Lo zolfo e alcuni suoi composti

24 02 2016

     Lo zolfo è uno degli elementi che sono presenti in natura anche allo stato elementare, cioè come minerali formati da un solo elemento, oltre che nei composti. Le caratteristiche del gruppo di appartenenza, il sedicesimo, lo stesso dell’ossigeno sono state descritte in un altro post anni fa (Gli elementi del VI gruppo). Nello stesso post ho fatto riferimento ai principali composti dello zolfo e al capitolo che Primo Levi gli ha dedicato nel “Sistema Periodico”. Oggi mi propongo di fare qualche aggiunta, con riferimenti anche alle Scienze della Terra e alla biologia.

     La presenza di zolfo, in particolare dello ione solfato (SO42-) con una struttura tetraedrica, permette di aggiungere nella classificazione dei minerali l’importante gruppo dei solfati. I più comuni sono l’anidrite (CaSO4), la barite (BaSO4) e il gesso (CaSO4 * 2H2O) un solfato idrato. Molti solfati sono prodotti dall’industria chimica per ottenere sali e varie altre applicazioni. Un altro loro importante utilizzo si ha nella produzione di fertilizzanti di sintesi. Purtroppo la combustione di combustibili fossili, da alcuni secoli ha prodotto anche solfati presenti in atmosfera sotto forma di aerosol che contribuisce all’inquinamento e all’aumento dell’acidità delle piogge che un tempo era dovuta solo al biossido di carbonio.

     Tra i minerali non silicati, oltre ai solfati, lo zolfo si combina direttamente con molti metalli per formare solfuri, molto importanti in campo minerario proprio per l’estrazione di certi metalli. Tra i solfuri più comuni: la pirite (o oro degli sciocchi, FeS2), la galena (PbS), il cinabro (HgS), la calcopirite (CuFS2), la sfalerite (ZnS), l’antimonite (o stibnite, Sb2S3). Chi vuole saperne di più sull’oro degli sciocchi: Oro e pirite.

Molti solfuri e polisolfuri sintetici, soprattutto di sodio, sono utilizzati nelle miscele di prodotti fungicidi e insetticidi, nei coloranti e nell’industria conciaria

     Importanti emissioni di composti dello zolfo si hanno anche nei fenomeni vulcanici secondari, soprattutto nelle solfatare, dove vapori e gas hanno un’elevata concentrazione di zolfo. Chi ha avuto modo di visitare l’isola Vulcano nelle Eolie, certamente ha avvertito il forte odore di zolfo e acido solfidrico (H2S) ancor prima di sbarcare e ha notato il colore marcatamente giallo della sommità del vulcano. Il colore giallo è dovuto allo zolfo cristallizzato in prossimità dell’emissione di biossido di carbonio e acido solfidrico che ha reagito con l’ossigeno dell’aria. Ma la località italiana dove questo fenomeno è più evidente è Pozzuoli con i suoi Campi Flegrei e la famosa solfatara, testimonianza di un antico vulcano che ormai non erutta da almeno 35.000 anni.

     Lo zolfo è fondamentale anche per i viventi: è un componente essenziale di due amminoacidi (i venti “mattoni” con cui sono costruite la proteine), la cisteina e la metionina, ma è presente anche in alcuni enzimi. Anche alcuni tipi di batteri che vivono in ambienti estremi (fondali oceanici e marini, prossimità delle emissioni vulcaniche) utilizzano il solfuro di idrogeno o acido solfidrico in un processo chemiosintetico (al posto della fotosintesi) per ottenere la poca energia di cui hanno bisogno.

     Su quest’argomento riporto un breve stralcio dal capitolo “I prodotti delle regioni” del volume di Peter Atkins “Il Regno periodico”, un viaggio nel mondo degli elementi chimici: “Anche la regione dello zolfo è stata esplorata dalla natura – nel suo solito modo casuale e privo di finalità, ma efficiente – in un’indagine preliminare sulle possibilità di far sorgere la vita. La natura ha scoperto infatti che per certi versi il solfuro di idrogeno (H2S) – analogo dell’acqua (H2O)può essere usato dagli organismi come fonte di idrogeno, più o meno come il processo di fotosintesi usa l’acqua. La grande differenza è che quando una pianta verde sottrae l’idrogeno a una molecola d’acqua il prodotto di scarto è ossigeno gassoso, che va poi a mescolarsi ad un’atmosfera distribuita globalmente. Invece quando all’interno di un batterio l’idrogeno è sottratto al solfuro d’idrogeno il prodotto di scarto è zolfo solido, che non vola via: perciò la colonia di microrganismi deve evolvere un modo per sopravvivere su un mucchio crescente dei suoi rifiuti.

