Rubino
Feb12

Rubino

Il rubino è una pietra preziosa di colore rosso della famiglia del corindone costituito da ossido di alluminio estratto principalmente in Birmania e nello Sri Lanka. Il corindone è un minerale allocromatico la cui colorazione dipende dalla presenza di impurezze e, se polverizzato, perde il suo colore diventando una polvere spesso biancastra. Il rubino è una pietra nota fin dall’antichità e viene citata nella Bibbia; gli antichi Indù ritenevano che coloro che offrivano i rubini al dio Krishna ricevessero il dono di rinascere come imperatore. Nel I secolo d.C. Plinio il Vecchio nella sua Naturalis historia descrisse la durezza e la densità dei rubini. Il rubino è stato oggetto di numerose leggende nel corso dei secoli. La gente in India credeva che i rubini permettessero ai loro proprietari di vivere in pace con i loro nemici mentre in Birmania i guerrieri possedevano rubini che li rendevano invincibili in battaglia. Il rubino è stato da sempre apprezzato anche nel mondo occidentale divenendo una delle gemme più ambite dei reali europei e delle classi superiori.  Il colore del rubino varia dal rosso brillante al marrone rossiccio scuro a seconda del tipo di impurezze in esso contenute. Il rubino più apprezzato è il rubino birmano noto per il suo colore “sangue di piccione” la cui colorazione è dovuta alla presenza di ossido di cromo (III). In realtà il rubino e lo zaffiro hanno la stessa struttura e composizione ma differiscono tra loro per la presenza di metalli di transizione diversi. Mentre la formula della zaffiro è MxAl2-xO3 essendo M un metallo di transizione ovvero vanadio, cromo, titanio e ferro, la formula del rubino è CrxAl2-xO3 con x~0.05 del tutto simile a quella dello zaffiro rosa da cui differisce per la maggiore quantità di cromo (III) in esso presente. Il rubino che ha un grado di durezza pari a 9 nella Scala di Mohs, insieme allo smeraldo e allo zaffiro costituisce la triade delle pietre di colore di maggior pregio, ma nell’antichità, in assenza di tecniche analitiche atte alla sua caratterizzazione veniva confuso con lo spinello. Quest’ultimo ha formula MgAl2O4 e un grado di durezza pari a 8 nella Scala di Mohs appare molto simile al rubino al punto da essere incastonato, confuso con un rubino, sulla fronte della corona imperiale britannica. Il rubino è stata la prima pietra preziosa ad essere sintetizzata in laboratorio: il chimico francese Auguste Victor Louis Verneuil, sviluppando le ricerche di altri chimici fu il primo a brevettare il metodo di ottenimento del rubino nel 1902. Il metodo detto “di fusione alla fiamma” o metodo Verneuil consiste nel trattare l’ossido di alluminio con l’ossido di cromo (III) finemente polverizzati ad elevate...

