imparare la chimica

Termochimica metallurgica

di Giorgio Poli

Prosegue la trattazione a cura del prof. Giorgio Poli, chimico siderurgico, in risposta alla domanda posta da Chimicare:
utensili realizzati in metalli vari” Si tende a dire che sono “di ferro” molti oggetti metallici, specie quelli a basso costo, quando non sia evidente (ad esempio per la loro leggerezza o per il loro colore) che essi sono stati realizzati con altri metalli altrettanto noti, come ad esempio l’alluminio o il rame. E’ vero che esistono e si usano tanti oggetti “di ferro”? “
[per completezza della lettura si rimanda alla prima parte della trattazione: “Ferro, acciaio ed altre scoperte siderurgiche“]

 

Preliminarmente è necessario richiamare brevemente e schematicamente gli assunti della termodinamica. Si vuole ricordare che tali assunti sono derivati da considerazioni complesse e rigorose, il cui esame esula dallo scopo di questa trattazione ma che potrebbe essere oggetto di un intervento specifico.

 

Assunti termodinamici

E’ termodinamicamente possibile (o stabile) ogni evento a cui si possa associare la variazione negativa di un parametro denominato “energia libera G”.  Cioè è indispensabile che:  ΔG < 0.
Quanto sopra vale in qualsiasi campo, perciò anche in chimica, dove la sua applicazione fa dedurre che la reazione:        A + B → C

è possibile solo se è dotata di un ΔG negativo.

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I metalli, la medicina e la salute: un rapporto complesso

di Giuseppe Alonci

 Questo articolo è il primo di una serie di lavori nei quali cercherò di far luce su un argomento di ampio  interesse, non solo per il chimico e per lo studente di chimica o farmacia, che troverà numerosi e utili spunti  per scoprire come la chimica inorganica sia, in definitiva, tutt’altro che la chimica del “non-vivente”, ma  anche per il cittadino curioso che non vuole limitarsi a prendere per oro colato le scarse e inesatte  informazioni che vengono normalmente trasmesse dai mass media.

metalli, alimenti e saluteParlando di metalli e di salute, l’immaginazione (purtroppo) corre subito verso lidi tutt’altro che felici: inquinamento del suolo e delle acque, avvelenamento da metalli pesanti, pesci al mercurio, pomodori al piombo, scarti dell’industria nucleare, acciaierie killer e così via. Non che tutto questo non sia vero, intendiamoci. I danni ambientali prodotti dallo smaltimento illegale di rifiuti, da parte di industrie più o meno note, più o meno potenti, è ben noto e accertato. Famosa è la storia di Erin Brockovic, ambientalista e avvocato statunitense, che nel 1996 è riuscita ad ottenere dalla Pacific Gas & Electric un risarcimento record di più di 300 milioni di dollari per le oltre 600 persone che erano state avvelenate dal cromo esavalente rilasciato nelle falde acquifere, per più di trent’anni, a Hinkley, California.

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Che cos’è un solvente? (1° parte)

solventi per pitturaUn operaio molto giovane della ditta che sta facendo interventi qui fuori entra nel nostro laboratorio.
– Avete per caso del solvente da darmi?
Certo – rispondo io con un ampio sorriso – Quale?
Il ragazzo, che probabilmente non si aspettava questa domanda, sembra un po’ imbarazzato
Non so… Uno qualsiasi
Allora ti darei dell’acqua
Con imbarazzo ancora migliore  – No, l’acqua no…
Eppure è uno dei migliori solventi che esistono: scioglie tantissime sostanze diverse!
…io devo togliere delle macchie di vernice da delle tubazioni
Di li a poco il ragazzo esce dal laboratorio con una bottiglia di essenza di trementina, una miscela naturale di terpeni (in primo luogo alfa- e beta-pinene) ottenuta per distillazione dalla resina di pino, la stessa dalla quale si ottiene la cosiddetta “acquaragia”.
Restituendo in seguito la bottiglia mi conferma la riuscita della pulizia ed il buon profumo del solvente, come valore aggiunto.

