Neutrini e facili entusiasmi

24 02 2012

     Circa cinque mesi fa, il 23 settembre 2011, quando la notizia delle velocità dei neutrini venne data e pubblicata su tutti i quotidiani e amplificata dagli altri media, TV in testa, a causa dell’enorme errore (quel tunnel tra Ginevra e il Gran Sasso!) commesso da un nostro esponente politico, l’autore di questo blog non la riportò perché riteneva che occorressero ulteriori prove per un fatto scientifico di tale rilevanza.

Oggi ne parlo perché la questione si è ridimensionata, gli entusiasmi si sono ridotti e il clamore è svanito. Anzi c’è un’aria di delusione generale nell’ambiente scientifico. Sembra che ci sia stata qualche connessione o qualche sincronizzazione non proprio perfetta tra gli strumenti che dovevano misurare il tempo impiegato dai neutrini dal CERN di Ginevra ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Si tratta di tempi infinitamente piccoli, misurabili in nanosecondi e 1 nanosecondo è un miliardesimo di secondo (10-9 s). Per chi non c’è mai stato, quando si reca in Abruzzo, a metà della galleria di alcuni km che, provenendo dalla costa adriatica, permette di arrivare a L’Aquila, c’è una diramazione che porta ai laboratori, nel cuore del massiccio del Gran Sasso, con qualche km di roccia sovrastante. Con le dovute prenotazioni è possibile anche visitarlo con le scolaresche. Ma torniamo ai neutrini, la delusione è tanta però le ricerche continuano e si attendono anche i risultati degli esperimenti che stanno predisponendo statunitensi e giapponesi. Le ricerche non sono mai inutili: spesso si scoprono cose nuove, magari non cercate. Nella scienza, oltre allo studio assiduo, il caso e la fortuna giocano un ruolo fondamentale, perciò mai scoraggiarsi di fronte ad un insuccesso. Probabilmente i neutrini non sono più veloci della luce ma sicuramente sono particelle misteriose sulle quali c’è ancora tanto da sapere. Sappiamo che sono prive di carica elettrica e hanno una massa tanto piccola da essere compresa tra 100.000 e 1.000.000 di volte inferiore a quella dell’elettrone. Ricordo poi che a sua volta l’elettrone ha una massa circa 1840 volte inferiore a quella di un protone, tanto che nel calcolare la massa di un atomo o di una molecola non si considera il numero di elettroni ma solo quello dei protoni e dei neutroni. L’esistenza dei neutrini venne postulata da Wolfang Ernst Pauli (1900-1958, fisico austriaco, laureato a 18 anni, premio Nobel nel 1945 per la scoperta del Principio di esclusione) nel 1930 ma furono rilevati solo nel 1956. Il nome neutrino gli venne assegnato da Enrico Fermi, in relazione al fatto che l’altra particella neutra, il neutrone ha una massa molto, molto maggiore. In base alle conoscenze attuali esistono tre tipi di neutrini: elettronici, muonici e tauonici. Sono particelle stabili che appartengono alla famiglia dei leptoni e vengono emesse dal Sole . Credo che queste ricerche porteranno ad ulteriori scoperte su queste e/o altre particelle elementari. Certamente però, prima di dare eccessivo risalto ad alcuni risultati, sono necessari maggiori controlli della stessa equipe o di altri gruppi di ricerca. Come scriveva Piero Bianucci su “La Stampa” ieri: “… più cautela in laboratorio. E nei giornali meno sensazionalismo.”

Alcuni link per approfondimenti:

http://www.lngs.infn.it/home_it.htm

http://public.web.cern.ch/public/

http://it.wikipedia.org/wiki/Neutrino

Nella foto: una parte delle mastodontiche strutture del laboratorio del Gran Sasso.




Ossidi basici e idrossidi: risposte

23 02 2012

     Di seguito sono riportate le equazioni completate e bilanciate degli esercizi proposti nel post precedente.

4Li + O2 —>  2Li2O   (ossido di dilitio)

2Be + O2 —>  2BeO     (ossido di berillio)

4Na + O2 —>  2Na2O     (ossido di disodio)

2Mg + O2 —>  2MgO     (ossido di magnesio)

4K + O2 —>  2K2O     (ossido di dipotassio)

2Ca + O2 —> 2CaO     (ossido di calcio)

4Mn (III) + 3O2 —>  2Mn2O3    (triossido di dimanganese o ossido di manganese III)

2Fe (II) + O2 —>  2FeO     (ossido di ferro o ossido di ferro II)

4Fe (III) + 3O2 —>  2Fe2O     (ossido di diferro o ossido di ferro III)