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Smeraldo
Feb05

Smeraldo

Lo smeraldo è una varietà di berillio di colore verde a cui fin dall’antichità venivano attribuiti poteri magici e portentose virtù. Le antiche civiltà scoprirono lo smeraldo in Africa, Asia e Sud America e apprezzarono le caratteristiche della pietra preziosa di colore verde prevalentemente di origine metamorfica. Attualmente lo smeraldo, insieme al rubino e allo zaffiro costituisce la triade delle pietre di colore di maggior pregio. Lo smeraldo viene estratto negli Urali, Brasile, Zimbawe, Sud Africa, Austria, ma a migliore qualità di smeraldo viene estratta dalle miniere della Columbia. Lo smeraldo che ha un grado di durezza nella scala di Mohs pari a 8 è un sale misto e precisamente un silicato di berillio e alluminio con formula [Be3Al2(SiO3)6] che cristallizza nel sistema cristallino esagonale. Quando è puro il composto si presenta incolore ed è detto goshenite dalla città statunitense Goshen; piccole quantità di cromo o vanadio portano alla colorazione verde. Tracce di ferro portano ad una colorazione verde-bluastro o giallo-verde a seconda del numero di ossidazione del ferro. Nonostante l’elevato grado di durezza lo smeraldo tende ad avere problemi di durata in quanto nella gran parte dei casi contiene numerose inclusioni e fessure che raggiungono la sua superficie con conseguente indebolimento della pietra che è quindi soggetta a rottura. Per migliorare l’aspetto, la maggior parte degli smeraldi tagliati sono trattati con oli, cere, polimeri, fondenti o altre sostanze che penetrano nelle fratture e le rendono meno evidenti. Sebbene questi trattamenti possano migliorare l’aspetto, spesso non migliorano la durata della gemma e possono scolorirsi o deteriorarsi nel tempo. La scarsa uniformità della superficie dello smeraldo spinge i tagliatori di gemme a tagliarli nei cabochon ovvero privi di sfaccettature. L’elevato costo dello smeraldo è dovuto, oltre che al suo fascino innegabile, alla sua rarità: essendo infatti un sale di berillio, elemento poco diffuso della crosta terrestre, i minerali che lo contengono sono rari. Come la gran parte delle pietre preziose anche lo smeraldo è stato ottenuto tramite metodi sintetici sin dalla metà del XIX secolo ma fu solo nel 1930 che il chimico statunitense Carroll Chatham riuscì a produrlo in quantità elevate partendo da cristalli di berillio. Attualmente lo smeraldo sintetico è prodotto principalmente con due tecniche: fusione con fondente e idrotermale. Gli smeraldi ottenuti con il metodo di fusione con fondente, che presentano caratteristiche molto simili a quello naturale, vengono sintetizzati utilizzando ossido di berillio BeO, ossido di alluminio Al2O3 e tracce di ossido di cromo (III) Cr2O3 per conferire la colorazione verde; essi vengono posti in un crogiolo di platino e solubilizzati in un flusso di molibdato di litio Li2MoO4. Viene aggiunta la silice che, essendo meno densa,...

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Ammoniti
Dic03

Ammoniti

Le ammoniti sono animali di ambiente marino comparsi circa 400 milioni di anni fa ed estintisi circa 65 milioni di anni fa. La conchiglia delle ammoniti ha una tipica forma di spirale avvolta che ha da sempre affascinato per la sua armonia e su cui si sono interessati i matematici che ritrovano in questa forma come la matematica sia il linguaggio della natura. Nella serie di Fibonacci in cui ogni numero della serie è uguale alla somma dei due che lo precedono si ha che il rapporto tra un numero e quello che lo precede è un numero irrazionale le cui prime cifre sono 1.618. Una spirale logaritmica la cui figura è analoga a quella delle ammoniti in cui il rapporto tra raggi consecutivi è pari a 1.618 viene detta aurea. Il rapporto aureo rappresenta la congiunzione tra la natura e la matematica, il punto di incontro tra l’armonia del cosmo e il modello matematico che lo rappresenta. Le ammoniti non rappresentano solo l’oggetto di studi dei matematici ma anche dei chimici se si considera che vengono citate come esempio per visualizzare i composti chirali. Ma anche la composizione chimica ha la sua importanza: il loro guscio è costituito da carbonato di calcio sotto forma di aragonite che cristallizza nella classe rombica bipiramidale ed è una fase metastabile. Nel corso del tempo il carbonato di calcio, presente sotto forma di aragonite, si trasforma nella sua forma più stabile ovvero sotto forma di calcite che in genere ha una struttura romboedrica. I sali minerali contenuti nelle acque si infiltrano nei pori e nelle cavità microscopiche dando luogo al fenomeno della permineralizzazione da cui si ottengono fossili contenenti una buona parte del loro materiale originario. In sedimenti marini ad alto contenuto di disolfuro di ferro noto come pirite o oro degli stolti o contenenti biossido di silicio i tessuti dell’organismo vengono sostituiti da tali sostanze minerali. Nel primo caso avviene la piritizzazione e l’ammonite assume un tipico colore giallo brillante mentre nel secondo caso avviene la silicizzazione l’ammonite assume un tipico colore...