Alcuni video di approfondimento:

https://www.youtube.com/watch?v=mGMR72X8V-U

https://www.youtube.com/watch?v=6Fv69ildQlc

https://www.youtube.com/watch?v=BJSttgIsuBQ

RAI Scuola: zolfo e alcune reazioni.

Sito ufficiale dalla Solfatara di Pozzuoli: http://www.solfatara.it/

Nelle immagini: 1. Cristalli di zolfo e aragonite associati (crediti: www.catalogomultimediale.unina.it ). 2. Solfatara di Pozzuoli. 3. Sorgente idrotermale sottomarina (crediti: it.wikipedia.org )




Onde gravitazionali: la scoperta del secolo?

11 02 2016

     Si sta tendo in questi minuti la conferenza su quella che alcuni annunciano come la scoperta del secolo, quella delle onde gravitazionali. La conferenza, in contemporanea a Cascina (Pisa, Italia) e Washington D.C. (USA), annuncia l’osservazione diretta di onde gravitazionali da parte dell’osservatorio Ego negli Stati Uniti, specifico per queste particolari onde mai osservate prima. Queste onde sarebbero state generate dalla fusione di due buchi neri le cui masse corrispondono a circa 29 e 36 masse solari. Il buco nero massiccio generato avrebbe una massa pari a circa 62 masse solari, le tre masse solari mancanti avrebbero prodotto l’energia necessaria per generare le onde gravitazionali osservate. I commenti dei prossimi giorni ci permetteranno di conoscere i dettagli della ricerca.

      L’esistenza delle onde gravitazionali, particolari “increspature” in relazione con le dimensioni spazio e tempo, venne predetta da Einstein ormai oltre cento anni fa. Per cercare di confermare l’individuazione di queste onde, sono stati ideati e assemblati materiali che dovrebbero costituire un vero e proprio osservatorio spaziale. Per testare questi materiali, lo scorso dicembre l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), utilizzando il lanciatore Vega, ha inviato nello spazio la sonda Lisa Pathfinder che sta orbitando a circa un milione e mezzo di km dalla Terra. Il nocciolo di Lisa Pathfinder è costituito da un interferometro composto da specchi e raggi laser interposto tra due cubi mantenuti sotto vuoto e alla stessa distanza. Le tecnologie installate dovrebbero mantenere i due cubi in perfetto equilibrio e liberi dalla gravità terrestre: ogni minimo movimento rispetto alla loro posizione reciproca dovrebbe essere causato dalle onde gravitazionali e rilevato dal micro-newton electric propulsion, un propulsore di nuova concezione.

     La missione di Lisa Pathfinder durerà circa sei mesi, il tempo necessario per collaudare queste nuove tecnologie e verificarne l’efficacia. Poi si procederà, probabilmente con collaborazioni di altre Agenzie internazionali, alla messa a punto di un vero osservatorio permanente di onde gravitazionali.

     Finora la comunità scientifica aveva solo prove indirette dell’esistenza delle onde gravitazionali, ottenute dall’osservazione e dallo studio delle stelle pulsar binarie (stelle di neutroni, scoperte da Jocelyn Bell e Antony Hewish nel 1967, formate dopo l’esplosione di una stella in supernova). L’osservatorio permetterebbe di ottenere altre prove dirette e decisive su queste particolari onde che determinano impercettibili variazioni di distanza tra gli oggetti. Se la missione Lisa dovesse funzionare, come tanti si aspettano, sarà preparata “evolved Lisa” che condurrà all’osservatorio delle onde gravitazionali. Sarebbe un enorme passo avanti nella comprensione della struttura del nostro Universo, considerato che l’osservazione delle onde gravitazionali, fino a dieci anni fa era ritenuto un compito impossibile perché, come scrisse Gianluca Gemme dell’INFN di Genova nel 2008, “Anche se emesse da sorgenti astrofisiche di enorme potenza (per es. le Suparnovae), la deformazione indotta [dalle onde gravitazionali] su un oggetto macroscopico sulla Terra è tipicamente dell’ordine di 10-21.”

Rappresentazione artistica di onde gravitazionali: www.media.inaf.it. Crediti, anche per immagini: http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/

Per saperne di più: immagini e video dell’ESA. Le onde gravitazionali.

Video: Lancio con il vettore Vega, il 3 dicembre 2015. Seconda parte.