2Zn + O2 —>  2ZnO     (ossido di zinco)

4Cu (I) + O2 —> 2Cu2O     (ossido di dirame o ossido di rame I)

4Ni (III) + 3O2 —>  2Ni2O     (ossido di dinichel o ossido di nichel III)

4Al + 3O2 —>  2Al2O3     (triossido di dialluminio)

     Soluzioni delle equazioni sulla formazione degli idrossidi e loro nomi

Li2O + H2O —>  2LiOH   (idrossido di litio)

BeO  + H2O —>  Be(OH)2   (idrossido di berillio)

Na2O  + H2O —>  2NaOH   (idrossido di sodio)

MgO  + H2O —>  Mg(OH)2  (idrossido di magnesio)

K2O  + H2O —>  2KOH   (idrossido di potassio)

CaO  + H2O —>  Ca(OH)2   (idrossido di calcio)

Mn2O3  + 3H2O —>  2Mn(OH)3  (triidrossido  di manganese o idrossido di manganese III)

FeO  + H2O —>  Fe(OH)2  (diidrossido  di ferro o idrossido di ferro II)

Fe2O  + H2O —>  2FeOH  (idrossido  di ferro o idrossido di ferro III)

ZnO  + H2O —>  Zn(OH)2  (idrossido di zinco)

Cu2O  + H2O —>  2CuOH   (idrossido di rame o idrossido di rame I)

Ni2O  + H2O —>  2NiOH   (idrossido di nichel o idrossido di nichel III)

Al2O3  + 3H2O —>  2Al(OH)3  (triidrossido di alluminio)

Equazione chimica bilanciata, relativa alla formazione di uno dei componenti della ruggine3Fe + 4H2O —> 4H+ Fe3O4  (tetrossido di triferro)

Nelle immagini: 1. idrossido di sodio in flacone; 2. idrossido di calcio (o calce spenta) utilizzata in edilizia.




Ossidi basici e idrossidi

17 02 2012

     Sono definiti genericamente “ossidi” tutti quei composti binari formati dai vari elementi con l’ossigeno. Nella scrittura delle formule, gli atomi degli elementi si indicano in ordine di elettronegatività crescente. Perciò negli ossidi il simbolo dell’ossigeno segue quello dell’altro elemento. Consultando la tabella delle elettronegatività si nota però che il fluoro è più elettronegativo dell’ossigeno, di conseguenza l’ossido di fluoro o fluoruro di ossigeno,  si scrive con l’ossigeno che precede il fluoro. Ma in questo breve post facciamo riferimento solo agli ossidi basici, cioè a quelli formati dai metalli con l’ossigeno. Negli ossidi si formano legami covalenti e gli ossidi della maggior parte dei metalli hanno proprietà basiche.

     Ricordando la nomenclatura dei composti binari contenenti ossigeno (che propone di aggiungere un prefisso per ogni termine del composto che indichi il numero di atomi dell’elemento nella molecola. Tali prefissi sono di derivazione greca: di-, tri-, tetra-, penta-, ecc.), la notazione di Stock, il concetto di numero di ossidazione di un elemento, completa e bilancia le seguenti equazioni chimiche relative alla formazione di ossidi con reazioni di sintesi. Scrivi i nomi IUPAC degli ossidi ottenuti. Segui l’esempio già svolto.

4Li + O2 —>  2Li2O   (ossido di dilitio)

Be + O2 —> 

Na + O2 —> 

Mg + O2 —> 

K + O2 —> 

Ca + O2 —> 

Mn (III) + O2 —> 

Fe (II) + O2 —> 

Fe (III) + O2 —> 

Zn + O2 —> 

Cu (I) + O2 —> 

Ni (III) + O2 —> 

Al + O2 —> 

     Gli idrossidi sono composti ternari di tipo ionico costituiti da ioni metallici positivi (cationi) e da anioni molecolari OH- . Il termine idrossido deriva dal fatto che uno dei modi per ottenere questi composti è quello di far reagire gli ossidi metallici con l’acqua (idratare). In questo caso si tratta di una reazione di sintesi senza produzione di gas. Se invece si formano idrossidi partendo dal metallo e facendolo reagire con acqua, nei prodotti compare anche l’idrogeno ( ad esempio: Ca + 2H2O —> Ca(OH)2 + H2 )

     Gli ossidi metallici reagiscono in modo più o meno veloce e spontaneo con l’acqua. Alcuni idrossidi, come quello di sodio (soda caustica) o quello di potassio (potassa caustica) sono solubilissimi in acqua e hanno numerose applicazioni industriali, soprattutto nella preparazione di saponi, sali, coloranti, detersivi. Gli idrossidi dei metalli alcalini (gruppo IA) hanno proprietà basiche forti, quelli dei metalli alcalino-terrosi (gruppo IIA) sono basi deboli o molto deboli. Altri idrossidi invece, come quelli di alluminio o di zinco, hanno un comportamento anfotero (si comportano da base in presenza di un acido e da acido in presenza di una base).

