Cos’è la chimica?
Inizio cosi: “ E' la scienza della vita=combinazioni di più atomi”. Dicendo combinazioni di atomi, dico in effetti la vita di tutte le cose: noi, i nostri occhi, gli animali,le piante, i sassi, la materia e cosi via.
Allora vien da chiedersi: perché i sassi non hanno coscienza? Qui il discorso porterebbe anche a delle riflessioni filosofiche, che per il momento tralascio. Invece dico che la differenza tra noi e i sassi è una questione di struttura atomica, che dipende dal tipo di atomi che prendono parte alla formazione molecolare e dalla loro configurazione spaziale.
I nostri geni, non sono altro che macromolecole, che a loro volta sono una speciale combinazione di atomi. In altre parole gli atomi sono noi. Sono io a scrivere in questo momento o gli atomi? Gli atomi, quindi, sono coscienti? Di certo, la coscienza o il nostro spirito sono intrinsecamente legati alla natura degli atomi.
Rimane il fatto di capire se il nostro spirito sia indipendente oppure no dalla materia. Rimane un mistero per la vera scienza, per la teologia invece no. È una questione di fede, ma, secondo me,lo stesso è anche per la completezza, la variabilità e la dinamicità della vita. È sorprendente questa perfetta armonia, nonostante le sofferenze o i dispiaceri.
Ma gli atomi non sono solo la vita. In essi si “ trova” tutto. Grazie a loro, solo per rimanere in tema mediatico, oggi è possibile comunicare via internet e vedere fin dove i nostri occhi non vedono.
Il discorso ci porterebbe molto lontano, rispetto al taglio sintetico che intendo dare alla chimica, senza nemmeno aprire il discorso sulla chimica quantistica o sulla meccanica quantistica molecolare, dove l’atomo non è più visto, in modo tradizionale per cosi dire, come un sistema planetario, ma in due modi diversi: onda o corpuscolo. In altre parole e in modo semplice ( lo dico solo per incuriosire gli studenti), noi vediamo un atomo comportarsi in due modi distinti, come un sordo o come un cieco. Il sordo che guarda la televisione dirà:... le immagine non parlano. Il cieco invece dirà : sento le parole. Invece, noi, più fortunati, che vediamo e sentiamo, la televisione è un mezzo completo, fatto di immagini e di parole, cioè una realtà unica. Nel momento in cui, il mio amico oculista, Roberto, darà la vista al cieco, anche per questo la realtà diverrà unica. Per il momento tutti siamo o sordi o ciechi nei confronti della natura intrinseca degli atomi.