Riflettendoci, mi rendo conto che andare in un laboratorio chimico a chiedere “del solvente” non è molto diverso dall’andare in un ristorante a chiedere “del cibo” o in un magazzino d’abbigliamento a chiedere “un vestito”.

Quello di solvente, per un chimico, non è in effetti un modo per identificare una sostanza e neppure un loro gruppo. 

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I vari tipi di RNA e le eccezioni del Dogma Centrale

di Sergio Barocci

RNA

Struttura e Funzioni

L’RNA (acido ribonucleico), rispetto al DNA, presenta 2 principali differenze:
     1)   Lo zucchero è il ribosio;
     2)   Al posto della timina c’è l’uracile (base pirimidinica) che si lega con l’adenina (base purinica).

Promemoria definizioni:
Nucleoside = base + zucchero    |    Nucleotide = base + zucchero + fosfato

Si conoscono tre tipi di RNA:
• l’RNA messaggero (mRNA): trasferisce le informazioni dal DNA localizzato nel nucleo al citoplasma dove avviene la sintesi proteica;
• l’RNA transfer (tRNA): recluta gli aminoacidi per inserirli nella proteina neosintetizzata che viene composta durante la sintesi proteica;
• l’RNA ribosomiale (rRNA): costituente principale dei ribosomi.

mRNA | tRNA | rRNA

mRNA tRNA rRNA

I ribosomi sono i componenti essenziali nella sintesi proteica.  Sono organelli cellulari costituiti da rRNA e proteine e sono formati da una subunità piccola 40S (“S” è l’unità di misura indicante la velocità di sedimentazione) e una subunità grande da 60S, che si possono unire per formare un unico complesso ad alto peso molecolare da 80S.
La subunità grande contiene gli rRNA 28S, 5.8S e 5S oltre a circa 50 proteine, mentre la subunità piccola contiene l’rRNA 18S e circa 30 proteine.
L’RNA o acido ribonucleico è un altro biopolimero presente negli organismi viventi.  

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La struttura degli acidi nucleici (e le loro varianti)

di Sergio Barocci

prosegue, dell0 stesso Autore, dall’articolo:  “Gli acici nucleici: dalla cromatina ai nucleotidi” ]

Noto esperimento didattico per l'estrazione del DNA da frutta

Noto esperimento didattico per l’estrazione del DNA da frutta

I nucleotidi del DNA e dell’RNA sono uniti tra loro da ponti covalenti tra gruppi fosforici in cui il gruppo OH 5’ di un’unità nucleotidica è unito al gruppo OH 3’ di quella successiva, formando un legame fosfodiestereo (reazione di condensazione tra il gruppo fosforico di un nucleotide e l’ossidrile sul carbonio 3’ dello zucchero di un altro nucleotide costituendo così un polinucleotide ( legami 3’ – 5’ fosfodiesterici ) . Per convenzione, un polinucleotide si scrive con il carbonio terminale 5’ a sinistra e quello 3’ a destra.
Lo scheletro covalente degli acidi nucleici è quindi costituito da un’alternanza di gruppi fosforici e di residui di pentosio, mentre le basi azotate possono essere considerate come gruppi laterali uniti allo scheletro. Lo scheletro covalente del DNA e dell’RNA è idrofilico.

rappresentazione sequenza nucleotidica

rappresentazione sequenza nucleotidica

Pertanto, ciò che differenzia un nucleotide dall’altro è appunto la diversa base che lo costituisce e la sequenza in cui sono disposte le basi è quella che determina il codice genetico dell’individuo.3’ manca di un nucleotide nella posizione 3’

confronto tra estremitaà 5' e 3' del DNA

L’estremità 5’ manca di un nucleotide nella posizione 5’ e l’estremità 3’ manca di un nucleotide nella posizione 3’

Le proprietà delle basi dei nucleotidi determinano la struttura tridimensionale degli acidi nucleici.  

