definizione

Principi, elementi e composti. Materia chimica

Articolo 4/15.
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 Villani

I concetti di elemento, composto e quello più antico (ma ora in disuso) di principio, costituiscono, insieme a quello di molecola (per il concetto di atomo vale un discorso a parte, essendo, solo parzialmente, un concetto chimico) la base concettuale della chimica.  Su di essi si è costruita tutta la fitta rete di concetti, e relativa parte sperimentale, della nostra disciplina.  Per questo motivo, seppure trattati specificatamente in questo articolo, il loro ruolo è essenziale (e, come vedremo, ritornerà spesso in primo piano) all’interno di tutto il libro e di quest’insieme di articoli.

Da un punto di vista scientifico, i problemi connessi a questi concetti di base sembrano lontani nel tempo e si ritiene che i pochi problemi (soprattutto “linguistici”) rimasti, risiedano solamente in ambito didattico.  Io credo che una rivisitazione e chiarificazione di questi concetti sia, invece, essenziale, soprattutto (ma non solo) in un’ottica “culturale” della chimica.

quattro elementiLa differenzazione che la chimica fa della materia in tantissime (e sull’aggettivo ritorneremo) entità è un qualcosa che si è costituito lungo la storia di questa disciplina.  

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Acido e Base: significati ed implicazioni da Brønsted-Lowry a Lewis (2° parte)

Avevamo affrontato in un articolo precedente (“acido e base: l’evoluzione di un significato“) l’evoluzione del significato e della definizione di acido dai diversi contesti della vita quotidiana, dall’utilizzo come aggettivo per definire un sapore, fino alla sostantivazione ed all’utilizzo in chimica, accennando alle connotazioni riferite ai liquidi corrosivi in genere – spesso fortemente erronee – dell’iconografia popolare, fino ad arrivare a comprendere come nello stesso ambito chimico la definizione di acido (e quella ad essa complementare di base) abbia subito mutamenti storici, frutto dell’evoluzione della conoscenza ma anche dell’adozione di punti di osservazione via via diversi nell’esaminare le proprietà delle sostanze.
Dopo aver riportato la prima definizione di acido formulata da Svante A. Arrhenius nel 1884 come sostanza in grado di dissociarsi in acqua liberando ioni H+ avevamo infatti accennato come questa fosse doveroso ricordarla per ragioni per lo più storiche (oltre che per giustificare il nome di “acido” nel più semplice degli approcci alla chimica inorganica), mentre una definizione più rigorosa sarebbe giunta successivamente grazie al lavoro del chimico danese Johannes Nicolaus Brønsted (1879-1947) e dell’inglese Thomas Martin Lowry (1874-1936), che quasi contemporaneamente giunsero a formulare la teoria protonica delle reazioni acido-base, da cui scaturisce direttamente quella che oggi è nota come la definizione di acidi e di basi secondo Brønsted-Lowry.

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Acido e Base: l’evoluzione di un significato (1° parte)

 

SOSTANZE CAUSTICHE E VETUSTE INQUIETUDINI

Quando le nostre mamme, o per i più giovani di noi le nonne, sarà capitato di leggere nella lista degli ingredienti sull’etichetta di un prodotto, magari di un alimento oppure di un cosmetico, “acido ascorbico”, oppure “acido benzoico” o anche semplicemente “carbonato acido di sodio”, probabilmente avranno sobbalzato e un’inquietudine nemmeno delle più leggere si sarà impadronita della loro sensazioni: “Ma come, ci danno da mangiare dell’acido?”.  Ancora più probabile è però il fatto che, a suo tempo, molti prodotti dei quali ora siamo abituati a leggere la composizione in etichetta, non godessero di questo privilegio, ed il consumatore di questo diritto legittimo a farsi inquietare.

diverse accezioni e significati per il termine "acido"

diverse accezioni e significati per il termine “acido”

Chi avesse letto con particolare attenzione la frase che ho voluto mettere in bocca all’anziana signora – sicuramente non un chimico – avrà senz’altro notato l’uso dell’articolo determinativo: “dell’acido” al posto di quell’articolo indeterminativo che oggi anche la maggior parte dei non addetti ai lavori utilizzerebbe: “un acido”.
acido cloridrico diluito (noto come acido muriatico): l'acido domestico per antonomasiaNell’immaginario popolare, ormai fortunatamente superato, L’acido era uno, una sostanza specifica: come il sale, il mercurio, lo zucchero, l’acqua e la birra (e neppure alcune queste, come il sale, a ben vedere sono sostanze necessariamente definite in modo univoco dal loro stesso nome) e ben poco importava se il venditore – ammesso che lo facesse – riportava in etichetta un’ulteriore specifica rispetto alla parola acido, ad esempio solforico, cloridrico (anticamente, ed oggi volgarmente, chiamato muriatico), forforico, nitrico…  In fondo chi più chi meno tutti questi “acidi” avevano una caratteristica ben comune fra loro, da conoscere bene e con la quale non si poteva affatto scherzare: quella di risultare altamente pericoloso, corrosivi sui materiali tanto da poter arrivare a scioglierli, sulla pelle e sugli occhi dell’uomo, tanto da poter provocare anche gravissime e dolorosissime ustioni e deturpazioni.