Chi sa quante sorprese gli atomi, la chimica, riserveranno per le future generazioni. Mi fermo qui.
La chimica sa pesare i costituenti di un atomo, gli elettroni e protoni. Non parliamo per esempio dei quark, cosi impariamo meglio le cose, partendo dalle cose più semplici, anche perché cosi saremo più rispettosi verso i nostri più antichi antenati, che amavano tanto la natura, ma senza sapere cosa portassero in seno gli atomi. Oggi ho fatto la mia parte, domani è un altro giorno........Oggi è un altro giorno.
Ieri ci siamo lasciati, dicendo che noi rispetto ai nostri lontani antenati, che nonostante amassero la natura molto di più di quanto oggi molti non fanno, siamo più fortunati perché sappiamo molte cose di essa, attraversa la scienza e, dato che stiamo parlando di chimica, attraverso questa.
Gli atomi sono il protagonisti di tutte le cose, anzi di tutto, senza mai dimenticare che essi sono e resteranno sempre in interazione con lo spazio-tempo, (vedi in homepage le voce: matematica, fisica).
E’ giusto quindi conoscerli bene. Cercherò di farlo nei termini più didattici possibili, anche se non è possibile trattarli come si fa nei bei libri, quelli veramente didattici, perché non tutti i libri, è bene che giovani studenti lo sappiano, non sono altezza del compito. Ma cercherò di dare indicazioni ai giovani studenti come dovranno guardare la chimica, non in senso tradizionale per cosi dire, ma guardata ( la chimica) in un contesto globale o in senso olistico: sono le nuove conoscenze ad imporcelo. Quanto prima ho citato lo spazio-tempo, per esempio, non l’ho fatto a caso. Se poi dirò di guardare la chimica, in senso olistico, ha uno scopo. La stessa biologia va guardata in senso olistico. Basta pensare al tema, che tutt’oggi rimane aperto, della nostra coscienza. È difficile, ma dobbiamo cercare di abituare i nostri sensi a guardare le cose in senso globale. Per essere ancora più chiari, non bisogna guardare la chimica o la biologia come discipline a sé: è auspicabile legarle almeno con gli sviluppi della fisica moderna, quella dei quanti e quella ondulatoria.
Quindi nel corso della discussione, pur partendo dalle cose più facili, che bisogna conoscere bene, mi soffermerò su argomenti, che vanno al di là di un normale corso di chimica, persino argomenti che rasentano implicazioni filosofiche, per stimolare la nostra creatività. Ricordate, e concludo, che nostro cervello è altamente plastico, che se bene stimolato saprà adattarsi brillantemente.
Domani ci rivedremo ………
oggi è un altro giorno.
Ci chiederemo: cos'è una molecola e quanto pesa un molecola?
Una molecola non è altro che un’unione di due o più atomi. Per sapere quanto pesa una molecola basta sapere come si pesano gli atomi, che prendono parte a quella molecola che ci interessa. Ogni atomo è composto di protoni, neutroni ed elettroni. La somma dei pesi di questi danno il peso assoluto dell’atomo. La somma dei pesi degli atomi, danno il peso assoluto della molecola. Volendo sapere quanto pesa un atomo di ossigeno procedi cosi:

peso 1 protone =g 1,67.10-24

peso 8 protoni = g 1,33.10-23

peso 1 neutrone =g 1,67.10-24

peso 8 neutroni =g 1,67.10-23

sommando si ottiene: peso nucleo= g 2,66.10-23

peso 1 elettrone=g 9.10-28

peso 8 elettroni=g 7.10-27

peso totale atomo di ossigeno=g 2,6607.10-23

L’idrogeno, essendo costituito da un solo protone e trascurando il peso dell’unico elettrone, ha un peso atomico assoluto pari al peso del nucleo e cioè g 1,67 .10-24
Facendo il rapporto tra il peso atomico assoluto e quello dell’idrogeno si ottiene il valore 16, il che significa che l’ossigeno è sedici volte più pesante dell’atomo di idrogeno. Quindi l’atomo di ossigeno, in rapporto con il peso di riferimento dell’atomo di idrogeno, diciamo che ha peso atomico relativo 16.
Di conseguenza il peso atomico relativo dell’idrogeno è con precisione, non uno, ma g =1,008, che si assume come unità di misura di peso o di riferimento.
Spesso sentite parlare di numero di Avogadro. Che cosa è il numero di Avogadro?
PUNTO A)
poiché ora sappiamo come calcolare sia il peso atomico assoluto di ogni atomo e quello relativo, è facile calcolare il numero di atomi per esempio di idrogeno che sono contenuti in grammi g=1,008. Basta impostare una semplice proporzione, ovvero:
                           

                                                   1 atomo : g 1,67. 10 -24 = x atomi : g 1,008
risolvendo si ottiene che
                                                                    x = 6.04.10 23
Cioè in un grammo di idrogeno sono contenuti circa 600.000.000.000.000.000.000.000 atomi
 

Attenzione! Ecco la sorpresa, è vero, la natura funziona alla perfezione
 

Leggendo e procedendo come nel PUNTO A, e mettendo al posto del atomo di idrogeno, qualsiasi altro atomo appartenente alla tavola periodica, come l'elio, litio,berillio,...ossigeno e cosi via, sorprendentemente otterrete sempre lo stesso numero :
                                             

