Avete presente quei bastoncini grigi con lo stecchetto metallico, lunghi circa 20-25 cm, che si accendono in occasione delle feste e che anno tante scintille tutte intorno, alimentando il giubilo di grandi e piccini?
Vi siete mai domandati come funzionano?
E, soprattutto, vi siete mai chiesti come si chiamano?   Già, perché stranamente a dirsi è proprio questa la parte più difficile, tanto che ci ho impiegato venti minuti buoni di ricerca su Google prima di rassegnarmi al fatto che nella lingua italiana non ci sia un termine specifico e comunemente utilizzato per indicarli, qualcosa che digitato nei motori di ricerca faccia – non dico inequivocabilmente, ma per lo meno prevalentemente – venire fuori le loro immagini o i video che ne illustrino il funzionamento.   Anche in inglese ho faticato non poco, ma alla fine un termine l’ho trovato: “Sparkler”, che letteralmente potrebbe significare “scintillatore” (da spark, scintilla).

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Ed in effetti è proprio questa, la scintilla, la prerogativa più peculiare del loro funzionamento: non si tratta di un’esplosione, come nel caso di petardi e miccette, ma neanche di una tradizionale combustione continua, come nel caso delle candele…  per intenderci tutti oggetti al tempo stesso natalizi (o per lo meno nell’immaginario collegati alle feste, specie a quelle invernali), ed il cui funzionamento è basato su reazioni di ossidoriduzione.   La scintilla di questi simpatici bastoncini, in effetti, pur facendo parte anche lei di questo vastissimo mondo accomunato dal passaggio di elettroni dagli atomi di un atomo di un certo elemento (quello che si ossida) a quelli di un altro (quello che si riduce), merita di fatto un approfondimento a parte.

Innanzitutto cos’è una scintilla.
Al pari del fuoco e di un’esplosione, la scintilla non è di per sé stessa una sostanza o uno stato della materia, ma un insieme di manifestazioni fisiche percepibili con i nostri sensi di un fenomeno chimico-fisico.   Nel caso delle scintille, tuttavia, vi possono essere due fenomenologie ben distinte dietro ad uno stesso termine, ed in effetti non ci è richiesto uno sforzo così grande nell’individuare una differenza, anche ad iniziare da come si presentano nell’aspetto, delle scintille originate da un fenomeno elettrico rispetto a quelle originate da un’azione meccanica e/o da una reazione chimica.

Nel caso di una scintilla elettrica, sia essa fugace come che “scocca” quando facciamo toccare fra loro due corpi elettricamente carichi oppure due cavetti elettrici collegati rispettivamente ai diversi poli di una batteria, che continua come nell’arco voltaico che si forma in un’ampolla sotto vuoto, sempre tra due corpi carichi elettricamente, essa è una manifestazione fisica di un fenomeno esso stesso fisico.   L’emissione di luce da parte di un corpo, indipendentemente dalla causa a monte che lo ha provocato, è sempre dovuto al ritorno di un elettrone eccitato, quindi che si trovava ad uno stato energetico superiore a quello che gli competerebbe in condizioni ordinarie, al suo stato energetico originale.  Questa transizione fra due livelli energetici differenti (che corrispondono a livelli energetici diversi negli orbitali elettronici) comporta il rilascio di energia dall’elettrone all’ambiente circostante, e l’emissione elettromagnetica sotto forma di luce (non soltanto di quella visibile) è una delle forme più comuni attraverso le quali questi elettroni eccitati possono scaricare la loro energia.   La quantità di energia rilasciata da ogni transizione elettronica dallo stato eccitato allo stato di quiete non può variare in modo continuo, magari in relazione all’entità dell’eccitazione stessa, tanto meno in modo casuale: essa procede invece a blocchetti, o a scaglioni: quelli che i fisici definiscono “quanti” di energia.
La transizione di un certo elettrone di un certo elemento chimico, da un dato livello elettronico eccitato ed un altro livello più basso, comporta il rilascio di una ben precisa quantità di energia.   Per la relazione di Planck, che a ragione viene spesso definito come il padre fondatore della fisica quantistica, questa quantità di energia corrisponde ad una altrettanto specifica radiazione elettromagnetica, caratterizzata da una precisa lunghezza d’onda, o frequenza, o numero d’onda…  in pratica tutte indicazioni che, parlando di luce, ci indicherebbero un ben preciso colore.
Questa quantizzazione nell’emissione elettromagnetica, che si traduce in uno spettro di emissione a righe sottilissime, virtualmente monodimensionali, si riferisce ovviamente ad atomi isolati, i cui elettroni vengono eccitati, quindi promossi ad un livello energetico superiore e quindi cedono questa loro energia tornando allo stato energetico originale: nel caso di più atomi legati insieme, ovvero di molecole, la situazione risulta di fatto più sfumata, tanto che le “righe” di emissione cedono gradualmente il posto a “bande” più o meno larghe che abbracciano ciascuna una certa ampiezza di spettro elettromagnetico.

La condizione di trovarci in condizioni di atomi isolati non è comunque difficile nel contesto di fuochi, scintille ed affini, dal momento che le alte energie in gioco comportano comunque la rottura di almeno una certa parte dei legami chimici anche delle molecole più complesse, con la formazione di specie atomiche o radicali che isolate che, per quanto effimere, riescono ad esistere quelle frazioni infinitesime di secondo sufficienti per generare l’emissione luminosa.
Questa situazione, che determina nel nostro caso il colore della scintilla elettrica, dell’arco elettrico (come quello di un tubo fluorescente tipo quelli al neon), fino ad arrivare alle piccole proiezioni di scintille dei nostri bastoncini natalizi, accomuna tutti i fenomeni descritti, e probabilmente molti altri ancora, come ad esempio i fulmini nel cielo e, sempre per restare in tema pirotecnico, i fuochi d’artificio colorati.

Quello che fa la differenza fra una scintilla elettrica ed una, diciamo, “chimica” è piuttosto la ragione che ha causato l’eccitamento elettronico.   Non dobbiamo sforzarci poi molto ad immaginare, anche banalmente partendo dagli stessi termini, che nel primo caso la ragione sia in primo luogo elettrica, quindi fisica, mentre nel secondo caso essa attinga energia da una reazione chimica di tipo esoergonico, ovvero che avviene con emissione di energia.   Una reazione esoergonica è sempre favorita almeno dal punto di vista termodinamico anche se, dal punto di vista pratico, può sovente incontrare delle difficoltà nel decollare, difficoltà questa che possono essere di natura cinetica o meglio ancora essere ricercate nella richiesta di un’energia di prima attivazione eccessivamente alta, condizione questa che può essere superata con l’impiego di un opportuno catalizzatore.
Una volta innescata, una reazione esoergonica libera energia che, nel caso più banale e “soft” può manifestarsi sotto forma di calore: la soluzione o comunque i materiali (reagenti e prodotti) si riscaldano spontaneamente man mano che la reazione procede.   Se il riscaldamento è così intenso e veloce da portare rapidamente in ebollizione almeno uno dei materiali coinvolti (es. il solvente di reazione) assisteremo ad un decorso piuttosto tumultuoso, addirittura violento della reazione.   Se poi tra i prodotti della reazione dovessero formarsi con estrema velocità prodotti gassosi (es. anidride carbonica, azoto, ecc), sulla semplice considerazione del fatto che questi a parità di peso tendono ad occupare un volume nettamente superiore rispetto ai reagenti originali dai quali si sono formati (liquidi o solidi) già si intuisce il potenziale “esplosivo” di questo genere di reazioni.

Quando l’intensità dell’energia prodotta dalla reazione è sufficientemente alta ed il mezzo di reazione lo consente (ovvero non assorbe lui stesso questa energia come spesso capita nella reazioni in soluzione), questa può determinare dei fenomeni energeticamente più impegnativi, come appunto l’eccitazione di elettroni periferici degli atomi che, da un livello energetico di base, possono venire promossi temporaneamente ad un livello energetico superiore, ovvero ad uno stato eccitato.
Atomi isolati e fra loro rarefatti, idealmente come quelli introdotti in una zona a temperatura uniforma sulla fiamma di un becco Bunsen sul classico filo inerte in platino nel classico “saggio alla fiamma”, forniscono uno spettro di emissione atomico, a righe sottilissime, dove ogni riga corrisponde ad una ben precisa transizione da uno stato elettronico eccitato ad uno più rilassato.   Ogni elemento chimico è caratterizzato da un suo specifico spettro di emissione atomica, che nell’insieme delle sue righe determinerà una certa colorazione della fiamma, percepibile con i nostri occhi: giallo per il sodio, verde per il bario, fucsia per il litio, violetto per il potassio, e così via.   Nel caso di una massa incandescente, come ad esempio una colata di metallo fuso, ciascun atomo si trova in condizioni termiche differenti, con la possibilità fra l’altro di scambiare energia con gli atomi vicini, e per tanto la massa nel suo insieme, per quanto costituita da materia allo stato elementare, restituirà uno spettro di emissione differente dai rispettivi atomi isolati e rarefatti, che assomiglia di più ad uno spettro continuo, il cui massimo di emissione (che corrisponde al colore che percepiamo a vista) si sposta a seconda delle condizioni di temperatura.

Il caso dello spettro di emissione atomica “pulito” osservabile con il saggio sul becco Bunsen non si discosta invece di molto da quanto osservabile in cielo durante gli spettacoli pirotecnici e neppure dalle scintille di luce che vengono proiettate tutto intorno dai bastoncini festosi con i quali abbiamo aperto l’articolo.

Un prodotto pirotecnico, così come un esplosivo (in fondo quello che cambia è solo la destinazione d’uso) può essere visto come un prodotto autosussistente. Mi spiego meglio.
In una qualsiasi combustione, che come abbiamo più volte ricordato non è altro che una forma di ossido-riduzione, è necessario un combustibile (che ossidandosi “brucia”) ed on comburente (che si riduce, ovvero ossida il combustibile) che ne consente la combustione.
Il caso più facile da visualizzare è probabilmente quello della candela, che accesa sotto una campana di vetro brucia fintanto che è presente una quantità sufficiente di ossigeno, terminata la quale si spegne.   In un sistema autosussistente il comburente, ovvero il responsabile dell’ossidazione del combustibile, non può esaurirsi prima del combustibile semplicemente perché entra a fare parte integrante della formulazione del prodotto che brucia. Già nella classica polvere pirica nota ai Cinesi già ai tempi di Marco Polo, si miscelava uno o più combustibili (es. polvere di zolfo e/o di carbone) con il salnitro (nitrato d sodio): tutte sostanze facilmente reperibili in natura, che venivano finemente macinate singolarmente e poi intimamente mescolate insieme. Anche in tutte le formulazioni successive, dalla polvere da sparo ai petardi, dai fiammiferi che si accendono per sfregamento ai fuochi d’artificio, fino ad arrivare alle nostre stelline scintillanti, il concetto di fondo è sempre quello di mescolare intimamente un combustibile con un comburente, possibilmente entrambe in forma solida, scegliendo accuratamente sostanze che non siano igroscopiche (ovvero che non assorbano l’umidità ambientale, inzuppandosi di conseguenza) e che garantiscano una stabilità sufficiente per poter conservare e maneggiare il prodotto assemblato. Questo deve potersi accendere solo nel momento desiderato, tramite un innesco: questo costituisce il terzo ed ultimo termine del cosiddetto “triangolo del fuoco”, citato in tutti i corsi di prevenzione e protezione dagli incendi.   Oltre al combustibile ed al comburente, una combustione si avvia solo in presenza di un innesco, che può essere visto come una carica energetica più o meno intensa (a seconda del tipo di combustibile e di comburente utilizzati) necessari per fornire l’energia di attivazione del processo.   Dopo di che l’energia sviluppata dalla combustione stessa risulta ampiamente in grado di automantenere il processo avviato… a meno che si ricorra a tecniche per disperdere o assorbire questa energia, come ad esempio raffreddare fortemente il sistema, e l’impiego tradizionale dell’acqua per spegnere almeno “alcuni tipi” di incendi va anche (ma non soltanto) interpretato in questo modo.

Tornando ai sistemi combustibili autosussistenti, essi quindi sono stati progettati per mantenere la combustione anche in assenza di ossigeno atmosferico, e non solo.
Incrementando il rapporto comburente/combustibile oltre il rapporto stechiometrico calcolabile, ovvero introducendo in dose un eccesso di comburente rispetto al minimo indispensabile per mantenere la combustione, si può perseguire un’accelerazione nella combustione stessa che, in molto casi, può avere decorso esplosivo.
Un altro fattore importante, già anticipato precedentemente, è quello relativo alla comminuzione ed al mescolamento reciproco di combustibile e comburente: questo concetto, portato all’estremo, lo si ritrova negli esplosivi più potenti e spesso anche più sensibili, dove in una sola molecola si trova una parte organica in grado di ossidarsi e che funge quindi da combustibile) e dei gruppi funzionali ossidanti (es. nitrogruppi) che nelle condizioni opportune possono supportare questa ossidazione… in un modo tanto “intimo” quanto si tratta di parti diverse della stessa molecola.   E’ l’esempio del tritolo (2,4,6-trinitrotoluene) come anche della nitroglicerina scoperta nel 1847 dal chimico italiano Ascanio Sobrero (vedi anche servizio di Chimicare sulla figura di Sobrero), la cui energia di attivazione della reazione di “ossidoriduzione interna” è talmente bassa che non serve come innesco una fiamma o una scintilla ma semplicemente l’energia minima fornita da un urto meccanico.

Al pari degli esplosivi e dei prodotti prirotenici, anche le stelline natalizie sono in grado di bruciare in assenza di ossigeno, o per lo meno ben oltre le condizioni nelle quali la candela ha consumato tutto l’ossigeno presente nel contenitore e si è per tanto spenta.
Le formulazioni dell’impasto solidificato sui bastoncini comunemente venduti per uso casalingo contengono in ogni caso uno o più ossidanti allo stato solido di sufficiente stabilità, solitamente nitrati di potassio, bario o stronzio, più raramente potassio percolato (che potrebbe ingenerare rischi di esplosività del prodotto), con l’aggiunta di agenti leganti che tengano insieme questi con le particelle di combustibile, come ad esempio destrine (ovvero amido parzialmente idrolizzato) oppure nitrocellulosa, una classica molecola di quelle già descritte in precedenza che contiene al suo interno una parte organica facilmente ossidabile e dei nitro gruppi che ne supportano una vicace ossidazione, tanto che questo materiale può svolgere contemporaneamente il ruolo di legante, di combustibile e di comburente.

Nel video che segue è riportata una miscela di un fortissimo ossidante (il potassio clorato) con un combustibile (amido) e stronzio nitrato (lo spettro di emissione atomica dello stronzio ricade nella zona del rosso dello spettro della luce visibile).   In questo caso le tre sostanze sono state semplicemente “miscelate” allo stato di polveri, senza la compressione con un legante che attribuisce a loro la forma di un bastoncino: la combustione e l’emissione luminosa risulta pertanto particolarmente breve ma intesa, tanto da rendere questa esperienza potenzialmente pericolosa e quindi sconsigliata.   Come si vedrà in seguito, manca però da questa formulazione una tipologia di ingrediente fondamentale, indispensabile per la generazione delle note “scintille”.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Zolfo e carbone possono essere utilizzati come combustibili, ma se fossero loro gli unici combustibili presenti nella miscela dei bastoncini, una volta accesi il loro aspetto sarebbe nettamente meno “scintillante” e festoso, assomigliando probabilmente di più ad una candelina che ha molta fretta di bruciare e non perde tempo né sa come produrre scintille.
A venirci in aiuto in questo senso sta invece un’altra tipologia di materiale, questo più specifico nell’ambito delle stelline appunto, ma anche di molti altri giochi pirotecnici dove il lato estetico costituisce esso stesso il motivo di essere del processo di combustione: parliamo del cosiddetto “combustibile metallico”. Si tratta di minuscoli frammenti, pagliuzze, polvere, striscioline o granuli, di un metallo fra i quali: alluminio, ferro, titanio, magnesio, o anche di loro leghe, come quella ferro-titanio o il cosiddetto “magnalium” (una lega di alluminio contenente max. 1% di magnesio e quantità minori di altri metalli).
Non è probabilmente così scontato per i non-chimici associare l’idea di un metallo con quella di un combustibile, ma se pensiamo che una combustione è comunque un processo di ossidazione a carico di una sostanza ad opera di ossigeno o comunque di una sostanza in grado di liberare ossigeno (come ad esempio i nitrati precedentemente descritti), iniziamo a comprendere come lo stesso processo di ossidazione di un metallo come semplice ferro, che nelle condizioni di un grosso blocco di materiale e di bassa energia di attivazione porta semplicemente alla lenta formazione di ruggine superficiale, nelle condizioni di suddivisione più fine, corpuscolare, del metallo ed in presenza di una forte energia di attivazione (es. innesco) può presentarsi sotto le vesti di un fenomeno apparentemente del tutto diverso: quello della scintilla.

La scintilla “chimica” (la chiamiamo così per distinguerla dal caso elettrico, descritto all’inizio dell’articolo) è costituita da un pezzo, talvolta minuscolo, di combustibile (nel nostro caso di metallo) che si ossida in modo molto rapido, con la conseguente emissione di luce, mentre nel contempo si muove velocemente allontanandosi dal corpo che l’ha generata.   Se ci pensate bene, questa spiegazione accomuna sia le scintille ottenute per sfregamento meccanico di due oggetti (ad esempio quando si cerca di tagliare un metallo con un seghetto), sia nel caso dei fuochi pirotecnici, comprese le nostre stelline festose.
Nella sua vita effimera, il tempo di un volo, una frazione di secondo, la pagliuzza di metallo si ossida in modo veloce ed esoergonico, grazie nel nostro caso alla presenza delle sostanze ossidanti, emettendo una luce che corrisponde grosso modo allo spettro di emissione degli atomi dei quali è costituito.   E’ proprio questo il criterio che guida i Produttori alla scelta di un metallo o di una lega piuttosto che un altro: mentre il ferro produce scintille di colore arancio, stranamente “ramificate”, il titanio è noto per il colore bianco intenso delle sue emissioni e la lega ferro-titanio sta all’origine di scintille di colore giallo-dorato.
In realtà, dal momento che in condizioni di elevata temperatura, per quanto brevissime, il corpuscolo di metallo rischia di fondersi, e comunque non riesce a raggiungere le condizioni di atomi isolati che costituiscono l’ideale per l’osservazione di uno spettro di emissione atomica puro, per avere delle vere colorazioni, diversificate ed apprezzabili, gli stessi produttori dei bastoncini scintillanti introducono talvolta nella miscela dei coloranti pirotecnici, che altro non sono che sali (di solito cloruri o nitrati) di metalli come bario, stronzio, litio e rame, noti a tutti gli studenti per i loro spettri di emissione caratteristici, osservabili con grande facilità tramite il classico saggio alla fiamma.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Per concludere, una nota di cronaca: un rapporto del 2009 del National Council on Fireworks Safety degli Stati Uniti indica che le scintille prodotte da questo genere di bastoncini sono responsabili del 16% delle lesioni dovute ad oggetti pirotecnici “legali” negli stessi USA.   In particolare ben il 57% delle lesioni riportate da bambini di età inferiore ai 5 anni di età a causa di oggetti pirotecnici in occasione delle festività del 4 luglio 2003 sono state dovute a questo genere di oggetti.
Tutto sommato un numero ancora contenuto di casi, mi verrebbe da argomentare con una certa amarezza, se confrontati al grande numero di genitori irresponsabili che a quanto pare mettono in mano ad un bambino di età pre-scolare anche il più sicuro degli oggetti accesi, fosse anche soltanto una candela, tanto più se composto da nitrati, sali magari di rame o di bario, e metalli in corso di ossidazione che schizzano allegramente tutti intorno.

