Gli elementi del VI gruppo

26 05 2011

VI GRUPPOSiamo nel gruppo dell’ossigeno. Possiamo chiamarlo così perché questo elemento è quello più importante del VI gruppo ed è fondamentale nella composizione dei viventi, della litosfera, dell’idrosfera e dell’atmosfera del nostro pianeta. Forma il 25% della massa del nostro corpo, sia perché è un componente dell’acqua sia perché entra nella composizione di tutte le biomolecole: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Si tratta anche di un elemento essenziale nei due processi chimici più importanti del nostro pianeta: la respirazione cellulare e la fotosintesi. La prima consiste in un insieme di reazioni che avvengono in tutte le cellule animali e vegetali e che decompongono il glucosio in CO2 e acqua consumando ossigeno e liberando energia sotto forma di molecole di ATP e calore. La seconda invece riguarda un complesso di reazioni che, avvenendo in piante, alghe, alcuni protisti e batteri, convertono l’energia luminosa in energia chimica contenuta nei legami degli atomi delle molecole di glucosio e liberano ossigeno molecolare. Oltre all’ossigeno, fanno parte del VI gruppo anche  zolfo, selenio, tellurio e polonio. Si tratta di non metalli. Con l’idrogeno formano composti di formula generale XH2.

La caratteristica comune a tutti questi elementi è la configurazione elettronica esterna s2p4 perciò, per raggiungere la stabilità con l’ottetto elettronico esterno, tendono a condividere o acquistare due elettroni. In genere nei composti formano legami covalenti e a questo scopo utilizzano sia i due orbitali p con l’elettrone singolo, sia l’altro orbitale p con il doppietto per formare anche legami dativi.

Data la sua importanza, approfondiamo un po’ il discorso sull’ossigeno. Allo stato atomico, sul nostro pianeta, questo elemento non esiste se non per frazioni di secondo. Quando si ottiene, dalle reazioni chimiche o dalle scariche elettriche dei fulmini in atmosfera, immediatamente si trasforma in ossigeno molecolare O2. Poiché ciascun atomo di ossigeno ha 6 elettroni esterni, la molecola biatomica O2 per raggiungere l’ottetto presenta un doppio legame: 4 elettroni equamente condivisi che formano una molecola apolare. Si tratta di un gas solubile in acqua e nei liquidi corporei. Il fatto che sia disciolto in acqua lo rende utilizzabile dai vertebrati e invertebrati acquatici grazie alle branchie, anche se la quantità di O2 disponibile in acqua è solo il 4-5% di quella disponibile nell’aria. La solubilità dell’ossigeno nel nostro sangue aumento di molto rispetto all’acqua per la presenza dell’emoglobina che lo lega.

In tutti gli ambienti l’ossigeno è un forte ossidante perciò ha un elevato potere corrosivo su molti metalli. In effetti è fin dalla preistoria che l’uomo combatte contro la corrosione dei suoi attrezzi o manufatti in ferro. Generalmente le reazioni principali in cui interviene l’ossigeno sono soprattutto di ossido-riduzione (o redox) e combustione. Nelle reazioni di ossido-riduzione una specie chimica trasferisce elettroni ad un’altra specie chimica. Naturalmente il numero di elettroni ceduti deve essere sempre uguale al numero di elettroni acquistati. In generale si dice che : una specie chimica si ossida se cede elettroni, si riduce se ne acquista.  Il termine ossidazione deriva proprio dal nome dell’ossigeno. Le reazioni di combustione fanno parte delle reazioni redox esotermiche e sono quelle reazioni in cui l’agente ossidante è l’ossigeno atmosferico. A questo punto ci fermiamo: non trattiamo né le reazioni con l’ossigeno né i composti dell’ossigeno, argomenti troppo vasti per un post.

Mi piace concludere quest’accenno all’ossigeno con le parole di Peter Atkins, professore al Lincoln College di Oxford e divulgatore scientifico, che nel suo “Il regno periodico” scrive: “ … Invece la costa nord-orientale è tutt’altro che inutile: qui c’è l’ossigeno, il messaggero quasi universale della vita. L’ossigeno è così indispensabile che, quando non ce n’è abbastanza, ce lo dobbiamo procurare: per immergerci nel mare lo stiviamo in bombole; lo abbiamo portato con noi anche sulla Luna; lo pompiamo nel corpo dei malati, per aiutarli a rimanere in vita; lo iniettiamo a tonnellate nei motori, per aiutarli a bruciare il carburante. L’ossigeno è l’essenza della vitalità: se manca non ci possono essere vita animata né movimento deliberato. In questa regione ai confini settentrionali del Regno, a prima vista inconsistente, si nasconde dunque una grande potenza.”