                                                    x = 600.000.000.000.000.000.000.000
 

Questo è il grandissimo numero ( costante) di AVOGADRO (1776-1856)
Esaminate un altro caso, per esempio quello dell'ossigeno, di cui abbiamo già calcolato il peso assoluto e quello relativo, cioè trovate quanti atomi x di ossigeno sono contenuti nel suo peso relativo g =16!
oggi ho fatto la mia parte, domani ci rivedremo..........
Oggi è altro giorno, riprendiamo il discorso di ieri
Poiché il numero x degli atomi di un qualsiasi elemento, come abbiamo visto, contenuti in un grammoatomo g è sempre uguale al numero di Avogadro, ovvero 600.000.000.000.000.000.000.000 atomi, voglio porvi la seguente domanda:
secondo voi quante molecole vi sono in una grammomolecola?
Riflettete un po’…… ricordatevi cos’è una molecola……poi riflettete ancora…..
Voglio darvi un consiglio. Non imparate mai a memoria le cose, in particolare, quelle riguardanti le materie scientifiche, perché esse seguono sempre una logica. Capire questo logica significherà poi, non solo che vi agevolerà la comprensione delle altre cose sempre collegate alle prime, ma imparerete a fare vostre deduzioni e ricorderete bene le cose. In altre parole cercate di “riportare” la vostra mente nella mente di colui il quale per primo le ha scoperte. Questi sicuramente ha dovuto fare un certo ragionamento mentale! Si o no! …..Che poi dalla teoria si passa alla sperimentazione, è tutt’altra cosa.
Detto ciò vediamo come bisogna ragionare per dare la risposta alla domanda posta:
Se due atomi si uniscono formano una molecola, se sono dieci gli atomi che uniscono formano una sola molecola, e cosi via se gli atomi sono n essi formeranno sempre una sola molecola, ...sempre una!!!!
Poichè un grammoatomo di un certo elemento e un grammoatomo di un altro elemento contengono ciascuno 6,023 .1023 atomi, e dalla loro unione si avrà una e una sola grammomolecola, che conterrà quindi 6,023.10 23 molecole.
In conclusione: un grammoatomo di sostanza contiene 6,023.1023 atomi;
una grammomolecola di sostanza contiene 6,023.1023 Molecole
 

 Che cosa sono le equazioni chimiche
Scrivo:
                                                 C +0 2 = C02 + Energia (o - ENERGIA)
 

in questa caso l'energia liberata è di 94.030 calorie
 

Come si può notare è un’normale equazione, in cui compiano simboli e numeri ( coefficienti o indici). Essa fa vedere, in termini concisi, come le molecole reagiscono tra loro, gli addenti dopo il segno di = si chiamano tecnicamente PRODOTTI; quelli al primo membro vengono chiamati REAGENTI.
 

Come si può leggere alla fine ho sommato la parola... + o - ENERGIA . Cosa significa questa? Significa che qualunque reazione chimica è accompagnata da un certa emissione di energia: in questo caso la reazione chimica prende il nome di reazione ESOTERMICA, l’energia cioè viene liberata, segno +).
 

Ma una reazione chimica può essere, invece accompagnata da un incameramento o assorbimento di energia, in questo caso la reazione chimica prende il nome di reazione ENDOTERMICA. Un esempio
 

                                                    C+2S=CS2 -22.000 calorie
 

questa reazione ci dice che, quando si forma una grammomolecola ( g=76,14) di solfuro di carbonio dai suoi elementi C e S prima della loro fusione, si ha un assorbimento di energia di 22.000 calorie ( ENDOTERMICA)
Nota: sentirete parlare di calorie per grammo, oppure di calorie per grammomolecola, anche di calore specifico. Se volete, potete imparare la loro definizione.
 