Print PDF

SOSTANZE SINGOLE E MISCELE IN NATURA ED IN CASA

Tanto nella nostra vita domestica quanto nel mondo “la fuori”, quello cosiddetto naturale, sono tutto sommato una netta minoranza i materiali chimicamente puri sui quali ci può capitare di mettere le mani.    Non sto parlando di purezza nel senso si assenza di contaminazioni ed impurità: in questo contesto con l’espressione puro intendo semplicemente parlare di sostanze chimiche singole, non in mescolate con altre.

In effetti tanto nel mondo biologico quanto in quello minerale, giusto per citare i due grandi filoni di appartenenza della materia non trasformata dall’uomo, quanto nel mondo dei prodotti sintetizzati o per lo meno “assemblati” dall’uomo, quello che si riscontra nella stragrande maggioranza dei casi sono soluzioni a più componenti, miscugli di sostanze fra loro immiscibili o, nei casi più complessi, addirittura compartimentazioni di miscele a loro volta complesse e spesso potenzialmente capaci di reagire le une con le altre, come capita nel caso-limite dell’organizzazione della cellula.
Nel mondo minerale i materiali in assoluto più diffusi sono certamente le rocce, che possono essere in qualche modo descritte come aggregati eterogenei, in pratica miscugli di sostanze chimiche virtualmente pure, i minerali appunto, che formano aggregati solidi di tipo cristallino, strettamente coesi gli uni con gli altri (vedasi gli esempi delle diverse qualità, dovute a differenti composizioni dei loro minerali costituenti, dei graniti riportati in figura).

All’origine, perdonatemi il termine, quasi “filosofica” di questa tendenza diffusa vi sono presumibilmente ragioni di natura entropica, quelle che detto banalmente fanno sì che ogni sostanza occupi al meglio l’intero spazio ad essa disponibile, solo in parte contrastate dal guadagno in termini di entalpia raggiunto qualora una specie chimica riesca ad esempio a cristallizzare in forma pura.    Nel campo biologico, ovvero nella

macro e microstrutture biologiche umane

stessa organizzazione cellulare, la compartimentazione alla quale si assiste, ad esempio in organuli o su membrane, con conseguente concentrazione di sostanze in contrasto con la loro naturale tendenza delle stesse sostanze ad espandersi e miscelarsi in una sorta di frullato uniforme, è realizzato a mantenuto a scapito di un consumo energetico da parte dell’essere vivente al quale la cellula appartiene, energia che deve essere introdotta dall’esterno ad esempio tramite l’alimentazione o, nel caso delle piante, con la fotosintesi.

Nel caso dei numerosissimi prodotti creati dell’uomo, fabbricati e venduti, quindi da noi acquistati ed usati tanto in casa quanto in auto, in giardino o sul/nel nostro stesso corpo, si assiste invece prevalentemente ad un percorso di tipo opposto.
E’ vero infatti che taluni prodotti per la cura della persona (es. cosmetici, integratori, ecc) ma anche della casa (es. profumatori) sono miscele di sostanze estratte tal quali, ovvero già in miscela, da una fonte naturale, magari in parte depurata e/o integrata con l’aggiunta di altre sostanze, ma la realtà più diffusa è quella che vede a monte della maggior parte dei prodotti di uso domestico sostanze chimiche pure, per lo più sintetizzate industrialmente, miscelate successivamente “ad hoc” per ottenere una miscela (soluzione, emulsione, sospensione, ecc) avente esattamente le caratteristiche e le qualità richieste in funzione dell’utilizzo per la quale è stata concepita.

PRODOTTI DOMESTICI SEMPRE PIU’ COMPLESSI: A CHI IMPORTA?

Ci si potrebbe domandare a chi possa mai importare se i prodotti venduti ed utilizzati su larga scala, quelli per intenderci acquistabili da ciascuno di noi in qualsiasi supermercato o magazzino per il fai-da-te, siano costituiti da una sostanza chimica singola o da miscugli più o meno complessi.

In effetti però la cosa interessa molto, anzi moltissimo almeno tre categorie di persone.
Al primo posto coloro che utilizzando questi prodotti, sembra un’inutile specificazione sottolinearlo, “proprio per la funzione per la quale sono stati pensati”: i prodotti in miscela rappresentano infatti nel più dei casi il punto di arrivo di un’evoluzione del prodotto (magari un tempo composto da una solo o da poche sostanze singole) in funzione di un’ottimizzazione della sua efficacia, minimizzando per quanto possibile il suo impatto negativo sulla salute dell’utilizzatore, sull’ambiente e, non ultimo, sul nostro portafogli.

etichetta con la composizione di un detersivo per biancheria

Al secondo posto troviamo i chimici analitici, siano essi interessati alle problematiche cliniche e tossicologiche sull’uomo o ai problemi di inquinamento, tanto dell’ambiente naturale quanto di quello domestico: c’è di sicuro una bella differenza tra il ricercare e quantificare la presenza di canfora (una delle pochissime sostanze prodotte da una pianta in forma già pura ed utilizzata tal quale nell’ambito domestico, tanto come anti-tarme quanto in unguenti per massaggi) e tutti i ventiquattro componenti di un moderno unguento per massaggi.   Essendo inoltre le stesse molecole utilizzate talora in prodotti molto diversi per categoria di funzione (es. igiene personale, additivi alimentari, profumatori per auto, solventi per vernici, ecc) ed essendo le stesse magari riscontrabili anche nell’ambito dei prodotti naturali, le valutazioni causa-conseguenza tra l’uso di un determinato prodotto ed i suoi effetti su scala epidemiologica diventano sempre più complessi.

Un ulteriore elemento di complessità, che suscita di solito una certa perplessità agli occhi del chimico quando, nell’intimità della sua vita domestica, gli capita di leggere l’etichetta che riporta la composizione di molti prodotti di uso quotidiano, quali saponi, detersivi, profumi e creme per il viso.    Fianco a fianco di componenti chimici precisi (quelli che, corrispondendo ad una struttura molecolare ben definita, si dicono avere un codice di registrazione CAS), troviamo infatti componenti che ci aspetteremo più di trovare in un erbario o in un orto botanico.   Si tratta di estratti botanici, infusi, oli essenziali o altri derivati, più o meno integrali a tutela della caratteristiche funzionali riconosciute alla pianta di origine, che vengono descritti in etichetta con la nomenclatura linneiana, quella binaria composta da Genere + specie.    L’introduzione di questi estratti introduce nel prodotto finito uno straordinario fattore di complessità composizionale derivante dal fatto che da ciascuna pianta non viene solitamente estratta una, bensì decine o centinaia di differenti sostanze chimiche, spesso semplicemente in tracce, alcune delle quali non facilmente monitorabili dal punto di vista chimico-analitico.

etichetta riportante l'elenco dei componenti di una crema cosmetica di alta gamma

Infine un’ultima categoria di persone, certamente più rara delle altre ma per la quale la graduale sostituzione di prodotti monocomponente con prodotti complessi, venduti per la medesima funzione, sta rappresentando una vera e propria calamità.    Parliamo di tutti quelli appassionati di chimica e di scienze in generale, non professionisti o comunque interessati a realizzare esperienze di chimica anche in ambito casalingo, quindi studenti al primo posto, ma anche persone non più così giovani che rappresentano l’evoluzione curiosa ed intelligente del piccolo chimico, appassionati del fai-da-te, insegnanti e gli stessi scienziati che, al di fuori del contesto professionale, non hanno facilità a mettere le mani su sostanze chimicamente pure.    Queste ultime, infatti, sia nella loro forma extrapura (es. sotto forma di standard in confezioni talora di molto meno di un grammo di contenuto) che in quella a purezza più bassa, per uso nell’industria chimica come materia prima per sintesi, sono commercializzate secondo canali, consuetudini ma oggi anche vere e proprie norme, che escludono sempre di più la possibilità di accesso ad esse da parte dell’utente privato.
Le ragioni di questo, inizialmente ricercabili in ambito banalmente contabile (le grandi aziende di produzione e commercializzazione trovavano solo una perdita di tempo ed una improduttiva complessità amministrativa vendere al dettaglio piccolissime pezzature a clienti privati, sprovvisti di partita IVA), si sono via via arricchite negli ultimi anni di precise disposizioni di legge che hanno ampliato e continuano ulteriormente ad ampliare la lista delle sostanze chimiche pure la cui vendita, anche se non proibita, richiede un’opportuna verifica dell’acquirente, della sua affidabilità ed in molti casi di una precisa dichiarazione scritta da parte di questi sulla destinazione d’uso delle sostanze richieste.   Rischi tossicologici per l’utilizzatore e per l’ambiente, mercato degli agenti dopanti, stupefacenti e del farmaco abusivo, allarme terrorismo sono certamente fra le ragioni principali che hanno spinto il legislatore, ma anche gli organi di autoregolamentazione delle stesse branche commerciali delle principali compagnie chimiche, a muoversi in questo senso.

Mettendo insieme questa comprensibile limitazione all’acquisto secondo i canali ufficiali, quelli per intenderci riservati agli “addetti ai lavori” e la crescente complessità delle formulazioni, sempre meno mono-componente rispetto ad un tempo, quello che si prefigura è un quadro dove la piccola ma vivace nicchia degli appassionati di scienze fai da te, molti dei quali appunto tutt’altro che sprovveduti o inesperti, troverà sempre maggiore difficoltà nel reperire sostanze chimiche pure o per lo meno non eccessivamente miscelate con altre da poter essere impiegate per le proprie finalità didattiche e sperimentali.

Specchio della situazione è anche il noto gioco del Piccolo Chimico, questo sì destinato all’infanzia ed alla prima adolescenza, che a partire dagli anni ’70 ha visto gradualmente ma inesorabilmente impoverirsi il suo corredo di sostanze chimiche allegate, fino a proporsi nelle ultime versioni sul mercato come un kit composto unicamente da contenitori ed utensili (dai quali oltretutto è stato bandito il vetro) e da abbondante manualistica, rimandando per le sostanze chimiche vere e proprie al loro reperimento in casa.
Una casa che tuttavia a sua volta si svuota sempre più di sostanze chimiche isolate, per arricchirsi invece di prodotti in miscela, sempre più complessi, sempre più inutilizzabili in quanto “sostanze chimiche”.
Eppure sostanze chimiche singole, più o meno pure, ancora persistono nel nostro ambiente domestico e, in generale, fra gli scaffali dei negozi e dei grandi magazzini: nei prossimi capitoli vedremo sia quelle con le quali avevano a che fare i nostri nonni, ormai sostituite in pieno d altri prodotti, e quelle che ancora resistono negli armadietti di casa e forse non saranno abbandonate mai.

LE SOSTANZE PURE NELLA VITA DOMESTICA… VINTAGE

In effetti all’inizio dell’era industriale erano molti di più i materiali chimicamente costituiti da una sola specie chimica che entravano nella nostra casa e, più in generale, con i quali potevamo avere occasione di entrare in contatto nel corso della giornata.    Pensiamo ad alcuni di essi, oggi praticamente sconosciuti ai più giovani: dal famoso “carburo”, un materiale solido in pezzi della dimensione di ciottoli, chimicamente costituito da carburo di calcio, che a contatto con l’acqua liberava lentamente acetilene (ovvero etino, l’alchino più semplice, a due atomi di carbonio), un gas altamente infiammabile che giustificava l’impiego dello stesso carburo nell’illuminazione domestica in quelle che erano appunto note come lampade ad acetilene.    Quello che rimaneva nell’acqua era invece idrossido di calcio, ovvero quella che conosciamo comunemente come calce spenta.

Un altro capitolo nel libro del vintage dei materiali chimicamente puri o quasi è quello relativo ai metalli.    Il ferro, usato singolarmente e non sotto forma di acciaio (quindi insieme a carbonio) o in lega con altri metalli che ne incrementino la resistenza all’ossidazione, è stato a tempo abbandonato nelle sue applicazioni per la realizzazione dei manufatti domestici proprio a causa della sua tendenza ad arrugginire combinandosi in primo luogo con l’ossigeno atomosferico e, secondariamente, con l’acqua e l’anidride carbonica per formare una varietà di ossidi-idrati di ferro (III), la cosiddetta ruggine che, a differenza delle patine da ossidazione tipiche degli altri metalli, non aderisce alla superficie del metallo proteggendolo da una ulteriore ossidazione ma, al contrario, si distacca da esso, fino allo sgretolamento graduale di tutto il manufatto.   Per quanto il ferro in sé stesso non entri ormai quasi più nelle nostre case, sono molte le espressioni entrate nel nostro linguaggio quotidiano a basarsi sull’uso tradizionale di questo materiale: ferro da stiro, ferri del mestiere, essere sotto i ferri o ai ferri corti, ecc.
Zinco e nichel, come probabilmente anche altri metalli più resistenti all’ossidazione e/o meglio passivabili, un tempo utilizzati per la produzione di manufatti massicci mono-materiale, sono ora impiegati o in lega con altri metalli, oppure come protettivi di superficie tramite placcature di altri metalli meno resistenti (quindi zincatura, nichelatura, ecc).    Il magnesio era il materiale i cui nastri metallici o la cui polvere bruciava istantaneamente con lo sviluppo di un fortissimo bagliore luminoso, tanto da essere impiegato per decenni nei flash delle prime macchine fotografiche.
La serie dei metalli che stanno irrimediabilmente abbandonando le nostre case, sostituito da altri liquidi sicuramente meno pericolosi, non sarebbe completa senza il mercurio, che ci ha accompagnato per anni in così tanti strumenti di misura: dai termometri per la febbre a quelli per gli ambienti, fino ai manometri come ad esempio quello per misurare la pressione del sistema circolatorio.
Lo stesso filamento delle lampadine ad incandescenza, destinate presto a scomparire dalle nostre abitazioni sostituite da quelle a risparmio energetico, era costituito da tungsteno, il metallo che fra tutti presenta il punto di fusione più elevato, uno dei pochi a resistere restando solido le migliaia di gradi di temperatura che il passaggio in esso della corrente elettrica avrebbe provocato per il cosiddetto effetto Joule.

Non di metallo ma pur sempre di sostanza chimica allo stato elementare si tratta, considerando il carbonio nelle sue varie forme allotropiche: dal diamante, questo sì ancora ben utilizzato, alla grafite, già a suo tempo mescolata con altre sostanze leganti nelle mine delle matite, e definitivamente affossata dal graduale declino di queste ultime, fino a quello che in effetti non può essere considerato come un vero stato allotropico del carbonio, ma una sorta di grafite sporca, mista ad altri materiali organici di natura fossile, ovvero il carbone.    Il carbone, come del resto molti altri materiali mono-componente continuando a rivestire una grande importanza sul piano economico e strategico: semplicemente esso non entra più “tal quale” nelle nostre case, ma sotto forma di suoi derivati, sia in termini di materiali che in termini di energia elettrica ottenuta su larga scala a partire dalla sua combustione controllata.

soda - sodio carbonato

Un’altra sostanza un tempo largamente utilizzata dalle nostre nonne, specie per la pulizia delle superfici e dei tessuti, era il carbonato di sodio, noto come “soda” (da non confondere con la “soda caustica” che invece è costituita da idrossido di sodio).  Commercializzata in primo luogo dalla ditta Solvay, accanto al più noto e sempreverde bicarbonato, la soda era venduta come polvere solubile in acqua, in scatole di cartone e veniva utilizzata in funzione delle sue proprietà sufficientemente basiche da sciogliere molti tipi di molecole responsabili di sporcizia e cattivi odori, ma non basica a tal punto da danneggiare i materiali con i quali veniva a contatto, ad iniziare dalla nostra pelle.

Anche la naftalina, chimicamente l’idrocarburo biciclico aromatico naftalene, era una sostanza pura, questa volta ottenuta sinteticamente o per distillazione frazionata del petrolio, rivenduta sotto forma di palline del diametro di 15 mm circa, con la funzione di antitarme.    Introdotta tra i vestiti o altra biancheria soggetta all’attacco delle larve di alcuni lepidotteri, ghiotti dei polisaccaridi e delle proteine delle quali questi capi erano costituiti (oggi con le fibre sintetiche avrebbero sicuramente qualche problema in più), la naftalina sublimava lentamente nel tempo, uccidendo o comunque tenendo lontani questi insetti. L’odore impartito agli abiti era tuttavia talmente intenso, non proprio gradevole e comunque così caratteristico da aver lasciato nella nostra memoria linguistica espressioni come “mettere sotto naftlalina” o “sapere di naftalina”.   Curioso il fatto che Eta Beta, il noto personaggio con la testa a pera venuto dal futuro, amico di Topolino nei fumetti di Walt Disney, se nella versione originale si nutriva solo di naftalina, nelle puntate più recenti del fumetto di nutre di sottoaceti ed altri alimenti improbabili, ma pure sempre edibili… da qui il sospetto che qualche bambino abbia voluto emulare in geniale omino del domani ingerendo naftalina non me lo toglierà mai nessuno!