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La chimica computazionale e le motivazioni del Nobel 2013

di Giuseppe Alonci

Se chiedeste a un fisico di tracciare la traiettoria di una pallina, probabilmente non avrebbe molte difficoltà a farlo.
Conoscendo la posizione, l’angolo e la velocità iniziale, un semplice conto matematico è più che sufficiente a simulare quasi con esattezza la traiettoria che seguirà, a conoscere la sua energia in ogni momento e a prevedere cosa farà dopo l’urto.

curva di energia potenziale in relazione alla "dispozione nello spazio" della parti di una molecola complessa

curva di energia potenziale in relazione alla “dispozione nello spazio” della parti di una molecola complessa

Se però scendiamo nell’infinitamente piccolo e tentiamo di seguire lo stesso approccio per studiare il moto e le energie di atomi, elettroni e particelle il discorso si complica enormemente. Alla meccanica classica, cioè il ramo della fisica che si occupa di studiare oggetti macroscopici (e lenti rispetto la velocità della luce), bisogna infatti sostituire la meccanica quantistica, la parte della fisica che si occupa invece della particelle microscopiche e che è molto più complicata e laboriosa.
Chi volesse approfondire questo argomento, può leggere i due articoli introduttivi di Giovanni Villani sulla meccanica quantistica (Il concetto di struttura e la meccanica quantistica e L’atomo quantistico. Uno strano oggetto).
In effetti, le leggi che governano gran parte del mondo fisico e praticamente tutta la chimica sono note ormai da più di settant’anni.  

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Gli acidi nucleici: dalla cromatina ai nucleotidi

di Sergio Barocci

GLI ACIDI NUCLEICI
E L’ORGANIZZAZIONE DELLA CROMATINA EUCARIOTICA

Immagini al microscopio elettronico di materiale cellulare nucleare. Dall'alto in basso: catene di cromatina "srotolata"; successione di nucleosomi; cromosoma con evidente la sua struttura fine

Immagini al microscopio elettronico di materiale cellulare nucleare. Dall’alto in basso: catene di cromatina “srotolata”; successione di nucleosomi; cromosoma con evidente la sua struttura fine

Gli acidi nucleici sono macromolecole polimeriche lineari ossia dei polimeri di nucleotidi i cui monomeri sono i nucleotidi stessi. Hanno grande importanza a livello biologico in quanto contengono e trasportano tutta l’informazione genetica di un organismo. Data la loro funzione si trovano principalmente all’interno del nucleo , la zona maggiormente protetta della cellula ma in misura minore anche nel citoplasma. Negli organismi viventi si trovano due tipi di acidi nucleici:
a) DNA (acido desossiribonucleico o deossiribonucleico)
b) RNA (acido ribonucleico)

Nelle cellule procariote (dove non esiste il nucleo) tutte le informazioni sono contenute in una sola molecola di DNA circolare mentre nelle cellule eucariote il DNA si trova all’interno del nucleo in una forma detta cromatina, che consiste sostanzialmente di filamenti di DNA ripiegati in molti modi diversi attorno a delle proteine chiamate istoni (H1, H2A, H2B, H3, H4) , formando delle strutture piuttosto complicate, i cromosomi, caratteristici per forma e numero.   Gli istoni possiedono un alto contenuto di catene laterali cariche positivamente e circa un residuo ogni quattro è rappresentato da lisina o da arginina.  

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Com’è fatto un articolo scientifico?

di Nadia Di Blasio

Vi ricordate quando alle scuole elementari nel momento in cui ci si apprestava a fare i primi temi, il maestro o la maestra spiegavano come lo si costruisce?
articolo scientificoC’era sempre questa scaletta che ti dicevano fosse necessaria: si partiva con un cappello introduttivo, quindi poi lo svolgimento con lo sviluppo delle idee e poi una conclusione che poteva essere o riassuntiva dell’intero tema oppure riprendere la traccia del tema quasi ad indicare la soluzione del problema. Non so se seguire un’organizzazione di questo tipo sia indispensabile per la stesura di un buon tema o semplicemente utile. Sono invece certa del momento in cui mi sono resa conto che in alcuni ambiti è strettamente necessario scrivere seguendo un cero percorso.