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Chiodi di garofano
Nov14

Chiodi di garofano

I boccioli fiorali del Syzygium aromaticum raccolti ed essiccati e costituiscono i chiodi di garofano, spezia nota ed utilizzata in tutto il mondo, il cui uso risale al XVIII secolo a.C. Dotati di un aroma intenso e inconfondibile ai chiodi di garofano venivano attribuiti dalla medicina popolare poteri anestetici, antisettici, antimicrobici, espettoranti e con effetti benefici sull’apparato digerente e venivano consigliati anche come afrodisiaci. I chiodi di garofano vengono utilizzati anche in cucina sia nelle preparazioni dolci come biscotti e panpepati che salate in abbinamento alla carne. I componenti presenti nei chiodi di garofano sono stati ricercati nell’olio essenziale che può essere ottenuto dalle foglie, dallo stelo o dai fiori. Essi hanno una composizione simile sia pure variabile nelle proporzioni e l’attenzione è stata focalizzata sull’olio di garofano proveniente dai boccioli. Esso è costituito prevalentemente da eugenolo la cui quantità va dal 70 all’85%, da un suo estere, l’ acetato di eugenile in ragione di circa il 15% e da β-cariofillene la cui quantità oscilla tra il 5 e il 10%. L’eugenolo fa parte degli allilbenzeni e ha formula C10H12O2; il suo nome I.U.P.A.C. è 2-metossi-4-(propen-2-il)-fenolo. L’eugenolo ha un’attività sia antibatterica che antiparassitaria oltre che quella di repellente per gli insetti: alcune piante infatti hanno la capacità di produrre sostanze, quali l’eugenolo, come meccanismo di difesa dall’attacco di funghi e batteri. L’olio di chiodi di garofano era usato, infatti, dagli Egizi nelle pratiche di imbalsamazione per l’elevato potere antimicrobico. E’ un liquido di colore giallo che tende ad imbrunirsi all’aria, di sapore pungente, di odore tipico ed è usato oltre che per le sue proprietà antisettiche, anche per le sue caratteristiche antifermentative, analgesiche, come prodotto di partenza per la sintesi della vanillina, nei profumi e in odontoiatria. In odontoiatria infatti l’eugenolo viene usato, miscelato all’ossido di zinco, per otturazioni provvisorie, come sottofondo per le otturazioni e come materiale da impronta e si ritiene che abbia un effetto lenitivo sulla polpa dentale e anche un limitato effetto germicida. Il β-cariofillene  è un sesquiterpene biciclico che contiene un anello ciclobutano. Esso fu sintetizzato per la prima volta nel 1964 ma solo dopo circa quarant’anni ne furono scoperte le sue potenzialità. Il β-cariofillene, presente anche nella Cannabis agisce sui recettori CB2 pertanto è potenzialmente utile in campo medico per combattere le infiammazioni e, da studi effettuati sui topi, mostra effetti antidepressivi e pare sia in grado di combattere l’ansia. Il tipico aroma dei chiodi di garofano è dovuto anche a componenti che si trovano in quantità minori e, in particolare dal 2-eptanone e dal salicilato di metile. Il 2-eptanone è un chetone che, in acqua, ha il tipico odore della banana, viene secreto dalle api ed è utilizzato...

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Riciclaggio della plastica
Ott16

Riciclaggio della plastica

Sin dalla seconda metà dell’800 la comunità scientifica si adoperò per ottenere nuove sostanze che avessero caratteristiche specifiche e prezzi contenuti. Si deve tuttavia attendere la metà degli anni ‘30 del XX secolo prima che fossero sintetizzate sostanze polimeriche quali nylon, polietilene e plexiglass. La rivoluzione della plastica che ha modificato gli usi, i costumi, le abitudini e lo stile di vita delle persone avviene a metà degli anni ‘50 grazie agli studi di Giulio Natta a cui si deve la sintesi del polipropilene isotattico. Da allora sono stati ottenuti un numero incredibile di polimeri e copolimeri destinati ai più svariati utilizzi ma, come sempre, la medaglia ha il suo rovescio. La maggior parte della plastica infatti non è degradabile e quindi nel giro di qualche decennio si è verificato un accumulo di prodotti plastici nell’ambiente con gravi conseguenze sugli ecosistemi che attualmente costituisce il maggior fattore di inquinamento del nostro pianeta. Per ridurre l’impatto ambientale della plastica la ricerca si è rivolta all’ottenimento di materie plastiche degradabili e al riciclo della plastica. Il riciclaggio della plastica costituisce infatti una grande opportunità per ridurre sia l’impatto ambientale che l’esaurimento delle risorse essendo la plastica ottenuta da derivati del petrolio. Ad oggi solo il 14% della plastica viene riciclato e non si potranno ottenere percentuali molto maggiori se non si ipotizzano migliori e più efficienti metodi di raccolta e diversi metodi di confezionamento. Nella maggior parte dei casi non si procede al riciclaggio in quanto il materiale o è di dimensioni troppo ridotte e ha quindi un valore economico molto basso come ad esempio le confezioni di caramelle o è non è separabile da altri materiali come ad esempio le capsule del caffè. Le materie plastiche che vengono raccolte hanno inoltre composizione diversa e vanno preventivamente separate. Questo processo può essere eseguito manualmente da personale specializzato ma può essere effettuato sfruttando tecniche spettroscopiche: innanzi tutto la spettrometria IR che viene utilizzata per distinguere la plastica trasparente da quella translucida, poi un sensore di colore che identifica le plastiche colorate. La spettrometria a raggi X viene utilizzata per rilevare la presenza di cloro in polimeri come il PVC ed infine uno spettrometro che lavora nel vicino infrarosso rileva il tipo di resina e serve principalmente a separare vari tipi di polimeri come il polietilene e il poliestere. Recentemente sono stati sviluppati metodi di separazione delle materie plastiche in base alla loro densità per flottazione che consente di prelevare la plastica in punti diversi di un tubo. Dopo la separazione si procede alla riduzione della plastica in pezzi piccoli e al lavaggio con opportuni detergenti per rimuovere corpi estranei come le etichette sulle...

