luce

L’ottica non lineare ed i materiali a suo supporto

di Giuseppe Alonci

tecnologie basate sull'ottica non lineare nel laser di un Blu-Ray

tecnologie basate sull’ottica non lineare nel laser di un Blu-Ray

Molte delle tecnologie che ci circondano sono legate, a vario titolo, all’ottica e ai fenomeni ottici. Non parlo solamente di lenti, occhiali e binocoli, ma anche di strumenti modernissimi, come laser, fibre ottiche, satelliti, microscopi, ma anche televisori, schermi LCD o i banali lettori CD-DVD.  Lo stesso premio nobel per la fisica 2014 è stato assegnato a Akasaki, Amano e Nakamura per i loro lavori pioneristici su i primi LED a luce blu. Dagli sviluppi dell’ottica dipenderà fortemente la nostra tecnologia futura: usare i fotoni per trasmettere informazioni, invece degli elettroni, renderà i computer quantistici del futuro delle macchine dalle potenzialità immense.
Ma tra le varie branche che costituiscono l’ottica, particolare importanza sta acquistando negli ultimi anni la cosidetta “ottica non-lineare”, che oggi trova spazio in infinite tecnologie, dai blu-ray ai dispositivi medicali, e che è l’argomento principale di questo articolo. Ma prima di potervi mostrare le infinite potenzialità di una disciplina così complessa è necessario fare una piccola introduzione sulla natura della luce e sul concetto di non linearità.
La natura della luce è sempre stata un dilemma che ha contrapposto scienziati tra i più illustri.

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Perché il cielo è azzurro? (e il sole è giallo e le nuvole bianche?)

perché il cielo è blu?Questa è la domanda che avrà probabilmente segnato in ben più di un bambino l’abbandono della convinzione rassicurante che “il mio papà sa tutto”.
Sarebbe probabilmente altrettanto rassicurante far germogliare in lui la convinzione che “il mio papà non saprà forse tutto, ma può sempre documentarsi!” ma si sa, viviamo in una situazione tutta basata sul qui-e-adesso che lascia poco spazio alla riflessione documentata e ponderata.
Ma lasciamo da parte le considerazioni pedagogiche e torniamo naso in su a guardare il cielo.  Perché ci appare azzurro, almeno nelle giornate limpide e guardando verso l’alto – come dicono gli astronomi “a mezzogiorno” – e non bianco come si dice che sia la luce del sole, notoriamente composta da una miscela di tutti i colori?
Ma le domande non finiscono qui: perché al tramonto e all’alba esso ci appare di colori diversi, che possono andare dal giallo al rosso? E perché le nuvole sono di solito bianche? Ed infine, se vi dicessi che in realtà il cielo al quale siete abituati, lo stesso che vi stava indicando il vostro bambino, non è azzurro ma viola?

Alla base della risposta a tutte queste domande vi è uno, o meglio “una classe” di fenomeni fisici accomunati dal fatto che comportano una deflessione, ovvero un cambiamento nella traiettoria della luce, quando questa incontra lungo il suo cammino delle particelle microscopiche con le quali non ha un rapporto diretto di scambio di energia.

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la fotosintesi clorofilliana: dettagli e varianti

di Salvatore Caiazzo

[ approfondimento del tema, già introdotto dallo stesso Autore nell’aticolo preliminare:
la fotosintesi: un sistema redox per la vita” ]

struttura ed immagine al microscopio dei tilacoidi in un cloroplasto

Il processo di fotosintesi nelle piante si può formulare in questa reazione molto generale:

equazione generale della fotosintesi

Ponendo n uguale a sei si ottiene glucosio come prodotto non definitivo della fotosintesi. Questo processo dunque consiste nella riduzione della CO2  con acqua come riducente. Esperimenti condotti in parallelo su batteri fotosintetici hanno dimostrato che l’ossigeno prodotto dalla fotosintesi non proveniva dalla anidride carbonica ma bensì dall’acqua a suffragio di questa ipotesi vi sono inoltre evidenze sperimentali ottenute da esperimenti condotti utilizzando un isotopo dell’ossigeno, l’ossigeno 18. in considerazione di questi fatti l’equazione della fotosintesi è da scrivere nel modo seguente :

equazione della fotosintesi per la produzione di glucosio

con una variazione di energia libera standard pari a + 2863 KJ/mol.

