fisica

Dal gas ideale alla soluzione ideale: perché abbiamo bisogno di concetti ideali?

di Gustavo Avitabile

Tutti gli studenti si sono incontrati con la formula del gas ideale.
La bellezza di questa formula è che descrive il comportamento di tutti i gas.  Il prodotto della Pressione per il Volume è proporzionale al prodotto della Temperatura per il numero di moli n, attraverso la costante di proporzionalità R, la stessa per qualsiasi gas.pV=nRT

Però questa formula ha anche un grosso limite.  Non descrive esattamente il comportamento dei gas, ma solo in modo approssimato.  Se facciamo misure su di un certo gas, troviamo che il comportamento è circa quello previsto da P V = n R T, ma se le misure sono precise ci sono degli scostamenti.  E mentre la formula generale è la stessa per tutti i gas, questi scostamenti dipendono invece da quale gas consideriamo.

Il gas ideale

Come interpretare questo stato di cose?  L’interpretazione corrente è che tutti i gas corrispondono a un modello di base che è lo stesso per tutti, ma poi ogni singolo gas se ne allontana con caratteristiche sue proprie. Si definisce allora il gas ideale, come quello che ha solo le proprietà generali e comuni a tutti. In altri termini, il gas ideale è, per definizione, quello che rispetta l’equazione P V = n R T.  

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Il vivente: dall’ottica meccanica a quella chimica

Articolo 14/15.
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 vorrei evidenziare, in un campo non chimico, l’uso delle molecole come mezzo esplicativo. Per quanto detto, molti sono i settori e gli argomenti che potrebbero essere usati per questo scopo in quanto ogni aspetto “materiale” ha una sua controparte chimica. Abbiamo scelto di volgere lo sguardo alle possibilità che il vario e complesso mondo molecolare offre all’animato. Le ragioni sono abbastanza ovvie da non necessitare di ulteriori precisazioni.

robot a forma di artropodeAlla nascita della scienza moderna, il programma scientifico riguardante il vivente, delineato da Cartesio per la prima volta nel Discours de la méthode (1637), era fondato sulla convinzione che tutte le funzioni vitali degli organismi, anche le più complesse e indecifrabili, fossero in definitiva riconducibili a processi e relazioni di tipo fisico-meccanico. Tale programma aveva lo scopo di riportare le misteriose forze della vita all’ambito di tecniche di analisi e di controllo tipicamente fisico. Il principio dell’unità e dell’uniformità della natura, che d’ora in poi costituirà una delle grandi eredità del meccanicismo, puntava a fare della biologia e della medicina una semplice sezione della fisica, soggetta agli stessi procedimenti logico-matematici e alla stessa legalità scientifica.

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Il concetto di trasformazione in scienza

Articolo 9/15.
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 VillaniDa sempre, il concetto di ente e quello di trasformazione sono il binomio con cui spiegare la persistenza e la variabilità di tutto il mondo che ci circonda, da quello inanimato a quello animato, all’uomo e ai suoi prodotti.   Nei lavori precedenti ci siamo soffermati soprattutto sugli enti.  In questo e nel prossimo ci soffermeremo sul concetto di trasformazione, trattando sia gli aspetti generali, in questo lavoro, sia gli aspetti chimici, nel prossimo, noti con il nome di reattività.

Tutti gli enti, e le loro proprietà, sono dinamici per natura.   Di realmente statico nell’universo non esiste niente, e, tuttavia, non tutto si trasforma alla stessa velocità.   Sono proprio le differenti velocità di trasformazione dei diversi enti che ci consentono di parlare di “enti” come oggetti statici e indipendenti dal tempo.   Le differenti velocità di trasformazione determinano la scala dei tempi che, con quella della dimensione e dell’energia, ci consente di separare il “complesso” che evolve in una parte statica e una dinamica in trasformazione.   È, infatti, questa scala dei tempi che ci permette di differenziare concettualmente i vari processi in gioco, annullando i processi che operano lentamente nell’intervallo dei tempi in esame, ottenendo proprietà e enti statici, accanto ad altre proprietà e enti in reale trasformazione in quell’intervallo di tempo.

