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Definizioni e Distinzioni

Il concetto di “sistema” nella didattica della chimica

Cari colleghi insegnanti,
questo post è un po’ diverso dagli altri: non vi presento un particolare argomento, ma chiedo la vostra collaborazione per una ricerca di cui renderò noti i risultati acamerino tempo debito. Sto svolgendo il dottorato di ricerca in “didattica della chimica” presso la School of Advanced Studies dell’Università di Camerino. Il mio supervisore di tesi è il prof. Fabio Marchetti, docente di Chimica Generale ed Inorganica.

Uno degli obiettivi della mia ricerca è l’ampliamento dell’uso del concetto di sistema nell’insegnamento. Parte fondamentale della ricerca è la rilevazione a livello nazionale dell’utilizzo di tale concetto nella pratica didattica dei docenti delle scuole secondarie di primo e secondo grado delle classi di concorso tecnico-scientifiche e delle aree pedagogico-filosofica e giuridico-economica (principalmente A012, A013, A017, A019, A020, A033, A034, A035, A036, A037, A038, A042, A049, A057, A058, A059, A060 e altre che il docente vorrà indicare nel questionario).

Un sistema può essere definito come un’entità composta da più parti interconnesse e interdipendenti, organizzate in modo da lavorare insieme per compiere determinate funzioni. Un sistema dinamico aperto può ricevere dall’ambiente materia/energia/informazione che costituisce il suo “input”. Nel sistema l’input viene rielaborato producendo  un “output” in uscita come risultato.

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il sistema sanguigno AB0 e le sue varianti “deboli”

di Sergio Barocci

agglutinazione dei globuli rossi del sangueLandsteiner nel suo celebre esperimento, che risaliva al 1900 e con il quale scopri il sistema AB0, si servì di un campione del suo sangue e di quello di altri cinque suoi colleghi. Dopo aver separato il siero dai globuli rossi cimentò ciascuna sospensione eritrocitaria con ciascun siero nelle varie combinazioni. In alcuni casi i globuli rossi apparivano agglutinati. Egli concluse che tale risultato era dovuto alla presenza sulla superficie cellulare eritrocitaria di due antigeni o agglutinogeni e che era possibile suddividere gli individui esaminati e verosimilmente tutti gli esseri umani in tre gruppi:

Gruppo A, per la presenza dell’antigene A sui globuli rossi,

Gruppo B, per la presenza dell’antigene B,

Gruppo 0, per l’assenza sia dell’antigene A , sia di quello B.

L’agglutinazione era dovuta alla presenza nel siero di particolari anticorpi agglutinanti o agglutinine che si legavano agli antigeni eritrocitari.
Poiché nessuno degli individui che aveva partecipato all’esperimento era stato trasfuso con globuli rossi, Landsteiner dedusse che ogni soggetto doveva possedere anticorpi naturali nel suo siero, specifici per gli antigeni che non erano presenti sulle proprie cellule.
Quindi, gli individui di gruppo A hanno anticorpi naturali anti-B nel loro siero, quelli appartenenti al gruppo B, anticorpi naturali anti-A mentre quelli appartenenti al gruppo 0 hanno nel loro siero sia l’anticorpo anti-A sia l’anticorpo anti-B.

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Oltre le molecole: chimica, vita, complessità

di Giuseppe Alonci

I diversi ordini di grandezza della materia: 1. Materia (macroscopico); 2.Struttura molecolare (atomi); 3.Atomo (neutrone, protone, elettrone); 4.Elettrone; 5.Quark; 6.Stringhe

Diversi ordini di grandezza della materia

Dalla prima particella a un embrione umano, da un insieme disordinato di atomi a un computer, il cammino dell’evoluzione ha sempre seguito la traccia della complessità. Cosa rende un insieme di molecole un essere vivente? Quando è che la materia diventa pensante? Questi interrogativi che la natura pone al filosofo e allo scienziato richiedono di cambiare completamente la nostra prospettiva su ciò che ci circonda. Poniamoci una domanda ulteriore: cosa porta miliardi e miliardi di molecole ad auto-organizzarsi in un’entità dotata di proprietà completamente diverse da quelle dei suoi materiali costituenti? Questa è una domanda su cui il chimico deve riflettere seriamente, poiché rivela che c’è una zona grigia tra la biologia – cioè lo studio del complesso, lo studio del vivente – e la chimica, che invece sembra limitarsi a studiare come gli atomi si legano e si scambiano tra di loro e come trovare nuove strategie per combinarli. Questa zona grigia, che studia come le molecole interagiscono tra di loro, come si organizzano autonomamente nello spazio, è la chimica supramolecolare.