Facciamo un accenno allo zolfo che, in natura, si può trovare allo stato elementare sotto forma di depositi molecole ottoatomiche (S8), in cui gli atomi sono legati tra loro da legami singoli, oppure sotto forma di solfati. La Sicilia ha avuto numerose miniere di zolfo, oggi esistono miniere molto più economiche in varie parti del mondo. I composti dello zolfo sono numerosi: l’idrogeno solforato (H2S), l’anidride solforosa (SO2), l’anidride solforica (SO3), l’acido solforico (H2SO4), il gesso (CaSO4), il solfato di rame (CuSO4), quello di ammonio (NH4)2SO4 utilizzato molto nei fertilizzanti azotati.

Primo Levi, già citato a proposito degli elementi del V gruppo, dedica anche allo zolfo uno del capitoli del “Sistema periodico”: “… In piedi, Lanza: siamo arrivati a 180°, bisogna sbullonare il boccaporto e buttare dentro il B 41; che è poi proprio una gran buffonata dover continuare a chiamarlo B 41 quando tutta la fabbrica sa che è zolfo, e in tempo di guerra, quando tutto mancava, parecchi se lo portavano a casa e lo vendevano in borsa nera ai contadini che lo spargevano sulle viti. Ma insomma il dottore è dottore e bisogna accontentarlo….”




Shuttle ultimo atto e antimateria

16 05 2011

shuttle ultimoIl lancio è riuscito perfettamente a Cape Canaveral. Il vettore è decollato da poche ore e sta portando in orbita intorno alla Terra lo Shuttle Endeavour per l’ultimo viaggio. A bordo c’è anche l’astronauta italiano Roberto Vittori che raggiungerà l’altro italiano Paolo Nespoli sulla Stazione Spaziale Internazionale. In questo lancio ci sono attrezzature per esperimenti del valore di alcuni miliardi di dollari. In particolare, per l’Italia è importante AMS 2 una struttura per esperimenti sullo studio dell’antimateria e dei raggi cosmici. Si prevede che possa lavorare per circa venti anni. Dopo questa la missione anche lo Shuttle andrà in pensione.

Il video del lancio su TV repubblica.it

Il video sull’esperimento italiano AMS 2




I dolcificanti artificiali

14 05 2011

dolcificanti01       I dolcificanti naturali più conosciuti sono zucchero, fruttosio, lattosio e miele. Il primo in Europa  è ricavato quasi esclusivamente dalle barbabietole, i cui tuberi privati delle foglie, ne contengono una quantità variabile tra il 14 e il 17%. Gli altri due sono di origine rispettivamente vegetale ed animale e si trovano in numerosi prodotti di uso quotidiano. L’ultimo, come ben sappiamo è prodotto dalle api che, negli ultimi anni, hanno avuto non pochi problemi. Mentre il miele necessita solo di controlli, pulitura e opportuno confezionamento in barattoli di vetro etichettati, per ottenere lo zucchero industriale (saccarosio, di formula grezza C12H22O11) dalla barbabietola c’è bisogno di un certo numero di passaggi: lavaggio, riduzione in fibre, estrazione del saccarosio a 70 °C circa, pulitura con trattamenti chimici per allontanare altre sostanze, evaporazione dell’acqua per ottenere lo zucchero cristallino e, infine, sbiancamento.

Quando arriva confezionato, in cucina e sulla nostra tavola lo utilizziamo per innumerevoli alimenti. Nel nostro sistema digerente ogni molecola di saccarosio (disaccaride) viene scissa in due monosaccaridi: una molecola di glucosio ed una di fruttosio che, in genere, vengono ossidate nei mitocondri delle nostre cellule muscolari o nervose. Sì perché il nostro cervello, formato da miliardi di neuroni e da cellule della glia ancora più numerose, pur avendo una massa che è solo il 3% circa di quella dell’intero organismo, consuma circa il 17% di tutta l’energia che produciamo. L’energia ricavata dai carboidrati viene utilizzata nelle reazioni endoergoniche dalle molecole di ATP, l’adenosintrifosfato. La percentuale sul consumo energetico del nostro cervello è stata ricavata da una ricerca di due studiosi inglesi, Sandra Aamodt e Sam Wang, i cui risultati pubblicati nel saggio “Welcome to your brain”, sono stati riportati in parte anche dal “Times” di Londra, qualche anno fa.

