti o in Canada. Talvolta, per vari motivi (amicizie, parentele, nostalgia dei luoghi d’origine, difficoltà di adattamento,  …) ritornano. Tra questi non sono pochi quelli che si pentono perché, pur trovando un lavoro, non riescono a fare ricerca come vorrebbero o come avevano sperato. Purtroppo, dispiace ripetere cose già lette e sentite da alcuni anni: l’Italia non è un luogo dove la ricerca scientifica è tenuta in considerazione. A parte la mancanza di finanziamenti, sono troppe e troppo potenti le istituzioni che si oppongono alla ricerca di base e applicata o comunque non la favoriscono.

            Meno di un mese fa, Radio3 e Radio3Scienza hanno dedicato la programmazione del 23 febbraio 2011 alle storie, alle speranze, alle difficoltà e alle passioni dei ricercatori italiani. Sia a quelli che vivono in Italia, sia a coloro che si sono stabiliti in altri Paesi. Certo è solo una piccola iniziativa, per la ricerca italiana ci vorrebbe ben altro. Finanziamenti innanzitutto, assunzioni mirate e basate sul merito, stabilità dei ricercatori e loro riconoscimento economico e sociale, strutture e attrezzature funzionanti, collaborazione tra pubblico e privato, meno vincoli di tipo giuridico e/o religioso.

Ma quanti sono i ricercatori in Italia? E negli altri Paesi europei nostri concorrenti? Quanto si spende per la ricerca? Ci aiutano una tabella e i relativi grafici. I dati ricavati da Eurostat e riferiti al 2009, riportati in parte anche sull’Espresso del 3 marzo 2011, sono impietosi. Ognuno può farsi un’idea della situazione in cui versa la ricerca in Italia. Probabilmente non serve a nulla lamentarsi e denunciare lo stato delle cose, ma stando in silenzio sarà ancora peggio.

Intanto si può ascoltare qualche brano tratto dal diario di Marie Curie (1867-1934), ricercatrice alla quale è intitolato il nostro istituto.

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Composti ionici: il cloruro di sodio

7 03 2011

spargisale03          Prendiamo spunto dall’ultima nevicata che ha imbiancato il Piemonte e altre regioni nella prima settimana di marzo e da una pubblicità televisiva di successo degli scorsi anni, per fare un cenno sui composti ionici, in particolare sul cloruro di sodio (NaCl). D’inverno, ogni anno in molte regioni italiane e ancora di più nei Paesi del centro e nord Europa, vengono sparse migliaia di tonnellate di cloruro di sodio per le strade e le autostrade. Perché? Perché il cloruro di sodio ha la proprietà di abbassare il punto di congelamento dell’acqua. Del resto l’acqua marina delle zone polari, pur avendo una salinità più bassa di quella degli altri mari, ghiaccia a circa –2 °C anziché a 0 °C. Infatti il cloruro di sodio, in presenza di questo specialissimo composto, allo stato liquido o solido, dalle proprietà fisiche e chimiche eccezionali che rendono possibile la vita, si scinde in ioni che si legano elettrostaticamente alle molecole d’acqua e interferisce con la formazione e la crescita dei cristalli di ghiaccio. Il processo in cui composti ionici come l’NaCl vengono separati nei corrispondenti ioni Na+ e Cl- dalle molecole d’acqua è detto dissociazione elettrolitica.

       In una famosa pubblicità sull’acqua imbottigliata, la protagonista era una solitaria particella di sodio che chiedeva: “c’è qualcuno?”. Evidentemente la pubblicità è stata efficace se, come tanti altri, ancora la ricordo (ma non ricordo il nome della pubblicità). Ha attirato l’attenzione dei consumatori e del pubblico televisivo, ma chi l’ha preparata certamente non ha tenuto conto del grandissimo numero di particelle (6,022*1023) contenute in una mole di sostanza. Un numero enorme che rende assolutamente impossibile la presenza di una sola particella di sodio in una bottiglia da 1,5 litri d’acqua che, tra l’altro, corrisponde a circa 83 moli mentre una singola mole di H2O sono 18,02 g . Si tratta solo di uno, dei tanti messaggi televisivi sbagliati dal punto di vista scientifico.

         Il cloruro di sodio è un composto chimico ionico. Ricordiamo anche che il cloruro sodico contribuisce in modo rilevante alla salinità dei mari che è in media del 35‰, ossia ogni 1000 grammi d’acqua marina, 35 g sono costituiti da sali disciolti in soluzione e questo composto forma il 77% di questi sali, cioè ben 27 dei 35 grammi. Fra i numerosi altri composti ed elementi che vi troviamo disciolti, spicca il cloruro di magnesio (MgCl2) che forma altri 4 di quei 35 grammi ed è responsabile del sapore amaro dell’acqua di mare.

