supramolecolare

Intervista a J. P. Sauvage, Premio Nobel 2016 per la Chimica per “il design e la sintesi di macchine molecolari”

Il premio Nobel per la Chimica 2016 è stato assegnato a Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa “per il design e la sintesi di macchine molecolari”.

Il prof. Sauvage si è gentilmente offerto per una videointervista a Chimicare, che riportiamo di seguito. Vorrei però prima introdurre brevemente la ricerca che ha portato questi tre scienziati a vincere il Nobel.

disegno semplificato di un ascensore molecolare

disegno semplificato di un ascensore molecolare

Una macchina molecolare è in pratica una struttura complessa, formata da una o più molecole che interagiscono tra di loro e che rispondono ad uno stimolo attraverso una forma di movimento, con un meccanismo che somiglia al funzionamento di una macchina macroscopica, come un ascensore, un braccio robotico o una automobile. Le macchine molecolari non sono un’invenzione dell’uomo, anzi gli esempi in natura sono innumerevoli, come gli enzimi o le proteine: complessissimi robot che per facilitare una reazione chimica possono manipolare le molecole, spostandole da una parte e dell’altra, utilizzando “pinze” e “ganci” per afferrarle e trasportarle. Il lavoro di questi tre scienziati ha permesso di riprodurre in piccola scala alcuni di questi meccanismi. Hanno ottenuto, per esempio, una nanoautomobile capace di muoversi su una superficie; un ascensore molecolare, in cui una molecola ad anello si muove lungo un “cavo molecolare” costituito da una catena di atomi legati tra di loro; un muscolo artificiale, nel quale due molecole composte da una lunga catena di atomi sono vincolate tra di loro ma libere di scorrere, in risposta a specifici stimoli, allungandosi e contraendosi.

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Quo Vadis Chimica? Dalla chimica del futuro al futuro della chimica

Risulta ormai chiaro da almeno cent’anni: i princìpi primi – o le verità ultime, dipende dai punti di vista – sulle quali si fonda la nostra realtà tangibile non potranno essere più spiegati in ambito scientifico dalla chimica, bensì dalla fisica.
il futuro della chimica e della fisicaMagari dalla fisica delle particelle, o da qualche altra disciplina ancora più elementare di questa che di comune accordo gli scienziati potrebbero decidere di fondare nel prossimo futuro, magari proponendone una sorta di emancipazione persino dalla tradizione sperimentale, tanto il ruolo della matematica sarà passato da quello di linguaggio e di metodo di scienza a quello di ente in grado di autodeterminarsi.
chimica nel futuroForse in futuro alla chimica toccheranno le briciole, obiettivi pragmatici di poco conto come per esempio riprodurre o creare la vita, oppure dare base all’intelligenza – sia essa biologica o artificiale – ed infine fornire la vile materia, per quanto innovativa nella sua composizione, con la quale saranno costituiti gli umili strumenti scientifici che ci consentiranno di avvicinarci sempre di più ai limiti della conoscenza, quasi in una tensione asintotica verso un assoluto dal sapore chiaramente teologico.

Ma facciamo un doveroso passo indietro, torniamo a prendere la questione dall’inizio…

 

UNA SCIENZA CHE HA ESAURITO LE FRONTIERE?

Giovanni BigmaniSi è fatto notare più volte negli ultimi anni come ben pochi dei grandi interrogativi ai quali la scienza non è ancora riuscita a dare risposta siano in ambito chimico (Cosa resta da scoprire?

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dal micro al macro: le ragioni molecolari delle proprietà dei materiali

spazio

Le proprietà degli oggetti con i quali abbiamo a che fare nella nostra vita quotidiana, o meglio le caratteristiche dei materiali dei quali sono costituiti e che stanno alla base della loro funzione, deriva dalle proprietà delle molecole che compongono questi stessi materiali.
Sembrerebbe a prima vista una tautologia, e come tale infatti questa affermazione si può tranquillamente capovolgere: le caratteristiche e le proprietà delle molecole si riflettono, amplificate, nelle proprietà macroscopiche,disegnare immagini ingrandite con il pantografo queste sì percepibili con i nostri sensi, degli oggetti che si compongono di queste molecole.
Dal micro al macro, una sorta di pantografo ideale trasmette, amplificandone, le proprietà di molecole, la cui scala si misura solitamente in angstrom, sul mondo degli oggetti in scala umana, quelli che si possono vedere e toccare con mano, grandi centimetri o anche molti metri.

Uno dei principi fondamentali della chimica, che abbiamo già avuto modo di descrivere ampiamente già in altri interventi, riguarda la relazione struttura-proprietà delle molecole.   Si tratta di una relazione deterministica di tipo (mono)univoco, ovvero ad una struttura molecolare – in pratica data una specie chimica – corrispondono proprietà fisiche, chimiche e, seppur indirettamente, biologiche ed eventualmente farmacologiche o organolettiche, che dipendono unicamente dalla struttura molecolare stessa.   Questa realtà è ben espressa dal ricorso ai cosiddetti “descrittori molecolari” per i quali si rimanda all’apposito intervento già pubblicato nel 2009 (“come la struttura diventa proprietà: il mondo dei descrittori molecolari”).  

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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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