Un capitolo dei più corposi spetta sicuramente alle sostanze per uso medicale, e secondariamente per uso cosmetico, quelle che un tempo erano vendute prevalentemente in forma di sostanza pura, eventualmente diluite e/o miscelate su prescrizione medica direttamente dal farmacista, i cosiddetti “prodotti galenici”.    Nel retrobottega di ogni farmacia trovava infatti sede qualcosa di molto simile ad un piccolo laboratorio chimico, dove il farmacista custodiva una grande varietà di sostanze chimiche pure che pesava in modo accurato, misurava in volume, filtrava, miscelava, imbottigliava, etichettava e magari titolava pure nella loro concentrazione effettiva.
Ragioni di mercato, altre di ordine pratico, insieme ad una sempre maggiore normazione in materia hanno fatto sì che le stesse farmacie si trasformassero sempre più da laboratori di preparazione chimica a dispensari di farmaci concepiti e prodotti a livello industriale, con il valore aggiunto della consulenza degli esperti sempre presenti in negozio.
Eppure sono state proprio le farmacie, specie per quelli di noi ormai non più giovanissimi, i fornitori informali delle migliori e più improbabili sostanze in forma pura, elargite in minuscoli incarti di carta velina oppure in boccette con etichette vergate a mano.    Per molti di noi queste inusuali esperienze, questi esperimenti domestici hanno costituito piccolo un seme, poi cresciuto e sbocciato fino alla scelta in senso scientifico della nostra futura professione.
Quando un tempo i farmaci risultavano meno complessi di quelli attuali, sia nei loro principi attivi che nei loro eccipienti, sicuramente più rudimentali, approssimati e meno testati, il rapporto fra il medico, il farmacista e lo stesso paziente, a dispetto del livello culturale medio per certi versi più modesto, parlava ancora con un linguaggio chimico.   Lo stesso linguaggio che è ora stato sostituito da nomi commerciali e marchi registrati dietro ai quali si nasconde la natura indecifrabile di un prodotto irrimediabilmente sempre più complesso.

Nell’intervento che segue saranno elencati e brevemente descritti i più importanti, curiosi o sottovalutati prodotti chimicamente puri (o quasi) che entrano ancora regolarmente nelle nostre case, giardini e garage, riprendendo per ciascuno di essi natura chimica, applicazioni, rischi e virtù.

Print PDF

La mia mamma è una gran chiacchierona: parla sempre di qualsiasi cosa le accada nella sua giornata, ma soprattutto adora parlare di tutta la sua vita di bambina con annessi e connessi.   Così un suo ricordo molto frequente è quello della preparazione dei matrimoni dal punto di vista culinario e nello specifico dolciario.    La zia pasticciera era infatti l’addetta alla preparazione dei dolci che servivano per il banchetto e di quelli che venivano regalatiagli invitati (usanza ancora viva in alcuni paesi, almeno in Basilicata).    Non era un lavoro banale soprattutto perché le quantità erano abbastanza grandi e il lavoro non poteva essere organizzato diluendolo nei giorni perché altrimenti i dolci si sarebbero “guastati”.   Un problema che, sicuramente, oggi si è sensibilmente semplificato.
Per allungare la vita di molti prodotti, e non parliamo solo di prodotti alimentari, ma anche di cosmetici, di farmaci e di altre categorie di beni di consumo, utilizziamo i conservanti.   Ecco, questa è una parola che nel tempo ha assunto ormai una connotazione negativa per cui allo stato attuale, un prodotto sul quale viene indicata a caratteri cubitali l’assenza di conservanti ci fa pensare ad una qualità superiore rispetto a tutti quelli che invece utilizzano conservanti.

Ma da cosa i conservanti devono proteggere il cosmetico o l’alimento?

Ogni molecola ha una sua stabilità che dipende da tantissimi fattori ciascuno dei quali va considerato insieme con tutti gli altri; tra questi troviamo la temperatura, la presenza di ossigeno, il pH del prodotto e tantissimi altri. In determinate condizioni i legami chimici che caratterizzano una certa molecola possono indebolirsi fino a spezzarsi e formare dei legami diversi che quindi evidentemente significano una sostanza diversa.   Molto spesso queste nuove molecole non hanno “proprietà benefiche” rispetto al prodotto e di fatto rappresentano una degradazione da evitare.   Per capire meglio pensiamo ad un cosmetico; sappiamo che una categoria di molecole presente in molti prodotti di questo genere è costituita dagli oli, molti dei quali presentano delle insaturazioni (i famosi grassi insaturi); i grassi insaturi in presenza di ossigeno subiscono più o meno facilmente (dipende dalle caratteristiche strutturali) una reazione di degradazione che procede attraverso dei radicali liberi portando a molecole dall’odore e sapore (nel caso di alimenti) caratteristici.   Il fatto che ogni molecola abbia una propria stabilità ci fornisce una prima risposta alla nostra domanda: ogni molecola ha un suo tempo di vita che dipende da un insieme di fattori, ma prima o poi (dipende dalle condizioni di conservazione) la nostra molecola tenderà a degradarsi.   I conservanti, specie la categoria degli antiossidanti, hanno la funzione di allungare la vita delle molecole cercando di evitare che si verifichino le condizioni ideali per l’irrancidimento.
Oltre alla stabilità di ciascuno degli ingredienti del nostro cosmetico, bisogna valutare tutto l’insieme.

Periodicamente rimbalzano sui media le notizie in cui si annuncia la presenza di vita nell’universo e spesso il tutto nasce dalla frase “scoperta la presenza di acqua….”  Già, proprio l’acqua, pare che abbia fornito l’ambiente necessario alla nascita della vita.    Questo significa che ogni qual volta abbiamo “acqua” (ovviamente in opportune condizioni di temperatura e pressione) siamo nelle condizioni favorevoli per la vita di qualsiasi esserevivente che ci sia simpatico o meno; batteri, spore trovano un ambiente favorevole per la loro vita.    Inoltre non ci dimentichiamo che per quanto siamo enormemente diversi dai batteri abbiamo necessità simili; tranne alcune tipologie, anche i batteri come noi hanno bisogno degli stessi elementi per poter vivere e riprodursi.    Il nostro organismo ha bisogno di proteine, di zuccheri e per i batteri non è diverso.    Questo vuol dire che prodotti come i cosmetici in cui il primo ingrediente è l’acqua o prodotti alimentari o farmaceutici in cui ritroviamo proteine o altro solo luogo ideale per la vita dei batteri. Nel corso della storia abbiamo imparato che i batteri non sono sempre nostri alleati e molto spesso risultano aggressivi verso l’uomo e quindi ovviamente abbiamo iniziato a combatterli.     La pericolosità dei batteri, tra l’altro, è da collegare anche alla produzione di tossine; i batteri infatti producono sostanze che servono per la loro vita, ma che sono tossiche rispetto all’organismo umano (per questo vengono chiamate tossine). L’utilizzo dei conservanti, rispetto a questo problema, mira quindi a minimizzare quanto più possibile la proliferazioni di batteri e anche la produzione di tossine.    Altro elemento di difesa deve essere posto contro le muffe: anche in questo caso l’acqua ha un ruolo importante; per convincercene basta pensare che spesso si trova la muffa vicino ad una parete se c’è un’infiltrazione di acqua e comunque si è in posti molto umidi.    Le muffe, che in alcuni prodotti sono molto apprezzate, pensiamo ad esempio al gorgonzola, in altri non sono proprio segno di grande conservazione: pensiamo se una mattina aprissimo il barattolino di crema idratatane  …e trovassimo la muffa!!!
Data l’importanza dell’acqua rispetto al problema della conservazione vale la pena fare una precisazione.    Molti prodotti contengono l’acqua come ingrediente principale o comunque in percentuali elevate, tuttavia non tutti sono suscettibili nella stessa misura all’attacco di batteri o muffe.    Perché?

apparecchio elettronico per la misura dell'attività dell'acqua

Più che la concentrazione di acqua, per valutare la possibilità di attacco da parte di batteri e muffe occorre valutare la cosiddetta “attività” dell’acqua.    Al di là di formule e definizioni, il concetto di attività dell’acqua non è molto complicato.    Proviamo a guardare al problema dal punto di vista dei piccoli batteri o delle muffe.    Affinché questi si accorgano della presenza di acqua, questa deve essere perfettamente riconoscibile e diciamo che l’acqua perfettamente riconoscibile è quella che determina l’attività dell’acqua e quindi potremmo dire la reale concentrazione di essa.    Insieme con quest’acqua ci saranno altre molecole sempre di acqua che però interagiscono direttamente con altre sostanze presenti nel prodotto in esame. In questo caso l’acqua non è perfettamente disponibile e quindi non potrà essere luogo ospitale per batteri e muffe.    Da ciò si capisce che anche molecole in grado di ridurre l’attività dell’acqua possono essere considerati conservanti.

Molti sistemi conservanti sono utilizzati da tantissimi anni ed in molti di questi casi solo recentemente se ne sono scoperte le ragioni.    Prendiamo il caso della carne (o anche del pesce) essiccata e conservata o del prosciutto: il sistema più antico di conservazione prevede l’utilizzo di cloruro di sodio (NaCl) il comune sale da cucina e di nitrato di sodio (NaNO3).    Il primo, serve per abbassare l’attività dell’acqua (in un certo senso è come se ne riducesse la quantità presente) mentre il secondo, divenuto pressoché indispensabile nell’industria delle carni in scatola e dei wurstel, attraverso una serie di reazioni è responsabile del colore rosso brillante e soprattutto impedisce la proliferazione di tossine e batteri anerobi tra cui il famoso C. Botulinum.

Consideriamo più da vicino i cosmetici.    Abbiamo detto che la presenza dell’acqua ci deve far pensare immediatamente alla possibilità di presenza dei batteri, muffe e tossine correlate; inoltre se escludiamo i saponi solidi che hanno un pH decisamente alcalino, la maggior parte dei prodotti cosmetici ha un pH compatibile con quello della pelle il che è sicuramente uno svantaggio rispetto all’abbattimento della carica batterica; altro dato da non dimenticare è la possibilità di irrancidimento di oli e burri.
A questo punto risulta ovvia la conclusione secondo la quale è necessario proteggere i cosmetici al fine di allungarne la vita ed utilizzarli in sicurezza.    Le idee si diversificano quando si cerca di arrivare alla soluzione del problema, vale a dire l’utilizzo dei conservanti.    I motivi per i quali intorno a questa categoria di sostanze c’è sempre un gran discutere sono diversi.
Si è scoperto come da taluni conservanti possano originarsi molecole di provata cancerogenità, oppure possano essere causa di allergie ed intolleranze o ancora possano essere sostanze potenzialmente tossiche.    Tutto questo non deve spaventarci perché l’utilizzo dei conservanti è regolamentato dalla legge in continua evoluzione; ogni settore in cui è contemplato l’uso di conservanti ha la sua giurisprudenza che dà indicazioni sull’uso di tali molecole sia rispetto al tipo da poter utilizzare e sia rispetto all’intervallo di concentrazione che deve essere presente in un certo prodotto.    Inoltre è molto importante pensare all’esposizione che abbiamo a certe sostanze; voglio dire che giustamente tutti test di tollerabilità, tossicità, cancerogenità vengono effettuati utilizzando dosi largamente superiori rispetto a quelle che poi vengono indicate sulla legge come limiti massimi di esposizione.    Inoltre la ricerca è continua per l’aggiornamento degli elenchi delle sostanze permesse o vietate per un certo utilizzo.

Sicuramente bisogna prestare particolare attenzione a quei prodotti che sembrano molto convenienti; se il prezzo è molto basso probabilmente il produttore ha utilizzato materie prime di bassa qualità e quindi anche conservanti di scarsa qualità a cui si associa spesso una maggiore probabilità di allergie o intolleranze.    Diffidiamo inoltre dei prodotti pubblicizzati come privi di conservanti: è soltanto uno specchietto per le allodole; facile che scorrendo lungo la lista degli ingredienti ritroviamo l’acido ascorbico, i tocoferoli o altri prodotti che vengono utilizzati “anche” come conservanti!
Normalmente in un cosmetico, ma in generale in un qualsiasi prodotto si utilizza più di un conservante, infatti nella categoria dei conservanti rientrano una serie di sostanze con attività diverse.
Ci sono alcuni conservanti che hanno la funzione di antiossidanti; con la loro attività evitano l’ossidazione di sostanze funzionali presenti nel prodotto in questione, evitano la degradazione di molecole, ancora possiamo dire evitano che il nostro prodotto “vada a male”.    Ci sono poi gli antimicrobici e qui dobbiamo considerare che un antimicrobico non è attivo allo stesso modo verso tutti i batteri; verso alcuni sarà più efficace, verso altri meno; l’utilizzo di più conservanti contemporaneamente allarga lo spettro di attività facendo in modo che non ci siano, nel prodotto, alterazioni di qualsiasi genere.    Un conservante antimicrobico mantiene bassa la carica batterica: l’obiettivo può essere raggiunto in modi diversi; alcuni conservanti hanno un meccanismo di azione noto, altri no.   In generale per distruggere ad esempio un batterio ci sono diverse strategie: si può distruggere la membrana cellulare, oppure si possono denaturare le proteine responsabili dello sviluppo e della replicazione delle cellule o bloccare i sistemi enzimatici necessari alla vita delle cellule.

colture batteriche in capsule Petri usate per alcuni challange test

Affinché una molecola sia classificata conservante, per un cosmetico, questa deve superare un test detto “challenge test” .   Con questo test il cosmetico a cui è stato aggiunto il sistema conservante, viene prima contaminato con una serie di batteri e funghi, quindi viene valutata la carica batterica al tempo di contaminazione; ad intervalli fissati e regolamentati viene effettuata nuovamente la conta batterica e lo si fa per 28 giorni.   Vengono valutati i risultati nel corso dei 28 giorni e alla fine si valuta la carica batterica in Unità Formanti Colonia al grammo (UFC/g) ed esistono precisi intervalli numerici in base ai quali ad un cosmetico viene associato da un basso ad un alto rischio.
Un conservante molto utilizzato è l’acido benzoico; normalmente viene immesso nella formulazione come sale corrispondente, cioè benzoato di sodio o di potassio (sodium benzoate/ potassium benzoate) ma è attivo solo ad un pH pari a 5; la molecola attiva non è infatti il benzoato, ma l’acido benzoico: fino a pH 5 troviamo l’acido benzoico, quando il pH a un valore più alto è prevalente la forma di benzoato.   L’acido benzoico è presente in molti prodotti naturali come ad esempio i mirtilli, ma quello che normalmente viene utilizzato è un prodotto di sintesi derivato dal toluene.   Il suo uso è indicato come sicuro alle concentrazioni previste dalla legge e può essere utilizzato come conservante alimentare, cosmetico e come eccipiente nei farmaci.    Per diverso tempo è stato oggetto di una polemica in quanto in presenza di acido ascorbico ed in determinate condizioni può dare una reazione che porta alla formazione di benzene.   In senso lato non si tratta di una bufala, nel senso che effettivamente la reazione può avvenire, ma come al solito bisogna osservare le condizioni in cui questa reazione può avvenire e le quantità di benzene prodotto.   Normalmente i prodotto contenenti acido ascorbico (vitamina C) vengono staccati in confezioni opache, che non lasciano passare i raggi solari e in questo modo viene meno la condizione principale affinché si abbia la reazione dell’acido ascorbico e l’acido benzoico.   Inoltre le quantità di conservante utilizzato sono davvero minime quindi si svilupperebbe una quantità di benzene davvero minima e non giudicata tossica, pericolosa o peggio ancora cancerogena.   Molto spesso l’acido benzoico viene utilizzato in maniera combinata con l’acido sorbico.   Anche in questo caso nella formulazione è presente uno dei suoi sali quindi è presente come sorbato di sodio o di potassio (sodium sorbate o potassium sorbate); il pH di azione è anche in questo caso acido (per questo si possono utilizzare contemporaneamente all’acido benzoico) quindi la forma attiva è quella acida.   Inoltre altro motivo che spiega l’uso concomitante dei due acidi è che quello benzoico è attivo contro i batteri (sia Gram + che Gram -) invece quello sorbico è attivo contro i funghi.   Anche l’acido sorbico è utilizzato come conservante alimentare e cosmetico e come eccipiente nei farmaci.   L’acido benzoico ha uno svantaggio; il suo potere di conservante non è altissimo quindi logica vuole che la ricerca abbia cercato di lavorare sulla sua struttura pensando che piccole modifiche potessero portare ad

fusti di metil-parabene stoccati in un magazzino

un aumento della capacità conservante mantenendo la sicurezza del prodotto stesso.   Sono nati così i parabeni.   Strutturalmente sono esteri dell’acido paraidrossibenzoico ed in particolare tra i più diffusi ci sono il metilparabene, l’etil parabene, il propil parabene e il butil parabene.   Sono conservanti utilizzati principalmente nei cosmetici ed in maniera ridotta nei cosmetici e nei farmaci; da lungo tempo sono molto attive polemiche su questa classe di composti e sono stati compiuti molti studi al fine di valutare la tossicità e soprattutto la cancerogenità.    L’ipotesi è che i parabeni possano penetrare attraverso la cute ed interferire con il nostro sistema endocrino.    Allo stato attuale diventa difficile avere dei dati certi rispetto a tale pericolo; il metil parabene e l’etil parabene sembra che non abbiano alcun effetto.   Sono stati, invece, messi in evidenza dei rischi tossici associati all’uso del propil parabene e del butil parabene.    Sicuramente i parabeni riescono a penetrare attraverso gli strati più interni della pelle e la loro azione dannosa è legata al fatto che probabilmente riescono a mimare gli estrogeni e quindi essere potenzialmente attivi nei riguardi dei tumori al seno; attualmente non sono però disponibili studi che accertino tale pericolo anche perché non sono mai stati effettuati studi per un periodo di tempo sufficientemente lungo da permettere conclusioni definitive in questo senso.

parabeni e congetture sulla loro eventuale attività "xeno-estrogenica"

Altri studi hanno verificato il coinvolgimento dei parabeni nelle irritazioni cutanee specie se associati all’esposizione solare; molti studi hanno evidenziato un’elevata percentuale di soggetti che sottoposti contemporaneamente a parabeni ed esposizioni solari (nelle dosi comuni di creme ed esposizioni solari estive) mostravano irritazioni cutanee.    Questo è uno dei casi in cui allo stato attuale ci sono solo dubbi; si parla di possibili danni, possibili rischi, ma poiché non c’è nulla di scientificamente dimostrato l’industria cosmetica può continuare a farne uso.    Resta sempre il diritto di scelta che il consumatore può esercitare nel momento in cui è informato.    Attualmente ci sono delle aziende di prodotti cosmetici che formula prodotti senza parabeni; sulle confezioni troviamo l’indicazione “paraben free”; sottolineo come al solito che non basta l’indicazione di naturale, verde per essere certi che non ci siano parabeni.    La prova “certissima” resta sempre l’INCI.

Oltre a queste caratteristiche proprie del cosmetico c’è da considerare un altro punto importante e cioè quello che succede una volta che la confezione è stata aperta.    A ben pensarci anche il tipo di confezionamento gioca un ruolo importante nella conservazione di un cosmetico.    Pensiamo per esempio ad una crema che è confezionata in un barattolo classico e quindi ogni volta che ne prendiamo un po’, stiamo “inquinando” il prodotto, anche se abbiamo le mani pulite (non sono sterilizzate); una crema che invece sia munita di dispenser ovvia a questo problema e quindi non c’è contaminazione dovuta all’utilizzo.   Inoltre in quest’ultimo caso, sarà molto limitata anche la quantità di ossigeno che entra in contatto con il cosmetico e abbiamo detto come questo sia un fattore da tener presente.   Anche in questo caso, il discorso dei costi è da tenere in considerazione.   Molto spesso siamo portati a pensare che il confezionamento di un prodotto sia soltanto il risultato di indagini di mercato volte a capire quale possa essere quello più comodo o quello più di moda in un particolare momento.   A volte è così, ma non sempre.   Il confezionamento e anche la modalità nella quale viene effettuato può aiutare nella conservazione di un prodotto e in generale nell’utilizzo dello stesso.   Anche in questo caso un basso costo può essere sintomatico di una bassa qualità e non solo di scarsa attenzione alla “bellezza” di una confezione.