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Il concetto “culturale” di materia

Articolo 2/15.
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

Il primo capitolo del libro La chiave del mondo è intitolato “La materia per i filosofi: la sostanza” e in questo articolo intendiamo riferirci proprio a come il mondo filosofico ha trattato questo concetto e come esso si è da sempre collegato al mondo scientifico.  L’importanza di questo argomento è che, come si dice nel libro:
“Il concetto di sostanza è stato fondamentale praticamente per tutti i filosofi. Infatti, tale concetto non soltanto ha costituito, dai filosofi greci ai giorni nostri, il fulcro di ogni metafisica, ma spesso ha costituito anche il collegamento delle metafisiche dei filosofi con la loro idea del mondo materiale.  Tramite questa strada, questo concetto ha rappresentato, in tutti e due i versi, il luogo di scambio tra il mondo filosofico e quello scientifico.”
Non sono, invece, parte integrante di questo articolo discorsi filosofici più generali, come il “materialismo” contrapposto allo “spiritualismo”, e tutte le considerazioni connesse a queste “ideologie”.

materialiIl termine “materia” è spesso soppiantato da quello di “sostanza” in ambito filosofico.  

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#33 Carnevale della Fisica: “Le basi fisiche della conoscenza chimica”

principi matematici della filosofia naturale - Isaac Newton

principi matematici della filosofia naturale – Isaac Newton

LA FISICA COME
“ATOMO SCIENTIFICO”

Allo stesso modo nel quale l’atomo – per lo meno nella sua accezione filosofica – costituisce l’unità minimale ed indivisibile della materia, così la fisica rappresenta (almeno secondo il pensiero laico) la spiegazione ultima della  Natura, dei suoi fenomeni e – in un certo senso – della sua natura.   Chiedo scusa per l’apparente tautologia, ma come avrete notato, il termine natura compare in questa espressione con due significati fra loro ben diversi.§Non per niente fino a pochi secoli fa, quando i suoi confini rispetto ad altre discipline risultavano ancor più sfumati di oggi, la fisica era anche chiamata “filosofia naturale”.   E non si creda che i prodotti dell’arte umana di creare oggetti e manufatti, fra i quali nuove molecole, nuovi elementi e persino sorgenti di energia che egli stesso non aveva mai incontrato prima, si collochino al di fuori di questo concetto di Natura.   Diversamente dalla visione antitetica uomo/natura, che ha portato fra le altre conseguenze ad una demonizzazione “di principio” dell’artificio umano sullo scenario di un natura in sé stessa per definizione perfetta, equilibrata, autosufficiente e benigna, il concetto di “Natura” al quale si riferisce la fisica può con maggiore correttezza essere letto come “Realtà”.

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“Le basi fisiche della conoscenza chimica” – il #33 Carnevale della Fisica sarà ospitato nel blog chimiCOMPRENDE

 

Il Carnevale della Fisica di luglio 2012 sarà ospitato dall’Associazione Culturale Chimicare nel suo sito capostipite www.chimicare.org ed avrà per oggetto “Le basi fisiche della conoscenza chimica”.

 

PRESENTAZIONE DEL TEMA
 

carnevale della fisica - logoSe la chimica, con i suoi oggetti ed i suoi fenomeni, affonda le radici nella fisica tanto da poter essere sotto un certo punto di vista considerata alla sorta di una scienza di dettaglio, quasi una speculazione all’interno dell’universalità di quella che un tempo era definita “la filosofia naturale”, la frequenza ridotta ed il livello di trattazione – spesso troppo professionale o, al contrario, eccessivamente superficiale – di questa zona d’interfaccia, ovvero di quelle parti della fisica che giustificano, spiegano e sorreggono le fondamenta della disciplina chimica, risultano evidenze ancor più inspiegabili all’interno di una blogsfera dove ormai si parla veramente di tutto ed in tutti i modo possibili.
fotomontaggio di Erwin Schodinger insieme all'equazione che porta il suo nome
 
Dalla struttura dell’atomo alle interazioni fra onde elettromagnetiche e materia, dalle transizioni di fase alla cinetica dei gas, dalla natura dei plasma alle proprietà dei cristalli, dalle reazioni nucleari agli orbitali di antilegame…
Qualcuno ha detto che l’irrinunciabilità del ricorso ai formalismi, tanto a quelli concettuali quanto a quelli matematici, per descrivere un fatto scientifico non è altro che un sintomo di una conoscenza non ancora sufficientemente profonda dell’argomento.

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il punto di vista del filosofo applicato alla materia ed alle sue trasformazioni

spazio

PREMESSA

Nell’ambito di una trattazione degli aspetti “culturali” relativi alla chimica, che costituisce uno degli scopi statutari primari dell’Associazione Culturale Chimicare, non possiamo esimerci dal prendere in considerazione anche le prospettive che a tutta prima potrebbero risultare meno ortodosse, in primo luogo per poter maturare su di esse una consapevolezza basata su una conoscenza di prima mano.

