il concetto di identità chimica

Uno degli assiomi fondamentali della chimica è che due molecole identiche fra loro nella loro forma, siano di fatto identiche in tutte le loro proprietà.
In tutte.   Questa affermazione, che non sorprenderà di sicuro la maggior parte di noi, porta in realtà con sé delle implicazioni veramente notevoli, che quando saranno affrontate nei dettagli genereranno probabilmente una sorta di rifiuto da parte di quei lettori con una visione filosofica dell’esistenza un po’ meno smaliziata.
(per una trattazione specifica dell’argomento vedasi post sulle relazioni struttura-proprietà delle molecole)

Per inciso, rileggendo la prima affermazione di questo post, per altro di mio pugno (non l’ho mai trovata scritta in modo esplicito e diretto da nessuna parte!), sono rimasto io stesso sbalordito per quanto la nostra scienza chimica sia legata alla forma delle cose.    Si potrebbe quasi dire provocatoriamente, seppur a livello microscopico, che la chimica è la scienza della forma delle molecole.  Tutte le altre proprietà derivano da essa.

molecole_urea Detto meglio: due molecole che hanno una struttura uguale fra loro in tutti i particolari, compresi quelli ispezionabili solo con una proiezione tridimensionale, ovvero due molecole che siano costituite dagli stessi tipi di atomi ed eventualmente isotopi, nello stesso numero, legati nello stesso modo, e che infine non siano la rappresentazione speculare l’una dell’altra, sono di fatto due molecole identiche, appartenenti alla stessa specie chimica, a quella che si potrebbe definire la stessa “sostanza”.
Due molecole con queste caratteristiche saranno uguali identiche da tutti i punti di vista, ad iniziare dalle proprietà chimiche (es. reattività) a quelle fisiche (es. punto di fusione, peso specifico, conduzione termica, ecc), da quelle percepibili con i sensi umani (es. colore dei loro derivati, odore, gusto, ecc) a quelle biologiche.

…A quelle biologiche.   Eccoci nel terreno del dibattito. Accettare il fatto che una sostanza naturale (o per essere pignoli: “di origine” naturale), magari contenuta in un’erba che cresce solo nei verdi pascoli d’alta montagna, sia esattamente la stessa cosa, e quindi svolga la stessa azione nell’organismo umano, benefica o dannosa che essa sia, della stessa sostanza prodotta sinteticamente dall’uomo, magari partendo da materie prime comunemente deprecate e ritenute ignobili e “prive di vita” come ad esempio il petrolio… ecco, accettare questa identità, non solo nella struttura ma anche “nell’essenza” della molecola, ecco: questo per molti di noi risulta essere un esercizio durissimo, talvolta inaccettabile.

Implicitamente, ammettiamo l’idea che l’uomo possa al limite prendere spunto, scimmiottare in qualche modo la natura, cercare di avvicinarsi magari molto, moltissimo, ad una molecola di origine naturale, ma basta una piccolissima diversità, una impercettibile imperfezione (ahimè così comune alla natura umana!) per generare un piccolo mostro, ovvero una molecola che altro non è che un volgare, per lo più inutile e spesso dannoso succedaneo di quella naturale che volevamo riprodurre.

Non sto parlando di tentativi.  Delle ricerche andate male, dove si cercava di definire una struttura molecolare e poi di riprodurla in laboratorio ma dove o la fase analitica o quella sintetica o entrambe erano lacunose o imperfette, ne è piena la storia e purtroppo anche la cronaca. In molti casi la molecola riprodotta era sì la stessa, ma durante la preparazione industriale erano generate anche altre sostanze, magari in quantità impercettibile e quindi lì per lì trascurata, che potevano rivelarsi pericolosissime per l’uomo o l’ambiente.
O peggio ancora molecole co-prodotte delle quali nessuno in un primo momento si poneva particolari preoccupazioni circa il possibile effetto.
Ecco, non sto parlando di questo.  Tutta questa imperfezione, fretta e faciloneria ha purtroppo rovinato, speriamo non per sempre, la disponibilità della gente a fidarsi di questo assioma fondamentale della chimica: quello per cui due molecole identiche nella loro forma, sono di fatto identiche in tutte le loro proprietà.

catena_montaggio Nella nostra vita quotidiana raramente ci capita di assistere a fenomeni di assoluta identità di forma strutturale.  Di sicuro non possiamo dire che due gemelli mono-ovulari siano intercambiabili come la stessa persona: lo sarebbero se considerassimo solo il loro patrimonio genetico, ma se verifichiamo tutte le altre caratteristiche, da quelle fisiche acquisite (es. una cicatrice riportata nella prima infanzia) a quelle culturali (che in ultima battuta possono portare ad evoluzioni differenziate di micro-aree del cervello), ci accorgiamo che uguali proprio non sono.  E neppure i prodotti industriali prodotti con la medesima linea di produzione a partire dalle stesse materie prime possono dirsi assolutamente identici strutturalmente quando posti sotto la lente sufficientemente potente di un microscopio ideale.
Solo il mondo microscopico, quello per intenderci che parte dalle molecole e scende a considerare gli atomi e più giù ancora le particelle sub-atomiche, ci può fornire, nella sua quasi esasperante semplicità, dei reali casi di identità assoluta.

A scanso di equivoci posso anche accettare di parlare di tutto questo ad un livello puramente teorico, immaginando la sintesi perfetta, dove la molecola prodotta con riferimento a quella di origine naturale sia poi perfettamente purificata e riconfermata con tutte le tecniche analitiche del caso.
Il concetto fondamentale da accettare è che non vi è nessuna differenza dettata dall’origine della molecola.  Nessun “alito di vita” che distingua la stessa molecola se derivante da una pianta, da un minerale, dal petrolio o sia contenuta nell’organismo umano.

Storicamente l’uomo è sempre stato indotto a credere che il mondo vivente e quello inanimato fossero separati da una barriera incolmabile.
In particolare una corrente di pensiero detta Vitalismo, di radici antiche ma sviluppatosi particolarmente fra la metà del ‘700 e la metà dell’800, si contrappose pesantemente a suo tempo ai primi chimici interessati alla sintesi delle molecole organiche.  Il vitalismo esaltava la vita intesa principalmente come forza energetica e fenomeno spirituale al di là del suo aspetto biologico materiale: nello specifico il vitalismo ritiene che i fenomeni della vita, costituiti da una “forza” particolare, non siano riconducibili interamente a fenomeni organici, ed in particolare che vi sia una netta demarcazione tra l’organico e l’inorganico.
Justus_von_Liebig Friedrich_woehler Finchè nel 1828 il chimico tedesco Friedrich Wöler, in collaborazione con quello che forse si può definire il primo vero biochimico della storia, Justus von Liebig (nonché fondatore dell’omonima azienda produttrice di estratti di carne in dadi!), effettua con successo la prima sintesi organica di una molecola che prima di allora si riteneva potesse originarsi solo da un essere vivente: l’urea.
La molecola attraverso la quale tutti i mammiferi, compreso l’uomo, eliminano l’azoto in eccesso tramite le urine.
Diciamo la ricostruzione biologica delle basi chimiche della vita…  è partita molto dal basso!

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