Inoltre, anche nelle reazioni o fusioni nucleari di parla, in modo identico, di reazioni esotermiche ed endotermiche. Unica di differenza è l'energia liberata o assorbita, che, nelle reazioni nucleari, è molto più grande.
 

Quello che è importante sapere che si tratta sempre e comunque di energia in gioco. Del resto il calore è sinonimo di energia, o meglio sono la stessa cosa, addirittura massa ( energia concentrata).

 Detto ciò, cercherò di farvi capire, perché in generale avvengono le reazione chimiche tra atomi e atomi, o tra molecole e molecole ( il chimico  praticamente procede in modo diverso - vedi legami chimici : ionico, covalente, covalente coordinato, metallico;  meccanica quantistica molecolare-, pur conoscendo questa legge di natura, nel ricercare nuove molecole, le cui possibilità sono  illimitate.

   La natura è sorprendente, non mi stancherò mai di ripeterlo. Tutte cose in essa contenute o nell’universo contenute ( protoni, neutroni, elettroni, atomi, molecole e cosi via tutti i corpi, dico tutti) sono sempre alla ricerca della via più breve possibile. È come se cose  avessero coscienza! Difatto alcune hanno sicuramente coscienza, noi per esempio. Noi non siamo altro che una bella spugna di atomi o di molecole: circa 80% delle molecole sono quelle di acqua.  Percorrere la via più breve significa, spendere la minima energia possibile. È come se tutte le cose, avendo un totale di energia costante, in tutto l’universo sapessero, oltre ad economizzare, a gestire, distribuire in modo perfetto e armonioso tutta l' energia, la quale a sua volta si presta ad essere trasformata in altre forme di energia o in massa. Di fatto come ci insegna Einstein avere corpi o energia  è la stessa cosa( E= m c 2) ( potete anche dire che massa m ed energia sono equivalenti). Per chiarezza e sorprendentemente in modo magico è sempre essa stessa (l' energia), naturalmente con la complicità delle cariche elettriche, a fare da padrona. Impone persino allo spazio-tempo a modellarsi  a  geometria non euclidea: in questo caso il suo complice è lo spazio-tempo. Se spazio-tempo fosse completamente piatto, non avremmo neanche  masse o energia. In altre parole lo spazio-tempo,l'energia e le cariche si "vedono" ricreati  in quello che noi chiamiamo universo, dentro al quale, vivendo, avvertiamo non solo essere parte di esso, ma anche uno scenario dinamico e armonico. E' una forma di simbiosi perfetta, oltre che armonica che si è stabilita, fin dalla nascita, tra spazio-tempo, energia e cariche. Se togliessimo per magia le cariche ( elettriche e subnucleari) noi,tutta la terra, tutte le stelle, tutte le galassie, insomma tutte le cose, si trasformerebbero in energia pura, la quale non avrebbe più  la possibilità di aggregarsi in massa: tutte le belle cose, tutte le cose, il nostro pane quotidiano, gli spaghetti alla matriciana, il vino ....cosi via. Per "fortuna" non è cosi: l'universo è stato concepito in modo perfetto.
 

Una massa, qualsiasi massa, quindi liberata da suoi lucchetti, le cariche elettriche , diventa energia pura. Va notato, per inciso, che l’energia pura si ottiene anche quando si incontrano una particella con la sua antiparticella: le cariche opposte si neutralizzano, le energia può andare via pura, senza lucchetti. Cercate di immaginarvi, un protone ed elettrone per esempio liberi ( il discorso può essere ripetuto per tutte le altre particelle). ….. Li “ vedresti” qua e là……. Alla fine si incontrano, si uniscono: nell’unione liberano le energia in più. Trovano uno stato più stabile, “la via più breve possibile”.
L’elettrone, nel suo stato fondamentale e il protone annidato, tranquillo, che “ guarda l’elettrone come un uccello in cerca di cibo, senza allontanarsi più di tanto dal suo nido ( il protone): insieme hanno dato vita all’idrogeno.
 