Paolo Pulcina

Paolo Pulcina

Abbiamo così accolto con grande entusiasmo nel nostro comitato di redazione un filosofo, Paolo Pulcina, che ha maturato anche una formazione scientifica ed ora, parallelamente all’attività giornalistica, si interessa di filosofia della scienza ed in particolare della cosiddetta “filosofia della materia”.
A riprova dello spirito di apertura e di dialogo che contraddistingue l’associazione Chimicare, il punto 10 dello stesso Regolamento recita:  “Il Socio si impegna a trattare con ragionevole cortesia gli esponenti delle cosiddette scienze non ufficialmente riconosciute, o “pseudo-scienze” e/o gli esponenti di teorie o visioni scientifiche non ortodosse, operando per quanto nelle sue possibilità al fine di favorire la conoscenza reciproca e l’interscambio informativo fra le scienze ufficiali e le posizioni scientifiche non riconosciute, onde minimizzare le contrapposizioni pregiudiziali fra le parti e verificare di volta in volta le possibilità di ricongiungimento degli esponenti del pensiero non ufficiale nell’ambito del filone di pensiero maggiormente riconosciuto dalla comunità scientifica”.    

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la SPANNOMETRIA, ovvero l’orientativita’ dell’esperienza

Guardare attentamente l’albero ci fa talvolta perdere di vista la foresta.
Accanirsi nella misurazione precisa dell’altezza del singolo abete, nel senso della quantificazione dei millimetri esatti della sua altezza, rischia di farci perdere di vista il fatto che forse non è un abete ma un pino, che si trova immerso in un palmeto tropicale e che forse forse l’espressione dell’altezza in millimetri non è neppure così importante perché il tempo che ho impiegato per misurarla è già stato sufficiente ad un colpo d’aria per fargli piegare leggermente la punta, vanificando pertanto la significatività di tutto il lavoro.

bilancia Lo stesso vale in campo scientifico, tanto nella fisica quanto, soprattutto, nella chimica. Non per niente si dice spesso che la precisione estrema in una misura, qualora sussistano problemi più gravi di accuratezza, ad esempio a causa di uno strumento di rilevazione mal calibrato, così come nel caso in cui i nostri dati precisissimi vadano poi “a mescolarsi” per addizione o prodotto con altri dati misurati con precisione molto inferiore… ecco, tutto questo denota in un certo qual senso una certa ignoranza dell’operatore. Ignoranza nel senso proprio del termine, in quanto deriva per lo più da una mancanza di conoscenza del contesto più generale all’interno del quale opera (la foresta, nella metafora), magari semplicemente perché ogni laboratorio o unità di lavoro produce dati a vagoni stagni, senza conoscere le modalità e le convenzioni operative dell’altro; o anche ignoranza in senso lato, dal momento che la vera, profonda, esperienziale, intima conoscenza di una materia, specificamente di una materia scientifica, è quella che consente all’operatore di trascendere dalla necessità dell’espressione di un dato secondo la modalità di massima precisione numerica che sarebbe potenzialmente disponibile con la strumentazione utilizzata.

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la chimica nella fisica: considerazioni sparse sul rapporto fra due scienze pure

La chimica si manifesta attraverso la fisica.

Ogni realtà, statica (es. una composizione) o dinamica (es. una reazione) della chimica, arriva a far parte della nostra conoscenza attraverso manifestazioni che appartengono all’ambito della fisica.

Il tutto non si riduce, se di riduzione si può mai parlare, alla nota prospettiva filosofica secondo la quale il mondo che noi conosciamo è quello che ci viene trasmesso dai nostri sensi e che senza di essi non potremmo avere coscienza della natura intrinseca delle cose.
Nel caso della chimica il discorso si trasla anche su di un piano più strettamente tecnico, che taglia per un momento fuori l’aspetto della percezione umana, rimandandolo in qualche modo ad un “dopo”, incentrandosi invece sulle caratteristiche intrinseche delle realtà chimiche considerate.

reazione colorimetrica Ho provato ad esempio a passare in rassegna un po’ tutte le tecniche di analisi chimica che mi venivano in mente, dalle più tradizionali a quelle d’avanguardia.
Sono passato dall’analisi gravimetrica alla titolazione colorimetrica, dall’analisi spettrofotometrica alla separazione cromatografica seguita un qualsiasi rivelatore, dalla risonanza magnetica alla pHmetria, dalla spettrometria di massa alle tecniche elettrochimiche…
L’aspetto che accomuna tutte le tecniche, moderne ed antiche, qualitative o quantitative, è il fatto che cosa andiamo a leggere in ogni caso è una manifestazione fisica della sostanza, o della miscela di sostanze.

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