     ESERCIZIO. Ricordando la nomenclatura dei composti ternari contenenti ossigeno, in particolare gli idrossidi, e la carica elettrica dei gruppi poliatomici, scrivi e bilancia le equazioni relative alla formazione di idrossidi, utilizzando gli ossidi che hai trovato nell’esercizio precedente, in alto. Segui l’esempio già svolto e ricorda che si scrive prima il simbolo del catione e poi quello dell’anione. Una volta completate le equazioni, scrivi il nome IUPAC degli idrossidi ottenuti e quello nella notazione di Stock.

Esempio:  Li2O + H2O —>  2LiOH  (idrossido di litio)

 

Chi ha bisogno di ulteriori chiarimenti può seguire i video:

Ossidi:  http://www.youtube.com/watch?v=ZMZOk2i1TBY

Idrossidi:  http://www.youtube.com/watch?v=Xzcw6yey3Uc&feature=related 

     Nelle immagini: 1. Ruggine su manufatti di ferro; si tratta di un composto formato da vari ossidi di ferro idratati. L’ossidazione è favorita dall’ossigeno atmosferico e soprattutto da quello dell’acqua delle precipitazioni meteoriche e del vapor acqueo. 2. Sezione di suolo ricco di ossidi di ferro.

Bilancia l’equazione chimica relativa alla formazione di uno dei componenti della ruggine:  Fe + H2O —> Fe3O4 + H2  

 




Obama: investimento nell’insegnamento scientifico e tecnico

13 02 2012

     Gli Stati Uniti sono ripartiti dopo la crisi finanziaria di due anni fa. Sono ripartiti sul piano industriale e su quello economico e si apprestano a intervenire in modo incisivo sulla scuola con iniziative concrete per incentivare lo studio e l’insegnamento delle materie scientifiche. L’annuncio (potrebbe avere uno scopo elettorale?) è stato dato dal presidente Obama in occasione della Fiera delle Scienze: “100.000 insegnanti di matematica nelle scuole statunitensi per rendere l’America più competitiva”.

Diversi scienziati sono sulla stessa linea e lo stimolano in questa direzione: maggiori laureati nelle discipline ingegneristiche, tecnologiche, scientifiche e matematiche.

     E in Italia? Sicuramente c’è una carenza di tecnici e professionisti di vari settori e l’ultima riforma della scuola secondaria ha ulteriormente indebolito gli istituti tecnici e professionali, riducendo drasticamente le discipline e le attività tecnico pratiche. Non c’è da meravigliarsi se perdiamo progressivamente in competitività rispetto ad altri Paesi europei e soprattutto extraeuropei. L’attuale crisi o, per essere più precisi fase di recessione, non aiuta. Le risorse economiche sono poche e di certo non si sta investendo nella scuola. Anzi è la scuola che in questi anni con i suoi tagli a vari livelli, per oltre nove miliardi di euro, sostiene la riduzione del disavanzo pubblico. Il ministro Frofumo che proviene dal prestigioso Politecnico di Torino saprà e potrà stimolare con opportune strategie e decisioni (su altre risorse, vedi “strofinìo pollice-indice”, non c’è da sperare) studi e insegnamenti scientifici, tecnici e professionali? Gli studenti, nelle loro scelte universitarie, si orienteranno verso le facoltà scientifiche e politecniche tradizionalmente considerate più impegnative? 

 




Emergenza gas?

8 02 2012

     Quella di questi giorni è stata un’ondata di freddo che ha determinato morti, danni e disagi notevoli. Si sono ghiacciati alcuni laghi, i canali di Venezia e altri corsi d’acqua. I consumi di gas per riscaldamento si sono impennati. Alcune caldaie di strutture pubbliche e abitazioni private sono andate in tilt e l’acqua ghiacciata ha spaccato tubature creando disagi e danni. Ma da dove proviene il gas bruciato dalle nostre caldaie?