Print PDF

Avete tra le mani un prodotto liquido per uso domestico e sulla confezione c’è scritto di dosarne un certo numero di millilitri (ml) o di centimetri cubi (cm3 o c.c.) e non avete idea di

Per prima cosa scegliete un contenitore trasparente quel tanto che basti per poter vedere attraverso di esso il livello raggiunto dal liquido al suo interno, anche nel caso in cui il liquido risultasse del tutto incolore.   Il mio suggerimento è quello di scegliere un contenitore che sia almeno in parte cilindrico, ovvero col le pareti parallele, evitando in questo modo di utilizzare quelli eccessivamente bombati o conici o peggio ancora con sagome strane e forme in rilievo.   A titolo di esempio riporto qui a lato alcune immagini di contenitori adatti a questo scopo.

DIGRESSIONE SU PESO SPECIFICO E DENSITA’

Perché dovremmo parlare di densità e non di peso specifico?   Dietro a questa semplice domanda si aprirebbe a dire il vero una piccola-grande diatriba che i divulgatori della fisica si trascinano dietro da anni…  per dirla in due parole: quello che noi abitualmente siamo soliti chiamare il “peso” di un oggetto o di una sostanza, in realtà non dovrebbe essere chiamato peso bensì massa, fermo restando tutte le unità di misura alle quali siamo abituati, ovvero grammi, chilogrammi, tonnellate, ecc.   Quello che i fisici chiamano scientificamente come “peso” sarebbe in realtà una forza, la forza con la quale l’oggetto è richiamato verso terra (o, se volete, con la quale esso preme sul piatto di una bilancia), grazie a quella che comunemente di indica come “forza di gravità” e che in realtà, dal punto di vista fisico, dovrebbe essere chiamata “accelerazione” di gravità terrestre.  Non per niente si apprende fra le prime nozioni di fisica che una forza che agisce su un corpo è data dal prodotto della sua massa per l’accelerazione che agisce su di essa.

Da qui il fatto, noto a molti di noi almeno come nozione appresa, che andando sulla luna, su un altro pianeta o comunque molto molto lontano dalla terra (ovunque la gravità, ovvero “l’accelerazione di gravità” sia minore) lo stesso oggetto peserebbe molto di meno.  Peserebbe di meno anche se appoggiato sul piatto di una bilancia.   Seppur su scala molto ridotta, questo effetto lo si potrebbe registrare, sempre restando sul nostro pianeta, semplicemente passando dal livello del mare alla montagna d’alta quota.

Quindi il peso non è un indice assoluto per misurare la quantità di una data sostanza perché risente dell’entità dell’accelerazione di gravità.   Un valore sicuramente più assoluto è invece quello della massa che, specie per materiali complessi come sono le miscele di sostanze chimiche, non ultimi gli stessi ingredienti alimentari, può essere considerata un ottimo modo per misurare la quantità del materiale trattato.

Quello che a livello popolare viene quindi definito come “peso specifico” dovrebbe quindi a maggior rigore essere definito come “massa specifica”, se vogliamo che diventi una caratteristica intrinseca del materiale considerato.   La massa specifica è più brevemente indicata come “densità”.

Ma qui il fraintendimento sta ancora in agguato nei termini.  Un po’ tutti abbiamo ben fissata nella mente l’immagine di un liquido “denso” come un liquido che fatica a scorrere, sciropposo, oleoso, molto viscoso…  Ecco: per questo genere di materiali il termine “denso” è usato a sproposito e dovrebbe essere sostituito con l’aggettivo “viscoso”.   L’olio è certamente più viscoso, ma meno denso dell’acqua, ed è per questo che galleggia sopra ad essa.   Il concetto di densità può essere applicato ovviamente anche a materiali non liquidi, come ad esempio gas o solidi: l’acciaio è più denso dell’acqua ed è per questo che dadi e bulloni di acciaio non galleggiano ma stanno a fondo in un bicchiere d’acqua.

A livello più microscopico, mentre la viscosità è motivata dall’inerzia con la quale le molecole si oppongono ai loro spostamenti reciproci indotti dall’esterno, in pratica allo “scivolamento” di una molecola sull’altra che si verifica durante il trasferimento o il mescolamento del liquido, la densità dipende invece da quanto le molecole risultano fra loro compattate, con la capacità di riempire più o meno bene un certo volume con un numero più o meno grande di molecole.   Essendo ovviamente le molecole, con i loro atomi, e non lo spazio vuoto fra una molecola e l’altra, a determinare la massa di un corpo, anche di un liquido, più le molecole risultano “addensate” fra loro, più la densità del materiale risulterà elevata.

Quindi la densità dovrebbe essere correttamente “immaginata” come la quantità di materia, o anche la quantità di massa, che sta racchiusa in un volume unitario (es. 1 litro) di sostanza.  In termini microscopici, una specie chimica le cui molecole restano ben impaccate l’una vicina all’altra, minimizzando gli spazi vuoti, risulterà essere più “concentrata” dello stesso volume e pertanto avrà densità più elevata.

Quindi, riassumendo, avevamo inizialmente a che fare con ben 3 diverse confusioni lessicali: massa/peso, da questa peso specifico / densità, ed infine densità/viscosità.   Spero che dopo questa breve spiegazione i principali dubbi siano stati dissolti e si possa iniziare ad utilizzare in modo appropriato la grandezza della densità, almeno per quanto riguarda il caso in vero un po’ semplificato rappresentato dai liquidi.   Fatta questa digressione, dal momento che non è comunemente possibile, almeno a livello domestico, effettuare con una bilancia o con altra strumentazione una misura della massa svincolata dall’accelerazione di gravità e che quest’ultima può essere intesa come sufficientemente costante nell’ambito della superficie terrestre, accetteremo il compromesso verbale di utilizzare, come da consuetudine, la parola “peso” dove a rigore dovrebbe essere utilizzato il termine “massa”

In un prossimo post introdurremo invece concetti più appropriati per la misura della densità dei materiali solidi (dalle polveri ai granuli, fino ad oggetti interi), particolarmente utile ad esempio per il riconoscimento della natura dei medesimi e per la valutazione delle loro caratteristiche, come ad esempio la differenza fra densità apparente e la densità assoluta e gli strumenti, anche di natura domestica, utilizzabili per la misura di questi valori.

LA GRADUAZIONE DEL MISURINO

Torniamo ora al problema pratico della graduazione del nostro contenitore.
Se riuscissimo a trovare una sostanza particolare, un caso davvero speciale, la cui densità fosse esattamente uguale ad 1, significherebbe che un millilitro di questa peserebbe esattamente un grammo, ovvero un litro peserebbe un chilo, ovvero ancora un metro cubo (1000 litri) peserebbe una tonnellata. Guardiamoci un po’ intorno alla ricerca di questa specie di stele di Rosetta dei liquidi… E’ l’acqua!!!
In realtà non si tratta di un caso: per ovvie ragioni di abbondanza e di importanza la densità dell’acqua è servita in passato come riferimento per esprimere la densità di tutti gli altri materiali.
In particolare il riferimento pari esattamente ad 1 g/ml è quello relativo all’acqua pura alla temperatura di +4°C alla pressione di 1 bar, ovvero al livello del mare.

Pertanto per il caso speciale dell’acqua, essendo la densità pari ad 1, il valore numerico del peso in grammi “solo per questa sostanza” sarà esattamente uguale al volume in millilitri. Ad esempio 23 ml di acqua pesano esattamente 23 grammi, ed ovviamente viceversa. Quindi se vogliamo graduare il nostro misurino a 47 millilitri, è sufficiente che lo mettiamo sul piatto della bilancia, azzeriamo la tara ed aggiungiamo gradualmente acqua fino al raggiungimento del peso di 47 g. A questo punto appoggiamo il misurino sul piano del tavolo, mettiamoci con lo sguardo a livello dell’intefaccia liquido-aria (praticamente mettiamoci allo stesso livello di altezza del liquido) e segniamo con il pennarello la linea che corrisponde al livello dell’acqua: 47 g, “ovvero” (solo per l’acqua) 47 ml.
Parlare di centimetri cubi o cc è del tutto equivalente a parlare di millilitri (ml), come d’altronde un decimetro cubo (ovvero un volume corrispondente ad un cubo di 10x10x10 cm) corrisponde a quello che siamo abituati a chiamare litro.

Ovviamente il misurino non ci servirà nel futuro per misurare l’acqua ma un liquido differente che avrà quasi certamente densità diversa, maggiore o minore, rispetto a quella dell’acqua. Ma a questo punto nessun problema: se per l’acqua la graduazione che abbiamo tracciato poteva misurare indifferentemente il volume o l’equivalente in peso, per le altre sostanza con densità diverse da uno, la stessa tacchetta continuerà a misurare un volume corretto, ma semplicemente esso non sarà più numericamente equivalente al peso del liquido.

Possiamo fare molte tacchette sullo stesso contenitore, riferite a volumi diversi di acqua.
Se il contenitore è perfettamente cilindrico, senza restringimenti o allargamenti, ovvero di sezione costante, possiamo per esempio segnare una tacchetta in corrispondenza di un volume molto piccolo (es. 10 ml, corrispondenti a 10 g di acqua) ed una in corrispondenza di un volume molto grande (es. 100 ml): con righello e pennarello possiamo quindi dividere la distanza fra queste due tacchette in un numero uguale di tacche più piccole: ad esempio la differenza 100 ml – 10 ml = 90 ml può agevolmente essere divisa in 9 tacche uguali. Se la distanza sulla bottiglietta fra le due tacche è, facciamo un’ipotesi, di 13 cm, 13 cm diviso 9 fa circa 1.4 cm, ovvero 14 mm. Sarà per tanto possibile riportare un tacchetta ogni 14 mm che rappresenterà la graduazione di 10 ml.
Possiamo anche utilizzare contenitori che alla base o in cima non hanno forma cilindrica, magari per via di uno svasamento o di un collo, purché la graduazione venga effettuata solo nella zona cilindrica del contenitore.
Se invece non fossimo riusciti a procurarci un misurino in alcun modo cilindrico, per effettuare graduazioni intermedie dovremmo ripetere numerose volte la pesata di quantità diverse di acqua, togliendo ogni volta che abbiamo pesato il contenitore dalla bilancia, appoggiandolo sul piano e segnando il nuovo livello raggiunto dall’acqua, con insieme il valore numerico letto sulla bilancia.
Il noto contenitore di forma conica usato nei laboratori chimici ma anche in alcune case, la beuta o matraccio di Erlenmeyer, riporta di solito stampata sulla sua superficie una graduazione che è solo un’indicazione approssimata del suo volume: la principale complicazione è rappresentata in questo caso dall’inclinazione delle pareti che fa sì, come è possibile notare in figura, che le tacche di graduazione non siano distanziate in modo costante l’una dall’altra, ma si avvicinino fra loro al crescere del diametro della sezione del contenitore.

Solo un’ultima raccomandazione relativa alla temperatura: come ci insegna il principio di funzionamento dei vecchi termometri a mercurio, o se volete anche quelli ad alcol… comunque dei classici termometri “a colonnina”, il cui zona colorata (costituita da un liquido) “si alza”, ovvero sale di livello, in relazione alla temperatura dell’ambiente, il volume del liquido è dipendente dalla temperatura.
“Solitamente” il volume cresce al crescere della temperatura anche se non tutti i liquidi rispondono nello stesso modo alla medesima variazione della temperatura.
Pertanto se abbiamo graduato il nostro misurino in una calda giornata estiva e poi pensiamo di utilizzarlo in un gelido inverno per dosare un liquido in ambiente esterno, e siamo così sfortunati da avere a che fare con un liquido caratterizzato da un elevato “coefficiente di dilatazione termica” (il valore che indica di quanto si dilata il volume per ogni grado di aumento della temperatura), la graduazione effettuata potrebbe risultare di fatto un po’ sfalsata rispetto alla realtà. Anche la stessa acqua varia il suo volume, a parità di peso, in funzione della temperatura: nella figura qui a fianco si può vedere come essa passi da 1 g/ml esatto alla temperatura di +4°C (al livello del mare) a 0.9718 g/ml ad 80°C. Da un esame superficiale dei numeri il valore della sua densità non sembra essere cambiato di molto, eppure tale variazione corrisponde ad un “errore” (nel caso in cui utilizzassimo lo stesso misurino per le due temperature) di quasi il 3%. Per altri liquidi, come ad esempio quelli a base alcolica e per molti combustibili, questo errore sarebbe decisamente maggiore.

E SE VOLESSIMO SVINCOLARCI DALLA TEMPERATURA?

In questo caso, se volessimo effettuare delle misure sia più precise che più accurate ad ogni temperatura di lavoro, il mio suggerimento è quello di iniziare a ragionare in termini di peso (ehm… di “massa”), anziché di volume. Questo per due diverse ragioni, entrambe altrettanto valide: la prima è di natura scientifica ed è relativa all’invarianza del peso in relazione alla temperatura: se preleviamo da un flacone10 g di un antiparassitario da diluire e li mettiamo in un bicchierino, questi peseranno sempre 10 g indipendentemente dalla temperatura e persino dalla pressione alla quale saranno esposti (ovviamente a meno che una parte del prodotto evapori). La seconda ragione è di natura pratica: tanto in laboratorio quanto e soprattutto in casa, sono molto più affidabili gli strumenti in grado di misurare il peso (le bilance) piuttosto che quelli in grado di misurare il volume (contenitori graduati, pipette, contagocce, matracci, pompe, misuratori elettronici di varia natura, ecc).
Il problema è che, a differenza dell’acqua, gli altri liquidi hanno una densità solitamente diversa da 1 e di solito non conosciuta a priori. Come possiamo allora trasformare la dose di liquido richiesta in volume nella corrispondente dose in peso, invariante con la temperatura?

Niente di più facile: prendiamo il contenitore che abbiamo appena graduato e misuriamone la tara su un bilancino sensibile da cucina, uno di quelli in grado di misurare i singoli grammi, meglio se addirittura i decimi di grammo. Quindi riempiamolo fino ad una certa tacca con il liquido da valutare, ad esempio fino alla tacca che segna i 25 ml. Misuriamo il peso sulla bilancia di questi 25 ml netti di liquido (es. 30 g).
Dividendo il peso (in grammi) per il volume (in ml o cc) otteniamo la densità, espressa in g/ml o se preferite in g/cc, riferita a quello specifico liquido ed alla temperatura della misura, possibilmente quella ambientale (circa 20°C).

Densità  =  peso [g]  /  volume [ml]   =  30 g / 25 ml  =  1.2 g/ml

Immagino che chi ha compilato le istruzioni e le dosi di impiego di un prodotto liquido, se non si è espresso diversamente, intendesse riferirsi a condizioni volumetriche misurabili a temperatura ambiente.
Per ottenere il peso in grammi corrispondente alla quantità in volume indicata dal produttore (es. 80 ml), si moltiplica il volume richiesto per la densità appena calcolata per quel dato liquido:

Peso [g]  =  volume [ml]  x  densità [g/ml]  =  80 ml x 1.2 g/ml  =  96 g

Quindi 96 g del liquido in questione, tanto in una fredda giornata invernale quanto in una torrida estiva, saranno equivalenti alla quantità di prodotto che, riportata a temperatura ambiente, corrisponderà ad un volume di 80 ml (o 80 cc) dello stesso liquido.

Print PDF

Stiamo ovviamente parlando del sudore, ovvero di quel liquido escreto a livello cutaneo da circa 3 milioni di minuscole ghiandole sudoripare disperse su un po’ tutta la nostra superficie corporea e che danno ragione di un volume giornaliero di liquido prodotto che varia da mezzo litro a quasi dieci litri in ragione dell’attività fisica che realizziamo, del clima e di caratteristice genetiche e personali. Lo so, anch’io sono rimasto esterrefatto quando ho appreso di questi volumi in quanto mi sarei aspettato dei numeri decisamente inferiori: per quale ragione allora i nostri vestiti e la nostra pelle non restano costantemente inzuppati? La ragione stessa ragione per la quale che giustifica la produzione stessa del sudore: perché evapora.

Se consideriamo l’estensione della superficie corporea (anch’essa al di sopra delle aspettative: vedere calcolo in appendice all’articolo), immaginiamo (anche se non è esattamente così) di distribuire su di essa in modo uniforme e nell’arco dell 24 ore questo volume di liquido e facciamo qualche calcolo, ci accorgiamo che il sudore stesso evapora per lo più in modo istantaneo non appena viene prodotto, in modo sicuramente più rapido di quando laviamo il pavimento di una stanza con qualche litro di acqua. Abbiamo infatti la percezione di essere sudati solo nei momenti, di solito minoritari nell’arco della giornata, nei quali la velocità di produzione di sudore supera quella di evaporazione.

