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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I colori dell’autunno
Set25

I colori dell’autunno

“Come varia il colore delle stagioni, così gli umori e i pensieri degli uomini. Tutto nel mondo è mutevole tempo. Ed ecco, è già il pallido, sepolcrale autunno, quando pur ieri imperava la rigogliosa quasi eterna estate.” Vincenzo Cardarelli Il perenne avvicendarsi delle stagioni offre la possibilità di assistere ai cambiamenti dell’ambiente, ma forse per nessun’altra stagione come l’autunno la natura dà più spettacolo. Il verde delle foglie degli alberi lascia spazio ad un’esplosione di colori che vanno dal giallo all’arancione, dal rosso al bruno. Dietro questo caleidoscopio di colori affascinanti c’è ovviamente la chimica che determina questi ineguagliabili fenomeni della natura che possono essere compresi esaminando i pigmenti contenuti nelle foglie. Dall’equinozio d’autunno in poi le giornate si accorciano, le radiazioni luminose variano di intensità e le temperature iniziano a calare e ciò induce le piante a prepararsi per l’inverno spogliandosi delle foglie che costituiscono un peso inutile in quanto sono in grado di trattenere la neve e potrebbero compromettere la stabilità dell’albero. La caduta delle foglie è preceduta dalla loro variazione di colore dovuta alla degradazione della clorofilla: quest’ultima assorbe le radiazioni verde e blu dalla luce bianca e riflette le altre radiazioni che, componendosi al nostro occhio, danno la tipica colorazione verde della clorofilla. Nei cloroplasti la luce assorbita dalla clorofilla fornisce energia che viene usata dalle piante per trasformare il biossido di carbonio e l’acqua in ossigeno e carboidrati secondo la reazione: x CO2 + x H2O → Cx(H2O)x + x O2 In questa reazione endotermica l’energia della luce assorbita dalla clorofilla viene convertita in energia chimica che viene immagazzinata sotto forma di carboidrati. Questa energia chimica è necessaria per far avvenire reazioni biochimiche che consentono alla pianta di crescere, fiorire e produrre semi. La clorofilla non è un composto stabile e tende a decomporsi in presenza di luce solare e quindi viene continuamente sintetizzata in presenza di luce e calore. Durante l’estate la clorofilla viene quindi continuamente decomposta e rigenerata. Un’altra classe di pigmenti che si trova nelle nelle foglie di molte piante sono i carotenoidi. Questi pigmenti assorbono la luce verde e blu dalla  luce bianca e rifletteno le altre radiazioni che, componendosi al nostro occhio, danno la colorazione giallo-arancio. I carotenoidi contenuti anch’essi nei cloroplasti sono di due tipi: alcuni contengono solo carbonio e idrogeno come il carotene mentre altri detti xantofille come la luteina presentano la struttura chimica del carotene ma contengono anche ossigeno. I carotenoidi che proteggono la clorofilla dall’ossidazione sono presenti in misura molto minore rispetto alla clorofilla e quindi fino a quando quest’ultima è presente non influenzano significativamente il colore delle foglie. Durante l’estate, nelle foglie degli alberi avviene la...

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Nanodiamanti
Set22

Nanodiamanti

Il diamante è una forma allotropica del carbonio costituito da un reticolo cristallino in cui sono presenti atomi di carbonio disposti con una simmetria tetraedrica. Il diamante è il minerale più duro che si conosce ed ha la massima durezza nella scala di Mohs pari a 10 ed è dotato di elevata tenacità e scarsa comprimibilità. Oltre che nel campo della gioielleria il diamante è molto richiesto per usi industriali a causa della sua durezza che lo rende indispensabile per la costruzione di seghe circolari, punte di perforatrici, componenti elettrici, smerigliatrici oltre che per il taglio e la lucidatura di pietre, vetro, marmo e granito. Il diamante, tuttavia, all’aria si ossida a una temperatura di 800°C pertanto gli utensili diamantati vanno incontro a una rapida usura. Sono quindi stati preparati diamanti sintetici con una maggiore stabilità termica che mostrano tuttavia una maggiore fragilità o, in alternativa, può essere utilizzato il nitruro di boro. Negli ultimi decenni gli scienziati si sono interessati a diamanti di dimensioni nanometriche rinvenute in meteoriti, nelle nebulose protoplanetarie e in sedimenti terresti risalenti a circa 15000 anni fa. Oltre che all’interesse nel campo geologico e astrofisico, i nanodiamanti hanno destato l’interesse anche di quanti si occupano di nanotecnologie per la loro eccezionale durezza, resistenza alla frattura e per il loro potenziale utilizzo in dispositivi miniaturizzati. Recenti studi hanno confermato che è possibile utilizzare i nanodiamanti per la produzione di nanocompositi, catalizzatori selettivi e adsorbenti, componenti elettronici e materiali utilizzati in biologia e medicina grazie alla assenza di tossicità.  Si ritiene che i nanodiamanti possano essere utilizzati in futuro per il trasporto di farmaci in zone particolari di cellule danneggiate, dove nanoparticelle di maggiori dimensioni potrebbero non entrare. I nanodiamanti sono in grado di migliorare la qualità dei sistemi di registrazione magnetica, composizioni polimeriche, attrezzi abrasivi, lubrificanti e composti microabrasivi e usati come componenti per la lucidatura. Tra i metodi sintetici per la preparazione di nanodiamanti vi è una tecnica che consiste nel detonare alcuni esplosivi contenenti carbonio ottenuti mescolando, ad esempio,  il 2,4,6-trinitrotolunene noto come TNT con la  ciclotrimetilentrinitroammina, conosciuta anche come RDX o con il  triamminotrinitrobenzene ovvero TATB all’interno di una camera metallica in atmosfera inerte. Durante l’esplosione, la pressione e la temperatura nella camera di sintesi raggiungono valori sufficientemente elevati da convertire il carbonio in diamante. La camera dopo l’esplosione viene immersa in acqua dove si raffredda rapidamente impedendo la conversione del diamante appena formato in grafite più stabile I  nanocristalli ottenuti con questa tecnica sono chiamati nanodiamanti da detonazione; altre tecniche impiegano il carbonio, in genere sotto forma di grafite, sottoponendolo a pressioni elevatissime dell’ordine di 3.5 GPa e temperature di circa...

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