    Il metano consumato in Italia proviene per l’89% dall’estero e solo l’11% è prodotto in Italia. I nostri maggiori fornitori sono indicati nel grafico in alto. L’aumento dei consumi ha coinciso con una riduzione della quantità di metano che importiamo dalla Russia, dal gigante Gazprom. Se dietro questa riduzione ci siano motivi economico-politici o necessità di utilizzarlo nel Paese di produzione, non ci è stato spiegato e non abbiamo modo di saperlo. La conseguenza rilevante per l’Italia è stata l’utilizzo delle scorte messe da parte durante il periodo estivo e la loro progressiva riduzione. Non è una situazione di allarme grave, però, per evitare problemi energetici più seri alle famiglie e a strutture sensibili come ospedali e scuole, il presidente dell’Eni e il “Comitato d’emergenza” del Ministero dello Sviluppo hanno deciso di ridurre la distribuzione di gas alle industrie con un contratto di fornitura “sospendibile” e di riattivare sei centrali ad olio, meno efficienti e più inquinanti, risparmiando così metano. Le bassissime temperature purtroppo non hanno consentito neanche l’utilizzo ottimale dei rigassificatori. Cosa sono? Strutture in grado di trasformare il gas liquefatto, più comodo e più facile da trasportare, in sostanza rigassificata in Italia, dove viene consumata..

    Il gas naturale che importiamo è costituito da una miscela di idrocarburi (composti formati da idrogeno e carbonio) e altri gas: CO2, N2, H2S, ecc estratti da strati di rocce serbatoio dove si è formato ed è rimasto accumulato milioni di anni fa. Degli idrocarburi abbiamo già scritto in un altro post. I componenti più abbondanti sono metano, etano, propano e butano che, a temperatura ambiente sono gassosi. Il consumo di gas naturale, in particolare di metano è aumentato considerevolmente negli ultimi decenni.

     Anche l’ultima centrale termoelettrica costruita a Torino, la Torino-Nord, entrata in funzione da pochi mesi, brucia metano. Il freddo che nelle notti scorse nei pressi della centrale ha portato la temperatura dell’aria a meno 17 °C, creando problemi al  funzionamento della centrale e, di conseguenza, la temperatura delle abitazioni della zona di Torino servita dal teleriscaldamento della stessa centrale gestita dall’Iren si è abbassata di alcuni gradi ma dopo diverse ore è ritornata alla normalità. Dopo la tregua di oggi, almeno nel torinese, per i prossimi giorni è previsto di nuovo freddo siberiano. Per un grafico sulle temperature registrate in Provincia di Torino nei giorni scorsi: http://scienzenatura.blog.tiscali.it/2012/02/07/freddo-polare/?doing_wp_cron

I dati utilizzati per il grafico in alto sono soggetti a variazioni periodiche e sono stati ricavati dal Ministero dello sviluppo, da Eurostat e arrotondati all’unità.

 




Tela di ragno

5 02 2012

     Sono almeno due decenni che studiosi di varie discipline si interessano alle ragnatele. In origine sono state studiate solo da naturalisti e biologi. Da quando la scienza dei materiali si è affermata come vera e propria disciplina, strettamente legata alle produzioni industriali, è stata studiata anche da chimici, fisici e ingegneri. Già dieci anni fa ci furono notevoli progressi nella comprensione delle cause della resistenza alla trazione e all’assorbimento degli urti di un filo così sottile di materiale organico. Si tratta di fibre estremamente elastiche che possono essere estese in lunghezza fino al 50% delle dimensioni iniziali, prima di arrivare alla rottura. Anche l’esercito statunitense si è interessato allo studio del materiale delle tele di ragno per eventuali applicazioni pratiche, ad esempio nell’abbigliamento antiproiettile. Ma certamente sono più significative le possibili applicazioni in campo medico, scientifico e negli usi civili, quando si sarà in grado di produrre questo materiale in quantità industriali. Anche se i dettagli delle scoperte sono tenuti ben segreti, pare che le ragnatele siano formate da materiale composito: strutture proteiche elastiche di grandi dimensioni miste ad altre di tipo cristallino. Inoltre esistono diversi tipi di tele. Uno di questi è la tela dragline, la più resistente, quella che costituisce il contorno delle ragnatele e i fili che lo collegano, come raggi, al centro. La natura ha ancora molto da insegnarci.

     Nell’ultimo numero (2 febbraio 2012) della prestigiosa rivista scientifica Nature, pubblicata la prima volta nel lontano 1869, la copertina è stata dedicata proprio alla tela di ragno e alle ricerche di un gruppo di scienziati del Dipartimento di ingegneria civile del MIT di Boston, con i quali hanno collaborato anche docenti del Politecnico di Torino coordinati da Nicola Pugno (Scienze delle costruzioni)La ricerca si è occupata della progettazione (e verifiche con modelli matematici e molecolari)  dell’applicazione di strutture resistenti alle catastrofi sugli edifici. Queste strutture sono in stretta connessione a studi precedenti, sulle tele di ragno, degli stessi gruppi di ricerca.