A differenza dell’ebollizione, l’evaporazione è un fenomeno di vaporizzazione che coinvolge solo la superficie del liquido, ovvero il suo strato di contatto (o interfaccia) con l’atmosfera. Pur realizzandosi ad una temperatura anche di molto inferiore rispetto a quella di ebollizione per quella data pressione (ad esempio i classici 100°C per l’acqua alla pressione di 1 atmosfera, ovvero al livello del mare), ad esempio alla temperatura ambientale, l’evaporazione è un fenomeno in generale più lento e che dipende nella sua velocità relativa da una moltitudine di fattori differenti quali la concentrazione della stessa sostanza nello strato aeriforme soprastante (tadotto nel caso del sudore: dall’umidità dell’aria), ovviamente dalla temperatura, dal trasferimento di massa interno al liquido (mescolamento) ed all’interno dello strato aeriforme soprastante (vento o comunque movimento dell’aria), ed infine dall’estensione dell’interfaccia liquido-atmosfera. La condizione migliore per garantire una veloce evaporazione per un dato liquido, come è facile immaginare a questo punto, quella di trovarsi con un liquido distribuito in uno strato sottile, continuamente rimestato, a temperatura elevata, sotto un’atmosfera “secca” (a bassa concentrazione di quella specifica molecola allo stato di vapore) ed anch’essa in movimento.
Consideriamo la questione relativa all’estensione della superficie di interfaccia. Basti bensare a quanto tempo può impiegare, alla stessa temperatura e nella stessa stanza, un litro d’aqua ad evaporare da una bottiglia stappata (magari dopo due settimane il livello sarà sceso di soli pochi centimetri) rispetto alla velocità che la stessa operazione potrebbe avere se lo stesso litro d’acqua lo avessimo introdotto in una bacinella larga e bassa, o addirittura ai pochi minuti che avrebbe impiegato per evaporare se lo avessimo distribuito su tutto il pavimento della stanza. Il caso del sudore sulla nostra superficie corporea corrisponde molto da vicino a quest’ultima casistica, con la variante rappresentata dal fatto che il sudore non arriva sulla nostra pelle tutto insieme come l’acqua del risciacquo ma viene prodotto (e quindi evaporato) in modo piuttosto distribuito nell’arco della giornata.
Questione concentrazione di sostanza nello strato aeriforme sovrastante il liquido: è noto a tutti che quando il clima è molto umido a parità di temperatura ambientale, ad esempio nelle giornate estive di afa, sudiamo di più. In realtà la situazione è leggermente diversa: non è la produzione di sudore ad essere incrementata, tantomeno come qualcuno ipotizza “l’umidità che ci si appiccica addosso”, bensì è la velocità di evaporazione del nostro sudore ad essere limitata e pertanto questo sudore si accumula sotto forma di strato liquido sulla nostra pelle e sui nostri vestiti.
Infine il movimento dell’aria, ovvero il vento, quello naturale o indotto dalla presenza di un ventilatore in una stanza: il movimento dell’aria consente il contuo ricambio degli strati di aria immediatamente a contatto con la pelle e quindi con l’interfaccia del sudore liquido, con strati nuovi di aria a concentrazione più bassa di umidità, favorendo l’evaporazione del sudore.
Ed il refrigerio che in tutto questo proviamo è la ragione stessa, non l’unica ma sicuramente una di quelle principali, per la quale l’evoluzione ha favorito nella classe animale dei mammiferi la capacità di sudare in quanto prerogativa generalmente vantaggiosa, ovviamente con tutti gli opportuni distinguo specifici del caso.

L’evaporazione di un liquido richiede chiaramente calore. Il liquido evaporando sottrae questo calore dal sistema, ad esempio dal corpo sulla cui superficie è distribuito, e lo restituisce alle particelle a questo punto aeriformi della sostanza evaporata sotto forma di energia cinetica. La superficie di evaporazione, e in ragione della sua cnduttività termica anche il corpo sottostante, impoveriti di energia termica vedono di conseguenza ridursi la loro temperatura: in pratica si raffreddano. A parità di temperatura del corpo e dell’ambiente circostante, se favoriamo in qualche modo l’evaporazione del film di liquido presente sul corpo (es. il sudore), ad esempio tramite la ventilazione dell’ambiente, favoriremo anche l’abbassamento della temperatura del corpo.

Come anticipato poc’anzi non è facile trovare una descrizione fisica precisa, ovvero un’equazione perfettamente definita, per descrivere e magari anche prevedere il fenomeno dell’evaporazione. Un’equazione a carattere generale, e proprio per questo sempre piuttosto approssimata nei casi concreti, è quella che deriva di derivazione daltoniana:

• D = diffusività del vapore d’acqua
• δ = spessore dello strato limite di liquido
• ρs = densità vapore d’acqua su superficie evaporante
• ρr = densità vapore d’acqua su interfaccia strato limite-atmosfera
• λ = calore latente di vaporizzazione

Anche senza scendere troppo nei particolari della formula, si può notare come essa racchiuda una sintesi di un po’ tutti i fattori in gioco descritti finora a parole.

Volendo ricercare delle relazioni che descivano in modo più rispondente specifiche realtà evaporative, uno dei fattori più imprevedibili che entrano in gioco è quello relativo alla resistenza alla diffusione del liquido legato alla natura chimico-fisica o semplicemente morfologica della superficie sulla quale esso è distribuito. Ad esempio per valutare l’evaporazione di acqua dalle piante si utilizza spesso la seguente equazione, sicuramente più complessa sia dal punto di vista matematico che concettuale:

• ψs = tensione di vapore su superficie evaporante
• ψr = tensione di vapore su interfaccia strato limite atmosfera
• Ra = resistenza alla diffusione
• Rt = resistenza aggiuntiva, tenendo in considerazione che l’acqua non è direttamente a contatto con l’atmosfera ma si trova all’interno di tessuti vegetali

Ra, Rt ed eventuali altri fattori moltiplicativi, per quanto determinanti, sono comunque specifici del modello che andiamo a studiare e variano a seconda del fatto che si condieri ad esempio l’evaporazione del contenuto acquoso cellulare in vegetali sottoposti ad essiccamento (volendo anche i funghi messi a seccare in cucina), l’evaporazione dell’acqua dagli oceani o magari quella del sudore dalla nostra pelle.
Si sarà notato che in entrambe i casi, più generale e più specifico, compare il coefficiente λ, definito come “calore latente di vaporizzazione”. Esso è in qualche modo il vero cuore della questione e già di per sé potrebbe aiutarci intuitivamente a comprendere la ragione per la quale un liquido può raffreddare la superficie dalla quale evapora. Il calore latente associato ad una trasformazione termodinamica (non solo l’evaporazione, ma anche la fusione, la sublimazione o qualsiasi altra transizione di stato) è definito come la quantità di energia per unità di massa necessaria allo svolgimento di questa trasizione o pasaggio di stato. La sua unità di misura è il J/Kg, ovvero il Joule (unità di misura dell’energia) per chilogrammo di materia trasformata.
Durante una transizione di fase, nel caso specifico durante l’evaporazione, l’energia fornita (nel nostro caso assorbita dal corpo) non va ad incrementare la temperatura del sistema, ovvero né del liquido, né nel corpo solido né dell’atmosfera dove avviene il passaggio a vapore; al contrario, questa energia energia assorbita va ad agire sulla forza dei legami intermolecolari, che nel caso dell’evaporzione vengono “allentati” nel passaggio dalla forma liquida a quella aeriforme della stessa sostanza. Tutto questo è descritto in modo più preciso dalla cosiddetta “teoria cinetica dei gas”.
Trasportato nel caso dell’evaporazione del sudore dalla pelle, questo spiega la ragione per la quale non è tanto il sudore a raffreddarsi (se lo fa è da considerarsi solo come una sorta di effetto indiretto) quanto il corpo sottostante. L’evaporazione del sudore, e quindi a monte anche la sua produzione, come strategia biologica per mantenere la termoregolazione corporea dal momento che, come noto, al di sopra dei 40-41°C, come nei casi degli stati febbrili più gravi e prolungati, iniziano ad avvenire le prime forme di degradazione dei tessuti biologici viventi (es. alcune proteine iniziano a degradarsi già a partire da queste temperature).

In realtà quando parliamo di sudore confondiamo spesso l’esistenza di due tipologie ben distinte di liquidi prodotti, con composizione chimica e funzioni biologiche molto diverse, prodotte da due tipi di ghiandole che in effetti hanno ben poco a che fare l’una con l’altra, salvo per il fatto che espellono entrambe il loro secreto a livello di superficie cutanea, seppur in zone preferenizli del corpo spesso differenti.
Abbiamo da un lato quello che io chiamerei il sudore vero e proprio: una soluzione acquosa molto diluita di sali minerali, contenenti solo poche tracce di molecole differenti quali urea e cresoli (isomeri del metil-fenolo). La concentrazione di questi sali, in gran parte costituiti dagli ioni sodio, potassio e cloruro, è di circa 110 millimoli/litro, quindi inferiore rispetto ai 9 g/l di sodio cloruro di una tipica “soluzione fisiologica”, ed è per questo che è definita ipotonica: di fatto l’organismo non ha il minimo interesse ad espellere sali minerali, rischiando di impoverirsene con gradi conseguenze per la sua fisiologia, non essendo per di più utili per il fenomeno di raffreddamento del corpo per evaporazione del sudore stesso. Questo sudore è escreto da ghiandole a secrezione esterna di tipo eccrino, decisamente la maggioranza della ghiandole sudoripare del nostro corpo, distribuite un po’ ovunque ma soprattutto sulla superficie del palmdo delle mani e dei piedi, delle ascelle ed intorno agli orifizi corporei facciali e ano-genitali.
Questo tipo di liquido, il sudore per antonomasia, è prodotto nella specie umana da bamini ed adulti, maschi e femmine, e non ha di per sé stesso un particolare odore: sali minerali ed urea sono di per sé inodori e gli altri composti organici presenti o sono anch’essi poco odorosi o sono presenti ad una diluizione tale da non incidere significativamente sulle qualità olfattive del nostro corpo.

Chlamydosaurus kingii

Una tipologia molto diversa di secreazione cutanea, tuttavia solitamente assimilata al sudore precedentemente descritto, è invece prodotta da un genere diverso di ghiandole a secrezione esterna, dette ghiandole sudoriparie apocrine. La diversità risiede in primo luogo nella genesi di questa secreazione: a differenza delle mesocrine, le ghiandole apocrine riversano sull’epidermide, attraverso il loro dotto deferente (canalicolo che sfocia solitamente in corrispondenza di un pelo, o di quello che ne rimane) un fluido che consiste essenzialmente nel contenuto citoplasmatico delle cellule ghiandolari.

sezione di derma con annessi

Come dicevamo, la composizione della secreazione delle ghiandole apocrine differisce in modo sostanziale da quella delle eccrine. Già il colore risulta essere diverso, essendo quello delle ghiandole apocrine più tendente al giallino; il contenuto lipidico è maggiore, pur senza attribuire al secreto stesso le qualità di un olio; infine trattandosi in qualche modo di un riversamento in ambiente esterno del contenuto cellulare è normale apettarsi concentrazioni di specie organiche più elevate, ad iniziare dalle proteine, proseguendo per gli acidi organici per terminare con sostanze più specifiche di tipo steoidico.
Più di 200 componenti sono stati finora identificati nel sudore umano. Fra questi particolarmente “critici” risultano essere alcune specie chimiche classificate come acidi carbossilici (quindi di natura organica), alifatici ramificati e a catena medio-corta. Una caratteristica di rilievo che accomuna solitamente le molecole che corrispondono a questa descrizione è quella di presentare un odore molto intenso e decisamente non gradevole.
Le strutture molecolari dei principali acidi carbossilici con caratteristiche maleodoranti rinvenibili nel sudore umano (specie inseguito ad attività fermentativa batterica) sono riportate nella seguente figura:

L’acido 3-metil-trans-2-esenoico è stato definito da taluni con il provocatorio appellativo di “ascella in barattolo” ed è stato isolato dall’istituto Monell Chemical Senses di Filadelfia proprio a partire dal sudore ascellare; l’acido 4-etil-ottanoico invece, pur presente nel sudore umano, ricorda di più con il suo odore alcune essenze animali, in particolare l’odore del caprone maschio. L’acido 3-metil-butanoico (detto anche acido isovalerico) ha invece un odore più indefinito, comunque sgradevole, descritto da qualcuno come l’odore tipico che si percepisce negli spogliatoi umidi degli impianti sportivi: viene peraltro riportato il fatto che una parte della popolazione umana, circa il 3%, risulta geneticamente incapace di percepire questo odore.
Questi acidi organici si collocano a metà strada, in termini di peso molecolare, lunghezza della catena e volatilità fra i primi termini della serie degli acidi carbossilici, molto volatili e per certi versi “aggressivi”, ed i composti più pesanti che sono rappresentati dagli acidi grassi, di natura oleosa o cerosa, pochissimo volatili e comunque inodori. La serie degli acidi carbossilici a corta inizia con il formico contenente un solo atomo di carbonio (odore ed effetto urticante delle formiche rosse e dell’ortica, che contengono entrambe questo acido), a cui segue l’acido acetico a due atomi di carbonio (che da ragione dell’odore caratteristico dell’aceto) e prosegue con gli acidi propionico e butirrico, rispettivamente C3 e C4, che caratterizzano l’odore di formaggio rancido che talvolta si ritrova in alcuni insilati fermentati di origine foraggiera utilizzati come alimento per il bestiame. Gli stessi acidi propionico e butirrico sono per altro responsabili di una parte sostanziale dell’odore che si può sviluppare in seguito a fermentazione batterica in carenza di ossigeno (quindi in micro-ambienti con poca aerazione) a carico dei componenti organici contenuti nel sudore: è il caso dei piedi stretti in calzature poco traspiranti, fonte come tutti sappiamo di odori non propriamente gradevoli. L’acido butirrico in particolare è spesso il punto di arrivo della fermentazione batterica anaerobica realizzata da batteri dei generi Fusobarterium, Clostridium, Butyrivibrio ed Eubacterium a carico idalmente di glucosio, ma nella pratica anche di metaboliti intermedi facilmente presenti sulla pelle sudata; l’essere umano riesce a perepirne olfattivamente concentrazioni anche molto ridotte, fino al limite di 10 parti per milione, mentre il cane riesce a raggiungere le 10 parti per bilione di soglia olfattiva.

Effettivamente, in aggiunta agli acidi carbossilici ramificati descritti nella tabella precedente, sono numerose le molecole organiche maleodoranti (o ritenute tali dalla nostra cultura) che, pur non essendo contenute direttamente nel sudore, possono essere prodotte a partire dalle molecole organiche in esso conteute in seguito al loro metabolismo da parte dei batteri e lieviti che vivono naturalmente sulla nostra pelle. In questo caso non soltanto le secrezioni ricche di sostanze organiche prodotte dalle ghiandole apocrine, ma in una certa misura anche le ridotte concentrazioni di sostanze organiche inizialmente inodori contenute nell’essudato “limpido” delle ghiandole sudoripare eccrine possono giustificare, seppur in modo indiretto, l’insorgere di odori corporei sgradevoli: è il caso dell’odore che insorge quando, a seguito di un’attività sportiva intensa che ha comportato sudorazione con finalità di termoregolazione, non si sia provveduto ad una tempestiva doccia. L’intervento cosmetico preventivo nei confronti di questa situazione fa ricorso ai cosidetti deodoranti, denominazione questa sotto la quale dovrebbero ricadere, almeno secondo la definizione merceologica, prodotti che inibiscano l’attività fermentativa di questi batteri ed eventualmente mascherino l’odore delle molecole volatili eventualmente prodotte mediante profumazioni intense e gradevoli.

Un’azione del tutto differente è invece svolta dai cosiddetti antitraspiranti, prodotti questi in grado di ostacolare “a monte” il riversamento di sudore sull’epidermide a partire dalle ghiandole sudoripare (N.B. la seguente descrizione non costituisce esaltazione o giustificazione etica o medica per l’impiego di tali prodotti antitraspiranti).
Uno dei modi più frequenti per arrivare a questo risulato è quello semplicemente di occludere i canalicoli con i quali le ghiandole sudoripare, eccrine ed apocrine, riversano il loro contenuto sull’epidermide, attraverso la formazione di un gel insolubile, nel più dei caso formato da idrossido di alluminio. Nei deodoranti ad azione antitraspirante, oserei dire la maggioranza di quelli in formato spray venduti in Italia dei quali mi sia capitato finora di leggere l’elenco dei componenti, contiene derivati salini dell’alluminio quali il cloruro, il cloridrato o il cloridrato misto di alluminio e zirconio.
Un po’ tutti questi composti dell’alluminio, a partire proprio dal tradizionale cloruro, mostrano caratteristiche acide (l’alluminio in sé è un elemento anfotero) ed astringenti: una loro prima azione si può quindi manifestare tramite il restringimento del dotto deferente delle ghandole sudoripare, ovvero del canalicolo con il quale queste scaricano il sudore sull’epidermide. Il seconda battuta le molecole riconosciute come astringenti, al pari dei prodotti utilizzati per la concia delle pelli, provocano una denaturazione delle proteine, specie di quelle solubili, con la conseguenza di favorire l’occlusione degli stessi canalicoli. Un’azione più “sottile” esplicata da questi sali di alluminio è quella di alterare il potenziale elettrico lungo il dotto sudorifero che alla sua imboccatura ha solitamente un potenziale negativo, tramite l’introduzione di una catione come quello dell’alluminio avente ben tre cariche positive. In aggiunta a tutto questo il pH acido di questi composti dell’alluminio contribuisce ad una generale azione batteriostatica.
Un ultimo effetto di questi composti dell’alluminio deriva dal fatto che essi almeno in parte si idrolizzano in ambiente acquoso, specie se in condizioni di scarsa acidità, formando idrossido di alluminio. Quest’ultimo, già di per sé di struttura gelatinosa, fa incontro a reazioni di disidratazione con la perdita di molecole di acqua fra i gruppi ossidrilici –OH di molecole fra loro vicine, con la formazione di un reticolo di atomi di alluminio tenuti insieme da ponti ossigeno ed in parte ancora dotati di gruppi –OH residui ai quali si legano per legami idrogeno molecole d’acqua che contribuiscono a mantenere la struttura in forma di gel. Oltre a contribuire all’occlusione degli stessi canali sudoriferi, tale gel svolge un’azione legante, quasi sequestrante nei confronti dell’acqua libera, che ha come conseguenza la riduzione dell’umidità effettivamente disponibile per l’attività biologica del batteri, compresi quelli responsabili della formazione delle sostanze maleodoranti già descritte. Anche altri ingredienti cosmetici inorganici, usati soprattutto nei prodotti in polvere, agiscono in questo senso: fra di essi i casi più conosciuti sono quello del talco (fillosilicato di magnesio) e della silice (silicio diossido).