Il chimico del nostro secolo è, di fatto, un ottimo “artigiano molecolare”. Creatività, fantasia e una cassetta degli attrezzi piena di reazioni, metodi di analisi e di purificazione, progetti, disegni e schizzi, gli permettono la sintesi di praticamente qualsivoglia molecola.

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André-Marie Ampère, padre dell’elettromagnetismo e primo chimico teorico moderno

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Andrè-Marie Ampère (1775-1836) fu matematico, fisico, biologo, filosofo…chimico, un autentico genio enciclopedico, sebbene oggi sia ricordato soprattutto come padre dell’elettromagnetismo.

antico amperometro analogicoDue fili percorsi dalla corrente si attraggono o respingono a seconda che il verso delle correnti sia rispettivamente concorde o discorde: è l’osservazione sperimentale fondamentale che spinse Ampère a studiare a fondo l’électrodynamiques dal 1821 al 1831 dimostrando l’omonima legge. Tuttavia, egli fu anche chimico geniale, propose ante litteram il principio di Avogadro ed elaborò una raffinata teoria della struttura molecolare, divenendo di fatto il primo chimico teorico moderno: in questa parte I ci occuperemo della sua biografia e del principio di Ampère-Avogadro.

Andrè-Marie nacque nei pressi di Lione, dove fu educato in una solida fede religiosa e larghezza di vedute. Sin da bambino mostrò una spiccata tendenza al calcolo, interesse per i fenomeni naturali e una formidabile sete di sapere. A soli quindici anni lesse in modo sistematico i venti volumi dell’Encyclopédie di Diderot e d’Alembert, con tanta attenzione che per tutta la vita fu capace di citarne interi brani a memoria. A sedici anni imparò il latino per accedere alle opere di Newton, Euler e Bernoulli ma, in questo modo lesse anche i classici… In quegl’anni abbozzò poemi epici, tragedie, odi e tentò di elaborare un nuovo linguaggio universale.

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Dall’alchimia alla chimica: la teoria del Flogisto

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

E’ tempo di Natale, tempo di raccogliersi davanti al camino, al fuoco… è tempo di raccontare la storia del flogisto, la prima teoria chimica che segnò il definitivo superamento dell’alchimia.

Le trasformazioni del mercurio: da metallo a "calce" (oggi detta ossido) e viceversa

Le trasformazioni del mercurio: da metallo a “calce” (oggi detta ossido) e viceversa

Nella nascente chimica del ‘600-‘700 la calcinazione dei metalli, ovvero la trasformazione mediante il calore di un metallo nella calce (ossido) corrispondente e la successiva riduzione delle calci nuovamente a metallo, furono al centro del dibattito scientifico.

Robert Boyle (1627-1691) nei New Experiments del 1673, osservò un fenomeno molto importante: le calci ottenute pesavano più del metallo di partenza. Boyle interpretò questo risultato ipotizzando i ‘corpuscoli ignei’, questi attraversando i pori del crogiolo, si combinavano coi metalli aumentando il peso della calce prodotta. In accordo con la visione newtoniana, il fuoco veniva considerata una sostanza di natura particellare.

interpretazione della calcinazione dei metalli secondo la teoria del flogisto

interpretazione della calcinazione dei metalli secondo la teoria del flogisto

Proprio in questo periodo Georg Ernst Stahl (1660-1734) elaborò la teoria del flogisto. Egli avversò il ‘meccanicismo atomistico’ (che infine avrebbe prevalso) ritenendolo incapace di spiegare interamente le reazioni chimiche. In questo modo implementando le idee del maestro Johann Joachim Becher (1635-1682) sviluppò una teoria chimica basata su ‘entità portatrici di qualità’ ed approdò al flogisto.