Oggi ho fatto la mia parte, ..a domani…….Oggi ho fatto la mia parte, ..a domani……. Prima di chiudere, dimenticavo di dirvi: ..prima del mio ritorno, cercate di pensare come sia possibile che l’elettrone si possa comportare in due modi assai differenti o tra loro contrapposti : come onda o come corpuscolo. Il primo modo ci fa pensare al continuo, onda, il secondo modo al discontinuo, a salti. Non impazzite però, perché non siete i soli, persino la mente di Einstein è rimasta scioccata …… nonostante vedeva, (lui stesso ha scoperto l’effetto fotoelettrico), l’elettrone, allontanandosi dal suo nucleo, comparire come corpuscolo; altre volte comparire come onda, magari per aggirare ostacoli o per creare belle figure di interferenza. Ma nessuno è ancora riuscito a capire cos’è realmente un elettrone quando è nascosto: di sicuro avrà una sua natura intrinseca nascosta ( è una variabile nascosta? Chi sa se un bel giorno qualcuno riuscirà a trovarla!!) Potrebbe essere uno di voi,... chi sa…….cosi sapremo se il mondo microscopico,in particolare e a dispetto del principio di indeterminazione, è completamente deterministico.
 

A DOMANI vi saluto
 

Oggi è altro giorno.
Ritorniamo alle reazioni chimiche, per fare altre considerazioni ed esempi. Abbiamo accennato alle reazioni endotermiche ( energia preceduta dal segno meno nella nostra equazione chimica scritta prima). Se l’energia o calore di formazione è fortemente negativo, la reazione del prodotto, cioè la molecola, si decompone in modo velocissimo anche con semplice urto ( vi ricordo l’urto o l’attrito è energia o massa). Per esempio il fulminato di mercurio ha un energia di formazione molto negativo, -65.400 calorie e perciò adoperato come detonatore o innesco per esplosivi.
Dunque in generale per spaccare una molecola , ma l’esempio vale per qualunque unione ( elettroni+protoni, molecole+molecole, atomi+atomi e cosi via), bisognerà immettervi tanta energia, quanta né ha liberata all’atto della sua formazione. Più forte è un legame o un unione tanto più energia bisognerà immettere per rompere o spaccare.
 

Vedere pure fissione nucleare, salvo certi dettagli o "trucchi" usati per rompere per esempio un nucleo di uranio 235, si usano neutroni relativamente lenti piuttosto che veloci. Perchè? Come possono essere rallentati i neutroni? Vedi Enrico fermi. Non voglio,qui, confondere l’idee a chi ancora non ha buona dimestichezza, più il là però chiarirò.
 

Prima però voglio farvi notare una cosa molto importante. Rileggendo la nostra equazione chimica, vediamo che dopo la fusione dell'atomo di carbonio C e la molecola di ossigeno insieme alla formazione dell'anidride carbonica si liberata un'energia pari 94.030 calorie. Sapendo che l'energia è equivalente alla massa ( E= m.c2), vi chiedo:
se mettiamo sul piatto di una bilancia la massa del carbonio C e la massa della molecola di ossigeno 02 (prima della loro fusione), e sull'altro piatto la massa di C02 dopo la fusione, quale dei due piatti della bilancia scenderà verso il basso?
Faccio notare che m nella formula di Einstein rappresenta la differenza di massa.
Avendo dato voi la risposta giusta, per rendere più efficace ed istruttivo, e se volete, per ricordare meglio, immaginate di avere una pera e una mela. Poi pesandole..:.. Voi rispondete: pesano g = X.
Poi mettetele dentro un sacchetto (fusione ) . Ora pesandole.... rispondete : pesano g = Y. Facendo la differenza X-Y = q, non zero, ma una differenza di peso q, netto in valore assoluto, perchè il peso del sacchetto è stato tolto.
Una persona normale direbbe non è possibile!!
Il fisico risponde: in chimica o in fisica è possibile................
In altre parole, per meglio chiarire, l'energia liberta o assorbita è uguale a MASSA m LIBERATA o ACQUISTATA o AGGIUNTA!!!!!!