Significativo è il fatto che i deodoranti veri e propri sono classificati dall’americana Food and Drug Amministration (FDA) come cosmetici, mentre gli antitraspiranti sono considerati alla stregua di mediciali, anche se questa classificazione non sembra per il momento rispecchiare differenti modalità di commercializzazione o di pubblicizzazione di queste due linee di prodotti almeno in Italia.

esempio strutturale di clatrato

Infine una nota che sicuramente molti lettori stavano attendendo: i feromoni (o ferormoni: entrambe le diciture risultano corrette) contenuti nel sudore.
Già, perché se la natura ha provveduto già da sola a dotarci di attrattivi naturali dei più potenti, anche perché in grado di comunicare a livello pressoché subliminale, e non solo nelle dinamiche dell’attrazione sessuale, noi abbiamo pensato bene di rimuoverne dalla nostra epidermide possibilmente fino all’ultima traccia rilevabile, per poi investire tempo e denaro per ricoprirci di nuovi profumi, spesso sempre con finalità attrattive, soltanto meno efficaci.
Molecole di riconosciuto potenziale feromonale umano, tutte accomunate da uno scheletro steroidico, sono state rinvenute nel secreto delle ghiandole apocrine, che guarda caso iniziano a secernere il loro prodotto solo a partire dalla pubertà, in particolare in quelle ascellari. Nella figura seguente sono riportate tre delle molecole più note alle quali viene attribuito un possibile effetto ferormonale attrattivo di tipo sessuale:

Di per sé stesse queste molecole, in verità non poi così volatili come i requisiti di un “buon feromone” vorrebbero, risultano inodori o addirittura maleodoranti: l’androstenolo ricorda da vicino l’odore di urina stantia di un vespasiano (second altri il suo odore ricorda quello del muscio) e costituisce un chiaro richiamo sessuale per il maiale. L’androstenone è presente sia nel sudore che nelle urine dei mammiferi sia femmine che maschi, compreso l’uomo: una scoperta per certi versi sorprendente è che la tipologia di odore al quale esso è associato dipende da alcune specificità genetiche del soggetto al quale esso è sottoposto, che si riflettono in un polimorfismo del gene che codifica il recettore olfattivo specifico per questa molecola: alcuni soggetti infatti riconoscono in esso un odore piacevole di vaniglia, altri un odore simile a quello di urina di stalla, altri ancora di legno. Anche la soglia percettiva varia di diversi odini di grandezza di soggetto in soggetto, a dimostrazione del fatto che, pur ammettendo le proprietà feromonali di queste molecole, gli effetti delle stesse possono variare anche in modo radicale di persona in persona.
Ritengo possibile che considerazioni analoghe possano essere estese anche agli altri potenizlai ferormoni umani di natura steroidea.
L’androstanedione è spesso utilizzato come additivo funzionale per profumi maschili e, ultimamente, nella formulazione di deodoranti che, come una perfetta chiusura del paradigma dell’odore corporeo, vantano nei confronti del consumatore la promessa contribuire all’accrescimento del suo personale sex appeal.

Print PDF

ALL’INIZIO ERANO ENTRAMBE UN LIQUIDO

Per comprendere meglio la differenza fra un vetro ed un cristallo dobbiamo fare un passo indietro nella storia della nostra sostanza.   Un passo che può risalire ad un’ora come a molti milioni di anni prima.  Dobbiamo tornare alla nostra sostanza quando si trovava in forma fusa, ovvero allo stato liquido.

A temperature sufficientemente elevate, qualsiasi specie chimica che non sia andata prima incontro ad un’eventuale decomposizione (con formazione di specie chimiche diverse), raggiunge lo stato liquido attraverso una transizione di stato detta fusione.   Questo stato può essere mantenuto fintanto che la sua temperatura resta nel range compreso fra il punto di fusione e quello di ebollizione di quella sostanza.   Anche sostanze insospettabili come i sali inorganici, quindi di natura ionica, possono essere fuse, seppur a temperature molto alte: il cloruro di sodio infatti fonde ad 804°C, il biossido di silicio (la silice, che costituisce il principale componente della comune sabbia) addirittura 1723°C.

All’interno di un liquido le molecole risultano attratte l’una dall’altra e quindi non si separano liberamente sfuggendo in tutte le direzione come invece capita nello stato aeriforme, ma al contrario formano nel loro insieme un “corpo” più pesante dell’aria, dotato di un volume definito (ad una data temperatura) per quanto di forma varabile in funzione del contenitore dove esso viene posto.   Ma la cosa più importante ai nostri fini è che le molecole di una sostanza allo stato liquido, quindi anche le sostanze fuse, grazie alla limitata forza di coesione fra le molecole che li compongono, presentano un grado di fluidità tendenzialmente elevato (i liquidi meno fluidi sono detti viscosi).   Quando gli “attriti” fra le diverse molecole sono ridotti, ovvero quando è limitata la tendenza a formare legami intermolecolari, il liquido risulta particolarmente fluido ed in esso le molecole sono in grado di muoversi con un buon grado di libertà l’una rispetto all’altra, in pratica di “scivolare” una sull’altra come le molecole di acqua visibili in questo video.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

I CRISTALLI

Quando una sostanza allo stato liquido viene gradualmente raffreddata, le molecole tendono ad organizzarsi nello spazio disponibile in modo decisamente più strutturato, andando a sistemarsi una rispetto all’altra in punti e con orientamenti reciproci definiti in modo tale da ridurre il più possibile quella che potrebbe essere in un certo senso definita (i chimico-fisici più rigorosi mi perdonino!) come l’energia associata alla conformazione del sistema.

Numerosi sono i fattori che entrano in gioco nel determinare l’energia associabile ad un sistema di particelle uguali fra loro, come quello rappresentato da una sostanza fusa che inizia a solidificare per raffreddamento ed il maggior peso di uno o dell’altro dipende in larga misura del tipo di sostanza con la quale abbiamo a che fare, ovvero dalla sua struttura molecolare.   Genericamente si può dire che le molecole si orientano una rispetto all’altra in un modo regolare, secondo uno schema per così dire modulare di costruzione del corpo solido, minimizzando gli spazi vuoti e massimizzando la compattezza dell’assemblaggio molecolare, certamente, ma subendo anche la fortissima influenza delle interazioni fra le singole parti delle molecole.  Nella maggior parte delle molecole è infatti possibile riscontrare fenomeni di polarità (concettualmente non molto dissimili da quelli delle calamite) che derivano da una maggiore densità di elettroni su una o alcune parti della molecola rispetto che su altre, fenomeno questo dovuto a sua volta a particolari atomi o gruppi di atomi presenti nella molecola.   Durante la solidificazione un importante criterio di minimizzazione energetica sarà quello di pervenire ad un orientamento reciproco fra le molecole tale per cui la massima parte di cariche parziali positive di una molecola sia orientata ed in prossimità della massima parte delle cariche negative di un’altra, e viceversa, evitando pertanto porzioni positive di molecole diverse arrivino troppo in prossimità l’una dell’altra, e lo stesso per le porzioni negative delle stesse molecole. Nel video che segue si osserva come l’orientamento dipolo-dipolo (in questo caso fra gli atomi di ossigeno e di idrogeno di molecole diverse) risulta tutt’altro che casuale già nell’acqua liquida, fissandosi definitivamente nel congelamento nella posizione di massimo accoppiamento reciproco.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Anche i legami doppi e tripli, ed in particolare la presenza di anelli aromatici come quello del benzene sono in grado di influenzare l’orientamento reciproco delle molecole quando la loro libertà di movimento si riduce gradualmente con il diminuire della temperatura: in particolare gli anelli benzenici, che possiamo facilmente immaginare come degli esagoni appiattiti su un piano bidimensionale, tendono ad avvicinare fra loro le loro facce piane, sotto l’effetto di un’interazione fra le loro rispettive nuvole elettroniche detta “interazione pi-greco pi-greco”.   Per molecole piuttosto grandi, costituite magari da una catena di atomi, anche la forma che la singola molecola assume durante la solidificazione può costituire un fattore importante nel determinare il contenuto energetico del solido prodotto.   Allo stato liquido molte di queste molecole di muovono snodandosi, distendendosi e ripiegandosi con grande libertà, tenendo ad assumere un po’ tutte le forme che l’organizzazione dei loro atomi legati consente loro: ci saranno certo delle “conformazioni” favorite che se dovessimo riprendere con una fotografia istantanea l’insieme di tutte le molecole vedremmo essere più ricorrenti, ma questo non impedisce che la stessa molecola continui a flettersi, distendersi, appallottolarsi e dispiegarsi come una ginnasta di aerobica.   Proprio come una sportiva quando le viene viene detto “ok, riposo!” tende ad assumere una posizione quieta, tranquilla e senza tensioni inutili muscolari, allo stesso modo le stesse molecole quando devono organizzarsi nella solidificazione tendono ad assumere la forma, in linguaggio chimico “la conformazione” alla quale corrisponde in minimo energetico.  Anche questa forma è influenzata da fattori di polarità, ma questa volta interni alla stessa molecola, di interazioni attrattive fra alcune parti della molecola (ad es. dalle sue eventuali catene di atomi di carbonio, che tendono in molti casi ad avvicinarsi disponendosi in modo parallelo), come anche dal fattore di ingombro dovuto a determinate parti “voluminose” della molecola (i cosiddetti “ingombri sterici”).
Sono quindi numerosi i fattori che entrano in gioco quando una sostanza allo stato liquido viene raffreddata gradualmente fino al punto di solidificazione: tutti questi fattori, portano comunque le molecole ad organizzarsi reciprocamente nello spazio tridimensionale in un modo preciso, modulare e riproducibile, caratteristico di quel tipo di sostanza.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

NEL VIDEO: cristallizzazione dell’acqua liquida in ghiaccio. Si notano una moltitudine di molecole composte ciascuna da un atomo di ossigeno (rosso in figura) che lega due atomi di idrogeno (azzurro in figura). Nel corso del raffreddamento i movimenti rallentano, iniziano a formarsi strutture effimere ed infine il tutto prende definitivamente forma quasi all’improvviso in una struttura cristallina costituita da un reticoli di forme esagonali.

Una sostanza che solidifica secondo questi criteri si dice che “cristallizza”, ed il prodotto solido che risulta dal processo di cristallizzazione sono per l’appunto cristalli.   Secondo la sua definizione, che siamo ora in grado di comprendere meglio, “un cristallo è un oggetto solido costituito da atomi, molecole o ioni (in pratica da qualsiasi specie chimica) aventi una disposizione geometricamente regolare, che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni, detta reticolo cristallino”.
La stessa cristallografia viene definita come la scienza sperimentale che si occupa di determinare la disposizione degli atomi nei solidi.

reticolo cristallino (tipo cubico a facce centrate) del cloruro di sodio

Non ci si sorprenda del termine “reticolo cristallino” appena introdotto nella definizione di cristallo: esso è semplicemente un modo di descrivere la disposizione geometrica tridimensionale dei punti occupati dagli atomi.  Voglio tentare una metafora.  Avete presente quelle pavimentazioni elaborate, comuni in molte antiche chiese o edifici nobiliari, dove mattonelle di forma e con motivi diversi sono incastrate fra loro per creare un motivo complesso che però si riproduce modularmente sull’intera superficie della sala?  Se facciamo attenzione riusciamo a vedere che il motivo risulta descritto da un numero limitato di mattonelle fra loro confinanti, ipotizzo da nove mattonelle di forma e motivo diverso che messe insieme descrivono un grande fiore.   Se le singole mattonelle rappresentano gli atomi e l’intero pavimento rappresenta il cristallo, queste nove mattonelle fra loro confinanti rappresentano la cosiddetta “cella cristallina”.  Nel caso dei cristalli le celle cristalline sono tridimensionali.  Si tratta di un gruppo di punti (occupati da atomi) che può essere preso a campione per descrivere l’organizzazione geometrica di tutto il cristallo.   Il reticolo cristallino è invece l’insieme di “tutti” i punti occupati da atomi all’interno di un cristallo, quindi un insieme di atomi posti in posizioni regolari che si estende regolarmente all’infinito…  almeno finchè si estende il cristallo.

La strutturazione di un solido sotto forma cristallina è favorita come crescita di uno o più cristalli già formati piuttosto che nella formazione di cristalli ex-novo a partire da un liquido che ne è ancora del tutto privo: eventuali cristallini già preformati presenti nel liquido (talvolta anche banali ed ubiquitarie impurezze insolubili, costituite anche da sostanze differenti) possono costituire una valida guida organizzativa per la solidificazione strutturata di nuova sostanza in forma cristallina, che in questo caso contribuirà alla crescita in dimensioni e peso dei cristalli già esistenti.

Abbiamo visto come la formazione di cristalli costituisca la modalità di solidificazione per certi versi più naturale a partire da un prodotto fuso.   In realtà la cristallizzazione di una sostanza può avvenire anche a partire da una sua soluzione.   Nell’articolo “solido in un liquido: interpretazione di una sparizione” abbiamo imparato a distinguere fra fusione, soluzione, dispersione ed altre modalità di interazione solido-liquido eventualmente mediate dal calore.
Nel caso di una soluzione ogni singola molecola di sostanza disciolta (soluto) risulta circondata da molecole di solvente e non manifesta pertanto la tendenza a coedere con altre molecole dello stesso tipo per formare aggregati più grandi.   Siamo solitamente abituati a pensare alle soluzioni per antonomasia come quelle di un solido in un solvente liquido, ma in realtà possono esistere, ed anzi sono assai più comuni di quanto si pensi, soluzioni di una qualsiasi fase in qualsiasi altra, ad esempio di un gas in un liquido, di un liquido in un solido, di un solido in un gas, ecc.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Nel video è ripresa in modalità accelerata la crescita di cristalli di rame (II) solfato pentaidrato a partire da una soluzione acquosa dello stesso sale.

La solubilità massima consentita di un dato soluto in un determinato solvente (in grammi di soluto per grammo di soluzione, oppure in moli/litro o in qualsiasi altra unità di misura la si voglia esprimere) è un valore che dipende da vari fattori fra i quali la temperatura e la pressione.   Tenendo costante la pressione (ad esempio lavorando in contenitori aperti, alla pressione ambientale) possiamo far superare questo limite di solubilità o riducendo la temperatura (in quanto per la maggior parte delle sostanze la solubilità è direttamente proporzionale alla temperatura) oppure facendo evaporare gradualmente il solvente a temperatura costante, con il risultato che il rapporto fra peso di soluto e peso di solvente crescerà gradualmente.   In entrambe i casi, la quota di soluto che avrà superato il limite di solubilità per quelle date condizioni inizierà a separarsi in forma cristallina, generando ex-novo piccoli cristalli o, ancora più facilmente, determinando la crescita in peso e dimensioni di cristalli della stessa sostanza già presenti nella soluzione.

Nella maggioranza dei casi i solidi con i quali abbiamo a che fare quotidianamente sono di tipo “policristallino”, ovvero sono costituiti da una moltitudine di cristalli minuscoli (detti cristalliti), talvolta così piccoli ed appressati saldamente l’un l’altro che possono facilmente sfuggire ad un’osservazione superficiale, facendoci percepire l’oggetto come costituito da un materiale uniforme e continuo.   Tanto gli oggetti metallici quanto quelli di pietra, il cemento, diversi tipi di materiali plastici e le ceramiche sono esempi di materiali policristallini di uso comune.  La ragione per la quale essi sono costituiti da una moltitudine di cristalli in alternativa ad un solo cristallo enorme dipende dal fatto che nel liquido di partenza (sostanza unica fusa oppure soluzione di più specie chimiche) il processo di formazione del cristallo è partito contemporaneamente o quasi in punti diversi del volume disponibile.  Superata una fase iniziale di formazione dei primi nuclei cristallini (nucleazione) tendenzialmente non si formeranno cristalli nuovi ma quelli già formati continueranno a crescere, costituendo una sorta di guida organizzativa per la deposizione su di essi di nuovo materiale solido cristallino.

riflettanza diffusa della luce in un solido policristallino

I cristalliti possono presentarsi all’interno dello stesso materiale policristallino in una molteplicità di dimensioni ed orientazioni spaziali diverse: le interfacce fra un cristalline e l’altro, dette “bordi di grano” possono così essere orientate secondo un po’ tutte le direzioni, rifrangendo di conseguenza la luce incidente in altrettante direzioni diverse con l’esito di caratterizzare il materiale il questione risulterà diafano nei confronti della luce incidente, fino alla caratteristica di completa opacità.   Attraverso particolari tecnologie di preparazione è invece possibile far sì che tutti i cristalliti di un solido policristallino risultino orientati nello stesso modo, con bordi di grano fra loro paralleli: è il caso della strutture policristallina di tipo fibroso tipica di molti materiali plastici trasparenti come il plexiglass, il policarbonato, il polistirene (non espanso).

Esistono ovviamente anche solidi mono-cristallini, ovvero costituiti da un solo grande cristallo, cresciuto solitamente a partire da una fase liquida di elevata limpidezza, in condizioni di sovrassaturazione lievissima ed in tempi davvero molto lunghi…  diciamo “geologici”.

smeraldi (grezzi) - allumino-silicato di berillio, contenente tracce di cromo e di vanadio

E’ il caso delle moltissime gemme, pietre dure di tipo prezioso o semi-prezioso come lo smeraldo, il rubino, lo zaffiro e l’ametista, ma entro una certa misura anche di alcuni prodotti granulari o meglio “micro-cristallini” come il comune sale ed il comune zucchero usati in cucina: in questi casi ogni granello è costituito da un cristallo differente, anche se potrebbero essere tutt’altro che rari i casi in cui due o più cristalli risultino attaccati insieme, tanto più se si considera che si tratta di materiali igroscopici, che tendono a compattarsi con l’umidità (formazione di legami idrogeno fra molecole di acqua, che fungono da ponte, e due cristalli vicini).

cristalli di cloruro di sodio (sale da cucina) ingrenditi

Con una buona lente d’ingrandimento o un microscopio chiunque può passare in rassegna cristallo per cristallo il cloruro di sodio del barattolo in cucina per determinare quanti monocristalli siano in esso presenti, tenendo conto comunque che questa caratteristica non influenza in nessun modo le caratteristiche di questo prodotto una volta che esso viene sciolto in acqua.

Una delle caratteristiche fondamentali che differenzia i materiali cristallini (soprattutto i monocristalli) dai materiali amorfi come i vetri è l’elevato grado di anisotropia tipico dei cristalli.   Numerose proprietà fisiche ed alcune proprietà chimiche dei cristalli dipendenti da una qualche sollecitazione esterna, possono variare anche in modo radicale a seconda della direzione rispetto al singolo cristallo dalla quale proviene la sollecitazione.   Un esempio è il comportamento nei confronti della luce, che può essere riflessa o rifratta in modo diverso a seconda della faccia sulla quale agisce il raggio, la trasmissione di calore e di elettricità, ed infine anche la risposta ad una sollecitazione meccanica forte come ad esempio un urto.   E’ noto infatti che i cristalli non possono essere liberamente spezzati nella direzione voluta per cosi dire “a colpi di scalpello”, ma ogni azione meccanica forte avrà successo soprattutto se sarà esercitata nella direzione di determinati piani di taglio, la cui direzione dipende indirettamente dalla forma del reticolo e quindi della cella cristallina.   Il risultato di questo è che minuscoli o molto grandi che siano, i cristalli della stessa sostanza tenderanno ad assumere sempre la stessa forma, il loro cosiddetto “abito cristallino” tipico.

Avremo modo di approfondire meglio l’affascinante fenomeno della cristallizzazione e le sue strategie di conduzione in un prossimo intervento specificamente dedicato all’argomento.

I VETRI

E’ possibile che vi sia sfuggito, sembrava una parolina messa lì giusto per caso, ma quando ho descritto proprio nella prima riga le condizioni che portano alla cristallizzazione di un liquido, ho detto “Quando una sostanza allo stato liquido viene gradualmente raffreddata”…  E’ su questo “gradualmente” che si gioca tutta la differenza fra un vetro ed un cristallo.