     Questo e altri studi confermano il posto di rilievo occupato in ambito internazionale dal Politecnico torinese, sia per la didattica che per la ricerca.

 




Equazioni chimiche bilanciate

3 02 2012

     Un’equazione chimica può essere letta in diversi modi: si può fare riferimento al numero di atomi e molecole o unità formule, oppure al numero di moli, o anche alla massa delle sostanze che reagiscono e di quelle che si formano.

     Ecco le equazioni proposte in precedenza, bilanciate e, per alcune, come si leggono e/o il tipo di reazione chimica che rappresentano e lo stato di aggregazione delle sostanze oppure se è in soluzione acquosa.

4Na   +   O2         –>     2Na2O (reazione di sintesi)

4K   +   O2         –>     2K2O   (reazione di sintesi)

4Cu   +   O2         –>     2Cu2O

2Cu   +   O2         –>     2CuO

2Cl2   +   5O2         –>    2Cl2O5

2Fe    +   O2         –>    2FeO

2Cl2   +   7O2         –>    2Cl2O7

4Fe    +   3O2         –>    2Fe 2O3

CH42O2         –>    CO2 + 2H2O  

2KClO3  –>  2KCl + 3O   (reazione di decomposizione)

C3 H85O2         –>     3CO2 + 4H2O

2C4 H1013O2         –>    8CO2 + 10H2O

2CH43O2         –>     4H2O + 2CO(in carenza di ossigeno)

2Al + 3Br2 –>  2AlBr3

2PbO2 –> 2PbO + O   (reazione di decomposizione)

2Al(s) + 3H2SO4(aq) –> 3H2(g) + Al2 (SO4)3(aq)  (reazione di scambio semplice)

3Fe(s)  + 4H2O –> 4H2(g)  + Fe3O4(s)       (reazione di scambio semplice)

2HCl(aq) + Na2CO3(aq)  –> 2NaCl(aq)  + H2CO3(aq)     (reazione di doppio scambio)

2C8 H1825O2         –>    16CO2 + 18H2O

HNO3 +  NaOH  –>   NaNO3 +  H2O   (reazione di doppio scambio)

2NaClO3  –>    2NaCl  +   3O2

FeCl3 + 3AgNO3 –> 3AgCl + Fe(NO3)3

Al(OH)3 + 3HCl  –> AlCl3 + 3H2O

2Al(OH)3 + 3H2SO4  –> Al2(SO4)3 + 6H2O

Esempi di come si leggono le equazioni e delle informazioni che ci forniscono:

a)      Sintesi dell’ossido di sodio. “4 atomi di sodio si combinano con una molecola di ossigeno e formano due molecole di ossido di sodio. Oppure: 4 moli di sodio si combinano con una mole di molecole di ossigeno e formano due moli di molecole di ossido di sodio. O anche: 91,96 grammi di sodio reagiscono con 32 grammi di ossigeno per dare 123,96 grammi di ossido di sodio”.

b)     Nel caso della combustione del metano (CH4) in carenza di ossigeno: “Due molecole di metano si combinano con tre molecole di ossigeno e formano 4 molecole di vapor acqueo e due molecole di monossido di carbonio. Oppure: Due moli di metano si combinano con tre moli di ossigeno e formano 4 moli di vapor acqueo e due moli di monossido di carbonio. O anche: 32,084 grammi di metano reagiscono con 96 grammi di ossigeno per dare 72,064 grammi di vapor acqueo e 56,02 grammi di monossido di carbonio”.

     Il terzo modo evidenzia le quantità di reagenti e di prodotti che intervengono nella reazione e permette di verificare facilmente il rispetto della legge di conservazione della massa (Lavoisier): “in qualunque reazione chimica, la somma della massa dei reagenti è uguale alla somma della massa dei prodotti”. La conoscenza e la padronanza nell’uso di semplici strumenti matematici quali sono le proporzioni, ti permetteranno di risolvere agevolmente altri tipi di esercizi. Ad esempio: “Quanto sodio e quanto ossigeno sono necessari per preparare 500 g di ossido di sodio?”

     Calcoliamo la quantità di sodio, 91,96 g : 123,96 g = x : 500 g . Da cui x =(91,96g * 500 g)/123,96 g = 370,93 g. Con una proporzione analoga o per differenza (500 g – 370,93 g) si trova la quantità di ossigeno: 129,07 g.

Come al solito, è gradita la segnalazione di eventuali errori.