Sto parlando della volta in cui ho scritto la mia tesi di laurea: corso di laurea Chimica, indirizzo Chimica Organica. Durante il lungo lavoro di tesi e nell’ultimo anno di studio avevo avuto già modo di leggere articoli scientifici su riviste di settore capendo che in questo caso la stesura dell’articolo e quindi anche della tesi, come mi accingevo a scoprire, prevedeva un approccio abbastanza rigido.

scaletta articolo scientificoLa prima parte di un articolo scientifico è sempre un’introduzione che molto spesso costituisce lo “stato dell’arte” dell’argomento che poi verrà discusso e sviscerato nei paragrafi successivi.

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Concentrare e separare il soluto da una soluzione: altri approcci possibili (parte II)

(prosegue dalla 1° parte: “Come concentrare una soluzione: i mille approcci per i mille casi“)

schema concettuale del processo

schema concettuale del processo

SEPARAZIONE
FISICA IN LOCO

 

– Cristallizzazione

(per raffreddamento, per evaporazione parziale del solvente) Secondo questo approccio, il solvente non è materialmente rimosso dal sistema dove si trovava inizialmente: semplicemente se ne determina una separazione “in loco”, parziale o totale, rispetto al soluto. In linea di massima si ottiene un soluto puro (cristallino), accanto ad un solvente che ne contiene ancora una certa quantità al suo interno (soluzione satura). La cristallizzazione del soluto, per antonomasia recuperato allo stato solido, può essere operata a sua volta per: – raffreddamento della soluzione: per la maggior parte delle sostanze solubili in un certo sovente (anche se non tutte), il limite massimo di concentrazione oltre il quale cessano di solubilizzarsi – o vista dal punto di vista del solvente, la concentrazione massima della soluzione satura – è proporzionale alla temperatura. Raffreddando una soluzione è possibile far superare a questa il suo limite di saturazione, con la conseguente cristallizzazione del soluto in eccesso, in forma pura.

graduale avanzamento di una cristallizzazione da soluzione

graduale avanzamento di una cristallizzazione da soluzione

Questo procedimento è realizzabile anche con la variante denominata “crioconcentrazione” attraverso la quale si cristallizza non il soluto ma il solvente in forma pura, provocando di conseguenza una concentrazione del soluto della parte della soluzione che non è cristallizzata.

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Come concentrare una soluzione: i mille approcci per i mille casi (parte I)

Un lettore di Chimicare ci scrive per domandarci quali approcci possono essere seguiti per concentrare una soluzione.
pigmento in soluzione a diverse concentrazioniCi ho pensato un po’ su, per cercare di enumerare brevemente le tecniche disponibili; poi mi è venuto in mente che non mi era stato detto di quale solvente si trattasse, e neppure se fosse liquido, gassoso o solido (ebbene sì, perché le soluzioni possono aversi in ciascuno stato della materia), ed infine quale fosse il soluto da concentrare. In altre parole se esso, considerato allo stato puro ed in condizioni di temperatura e pressione ambiente, fosse stato a sua volta un solido, un liquido o un aeriforme, ed infine in suo peso molecolare, il suo punto di ebollizione, la sua stabilità termica, la sua polarità, le sue proprietà elettrolitiche…
In pratica più ci pensavo, più mi accorgevo che da un lato le tecniche disponibili erano molte ed utilizzabili secondo molteplici accorgimenti, dall’altra che questa molteplicità diciamo così “nell’offerta” tecnologica era motivata semplicemente dal fatto che la domanda stessa era al suo interno drammaticamente diversificata.

La concentrazione di una soluzione, infatti, può essere ritenuta come un sotto-caso, a dire il vero uno dei più importanti, all’interno della cosiddetta Scienza delle Separazioni.
20th ISSS 2014Un argomento questo oggetto di interi percorsi d’insegnamento universitari, in particolare nei corsi di laurea in chimica industriale ed in ingegneria chimica, di una moltitudine di pubblicazioni e di convegni periodici organizzati ormai in ogni nazione progredita (vedasi quello della SCI in Italia).

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