         Riprendendo il post sulla formazione di ioni, vorrei attirare l’attenzione sui vari composti ionici. In questo breve percorso, dobbiamo necessariamente iniziare dai composti ionici binari, cioè costituiti soltanto da due diverse specie di atomi. In questi composti naturalmente gli atomi sono legati tra di loro per mezzo di un legame ionico, cioè formato da ioni positivi e negativi tenuti insieme da interazioni di tipo elettrostatico (o coulombiano). Il legame ionico si forma quando tra i due atomi c’è una grande differenza di elettronegatività, in genere maggiore di 1,7. Perciò si tratta di composti costituiti, quasi esclusivamente da elementi dei primi gruppi del Sistema periodico (I, II e III), con bassa elettronegatività, con elementi degli ultimi gruppi (VI e VII), escluso quello dei gas nobili ovviamente. Il legame ionico è detto anche legame salino perché è caratteristico dei sali.

          Tipici composti ionici binari sono gli alogenuri, un termine generico che indica composti formati da un alogeno con un catione metallico: fluoruri, cloruri, bromuri e ioduri. Non consideriamo i composti  binari contenenti ossigeno, detti ossidi, che allargherebbero troppo il nostro discorso. Un aspetto, invece, che dobbiamo sempre tener presente è quello della formula dei composti ionici. Soprattutto nei solidi, la formula di un composto ionico non corrisponde ad una molecola. Per essere più concreti, la formula NaCl non indica una molecola di cloruro di sodio né che una mole di quel composto è formata da tante molecole di NaCl. Questa formula invece indica soltanto che, nel composto in questione, gli atomi di cloro e sodio si trovano nel rapporto di 1:1. Perciò NaCl indica solo l’unità di formula. Allo stato solido il composto di formula unitaria NaCl è costituito da un reticolo cristallino che prevede ogni ione Na+ circondato da 6 ioni Cl- posti alla stessa distanza e viceversa, ogni ione Cl- è circondato da 6 ioni Na+. Questo si esprime dicendo che nel cloruro sodico il numero di coordinazione di sodio e cloro è 6.

            In generale, come si assegna il nome ai composti binari che non contengono ossigeno e quindi anche ai composti ionici? Si considera l’elemento scritto dopo nella formula e si modifica aggiungendogli in suffisso –uro, facendolo poi seguire dalla preposizione di e dal nome del primo elemento. Se nella formula compaiono anche indici numerici, vanno aggiunti i corrispondenti prefissi (di-, tri-, tetra-, ecc.). Ulteriori indicazioni e approfondimenti, come la notazione di Stock e la nomenclatura tradizionale, si possono trovare sui libri di testo.

            In natura sono diffusi anche composti ionici ternari (tre elementi) o quaternari, costituiti da un catione metallico o dal catione ammonio NH4+ e da un ossianione (SO42- o ione solfato, NO3- o ione nitrato, CO32- o ione carbonato, …). Anche per assegnare il nome a questi composti si parte dalla formula e dal nome dell’ossianione (ricavabile da opportune tabelle) aggiungendo la preposizione di seguita dal nome del catione. Quindi possiamo avere il nitrato di sodio (NaNO3), il fosfato di potassio (KPO4), il bromuro di ammonio (NH4Br), e così via.

            Sicuramente però il composto ionico che l’uomo utilizza ed ha utilizzato di più, da sempre, è proprio il cloruro di sodio. Perché? Per il suo sapore caratteristico che rende più gustosi i cibi, ma soprattutto perché per molti secoli il metodo della salatura ha permesso la conservazione dei cibi in tutte le aree geografiche. Se il clima era abbastanza rigido, in alcuni casi si poteva utilizzare anche il congelamento. Negli ultimi decenni però, nei Paesi ricchi, a causa dell’eccesso di alimenti introdotti nell’organismo, il cloruro di sodio sta manifestando i suoi effetti nefasti sulla salute umana; insieme alla sedentarietà ha determinato un notevole aumento di malattie cardiovascolari: ipertensione, infarto e ictus. Non è certo un caso che questi tipi di malattie, in Toscana dove notoriamente si produce e consuma pane sciapo, hanno un tasso d’incidenza più basso della media nazionale. Dei due elementi, è sotto accusa in particolare il sodio che, però è anche fondamentale per la fisiologia delle nostre cellule ma l’argomento, con i suoi aspetti biologici, dovremo affrontarlo in un altro post, sull’altro blog. Sicuramente dobbiamo fare attenzione al sale e ridurre il suo consumo alimentare, perché è già contenuto in tutti i cibi. Spesso anche in quantità eccessive rispetto al nostro fabbisogno giornaliero.