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Chimica in cucina: cristallizzazione
Set30

Chimica in cucina: cristallizzazione

La cristallizzazione è un processo di separazione e di purificazione largamente usato sia in campo industriale che in laboratorio. Durante un processo di cristallizzazione atomi, ioni o molecole si aggregano tra loro dando luogo a un cristallo ovvero a una struttura molto organizzata. Il principio della cristallizzazione si basa sulla limitata solubilità di un composto in un solvente in determinate condizioni ed è particolarmente influenzato dalla temperatura. La cristallizzazione avviene in genere per precipitazione da una soluzione: il raffreddamento di una soluzione soprassatura di un soluto in un dato solvente comporta una diminuzione di solubilità con formazione di cristalli. E’ quindi necessario che la sostanza da separare sia molto solubile a caldo e poco solubile a fredda.  Le dimensioni e l’abito cristallino delle particelle che costituiscono il precipitato dipendono dalle caratteristiche della particolare sostanza, dalle condizioni di precipitazione e dal trattamento che esso ha subito dopo la precipitazione. Se il precipitato è di tipo ionico gli ioni si combinano già nella soluzione soprassatura per formare associazioni ioniche o grappoli. Quando questi ultimi raggiungono determinate dimensioni formano nella soluzione una fase solida e si ingrossano gradualmente per deposizione di altri ioni provenienti dalla soluzione soprassatura. I grappoli sono detti anche cristalliti o germi o più generalmente nuclei e hanno piccole dimensioni. Trascorso un certo tempo detto periodo di induzione i cristalli assumono dimensioni visibili all’occhio umano. In natura avvengono molti processi di cristallizzazione come la formazione delle pietre preziose, dei cristalli di neve, delle stalattiti e delle stalagmiti. La cristallizzazione riveste un ruolo importante nelle preparazioni alimentari, nella loro raffinazione e nella loro conservazione. La cristallizzazione viene sfruttata per variare la consistenza di alcune preparazioni come il gelato, il fondente, il caramello e il cioccolato ed inoltre il controllo della cristallizzazione riveste un ruolo fondamentale quando si congelano i cibi. Se si vogliono preparare in casa dei cioccolatini o se si vuole rivestire una torta con il cioccolato è necessario temprare la cioccolata: dopo che la cioccolata è stata fusa è necessario controllare la temperatura durante la fase di raffreddamento in modo che si formino cristalli di piccolissime dimensioni.  L’aspetto poco lucido o granuloso della cioccolata così come la fioritura bianca che a volte compare su di esso indica la formazione di cristalli disomogenei che ne alterano l’aspetto Il burro di cacao contenuto nella cioccolata è infatti polimorfico ovvero assume diverse forme cristalline a seconda dei tempi di raffreddamento e solo la forma indicata come forma cristallina V ottenuta per lento raffreddamento conferisce lucentezza al cioccolato rendendolo piacevole al palato. Il gelato che noi gustiamo ha una composizione complessa e ingredienti ben miscelati: deve essere solido ma morbido, mantenere una forma e sciogliersi...

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