 

Video commento dell’annuncio: INAF TV. 





Il velcro e la bardana

9 02 2016

     Quando Georges de Mestral ritornò a casa da una delle sue passeggiate per le campagne svizzere, notò che la sua giacca era ricoperta da alcuni capolini sferici verdi e rossastri (oppure marroncini, se secchi). Non solo, le stesse infiorescenze erano attaccate al pelo del cane che lo accompagnava. Osservandole al microscopio notò che le centinaia di estroflessioni (brattee) che circondavano il capolino possedevano all’estremità uncini molto resistenti. Era il 1941, uno degli anni della seconda guerra mondiale e mentre in altri Paesi si combatteva, nella neutrale Svizzera l’ingegnere de Mestral ricavava dalla natura uno dei sistemi di chiusura oggi più utilizzati nell’abbigliamento: il velcro.

     Questo sistema venne prima brevettato in Svizzera nel 1951 e poi in altri Paesi a partire dal 1952. Velcro è un nome commerciale che deriva da velluto (VELours) e gancio (CROchet) ed è un’azienda che ha mantenuto il brevetto di questo comodissimo sistema di chiusura fino alla sua scadenza, il 1978.

     Il velcro è formato da due parti differenti: una pelosa, “spugnosa”, che corrisponde all’asola di una chiusura a bottoni; l’altra costituita da un tessuto artificiale (nylon) caratterizzato da numerosissimi uncini. Quando le due parti vengono a contatto, si uniscono abbastanza saldamente (dipende dall’estensione dell’area di contatto e dalla “tenacità” delle due superfici) determinando una comoda chiusura, apribile e chiudibile facilmente anche utilizzando una sola mano. Dopo alcune centinaia di applicazioni, a causa della peluria che sporca il sistema uncini-ganci, la forza che tiene unite le due parti del velcro diminuisce.

La resistenza della chiusura a strappo la vede applicata ampiamente nella costruzione di automobili, così come nell’industria elettronica come chiusura per custodie di computer o per valigie e zaini. Viene utilizzato per la chiusura di indumenti, scarpe, borse, zanzariere e articoli sportivi. Si trova in commercio oltre che a strisce anche sagomato e con diversi colori. Il velcro viene usato nella confezione di tendaggi e moquette ed è parte integrante di certi bendaggi ortopedici.” (da Wikipedia).

     Si tratta di uno dei tanti casi in cui l’uomo trae spunto e trova risposte a problemi concreti da soluzioni già adottate e sperimentate in natura da altri viventi per milioni di anni, frutto di un processo evolutivo incessante che, tra le tanti possibilità che le variazioni genetiche casuali propongono, seleziona quelle più idonee per un determinato scopo e ambiente. In questo caso la pianta che produce i capolini uncinati rimasti attaccati alla giacca e al pelo del cane di de Mestral è la bardana. Ne esistono alcune specie, una delle più diffuse è la bardana maggiore (Arctium lappa) che molti hanno avuto modo di “incontrare” e magari di riconoscere passeggiando per i boschi, i campi incolti o semplicemente ai bordi di molte strade e sentieri.

     L’Arctium lappa è una pianta erbacea biennale, della famiglia delle Asteracee, conosciuta e utilizzata fin dall’antichità nella medicina popolare per alcuni suoi principi attivi, antinfiammatori, antibatterici, diuretici, … Oggi, con i farmaci prodotti sinteticamente, la bardana ha scarsa importanza in questo settore.

     La bardana ha sviluppato questo sistema di uncini alle estremità delle brattee che circondano i frutti contenenti i semi, proprio perché si è specializzata per una disseminazione zoocora, tramite gli animali, ai quali i capolini si attaccano facilmente.

Nelle immagini: 1. capolino della bardana; 2. strisce di velcro di una custodia per PC, con la parte asola in alto e uncini in basso; 3. disegno di bardana.