Il processo di riordino delle molecole, la modifica della loro conformazione spaziale indirizzata al raggiungimento di quella ottimale a minore energia, l’orientamento reciproco di queste molecole, la loro migrazione destinata a coprire i punti che definiscono il reticolo ideale per la cristallizzazione di quella determinata sostanza, sono tutti fenomeni che comportano in un modo o nell’altro il movimento su scala microscopica di molecole o di parte di esse, secondo moti traslazionali e rotazionali.   Come per gli oggetti macroscopici, anche nell’ambito non propriamente quantistico rappresentato dalle molecole e degli ioni, questi movimenti non posso sicuramente essere immaginati come istantanei ed anzi, in taluni casi richiedono un certo tempo per realizzarsi.

In un liquido molto viscoso, come sono in effetti tantissimi quando la temperatura si abbassa fino in prossimità del punto di salificazione o congelamento, la viscosità cresce in modo molto accentuato, tale da rallentare anche in modo significativo i movimenti di molecole e ioni.    Ho navigato per più di un ora in internet su youtube e vi assicuro che non ho reperito (ne ricordo di aver mai visto finora) un video dove il vetro fuso apparisse più fluido, ovvero meno viscoso, di quella sorta di pasta giallo-arancio arroventata e luminescente che siamo solite vedere lavorare da sapienti artigiani presso i loro laboratori.   Di fatto, a quanto mi è dato apprendere, non vi sarebbe una forte motivazione tecnologica (se non per applicazioni davvero speciali in campo tecnologico) nello spingersi a temperature maggiori, difficili e costose da ottenere e da mantenere nel tempo, essendo la pasta di vetro ottimamente lavorabile anche e soprattutto nelle condizioni di liquido viscoso.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Quando il raffreddamento del liquido avviene troppo rapidamente, accade semplicemente che la viscosità divenuta davvero molto elevata impedisce al sistema di raggiungere il suo equilibrio geometrico e quindi il suo minimo energetico.   Se conformazione molecolare ed orientamento reciproco tutto sommato richiedono piccoli movimenti, soprattutto rotazionali ed “in loco”, la disposizione delle molecole, o degli atomi, o degli ioni nei nodi del reticolo cristallino ideale per quella sostanza richiedono spesso movimenti molecolari anche di tipo traslazionale, anche di più ampia portata.   Le molecole restano quindi lì dove sono, anche se la situazione è ben lungi dall’equilibrio, e più passa il tempo e più il sistema si raffredda meno esse sono in grado di muoversi.  Finchè la viscosità cresce a tal punto da rendere compatto e solido il materiale in questione: abbiamo creato un vetro.

E’ come se nel noto gioco della sedia la temperatura nella sala scendesse improvvisamente ad una valore tale che tutti dovessero rimanere congelati lì dove sono: con i posti solo in parte occupati e tanta gente in piedi nelle posizioni più improbabili.   Guardando un’istantanea di questa scena si crederebbe che la gente stia ancora ballando.    Ed allo stesso modo, la disposizione delle molecole o degli atomi in un vetro ricorda molto da vicino quella che si sarebbe potuta osservare nel liquido di partenza, semplicemente ora le molecole non si muovono più liberamente l’una rispetto all’altra ma risultano di fatto “congelate” nelle posizioni più diverse: considerando la massa del prodotto, ovvero un grandissimo numero di molecole, potremmo praticamente dire che vi sono molecole orientate e direzionate secondo tutte le direzioni possibili.
Da questo deriva il fatto che, salvo possibili lievi fluttuazioni di densità, impurezze ed inclusioni disperse, un vetro è un materiale isotropo: a differenza di un cristallo le sue caratteristiche fisiche non variano in relazione alla direzione di osservazione o di prova.   Presenterà grosso modo la stessa trasparenza nei confronti della luce, la stessa conduttività termica, la stessa durezza e, diciamo così, la stessa propensione a rompersi indipendentemente dalla direzione dalla quale proverrà la sollecitazione.

moldavite (grezza e lavorata): un vetro naturale probabilmente formato in seguito all'impatto di un meteorite con la crosta terrestre

In linea teorica tutte le sostanze potrebbero solidificare come vetro.  Nella pratica, non sono molte quelle che sono suscettibili di questa modalità di solidificazione.   Per poter vetrificare con un normale abbassamenti di temperatura, senza ricorrere ad abbattitori di calore in grado di far crollare la temperatura di un corpo in pochi istanti, fra le molecole di un liquido devono sussistere delle resistenze al libero scorrimento, dovute per lo più a forti interazioni attrattive fra le diverse molecole, o eventualmente a ragioni dette steriche, legate cioè all’ingombro spaziale delle molecole o di parti di esse.   In entrambe i casi il liquido presenta ad una osservazione macroscopica una elevata viscosità, ed in ultima analisi una velocità di cristallizzazione spontanea particolarmente lenta.

Oltre al biossido di silicio (base fondamentale per la formulazione dei vetri così come li intendiamo nell’accezione comune),

ossidiana

opale montata in un pendente

L’opale poi è davvero un caso strano e degno di una descrizione più approfondita: esso è costituito da minuscole sferette di silice amorfa, ovvero da quella che potremo definire un vetro, ma esse sono a loro volta impaccate ed organizzate in modo regolare sui nodi di un reticolo cristallino proprio come se ciascuna sferetta di vetro fosse un atomo o una molecola singola.  In aggiunta a questo, l’opale contiene fino ad un 20% di acqua legata chimicamente all’interno di essa: tutte condizioni queste indispensabili per la resa di quell’effetto di luce e di colori noto appunto come “opalescenza” che è dato dalla combinazione di effetti di interferenza e di diffrazione della luce.

Diventa comunque difficile per la maggior parte di noi pensare al “vetro” come ad un’idea generale, ad una forma di aggregazione della materia allo stato solido, senza far coincidere necessariamente questa immagine con quella del vetro comunemente detto, quello diciamo di uso quotidiano.  Questo risulta costituito essenzialmente da biossido di silicio (silice), formalmente SiO2 ma che nel contesto specifico, grazie anche all’aggiunta di altri ingredienti quali sali di sodio, di calcio e di alluminio, forma un reticolo tridimensionale e complesso, dove lo scheletro principale è costituito da atomi di silicio che legano a loro volta in modo covalente quattro atomi di ossigeno, a loro volta legati ad altro silicio.   L’alluminio può eventualmente sostituire in qualche punto in silicio, mentre un certo numero di atomi di ossigeno risultano ionizzati (conferendo alla sottostruttura la qualità di anione silicato) grazie anche alla presenza di cationi come il sodio o il calcio.  Alcuni atomi di ossigeno, soprattutto quelli posti più sulla superficie sul materiale, possono legare direttamente un idrogenione, costituendo il gruppo Si-OH noto come silanolo.

Composizione, struttura e proprietà del vetro, proprio lui, quello “comune”, a base di biossido di silicio, costituiscono un insieme di conoscenze talmente complesso ed affascinante, anche in relazione alle implicazioni che ne derivano per la nostra vita domestica, che si renderà presto necessario editare un intervento specifico su questo argomento.

struttura tridimensionale della silice (in blu gli atomi di silicio, in rosso quelli di ossigeno)

Per ora potrà essere sufficiente osservare l’esempio di struttura riportata a lato (che fra l’altro rappresenta un ipotetico vetro di silice pura, senza né sodio, né alluminio o altri coadiuvanti tecnologici aggiunti), per comprendere come un vetro sia basato su un reticolo veramente fitto di legami, tutti fra l’altro molto forti in quanto di natura prevalentemente covalente.   Non stupisce quindi che la formazione incipiente di questi legami possa costituire un forte ostacolo nei confronti della fluidità del liquido rappresentato dal vetro fuso, rendendo la sua cristallizzazione veramente molto difficile ed orientando il processo di solidificazione nella direazione della formazione di una massa amorfa, il vetro appunto, estremamente simile nella disposizione dei suoi atomi e dei suoi legami al liquido dal quale si è formato.

Infatti, per quanto possa suonare incredibile, i vetri sono spesso descritti come: “liquidi sotto raffreddati ad elevatissima viscosità, i cui legami intramolecolari e gli attriti interni ne mantengono inalterata la forma per un tempo lunghissimo”.

Per lunghissimo tempo?  Non per sempre?

Sì, in effetti almeno in linea teorica un vetro non è un materiale stabile, e non soltanto per la sua facilità a frantumarsi con gli urti.   Un campione o un manufatto di vetro conservato per un tempo sufficientemente lungo tende comunque a trasformarsi cristallizzare.   Per quanto tenacemente imbrigliati dai suddetti legami intermolecolari ed attriti, in condizioni anche di poco superiori al valore di temperatura corrispondente alo zero assoluto (come ad esempio alla nostra temperatura ambientale) atomi, ioni e molecole riescono ancora, seppur con estrema difficoltà, a compiere qualche movimento anche attraverso lo stato solido.  Ed i movimenti saranno certamente in direzione di quegli agognati punti del reticolo cristallino ancora mai raggiunti, a cui corrisponde l’eden molecolare della minore energia interna del sistema.
Possiamo quindi consolarci di fronte al fatto che i nostri calici di Boemia non sono dei veri cristalli: lo diventeranno un giorno, forse fra migliaia di anni, ma è probabile che il loro aspetto cristallino possa poi deluderci.
Se proprio volevamo dei cristalli, forse era meglio investire il tempo per effettuare una solidificazione più lenta.

Print PDF

Sono come piccole meraviglie alle quali siamo abituati fin dalla nascita e che pertanto tendiamo a dare un po’ per scontate, ma ci siamo mai chiesti perché tutto questo accade?    Come fanno gusti e profumi a svilupparsi nei cibi durante la cottura, come il tipo di aroma sia influenzato dalla scelta degli ingredienti della ricetta e magari come potremmo fare per modificare o correggere il gusto o la consistenza di un piatto andando ad agire “in modo scientifico” sulla scelta degli ingredienti, sulla loro preparazione, sulle condizioni di cottura e persino sugli accostamenti dei cibi?

Siamo nel pieno della cosiddetta “cucina molecolare”, l’approccio all’arte culinaria che partendo dalla conoscenza più profonda delle caratteristiche chimiche e fisiche delle materie prime e delle loro interazioni reciproche, tanto nel crudo quanto nel corso dei processi di cottura, guida le scelte e le modalità di preparazione degli alimenti secondo criteri che più che basarsi sull’esperienza, la tradizione o l’intuito creativo (come invece capita per la cucina tradizionale) si basino sull’approccio razionale e scientifico.
Di fatto, il ricorso concreto dell’approccio molecolare, ovvero l’utilizzo che ne viene fatto nei più noti ristoranti specializzati in questo tipo di cucina, è attualmente quello si stupire il cliente con piatti davvero originali, con gusti inediti e consistenze inconsuete di cibi ottenuti a partire da ingredienti spesso del tutto tradizionali.     Secondo il mio modo di vedere le cose, tuttavia, comunque lo si voglia chiamare, l’approccio “molecolare” alla cucina non è necessariamente finalizzato a stupire l’assaggiatore con qualcosa di inaspettato.    Al contrario, anche un piatto ben conosciuto della nostra tradizione culinaria può essere realizzato tenendo ben presente la composizione chimica degli ingredienti, come le diverse sostanze naturalmente in esso contenute sono organizzate in strutture biologiche (sia sul piano macroscopico dei tessuti che su quello più microscopico delle cellule), come le molecole che compongono un cibo possono trasformarsi sotto l’effetto del riscaldamento, in presenza o in assenza di
acqua, come cambia il loro modo di reagire e quindi i prodotti stessi delle reazioni in funzione della modalità di cottura, come si originano alcune molecole portatrici di aromi indesiderati (e quindi come possiamo evitarne la formazione), e così via. In aggiunta alla sconoscenza chimica, la cucina molecolare valorizza moltissimo quello che viene definito la “reologia” del prodotto, ovvero l’aspetto fisico, la struttura, la consistenza, la tessitura del prodotto, la sua palatabilità: anche per questi aspetti, importanti al pari del gusto per determinare la gradevolezza di un piatto, è fondamentale un approccio scientifico che tenga conto di quali fattori composizionali e strutturali influiscano sulle qualità descritte, misurabili attraverso una grande varietà di strumenti (penetrometri, viscosimetri, reometri in generale).    Anche questi fattori risultano oltre che indagabili anche in buona misura “pilotabili” fin dalla scelta iniziale degli ingredienti, con un importante ruolo svolto dalle tecniche di preparazione e di cottura.
Conoscendo tutto o anche solo “qualcosa” di questo, tanto degli aspetti chimici che di quelli fisici, potremmo scoprire il modo di migliorare ulteriormente la qualità di un piatto già noto, attraverso accorgimenti a volte davvero minimi, come aggiungere un ingrediente insospettabile in più o modificare alcune dosi rispetto alla ricetta tradizionale, cambiare l’ordine di aggiunta dei soliti ingredienti o il modo di cuocerli insieme.
Di fatto l’approccio molecolare alla cucina considera giustamente tanto gli ingredienti quanto il prodotto finito per quello che effettivamente sono: miscele complesse di sostanze chimiche organizzate in comparti strutturati, questi ultimi di natura biologica quali appunto tessuti animali e vegetali, a loro volta costiuiti da cellule.    Quindi la cucina molecolare non dev’essere intesa nel modo più assoluto come un modo di cucinare che faccia uso di “sostanze chimiche”, o meglio di sostanze chimiche estranee dagli ingredienti stessi già utilizzati in cucina o nel settore alimentare in genere: quello che cambia è il punto di vista, il criterio, il rapporto che il cuoco, togliendo il suo tradizionale cappello ed indossando una volta tanto il camice del chimico, riesce a ristabilire su basi nuove e profonde con la materia della quale sono fatti i cibi e con i metodi per la loro preparazione.
Accade così in molti casi di trovare semplicemente una conferma ai suggerimenti della nonna, tramandati di generazione in generazione, rivestendoli di un nuovo significato, quello dell’interpretazione molecolare, ma accade in taluni casi anche di sfatare vecchi miti e prassi in apparenza inappuntabili ma che a conti fatti risultano essere ne più ne meno di superstizioni in cucina.     Più interessante è il caso in cui vengono proposte alternative praticabili, suggerimenti semplici o complessi, talvolta un poco astrusi o difficili lì per lì da riconoscere come validi talmente possono in taluni casi staccare con la tradizione ed il nostro modo abituale di rapportarci alla cucina.

Il concetto fondamentale che vorrei trasmettere è soprattutto quello che la cucina molecolare non può essere banalizzata ad un elenco di ricette o di modalità di preparazione dei piatti.    Dal momento che la scriviamo su un libro, estrapolandola dal contesto molecolare che ne ha determinato la nascita e ne ha guidato le scelte, una ricetta in sé è come se cessasse di essere di cucina molecolare: potrà rimanere una ricetta che usa metodi insoliti per creare piatti che stupiscono i commensali, ma l’aspetto molecolare è rimasto indietro, è rimasto incollato alle dita del chimico-chef che l’ha inizialmente concepita.
La cucina molecolare è quindi un modo di vedere le cose, e chi vuole conoscerla deve essere disposto innanzitutto ad imparare un po’ di chimica e magari anche un po’ di fisica e di biologia.    Perché ogni cuoco molecolare per essere veramente tale dovrebbe avere la capacità di ideare da sé i suoi piatti, e con le competenze che egli possiede, sicuramente può farlo.

Print PDF

Inutile dire che il campione deve essere liquido, e se è un solido deve essere solubile in acqua, perché quelle che ci apprestiamo ora a descrivere e quindi a misurare sono proprietà delle soluzioni, ed in particolare delle soluzioni acquose.

GRADO RIFRATTOMETRICO (secondo Brix)

Sul brix, più correttamente definito “grado rifrattometrico” ho già avuto modo di scrivere un intervento specifico alcuni mesi fa (vedi: grado rifrattometrico), al quale rimando per ogni approfondimento.
In questa sede riassumo semplicemente alcune informazioni generali.

rifrattometro digitale tascabile

Il grado brix si misura con un apparecchietto detto rifrattometro, disponibile sia nella versione tradizionale ottico-manuale (simile ad un piccolo canocchiale) che nella versione ottico-elettronica.   Avete presente quando un oggetto immerso in parte in un liquido ma che emerge per l’altra parte, ad esempio un cucchiaino in un bicchiere d’acqua oppure una persona i piscina, sembra in qualche modo “spezzata”?   E’ come se la linearità della parte immersa nel liquido formasse un angolo rispetto alla sua prosecuzione fuori dall’acqua.   Ecco: questo angolo è detto angolo di rifrazione, ed il suo valore numerico è proporzionale alla concentrazione delle sostanze solide sciolte nella soluzione.
Quali sostanze?    Potenzialmente tutte, inorganiche ed organiche, dagli zuccheri ai sali, dagli acidi organici alle proteine…
L’unità di misura adottata è il grado brix (°Bx) in onore del chimico francese Adolf Ferdinand Wenceslaus Brix e, nel caso del saccarosio per il quale è stato tarato inizialmente il metodo, 1 °Bx equivale “esattamente” all’1% p/p di saccarosio, ovvero ad 1 grammo di saccarosio per 100 g di soluzione acquosa.

conversione fra grado brix e concentrazione g/100g per il saccarosio ed altra specie chimica

CONDUTTIVITA’ (in Siemens)

La conduttività misura invece la capacità di una soluzione di lasciarsi attraversare da una corrente elettrica, quindi di farsi essa stessa conduttore quando in essa siano immersi due contatti elettrici fra i quali sia stabilita una differenza di potenziale, come ad esempio il polo positivo e negativo di una pila.     Con la conduttimetria saremo quindi in grado di misurare selettivamente la concentrazione dell’insieme delle sole specie chimiche in grado di contribuire a questa conduzione.
L’acqua al massimo grado di purezza, per intenderci quella perfettamente demineralizzata appena prodotta, conduce elettricità in modo del tutto trascurabile, ovvero mostra una notevole resistenza elettrica.   Conducibilità (o conduttività) e resistenza (o resistività) elettrica sono infatti concetti inversamente proporzionali fra loro: se una soluzione ha elevata resistività significa che ha bassa conduttività, e viceversa.

conversione fra conduttività e concentrazione per soluzioni di cloruro di sodio

La bassissima conduttività dell’acqua pura deriva in primo luogo dal fatto che essa non contiene alcuna specie chimica che possa svolgere la funzione di trasportatore di carica.    A differenza di un conduttore metallico, dove gli elettroni sono liberi di circolare in una sorta di “spazio comune” e dove pertanto i nuovi elettroni che arrivano dal circuito elettrico sono in grado di spostarsi liberamente fino all’altro contatto, o se non altro di spingere al movimento altri elettroni indistinguibili da loro, in una soluzione acquosa non vi sono elettroni delocalizzati (ma sono tutti saldamente legati alla struttura molecolare dell’acqua stessa) e quelli nuovi che arrivano “restano a guardare” al termine del contatto elettrico immerso in essa, noto anche come elettrodo.
In realtà nelle soluzioni la corrente elettrica potrebbe essere trasportata, anche se non direttamente dagli elettroni, almeno da dei mediatori un po’ più grandi, gli ioni, che non sono altro che atomi o raggruppamenti di atomi con un’eccesso (quindi con carica negativa) o una carenza di elettroni (quindi con carica positiva), sempre presenti in quantità fra loro bilanciata.
Come noto, se applico una differenza di potenziale elettrico fra due elettrodi immersi in una soluzione contenente ioni, quelli di carica positiva (cationi) si muoveranno attraverso la soluzione spostandosi verso l’elettrodo negativo (catodo), mentre quelli carichi negativamente (anioni) si sposteranno in direzione opposta verso l’elettrodo positivo (anodo).    Questa sorta di corrente ionica è il sistema attraverso il quale una corrente elettrica può attraversare una soluzione, e la soluzione in grado di mantenere questo fenomeno di trasporto si dice che conduce una corrente elettrica, ovvero semplificando è conduttiva, ovvero ancora offre poca resistenza al passaggio della corrente elettrica.
L’acqua pura conduce pochissimo, virtualmente nulla, l’elettricità semplicemente perché non contiene al suo interno ioni in grado di supportare questo tipo di conduzione.   A dire il vero l’acqua va in contro, seppur nell’ordine di una molecola ogni 560000000, ad una divisione in una coppia costituita da un catione (H+) ed un anione (OH-) nota anche come auto-ionizzazione, ma l’entità di questo fenomeno è così ridotta che possiamo tranquillamente prendere questa conduttività di fondo dell’acqua come il nostro zero.

conduttivimetro tascabile con termometro incorporato

Gli strumenti per la misura della conduttività sono dei piccoli apparecchi elettronici, spesso in versione tascabile, provvisti di una sonda della dimensione di una pennarellone che deve essere immerso in parte nella soluzione in esame.   All’interno della sonda è contenuta una cavità dove sono sistemati due contatti elettrici fra i quali esiste una differenza di potenziale elettrico, e la soluzione è libera di circolare liberamente fra i due.    L’assetto geometrico della cavità e dei suoi elettrodi è tale da mantenere costante la superficie degli elettrodi e la loro distanza reciproca, in quanto solo annullando questi due fattori di variabilità, insieme a quello ambientale della temperatura della soluzione, è possibile individuare una relazione matematica secondo la quale la quantità di corrente elettrica che passerà fra i due elettrodi, chiudendo il circuito, sarà proporzionale alla capacità della soluzione di condurre la stessa.