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che cos’è la cromatografia?

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La cromatografia è fondamentalmente una tecnica che consente di separare sostanze chimiche fra loro diverse inizialmente in miscela, o meglio in soluzione, restituendole singolarmente nel tempo e, come implicito nel concetto stesso di “separazione” isolandole anche nello spazio.

separazione cromatografica su strato sottile (TLC) di una miscela di sostanze colorateInutile dire che dietro a questa semplice definizione, che più generica davvero non si può, si nascondono decine di tecniche fra loro estremamente diverse in relazione ai principi chimici e chimico-fisici sfruttati, alle caratteristiche delle sostanze da separare e dei coadiuvanti chimici coinvolti, delle finalità della separazione e così via.   Un piccolo mondo interno alla chimica che attraversa il primo luogo il campo dell’analisi per sfociare in applicazioni preparative sia su scala da laboratorio che industriale e che coinvolge una percentuale insospettabilmente alta degli addetti chimici di un po’ tutti i settori produttivi e di controllo: dal campo medico a quello agronomico, da quello ambientale a quello petrolchimico, da quello farmaceutico a quello ambientale e così via.

Tornando alla definizione inizialmente fornita, la cromatografia non è in effetti l’unico approccio possibile per realizzare una separazione come quella descritta.   L’elettroforesi per esempio potrebbe rispondere anch’essa molto bene a questa definizione, e persino la distillazione e la cristallizzazione frazionata se opportunamente gestite possono essere utilizzate per la separazione di sostanze chimiche diverse in miscela, o meglio in soluzione, restituendole nel tempo in forma virtualmente pura, ovvero separandole l’una dall’altra.

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dal giornalismo alla divulgazione: come e perché si comunica la scienza

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PREMESSA

spazio Giornalista scientifico e divulgatore scientifico: due figure confrontabili e talvolta parzialmente sovrapposte ma non per questo identiche, troppo spesso confuse fra loro nell’immaginario non soltanto del grande pubblico ma, si constata talvolta, anche di taluni addetti ai lavori.   Diversi per formazione, per intenti, per priorità e per metodi, anche nel caso in si trovino, eventualmente, a parlare del medesimo argomento.   E poi ancora, formatori, informatori, insegnanti ed esperti di didattica.
blocco noteQuesto intervento prova a riassumere in poche battute uno degli argomenti di discussione e di dialogo più vivaci in seno all’Associazione Culturale Chimicare.    Pur non avendo personalmente una piena dimestichezza formale con alcuni dei concetti espressi (personalmente sono un chimico, che “fra le altre cose” si occupa di divulgazione della chimica, per quanto abbia avuto alle spalle un paio d’anni di praticantato giornalistico), grazie anche al bacino professionale di utenza che si e’ venuto a creare in ambito associativo mi e’ stato possibile contare sull’aiuto e sul contributo di diversi colleghi più esperti di me nel campo della didattica, della formazione, della comunicazione in genere e dello stesso giornalismo scientifico.

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ANALISI DEI TERMINI (oltre la definizione da dizionario)

spazio Comunicazione
Il termine “comunicazione” sta indubbiamente gerarchicamente al di sopra di tutti gli altri dell’elenco, in quando indica l’atto stesso della relazione, diretta o indiretta, fra due o più soggetti instaurata allo scopo di trasmettere, in modo mono-, bi- o polidirezionale dei contenuti, siano essi informazioni, opinioni, semplici emozioni o altro.

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quando la materia si organizza in modo più complesso: l’evoluzione del concetto di sostanza

INTRODUZIONE

frattale, come paradigma di livelli crescenti di complessità organizzativa

frattale, come paradigma di livelli crescenti di complessità organizzativa

E’ sul limitare superiore dell’ambito di competenza della chimica, quello per intenderci che segna il confine labile ed incerto con quelle scienze maggiormente speculative, basate sulla costituzione e l’organizzazione chimica di microstrutture organizzata, la biologia molecolare, la geologia e la scienza dei materiali in primo luogo, che il concetto di “sostanza”, così almeno come lo intendono gli stessi chimici, tende via via a sfumare, lasciando il campo ad ambiguità ed interpretazioni sempre più specifiche e di settore. O forse, più semplicemente, scrutando sul confine superiore della nostra disciplina, laddove gli oggetti della sua trattazione arrivano a raggiungere livelli di complessità organizzativa superiore, riesce più chiaro intendere ed intravedere la relatività della definizione stessa di sostanza, anche qualora volessimo ulteriormente spingerci a definirla “chimica”.