Crediti: Arctium_lappa_disegno e Bardana_frutto (Wikipedia, Deutschlands_Flora_in_Abbldungen_DESC); Le parti: 1= Fusto di A. nemorosum; 2=fusto corimboso di A. lappa; 3= foglia cuoriforme; 4= capolino con involucro squamoso di aculei uncinati; 5= fiore sezionato; 6= stame; 7 e 8 = aculei uncinati. (Selezionare l’immagine per ingrandirla)




Primo Levi e il cerio

2 02 2016

     Durante i vari eventi associati al giorno della memoria, celebrato la settimana scorsa, si è fatto spesso riferimento a Primo Levi, alle sue opere e alla sua prigionia nel Lager di Auschwitz. L’autore di “Se questo è un uomo”, “La tregua”, “Il Sistema periodico”, affronta il periodo della prigionia diverse volte nei suoi testi. Tra l’altro, Primo Levi è stato il primo scrittore italiano le cui opere sono state tutte tradotte in inglese. La traduzione dell’opra omnia ha richiesto quindici anni di lavoro. In questo breve post faccio riferimento solo all’undicesimo capitolo del “Sistema periodico”, dedicato al cerio, l’elemento chimico numero 58, simbolo Ce.

     Si tratta di un metallo che nella Tavola periodica segue il lantanio e precede il praseodimio. Venne scoperto nel 1801 (secondo altri, 1803), in modo indipendente da tre studiosi: in Svezia da Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger; in Germania, da Martin Heinrich Klaproth. Per la tipica lucentezza metallica assomiglia al ferro ma essendo più tenero, è anche più duttile e malleabile. Viene utilizzato prevalentemente in metallurgia per la produzione di alcune leghe. La sua principale caratteristica è l’elevata reattività: l’elemento puro se graffiato con una punta metallica può facilmente prendere fuoco all’aria.

     Primo Levi scrive che di quest’elemento praticamente non sapeva nulla prima del suo internamento ad Auschwitz, però gli ha dedicato un capitolo di uno dei suoi libri perché permise a lui e al suo amico Alberto di sopravvivere negli ultimi mesi di prigionia, prima che il lager venisse liberato dai russi, nel gennaio del 1945. Nel campo, aveva trovato dei cilindretti metallici in un misterioso barattolo senza alcuna etichetta su uno scaffale e non sapeva di che materiale fossero. “Li mostrai al mio amico Alberto. Alberto cavò di tasca un coltellino e provò ad inciderne uno: era duro, resisteva alla lama. Provò a raschiarlo: si udì un piccolo crepitio e scaturì un fascio di scintille gialle. A questo punto la diagnosi era facile: si trattava di ferro-cerio, la lega di cui sono fatte le comuni pietrine per accendisigaro. Perché erano così grandi? Alberto, che per qualche settimana aveva lavorato da manovale insieme con una squadra di saldatori, mi spiegò che vengono montati sulla punta dei cannelli ossiacetilenici, per accendere la fiamma. A questo punto mi sentivo scettico sulle possibilità commerciali della mia refurtiva: poteva magari servire ad accendere il fuoco, ma in Lager i fiammiferi (illegali) non scarseggiavano certo. (…) Mi redarguì: non bisogna scoraggiarsi mai, perché è dannoso, e quindi immorale, quasi indecente. Avevo rubato il cerio: bene, ora si trattava di piazzarlo, di lanciarlo. Ci avrebbe pensato lui, lo avrebbe fatto diventare una novità, un articolo di alto valore commerciale. Prometeo era stato sciocco a donare il fuoco agli uomini invece di venderlo: avrebbe fatto quattrini, placato Giove, ed evitato il guaio dell’avvoltoio.”

     Utilizzarono il cerio per ricavarne pietrine per gli accendini da commercializzare (in nero) con gli altri internati: ogni pietrina era valutata una razione di pane. Era la sopravvivenza, in quei mesi invernali. “In totale, centoventi pietrine, due mesi di vita per me e due per Alberto, e in due mesi i russi sarebbero arrivati e ci avrebbero liberati; e ci avrebbe infine liberati il cerio, elemento di cui non sapevo nulla, salvo quella sua unica applicazione pratica, e che esso appartiene alla equivoca ed eretica famiglia delle Terre Rare, e che il suo nome non ha nulla a che vedere con la cera, e neppure ricorda lo scopritore; ricorda invece (grande modestia dei chimici d’altri tempi!) il pianetino Cerere, essendo stati il metallo e l’astro scoperti nello stesso anno 1801; e forse era questo un affettuoso-ironico omaggio agli accoppiamenti alchimistici: come il Sole era l’oro e Marte il ferro, così Cerere doveva essere il cerio.”

     Come già fatto in occasione di alcuni compiti, ripropongo un link che porta al “Sistema periodico” di Primo Levi. Video di presentazione del capitolo 11 sul cerio, dal “Sistema periodico”, proposto da Franco Rosso dell’Associazione Culturale Chimicare e inventore del “Carnevale della chimica” di cui, nella colonna a lato, si riportano i link ad alcune edizioni.