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Pensieri circa la presunta miopia della Scienza ed il concetto di Soprannaturale

A fine testo:
Nota introduttiva: perchè questo articolo?” e “Che cos’è la Scienza e cosa non lo è?

una porta verso la luceMolti credono che la scienza respinga cosa non sa spiegare.  Niente di più sbagliato!
In passato come ai giorni nostri sono molti i fenomeni ed i comportamenti, osservabili e talvolta anche riproducibili, per i quali non si dispone (ancora?) di una spiegazione adeguata: non per questo la scienza nega la loro esistenza né la carenza stessa di una spiegazione soddisfacente per essi.

La scienza semmai respinge ciò che non si può studiare.
Ad un livello più semplicistico si dice talvolta “cosa non si può riprodurre in laboratorio”, ma questa condizione non è a dire il vero irrinunciabile se pensiamo ad esempio ad eventi naturali di grandissima portata, come ad esempio quelli di tipo astronomico.

In buona parte, ciò che non si può studiare appartiene al mondo dell’inesistente oppure del soprannaturale, insiemi tra loro diversi anche se massimamente sovrapposti.
3 mondi di conoscenza secondo PopperUna caratteristica piuttosto comune alla trascendenza dei fenomeni soprannaturali, qualora si voglia comunque ammettere la loro esistenza, a ben vedere è quella di essere frutto di un’intelligenza, o di una coscienza, o di una volontà “superiore” a quella umana classica, capace per tanto di sottrarsi alla dinamica sperimentale così come al semplice atto dell’osservazione sistematica che ne è parte integrante.

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La struttura molecolare. Storia, prospettive e problemi

Articolo 8/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni VillaniIn questo lavoro ci occuperemo della struttura molecolare, mostrando come una molecola (ente strutturato=sistema) è diversa dalla somma dei suoi costituenti.  Per prima cosa andiamo a chiarire che cosa si debba intendere per “struttura” in questo contesto.   Si dice che un sistema è dotato di struttura quando l’insieme delle parti costituenti presenta due caratteristiche: tali parti sono in certe relazioni stabilite, e per un tempo sufficientemente lungo rispetto ai fenomeni che si stanno considerando, e tali relazioni modificano i componenti, rendendo specifica e unica questa aggregazione.

addotto supramolecolareDal punto di vista storico, nell’atomismo greco la nascita e la morte sia degli oggetti inanimati sia di quelli animati era da essi attribuita al formarsi e al dissolversi degli aggregati di atomi.   Tali aggregati, tuttavia, erano estemporanei e non portavano mai a un “cambiamento” delle parti costituenti tali da formare un ente nuovo, un ente con una sua “struttura”.  Queste aggregazioni erano, infatti, meccaniche, dovute al trovarsi per un certo tempo e nella stessa regione di spazio di alcuni atomi che, per le caratteristiche intrinseche di tali atomi, mai potevano portare ad una reale loro modifica.  

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Il concetto di variabilità biologica e l’interpretazione dei dati di laboratorio chimico-clinico

di Sergio Barocci

La variabilità biologica è la fluttuazione naturale che ciascun analita ha attorno al proprio punto omeostatico all’interno di un fluido biologico, fluttuazione dovuta a fattori caratterizzati da particolare incisività come :
• Ritmi circadianivariabilità biologica umana
• Variazioni stagionali
• Dieta
• Postura 
• Età
• Sesso
• Gravidanza
• Massa corporea 
• Ciclo mestruale
• Fase REM (relazione con il sonno) 
• Razza
• Tipo di attività lavorativa e classe sociale
• Localizzazione geografica
• Tabagismo
• Ingestione recente di cibo
• Esercizio fisico
• Assunzioni di farmaci
• Disturbi del sonno, stati d’ansia, affaticamento fisico, immobilizzazione forzata 