Gli esempi che potrebbero essere chiamati in causa sono davvero moltissimi, appartenenti a un po’ tutti gli ambiti scientifici e tecnologici, accomunati dal fatto di trattare entità costituite da materia organizzata in modo complesso, pur conservando per esse un sufficiente livello di definizione e di coerenza chimica. Non è soltanto una questione di dimensioni molecolari: un omopolimero plastico può risultare estremamente semplice nella sua costituzione e non dare adito a particolari ambiguità strutturali o di definizione, per quanto il suo peso molecolare possa superare di ordini di grandezza quello di altri casi “critici” che andremo in seguito ad esaminare, caratterizzati solitamente da una maggiore complessità di tipo strutturale.

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il chimico impertinente

ONORI E DOLORI DELLA PANCHIMIA
Non è facile essere chimici a questo mondo.   Soprattutto, non è facile essere un chimico che si occupa di divulgazione, e starsene spesso zitti per il quieto vivere sociale, in un mondo fatto di persone che tirano in ballo la tua materia ad ogni frase, pur senza rendersene conto, e quando provi ad intervenire ti fanno sentire come se avessi detto qualcosa di non pertinente, praticamente fuori luogo.

il chimico“Cosa ne vuoi sapere tu? Stiamo parlando delle pulci del gatto: sei un chimico, mica un veterinario!” o anche “Tu non sai niente di cucina: non sai neanche per quanto tempo deve cuocere un arrosto e vorresti raccontarmi cosa ci devo mettere nel sugo? Ma va…” o addirittura: “Questi sono prodotti erboristici, roba naturale: non stiamo parlando di sostanze chimiche!”
La situazione è pressappoco questa, tanto che in taluni casi, forse in troppi, getto la spugna prima ancora di iniziare, e faccio finta di niente.  Il rischio di fondo è quello di risultare saccenti, di spacciarsi per tuttologi, di quelli che vogliono insegnare ai gatti ad arrampicarsi: in conclusione di riuscire veramente, ma dico veramente antipatici.

Da qui il titolo di questo intervento “Il chimico impertinente”, che mutua il frontespizio da uno dei siti di divulgazione scientifica amatoriali più dinamici sull’argomento.

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sostanza, molecola, composto o specie chimica? …le definizioni a confronto

Fra i diversi rischi ai quali una scienza può andare incontro quando diventa, almeno in alcune delle sue branche, intensamente speculativa ai limiti della tecnologia, vi è sicuramente quello di smarrire la necessaria chiarezza nelle definizioni stesse dei suoi oggetti d’interesse primari e dei suoi concetti fondanti.

In particolare ho notato che il chimico dispone di numerose espressioni lessicali, solo in apparenza sinonimi fra loro, per indicare gli oggetti fondamentali dei suoi studi: sostanza chimica, prodotto chimico, specie chimica; ed in abiti più particolari o con un minimo di distinguo nel merito: molecola, reagente…
Se i chimici parlando fra loro, al di là della scelta dei termini di volta in volta utilizzati, sanno perfettamente a cosa ci sta riferendo, anche per la semplice ragione che conoscono bene ambito di pertinenza, oggetti e metodi fondamentali della disciplina, la problematica relativa alla chiarezza ed all’univocità delle definizioni di cui sopra diventa invece fondamentale quando ci si rapporta all’esterno, comunicando con i mezzi di informazione, con l’utente finale di un servizio (cliente) o semplicemente con professionalità non scientifiche, fino via via ad arrivare al comune cittadino.

Il termine COMPOSTO CHIMICO ed il termine MOLECOLA hanno molto in comune, ma non si tratta esattamente della stessa cosa per almeno un paio di ragioni.

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i confini della chimica

Che cos’è precisamente la chimica? Riformulo la domanda: dove inizia e dove finisce esattamente questa disciplina?
Sembra paradossale ma sono convinto che non siano pochi gli stessi colleghi chimici a non essersi mai posti una domanda del genere, talmente presi come siamo a risolvere problemi specifici ed a rispondere ad altre e ben più pressanti domande. Forse forse il quesito se lo porranno di più i non addetti al settore, ma ecco che a questo punto la formazione di base, scolastica, potrebbe giocare non proprio a loro favore, dal momento che i calcoli stechiometrici che tanti di noi hanno imparato a fare ai tempi della scuola di sicuro non ci aiutano ad approcciare l’essenza fondamentale della disciplina.

Proviamo ad avvicinarci per gradi.
In prima battuta potremmo dire che la chimica è la disciplina che studia la materia. Ma a ben pensarci sono numerose le discipline, scientifiche e non, che si occupano di materia in senso lato. pane Immaginando un oggetto qualsiasi, ad esempio un pezzo di pane, ci sono coloro che pensano a realizzarlo (i panettieri), coloro che lo vendono e quindi lo considerano, insieme alle sue materie prime, alla stregua delle leggi dell’economia, coloro che lo gestiscono a loro volta come una voce di spesa (i ristoratori), coloro che lo studiano dal punto di vista nutrizionale, coloro che mettono a punto le attrezzature per realizzarlo (le impastatrici, i forni), coloro che lo assaggiano di professione, oppure ne misurano la consistenza, e così via.

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