La conduttività, più precisamente detta “conduttanza”, si misura in Siemens (S), un grandezza di preciso significato fisico ma di entità a dire il vero molto ampia, almeno per l’uso che sono soliti farne i chimici, che richiede solitamente in questo contesto il ricorso ai suoi sottomultipli mS (1/1000 di Siemens) e microS (1/1000000 di Siemenes). Una trattazione approfondita del significato fisico di questa grandezza e del concetto stesso di conduttanza elettrica sono reperibili presso il seguente link a Wikipedia.

Molti preferiscono utilizzare, con la medesima funzione, l’unità di misura reciproca della conduttività, ovvero la resistività, misurata in Homm (Ω): è facile passare da un’unità di misura all’altra ricordando che:
misura in Ω = 1 / misura in S
misura in S = 1 / misura in Ω

es. 15 mS = 0.015 S = 1/0.015 = 66 Ω

E’ anche vero che la conduttività specifica non è uguale per tutte le specie chimiche, per quanto di tipo ionico, ma dipende fra gli altri fattori dalla mobilità degli stessi ioni in ambiente acquoso, e quindi dal loro peso molecolare, dalla forma e dalle interazioni che sono in grado di stabilire con l’acqua o le altre molecole presenti in soluzione.     In generale più è alta la mobilità di uno ione più in fretta esso sarà in grado di trasportare cariche elettriche (virtualmente elettroni) da un elettrodo all’altro: è in funzione di questo che le misure conduttimetriche possono essere utilizzate per valutare la concentrazione di un elettrolita (specie in grado di scomporsi in ioni) in soluzione solo conoscendo l’identità chimica dello stesso, o se non altro il valore numerico della cosiddetta “conduttività ionica equivalente”, che in pratica è una misura della conduttività di una specie chimica rapportata alla concentrazione (in equivalenti per cm3) della stessa, ovviamente mantenendo standard, e quindi matematicamente eliminando, l’influenza esercitata da tutti gli altri fattori, dalla geometria della cella alla temperatura.

pH

Tutt’altro discorso è quello che riguarda il pH. Si tratta del parametro di valutazione speditiva forse più conosciuto da parte dei non chimici, ma altrettanto frainteso.   Con il pH noi andiamo a misurare la concentrazione degli ioni detti idrogenioni (H+), ovvero dei protoni virtualmente “liberi” in soluzione, tramite un elettrodo che non è altro che una sonda che attraverso un effetto elettrochimico produce una tensione elettrica che è proporzionale a questa concentrazione.   Quando gli H+ in una soluzione superano in concentrazione gli OH- (si noti che siamo parlando delle due specie ioniche che insieme costituiscono l’acqua), è probabile che questi derivino non tanto dall’acqua stessa, quanto da molecole specificamente in grado di rilasciarli, ovvero da acidi (es. come l’acido cloridrico HCl).   Quando sono gli OH- a prevalere, significa che essi sono generati direttamente o indirettamente dalla dissociazione di molecole definite basiche (es. idrossidi, come la soda caustica NaOH).
Il fatto che usualmente non esprimiamo direttamente la concentrazione di H+ ad esempio tramite una percentuale o una concentrazione molare deriva dall’elevatissima ampiezza del range all’interno del quale può variare la concentrazione degli H+.   Parliamo infatti di almeno 14 ordini di grandezza fra le soluzioni acquose che contengono più idrogenioni e quelle che ne contengono meno; giusto per mostrare cosa significa tutto questo in termini di estensione numerica, come si può vedere nella tabella qui a fianco si passerebbe da 1 a 10000000000000.

pHmetro tascabile

Questo renderebbe assai arduo organizzare strumenti con una scala di responsi così ampia, e la difficoltà riguarderebbe inoltre anche l’operatore che potrebbe domandarsi quanto variazioni numeriche che sulla carta sembrano ingenti possano di fatto influenzare le caratteristiche del prodotto.
In campo scientifico quando una variabile ha in come in questo caso un range di variabilità di diversi ordini di grandezza, si ricorre solitamente alla sua espressione in termini di logaritmo (quando tende a diventare molto piccola, ovvero al di sotto dell’1) o di esponenziale (quando tende a diventare molto grande).   Sarebbe pertanto sbagliato affermare che una soluzione a pH 2 è il doppio più acida di una a pH 4.     Quella a pH 2 infatti avrebbe una concentrazione di H+ pari a 0.01M, mentre una a pH sarebbe pari a H+ 0.0001.
Il rapporto fra 0.01M/0.0001 non + due (ovvero il doppio) bensì 100.
Quindi se volessimo stabilire “quanto la soluzione a pH 2 sia più acida di una a pH 4, sebbene personalmente sconsigli questo tipo di valutazione anche per il suo scarso e talvolta fuorviante significato pratico, potremmo dire che lo è di 100 volte!

Dai seguenti grafici si vede come tabulando una scala di numeri interi (il pH, appunto) contro la concentrazione di H+ espressa come molarità, si otterrebbe un curva che rapidamente inizierebbe a confondersi con lo zero.

Uno strumento di misurazione con una scala tradizionale, di tipo lineare come quella utilizzabile invece su rifrattometri e conduttivimetri, fornirebbe pertanto in questo caso valori che quasi sempre sarebbero confusi con una concentrazione pressoché nulla di H+!
Solo esprimendo la concentrazione di H+ sull’asse della ordinate (Y) come logaritmo decimale, si riesce a condensare tutto il range di 14 ordini di grandezza di escursione di questo parametro in pochi centimetri di grafico, restituendo una relazione rettilinea fra questo valore ed il pH, come da definizione:

Formalmente il pH è infatti calcolato come il logaritmo in base 10 della concentrazione molare degli ioni H+, cambiato di segno (dal momento che il negativo di un numero molto piccolo, ovvero compreso fra 1 e 0, fornirebbe di per sé un valore negativo!), ovvero:
pH = -log[H+]

Se qualcuno per concludere dovesse domandarsi per quale ragione il range di pH vada proprio da 0 a 14, posso fugacemente ricordare che questi valori valgono in ambiente acquoso (quasi sempre il pH lo si esprime per soluzioni acquose) ed il range di contrazioni di H+ da cui questo range è derivato come inverso del logaritmo decimale, è una proprietà intrinseca dell’acqua in condizioni di temperatura ambientale standardizzata, essendo legato alle sue proprietà di “autoprotolisi”, ovvero di dissociazione spontanea in H+ e OH-.

In ultima analisi però sarebbe scorretto identificare nella pHmetria un metodo generale per la determinazione della concentrazione di un acido o di una base, almeno finchè non si conoscerà la reale identità chimica di questo acido, oppure di questa base. Un acido più debole ad elevata concentrazione può infatti impartire ad una soluzione acquosa lo stesso pH, o anche più alto, di un acido più forte ma più diluito.   E’ anche vero che i pH estremi, altamente acidi o basici, registrati rispettivamente con un acido o una base forte anche discretamente diluiti, non potrebbero in nessun modo essere raggiunti con acidi e basi medi o deboli, ovvero non completamente dissociati in soluzione acquosa, quale che sia la loro concentrazione.     La registrazione di un pH veramente estremo (es. pH<1-2 o pH>12-13) sono quindi indizi piuttosto chiari della presenza rispettivamente di acidi o basi forti in soluzione acquosa.

UTILIZZO COMBINATO DEI VALORI DI BRIX, CONDUTTIVITA’ E pH

Vediamo infine come la combinazione delle tre misure, realizzabile da ognuno di noi anche a livello domestico con un investimento non superiore ad un paio di centinaia di euro e senza particolari competenze scientifiche, possa aiutarci a comprendere qualcosa di più sulle caratteristiche composizionali delle sostanze che ci possono capitare fra le mani.

Innanzitutto bisogna specificare che i prodotti da testare devono essere allo stato di soluzione acquosa, quindi liquidi in base acqua, e se se tratta di prodotti allo stato solido, per esempio in polvere, questi devono essere preventivamente sciolti in acqua.    Se essi all’atto pratico dovessero risultare insolubili in acqua non sarà possibile affrontare l’esame con le tre tecniche descritte ma la questione richiederebbe un approccio del tutto diverso, fuori dall’argomento di questo post.   Ma immaginiamo per il momento di avere tra le mani delle soluzioni acquose o dei prodotti che possano comunque sciogliersi piuttosto bene in acqua.   Anche se potrebbe risultare scontato, ricordo per inciso che l’acqua da utilizzare per questo tipo di soluzioni deve essere di tipo demineralizzato, o anche semplicemente purificata per distillazione.

Per iniziare, possiamo prendere in esame i differenti significati che potrebbe assumere la lettura strumentale di un ipotetico “valore zero” misurato presumibilmente su tre soluzioni acquose differenti rispettivamente da un rifrattometro, da un conduttivimetro e da un pHmetro:

Un brix pari a zero nella maggior parte dei casi si riferisce ad acqua pura o a concentrazioni di soluti solidi generici inferiori al limite di rilevabilità dello strumento.
Per via delle diverse sensibilità delle tre tecniche di indagine (la rifrattometria è la meno sensibile, la conduttimetria è intermedia, mentre la pH-metria è influenzata da concentrazioni di acidi o basi forti ancora inferiori), una soluzione sulla quale il nostro rifrattometro portatile mostrasse brix pari a zero potrebbe in realtà mostrare un valore di conduttività non proprio nullo, anche se probabilmente non molto elevato, e soprattutto un pH che potrebbe anche essere sensibilmente diverso dal valore di neutralità pari a sette.

Una conduttività pari a zero, o comunque al limite del rumore dello strumento, è indice di acqua purissima almeno dal punto di vista ionico, ovvero completamente priva di sali minerali, come ad esempio l’acqua distillata o sottoposta a trattamento di demineralizzazione su resine scambiatrici di ioni.
E’ da sottolineare però che anche un solvente non ionico, ad esempio l’alcol etilico, fornirebbe se puro un responso conduttimetrico teoricamente nullo in quanto non consentirebbe neppure lui di supportare la conduzione elettrica, quindi paradossalmente la conduttimetria non sarebbe in grado di dirci se il materiale liquido che stiamo esaminando sia acqua pura o alcol etilico puro, ed inoltre in caso di soluzione acquosa risulterebbe del tutto cieca nei confronti dei soluti non ionici, per esempio nei confronti dei carboidrati e della maggior parte delle sostanze organiche idrosolubili, che solitamente hanno caratteristiche di polarità (indispensabili per potersi sciogliere in acqua) senza per questo avere la possibilità di scindersi in ioni.

Un pH pari a zero indica una soluzione estremamente acida, contenente presumibilmente un acido minerale forte (es. cloridrico, nitrico, solforico, ecc) in elevate concentrazioni (1M, che per l’acido cloridrico significa per esempio 3.6% in peso).   Un acido in genere è anche in grado di influenzare il responso della conduttività in quanto si tratta pur sempre di una sostanza ionica, tuttavia se l’acido è veramente molto forte vedremmo che concentrazioni anche minimali di esso sono in grado di abbassare drasticamente il pH, mentre il responso conduttimetrico potrebbe spostarsi solo di poco dallo zero strumentale.

Finalmente possiamo ora passare ad esaminare i casi più complessi, quelli che davvero descrivono situazioni autentiche e reali, tratti dalla vita di tutti i giorni, dove non la singola ma tutte e tre le misurazioni, considerate nel loro insieme, possono fornirci informazioni preziose su alcuni aspetti composizionali dei nostri prodotti:

Un pH molto alto (es. maggiore di 12, ovvero basico) se associato ad un ridotto grado rifrattometrico (es. 0.30) e ad una ridotta conduttività (es. 0.5mS) potrebbe indicare la presenza di sostanze in bassissima concentrazione a fortemente alcaline, ad esempio della soda caustica (idrossido di sodio, NaOH) o del sapone tradizionale tipo Marsiglia.

Un grado rifrattometrico elevato, associato ad una conduttività elevata ma un pH non molto diverso da pH 7 (neutralità) potrebbe indicare la presenza di concentrazioni elevate di sali in soluzione, ed in particolare di sali neutri come in cloruro di sodio, il comune sale da cucina.

Un grado rifrattometrico elevato, associato ad una conduttività ridottissima e ad un pH prossimo alla neutralità potrebbe suggerirci di essere in presenza di uno sciroppo zuccherino.

Un pH ridotto (es. 3.5, ovvero debolmente acido) se associato ad un grado rifrattometrico modesto e ad una conduttività molto elevata potrebbe suggerirci di trovarci di fronte ad un acido debole ad elevate concentrazioni, ad esempio rimanendo in ambito delle sostanze naturali ed alimentari ad un aceto.

Una conduttività “relativamente” elevata, a fronte di un grado rifrattometrico pressoché zero ed un pH solo debolmente acido potrebbe suggerirci l’idea che la soluzione sia composta essenzialmente da acqua, che ha assorbito con il tempo quantità abbondanti di anidride carbonica dall’atmosfera o nella quale lo stesso gas è stato introdotto artificialmente (es. acqua gassata in bottiglia): l’anidride carbonica sciolta nell’acqua si converte infatti in buona parte in acido carbonico, un acido molto debole che incide poco sul valore di pH (che infatti si abbasserà solo lievemente rispetto al valore di 7 dell’acqua pura) ed ancor meno sul valore rifrattometrico, che potrebbe continuare ad essere letto come zero con la maggior parte degli strumenti commerciali. Al contrario, dissociandosi almeno in parte in soluzione acquosa in ioni di carica opposta, l’acido carbonico è in grado di mantenere una certa conduttività elettrica della soluzione.     Questo spiega anche il fenomeno per mezzo del quale se lasciano immersa una sonda conduttimetria in acqua demineralizzata appena prodotta e lasciata liberamente a contatto con l’aria, il valore della conduttività misurato, inizialmente approssimabile con lo zero, tenderà ad aumentare nel tempo.

Inutile ricordare come questo sistema ternario di valutazioni, per quanto economico, speditivo e di facile impiego, non rappresenti che il primo, anzi il primissimo passo verso la conoscenza delle nostre soluzioni.
Le prime due limitazioni che vengono a galla sono probabilmente quella della non descrittività delle specifiche sostanze chimiche presenti nella soluzione e della difficile interpretazione dei responsi qualora in soluzione fossero presenti contemporaneamente più specie chimiche diverse (i cosiddetti miscugli).

E’ facilmente intuibile, per esempio, come una soluzione acquosa contenente sia zuccheri che sali non sia immediatamente svelabile con questo sistema: la conduttività potrebbe indicarci che c’è qualcosa di ionico in soluzione (ed il pH neutro potrebbe eventualmente confermarci che non si tratta di un acido o di alcali, bensì di un sale): sperimentalmente potremmo pertanto provare a diluire del sale a diverse concentrazioni, misurando conduttività e brix delle soluzioni ottenute e confrontando queste coppie di valori con quella di conduttività e brix riferita al nostro campione incognito.    Se a parità di conduttività, il grado rifratto metrico dei campioni sperimentali resta più basso, è probabile che nel campione incognito ci fosse “qualcos’altro” a tenere alto il brix, qualcosa che non aveva influenza sulla conduttività, ovvero nel più comune dei casi uno zucchero.

cromatogramma che mostra la presenza contemporanea di 5 diverse specie chimiche in soluzione

E’ ovvio d’altronde che, come recita il detto, “non possiamo tirare fuori sangue dalle rape”: in casi poco meno che banali, dove il sospetto che le sostanze chimiche contenute nel campione siano più di una, l’incrocio dei responsi di queste tre misure speditive, seppur prezioso come inizio, dovrà necessariamente essere integrato con tecniche di analisi propriamente dette, in grado di identificare e quantificare le concentrazioni delle varie specie chimiche contenute nel campione.
Allo stesso modo dovremmo forse imparare, o meglio “reimparare” anche noi chimici moderni, prendendo insegnamento dai nostri nonni scienziati, che quando ci viene portato a “chimicare” un campione acquoso completamente incognito, prima, molto prima di introdurlo in un sofisticato HPLC, magari abbinato ad uno spettrometro di massa, rischiando magari pure di danneggiare questi delicati strumenti, oppure di sottoporlo a spettroscopia NMR o IR o quant’altro, dovremmo forse iniziare a ragionare banalmente sui suoi valori di brix, conduttività e pH.

Print PDF