struttura del cloroplasto - foto al microscopio elettronico a trasmissioneIl quoziente fotosintetico PQ che si ha dal rapporto tra ossigeno e anidride carbonica è uguale a 1 quando si ha formazione di carboidrati. Il processo di fotosintesi è un processo endoergonico nel quale il flusso degli elettroni scorre contro gradiente termochimico e l’energia necessaria affinché questa migrazione elettronica sia possibile si ha grazie alla luce.
La fotosintesi, se considerata nella sua globalità, è il processo inverso della respirazione cellulare ( processo in cui si ha la trasformazione della materia organica in energia estraendola dall’ ATP, e che può rapidamente cedere alle attività che la richiedono.

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la fotosintesi: un sistema redox per la vita

di Salvatore Caiazzo


flussi di materia interni ad una piantaLA SCOPERTA DELLA FOTOSINTESI

L’osservazione dei fenomeni naturali, trova fin dall’antichità interesse nelle menti più erudite dei tempi.   L’analisi empirica dei fenomeni biologici ha da sempre appassionato gli studiosi di tutti i tempi.   Le scienze biologiche hanno guadagnato un’identità propria fin dal formarsi di una tradizione di scienza medica e di storia naturale, cioè fin dai tempi di Aristotele (IV secolo a.C.) e Galeno (II-III secolo d.C.).
Ad Aristotele si devono le prime osservazioni sulle analogia e/o differenze nel trofismo delle specie viventi considerando con “estrema” semplicità come: mentre gli animali si procuravano il cibo per potere sopravvivere, così le piante, che non ingeriscono alimenti, dovevano in qualche modo trarre dal substrato i nutrienti.
Jan Baptista van Helmont (1579-1644) provò attraverso un’analisi biometrica, avente come oggetto di studio una piantina di salice indoor, che: attraverso un quinquennio di misurazioni sulla pianta, alla quale forniva solo acqua, essa si era accresciuta fino a raggiungere 74,4 kg, mentre il peso del terreno sostanzialmente non era variato (pesava solo 57 grammi in meno), deducendo in questo modo che la pianta traeva dall’acqua le sostanze di cui aveva bisogno.
Successivamente nel 1771 il chimico inglese Joseph Priestley, con un semplice esperimento nel quale poneva una piantina dentro una campana di vetro, dove in precedenza aveva bruciato una candela, notò che: la piantina sopravviveva e che, dopo alcuni giorni, nella campana si poteva fare bruciare una nuova candela o mantenere in vita un topo.  

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Perché le piante si piegano dalla parte della luce? (…una trattazione trasversale fra agronomia, biologia e chimica)

dominanza apicale albero Tutto ha inizio nelle gemme apicali: si chiamano così i germogli che stanno all’apice, in cima ai rametti di ogni pianta. Avrete sicuramente notato che nella maggior parte dei vegetali di taglia non proprio minimale, il germoglio che cresce alla fine del ramo, o più ancora quello che sta in cima a tutta la pianta, domina quelli sottostanti, crescendo molto più in fretta e determinando in questo modo la forma allungata del ramo e talvolta anche di tutta la pianta. Se così non fosse le piante crescerebbero in larghezza più che in altezza (ed in effetti alcune lo fanno). Le conifere come i pini e gli abeti rispettano molto bene la dominanza apicale, ma lo stesso fenomeno lo si può osservare un pò ovunque nel regno vegetale.

Nelle gemme apicali la pianta produce un ormone detto auxina, e chi ha dimestichezza con il greco capirà bene che il nome non è stato scelto a caso, dal momento che la radice “aux” sta per “crescita”. La cosa che non tutti immagineranno invece è che lo stesso ormone è implicato in due fenomeni apparentemente slegati l’uno dall’altro: la dominanza apicale ed il fatto che le piante si pieghino dalla parte della luce (fenomeno detto fototropismo).

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