Chimica e vita

Eccomi qui dopo più di sette anni (e quando sono passati?) a scrivere ancora qualche parola. Sto portando al termine del percorso di scuola media un'altro drappello di quindicenni e devo dire che quest'anno sono proprio contento del livello raggiunto nel loro acculturamento chimico. 

È probabilmente la prima volta in oramai più di vent'anni di insegnamento che sto riuscendo a dare ai miei allievi un idea abbastanza concreta non solo di cosa sia la chimica con le sue reazioni, con atomi che si muovono e scontrano e molecole che si disfano e si ricostruiscono in continuazione. Ma questa volta anche della connessione tra la chimica e la vita. 

In questi giorni, con classi sorprendentemente attente e molti allievi oserei dire quasi attoniti nel comprendere cosa sono e come si comportano macromolecole come l'emoglobina o di cosa sia l'amido e la sua differenza, davvero minima ma con effetti così grandi con la cellulosa. Con queste lezioni si sono ripresi e riannodati i fili lasciati sospesi delle lezioni di terza media sull'alimentazione e sulle cellule. E non è ancora finita...

Nelle prossime settimane ci aspettano i meccanismi base della genetica, la relazione tra geni e proteine è un obiettivo a portata. Con la consapevolezza (e questa è davvero la cosa più bella) che tutto è comunque chimica! 

Consiglio vivamente di dare un occhiata alla pagina da cui è presa la seguente immagine che abbiamo analizzato in classe. La lettura non è molto lunga e si può scoprire qualcos'altro sui polisaccaridi. Cosa sono? Andate a leggere!

La combinazione matrimoniale!

Ecco una personale interpretazione di Camilla di una equazione chimica. L'unico appunto che mi sento in dovere di farle (sono un "sore" d'altronde!) è che al posto dell'uguale, classico dei vari "lui+lei=love", magari scritti dentro un cuore, avrei preferito usasse una freccia come nelle vere e meno romantiche equazioni chimiche!

Se volete rivedere la foto della lavagna con le prime equazioni chimiche fate click qui.

Per Elisa (e chiunque altro abbia curiosità e volontà di capire...)

Si stava parlando a lezione dell'ordine degli elementi nella tavola periodica, che troneggia enorme nella nostra piccola aula. Facendo l'esercizio proposto, Elisa aveva individuato una buona pista per dare un ordine agli elementi rappresentati sulle tesserine che aveva tra le mani: aveva formato diversi gruppi a seconda del numero di legami che l'atomo di quell'elemento poteva formare con altri atomi nelle molecole dei composti. E di fatto questo è, in fin dei conti, il principio che sta alla base della formazione delle famiglie di elementi della tavola periodica così come è stata concepita da Mendeleev.

Non ricordo con esattezza le domande ricevute, ma il discorso è scivolato dalle reazioni chimiche al fuoco che non è altro che l'effetto di una serie di reazioni chimiche dette ossidazioni dei combustibili. In sostanza Elisa voleva sapere cos'era il fuoco e per quale motivo scottasse. Lei sosteneva che, visto la mancanza di massa (come più volte avevo affermato in passato a lezione) il fuoco non poteva essere materia e quindi non poteva essere fatto di particelle che di conseguenza non possono con la loro velocità dare origine a quella che chiamiamo comunemente temperatura. Insomma la fiamma non dovrebbe essere calda!

Il fuoco, e per fuoco intendiamo la fiamma, non è una materia (ricordate gli elementi degli antichi greci?) ma contiene materia. E di che materia si tratta? Il fuoco contiene i prodotti della reazione chimica della combustione del materiale che sta bruciando cioè anidride carbonica (CO₂) e acqua (H₂O). La fiamma è quindi fatta di anidride carbonica e acqua (ovviamente in forma di vapore acqueo visto la temperatura!) sostanze le cui molecole derivano dal riassemblamento degli atomi che formavano le molecole dei reagenti: della sostanza che brucia (il combustibile) e dell'ossigeno (O₂). Come esempio di combustione nella figura sotto prendiamo quella in cui combustibile è il metano (CH₄) le cui molecole sono molto semplici.

Fin qui in classe me l'ero cavata abbastanza bene. Ma alla richiesta di spiegazioni sul perché le molecole dei prodotti avessero velocità maggiore (e quindi potessero essere responsabili della emissione di calore), ho dato risposte piuttosto vaghe e ho cercato di troncare il discorso. Cerco ora di riparare...

L'energia liberata dalla reazione chimica, diffusa come luce e calore, proviene dal cambiamento dei legami chimici delle molecole presenti nei reagenti e quelli presenti nei prodotti, come ho già accennato in classe. Bisogna a questo punto sapere che i legami chimici non sono tutti uguali, ve ne sono di più forti (e stabili) e più deboli (e meno stabili perché dotati di più energia). È un po' come se alcune molecole, quelle con i legami più energetici, saltassero più facilmente perché dentro di loro vi è una maggior tensione. Quando i legami chimici dei prodotti sono più forti (e meno energetici) di quelli dei reagenti allora la reazione libera la differenza di energia.

È il caso della combustione. I legami chimici presenti nei prodotti (CO₂ e H₂O) sono nel complesso più stabili di quelli presenti nei reagenti (O₂ e CH₄) quindi viene liberata quella differenza di energia  che darà luogo ad un elevata velocità delle molecole dei prodotti, cioè svilupperà l'alta temperatura della fiamma. Perché la fiamma è limitata ad una certa zona? Perché lì i prodotti sono abbastanza "eccitati" dalla formazione dei nuovi legami chimici che riescono ad emettere radiazioni, visibili all'occhio.

Luce fredda, fuoco... caldo!

Il primo dei 92 elementi naturali che ha il nome di uno scopritore, è il fosforo. Henning Brandt era un alchimista e come molti altri alchimisti, stava cercando di produrre o ricavare l'oro da qualche materiale comune. Brancolavano nel buio questi strani personaggi, un po' maghi e un po' scienziati.

Il signor Brandt lavorava con l'urina, probabilmente per il colore che pensava essere l'indizio della presenza del prezioso metallo. Dal liquido riuscì ad isolare una sostanza cerosa e giallastra, ma soffiandoci sopra, si accese e bruciò emettendo una fredda luce bianca, che gli causò comunque una ustione alla mano! Era il fosforo, quello che successivamente diventò il quindicesimo elemento della tavola periodica.

Ovviamente lui non si rese conto di avere fatto una cosa grandiosa, di essere il primo essere umano della storia che legava il proprio nome alla scoperta di un elemento, anzi. Probabilmente avrà stramaledetto quella sostanza per il dolore che gli aveva causato alla mano e per il fatto che non si trattava sicuramente di oro, essendosi completamente volatilizzata.

Il fosforo infatti a contatto con l'aria si combina spontaneamente con l'ossigeno dell'aria e forma anidride fosforica, liberando un forte calore che causa l'ustione. A sua volta l'anidride reagisce con l'acqua dei tessuti corporei e forma l'acido fosforico che li corrode. Ultimo effetto nefasto: il fosforo incombusto penetra nel corpo causando un avvelenamento. Proprio per queste "qualità" è stato, a partire dal primo conflitto mondiale ed ancora oggi da alcuni paesi, tra cui Israele e gli Stati Uniti, usato per produrre armi da guerra.

Grande esperimento in quarta D!