Facciamo un esempio istruttivo e comprensibile anche ad una persona comune.

Sanno tutti infatti che, bruciando un pezzo di legno, la cenere pesa molto meno del legno bruciato. La differenza di peso si dispersa nell'ambiente sotto forma di energia radiante. Trasformando questa energia radiante in massa (m =E/c 2) con la formula di Einstein e poi pesandola, ritroviamo la differenza di peso.
 

Oggi ho fatto la mia parte, domani è un altro giorno........
Oggi che è altro giorno,
ci chiediamo:
                                       Che cosa sono i CATALIZZATORI?
Alcune molecole, agendo solo di presenza ( almeno apparentemente ),   determinano la variazione di velocità delle reazioni. Tale molecole o sostanze vengono chiamate CATALIZZATORI.
Essi hanno una vastissima applicazione nell’accelerare alcuni processi industriali, come quello per la sintasi dell’ammoniaca con catalizzatore di ferro, per la sintesi dell’alcool con catalizzatore di Sali di zinco ecc. ecc. In altri casi agiscono in sensi opposto, cioè vengono impiegati per impedire o ritardare le reazioni. In Questo caso i catalizzatori, per distinguere, vengono chiamati Inibitori , i quali hanno il compito di impedire o rallentare una reazione. Per esempio il piombo tetraetile è un inibitore, il quale aggiunto alla benzina, consente di limitare le proprietà detonanti o esplosive della miscela con l’aria. In biologia o in medicina, i catalizzatori vengono chiamati Enzimi , le quali sono molecole organiche che svolgono, appunto, il ruolo di catalizzatori nei sistemi biologici. Ogni cellula ne contiene circa un migliaio e tutti sono fondamentali per il suo normale funzionamento. Avendo capito la definizione di catalizzatori, si capisce la loro importanza, in particolare, nel nostro organismo. La mancanza di un solo catalizzatore ( enzima) o la presenza eccessiva possono provocare grossi danni con l’insorgenza di gravi malattie genetiche. È chiara l’importanza di un lavoro di ricerca finalizzato a scoprire molecole mirate a svolgere, in mancanza o in eccesso, il compito di enzimi.
Esistono già molecole che hanno il compito di inibire o di stimolare l’attività degli enzimi responsabili di particolari malattie.
Oggi ho fatto la mia parte, a domani………….
Oggi è altro giorno...ma prima ci chiederemo:
Che cosa sono lo spazio e il tempo?
Inizio cosi:.. noi siamo fatti di atomi…..una pietra è fatta di atomi…un pianeta è fatto di atomi,.. una stella è fatta atomi…….......in breve,.. tutte cose sono atomi
Gli atomi sono la materia, la materia o la massa è energia+cariche, tolte le cariche la massa diventa energia pura, libera, non aggregata.
La materia occupa uno “spazio”….... ..non vien di pensare che essa stessa è lo spazio? …….pensateci , riflettete…..e poi direte :…..è vero!
La materia è lo spazio, ......…dunque lo spazio è energia
Gli atomi non sono solo lo spazio ( energia concentrata e non) ,….. essi sono anche orologi,….......i nostri orologi interni, ….
Il nostro cervello non è forse fatto di atomi? E se gli atomi sono orologi che scandiscono il tempo, il nostro cervello è un orologio, che scandisce il tempo
……Pensandoci bene,….allora gli atomi sono due cose insieme,.. spazio e tempo!!!!.......Si, due cose insieme inseparabili, spazio-tempo = energia, pura o aggregata ….Era cosi semplice….perchè non l’ho pensato prima? ...........……….......Il primo a pensarlo è stato il giovane Einsten
A domani.......