Ma come dobbiamo comportarci quando, per ragioni mediche, dobbiamo ridurre la quantità di calorie che introduciamo giornalmente o siamo affetti da diabete? Solitamente si ricorre ai dolcificanti. Si tratta di sostanze, artificiali, che rendono dolci gli alimenti e le bevande ed hanno un basso potere calorico. I dolcificanti più utilizzati negli ultimi decenni sono soprattutto tre: i ciclamati (in  particolare quello di sodio), l’aspartame e la saccarina. Secondo la normativa europea, se vengono consumati alimenti in quantità normale contenenti questi o altri dolcificanti ipocalorici, non ci sono rischi per la salute. Negli ultimi anni, però, l’aumento dei prodotti “light”, soprattutto bibite, ha determinato un aumento anche considerevole del consumo di dolcificanti. Spesso nelle etichette di bevande e alimenti, anziché “dolcificante” si trova il termine “edulcorante”.

I ciclamati, a parità di massa, hanno un potere calorico superiore al saccarosio di circa cinquanta volte e negli ultimi trenta anni sono stati utilizzati sia nei cibi dietetici che nei drinks e nelle bevande “leggere”. La loro sicurezza è in discussione: mentre in Europa e in altri Paesi il loro uso è consentito, negli Stati Uniti sono stati vietati fin dal 1987 perché sospettati di essere cancerogeni. Il primo ciclamato venne scoperto dal chimico statunitense Michael Sveda nel 1937 che si accorse, casualmente, del gusto dolce delle sue mani sporche di questa sostanza.

L’aspartame ha un potere dolcificante superiore al saccarosio di circa 180 volte, a parità di massa, ed ha proprietà organolettiche simili a quelle dello zucchero, quindi non necessita di altri additivi. Venne sintetizzato da James Schlatter nel 1965, durante i suoi studi sui farmaci contro l’ulcera. Anche questo composto è stato oggetto di controversie e, per noi, è difficile capire se hanno fondate basi scientifiche o solo motivazioni economiche e commerciali. Comunque sia, in Europa è stato ammesso e classificato con la sigla E951.

La saccarina (E 954) o sulfimide benzoica, a parità di massa ha un potere dolcificante almeno trecento volte superiore al saccarosio, venne sintetizzata da Ira Remsen nel 1878. Ormai la saccarina viene utilizzata da oltre un secolo ed è considerata chimicamente stabile, tanto da poter essere inserita anche in alimenti che dovranno essere sottoposti a cottura. Tra i vari dolcificanti forse è quello che offre maggiori garanzie di sicurezza, infatti è stato approvato e viene utilizzato anche negli Stati Uniti. Comunque i dolcificanti artificiali, a causa degli eventuali rischi per la salute, dovuti anche alla quantità, andrebbero assunti con moderazione, in caso di necessità e con il parere del medico. Sicuramente è sconsigliabile il loro uso sistematico per motivi estetici in sostituzione dei dolcificanti naturali.




Maggio Giugno 2011: le settimane della scienza

4 05 2011

sett-scienza1   Iniziano in questi giorni e proseguiranno per due mesi. In contemporanea con le celebrazioni di Italia 150, la Notte Europea dei Musei e l’Anno Internazionale della Chimica, nell’area torinese vengono proposti una serie di eventi scientifici. Per chi ha la possibilità di partecipare, li segnalo con i corrispondenti link di approfondimento. Diverse manifestazioni a carattere teatrale riguardano la chimica e la materia.

Appuntamenti 2011

La scienza apre le porte e scende in piazza San Carlo
La scienza in Piazza San Carlo
Mauto
Notte Europea dei Musei, e non solo
Il segno del chimico – dialogo con Primo Levi
Il Discorso – omaggio a Ascanio Sobrero
Meraviglie e Illusioni Ottiche, un percorso tra scienza e spettacolo
Scienziati per un giorno – L’arte delle proiezioni
Segreti della Visione
Porte aperte sulla genetica umana
Orizzonti Lontani
Conferenze al Planetario
Porte aperte all’ASTUT
Dalla pietra al mouse
Le domeniche in pinacoteca
Teatro e Teoremi
Le macchine fantastiche di Bolley
La rinascita dell’Apple I, i favolosi anni del personal
Spazio, luce, colore
Il Sole di Torino
Turin-earth
L’aguzzingegni
Laboratori aperti
I Virus nei vegetali, da nemici ad alleati
La Mandria in famiglia
Energia al bivio
Un Chimico allo specchio
Caso Cavour 1861, inchiesta sulla scienza del Risorgimento
Tecnologia e Produzione del passato
Miniere di Brosso, visite guidate al sito e agli stabilimenti minerari
Porte aperte all’ARPA, facciamo crescere l’attenzione per l’ambiente
ESCIENZAlmente: incontri, esperimenti ed esperienze tra scienza e vita
Maggio 2011 all’accademia

Per chi vuole consultare l’intero programma:

Scarica il programma dell’edizione 2011 in formato pdf

Web: http://www.settimanedellascienza.it