I ritmi circadiani assumono una posizione particolare.  Prendiamo ad esempio alcuni ormoni e in questo contesto si può notare una certa variabilità ciclica o ritmica di tipo circadiano sui loro valori di concentrazione : 

1.   Il cortisolo presenta un picco alla ore 4 – 6 del mattino per poi abbassarsi per tutto l’arco della giornata; alle ore 20 ha un valore pari al 50% rispetto alle ore 8. Tende ad aumentare con lo stress.
2.  Il TSH o tireotropina ha invece un picco alle ore 2 – 4 del mattino per poi abbassarsi per tutto l’arco della giornata mentre raggiunge il minimo intorno alle 17 – 18 del pomeriggio.

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Perchè mangiamo? Le ragioni dell’alimentazione, dal punto di vista del chimico

COSA SIGNIFICA ALIMENTARSI

L’alimentazione è il modo con il quale le sostanze chimiche presenti in natura entrano a far parte della realtà biologica di un vivente, costituendo le basi imprescindibili per la sua crescita, il suo mantenimento energetico e la sua corretta funzionalità.
esempio di alimentazione in un organismo eterotrofoRestringendo il campo al seppur vastissimo ambito di noi organismi eterotrofi, le piante e gli animali che mangiamo diventano parte di noi in funzione delle sostanze chimiche che li compongono.   La composizione chimica di un essere vivente diventa per tanto la chiave che giustifica, pilota e traghetta in qualche modo la trasmutazione, per molte culture ritenuta una sorta di magia un po’ macabra ma sicuramente sacra, di un essere vivente in un altro.

La chimica, le sostanze chimiche semplici, quindi non le cellule o i tessuti che pure li contenevano in origine, rappresentano cosa un organismo eterotrofo va a cercare in un alimento, per quanto esso possa essere introdotto nel nostro apparato digerente in forma estremamente complessa.  Possiamo anche pensare di ingoiare un’aringa intera, completa di testa e di coda: se mai riusciremo a digerirla, quello che passerà effettivamente nel nostro corpo, ovvero nel flusso sanguigno, e da lì ai vari organi, saranno sostanze chimiche semplici, specie chimiche ben definite, riportabili ad una struttura molecolare perfettamente definita e di solito neanche particolarmente complessa.  

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Verso la nascita della chimica moderna: dalla teoria atomica di Dalton al sistema periodico degli elementi

di Sergio Barocci

Gli atomi già concepiti dai filosofi greci (Leucippo, Democrito, vissuti nel IV sec. a.C) con considerazioni derivate da semplici intuizioni filosofiche e non da una corretta analisi sperimentale dei fenomeni , ripresi in epoca romana da Lucrezio nel De Rerum Natura , utilizzati poi con successo dai fisici meccanicistici rinascimentali (Galilei , Cartesio, Newton, Boyle), diventano, per merito di Dalton, le unità fondamentali che permettono di interpretare la composizione delle sostanze e le loro trasformazioni.
 

J. Dalton e la formulazione della prima teoria atomica

il libro di Dalton  intitolato "A new system of chemical philosophy"Le leggi di Lavoisier e di Proust rappresentarono la base sperimentale che permise a J. Dalton la riproposizione dell’ipotesi atomica come spiegazione dei fenomeni chimici.  Egli enunciò i punti fondamentali della sua ipotesi nel 1803 in una memoriale lettera alla Società letteraria e filosofica di Manchester.  Nel 1808 ripropose le sue idee in maniera più organica con il suo libro intitolato “A new system of chemical philosophy” (Fig.1).

La legge delle proporzioni multiple nota anche con il suo nome , fu resa pubblica dallo stesso Dalton nel 1804 e rappresentò una brillante verifica dell’ipotesi precedentemente formulata acquistando una superiore dignità di teoria.  L’enunciato delle legge delle proporzioni multiple completò così la rassegna delle leggi fondamentali ponderali cioè di quelle leggi che riguardavano il peso, oppure la massa delle sostanze interessate alle reazioni.

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