martedì 20 febbraio 2018

LA SODA DI GIROLAMO FORNI

Presentando esempi di reazioni chimiche per far esercitare i miei alunni nella nomenclatura e nel bilanciamento, ho colto l'occasione per accennare in classe anche ai più importanti processi dell'industria chimica inorganica: produzione di acido solforico, di ammoniaca, di acido nitrico e di carbonato di sodio.

Ho presentato entrambi i metodi di preparazione di quest'ultimo composto: sia quello di Nicolas Leblanc, risalente al 1789, che quello attualmente in uso, brevettato di Ernest Solvay - metodo che ha guadagnato al carbonato di sodio il nome commerciale di soda solvay

Eccone una schematizzazione:


Le frecce che si inseguono da una formula all'altra evidenziano come le uniche due materie prime siano carbonato di calcio e cloruro di sodio, mentre tra i prodotti compaiono carbonato di sodio e cloruro di calcio.

Certamente il processo Solvay è, almeno sulla carta (o sullo schermo), meno impattante del processo Leblanc, che presentava come sottoprodotti solfuro di calcio e acido cloridrico (composti che poi furono utilizzati per produrre polvere da sbianca, ma fu necessario attendere i lavori di Deacon e di Weldon, verso la metà dell'Ottocento).


Cercando una trattazione breve e semplice, adatta ai miei alunni, ho sfogliato un vecchio testo di Chimica e mineralogia di Raffaele D'Alessandro, edito da Mondadori nel 1954: in una nota riportava che prima di Solvay un farmacista milanese, Girolamo Forni, aveva ideato un processo discontinuo all'ammoniaca per la sintesi della soda fin dal 1836. Ne fa cenno Ottavio Ferrario, naturalista e religioso dell'Ordine di San Giovanni di Dio, nel quinto volume del suo Corso di Chimica Generale (Milano, 1840), a pag. 440:


Le conclusioni di Ferrario nel commentare l'idea di Forni sono le stesse che saranno formulate vent'anni più tardi da Solvay brevettando il suo processo per la sintesi del carbonato di sodio il 15 aprile 1861. 

Il 26 dicembre 1863 nacque l'azienda che realizzò il tutto su scala industriale - cosa che invece Forni a suo tempo non poté fare per mancanza di sovvenzioni, negategli dal governo del Lombardo-Veneto.

Cinquant'anni dopo la fondazione della Solvay in Belgio, nacque a Rosignano (Livorno) il primo stabilimento italiano per la sintesi della soda, tuttora esistente.


domenica 18 febbraio 2018

BRENT DE L'ART

La settimana appena trascorsa non è stata delle più felici per molti motivi. Sabato, la visita di Nicola, un mio compagno di studi a Venezia, ha donato un raggio di sole al grigiore dei giorni precedenti. 


Il meteo ha continuato ad esser grigio, come attesta la fotografia soprastante, ma una bella camminata distensiva ai Brent de l'Art (tra i comuni di Mel e Trichiana, in provincia di Belluno) è stata rasserenante per lo spirito.


Sulla particolarità di questo luogo trovate nel web tante informazioni: si notano gli strati di rocce sedimentarie (prevalentemente carbonatiche, alcune con un certo tenore di ossido ferrico, come attesta il colore rosso della scaglia) erosi da un corso d'acqua limpida e fresca.


Negli anfratti dove la luce e il calore del sole non arrivano, penzolano file di ghiaccioli (non chiamatele "stalattiti": quelle si trovano nelle grotte carsiche e sono fatte di depositi carbonatici).


Proseguendo nel sottobosco, ecco i primi bucaneve che spuntano tra le foglie secche...


Sul ciglio della valle, cominciano a fiorire le primule, segno che la primavera è in arrivo.


Il luogo si presta a farsi fotografare: la forra con i suoi strati, i giochi d'acqua, il sottobosco, la vegetazione costituiscono appetibili soggetti per gli amanti dell'obiettivo.


Il sentiero è tranquillo, ben segnalato e messo in sicurezza. Il giro si è concluso poi all'osteria "medievale" del Castello di Zumelle con un brindisi caratteristico e la degustazione di dolci realizzati secondo ricette medievali. Si: ogni tanto ci vuole (... ci vorrebbe ogni weekend, ma è sfidare la provvidenza).


Buona settimana!
Che la mia sia migliore 
di quella appena trascorsa.
mc




giovedì 15 febbraio 2018

Dove siamo...

Cari discepoli, questo post è rivolto a voi ed è un invito a fare il punto della situazione in merito al percorso fatto nello studio della chimica generale (tralasciamo il modulo di genetica proposto a inizio anno). 

In questi mesi abbiamo imparato che:
- tutta la materia è composta di atomi (ci era noto fin dalla prima classe, ma abbiamo ripreso ed approfondito...); 
- il numero atomico è il numero di protoni nel nucleo dell'atomo, è caratteristico di ogni elemento e ci permette quindi di distinguere un elemento da un altro;
- le proprietà chimiche di ogni elemento dipendono dalla distribuzione degli elettroni attorno al nucleo dell'atomo e in particolare dagli elettroni di valenza (quelli del guscio esterno). Tale distribuzione determina la capacità di formare legami chimici, la cui natura si ripercuote sulle proprietà macroscopiche (stato fisico, punto di fusione, punto di ebollizione, conducibilità termica ed elettrica, etc.).

Ora, consideriamo i composti (inorganici) che gli elementi formano combinandosi tra loro a due (composti binari) o a tre (composti ternari) e impariamo a classificarli (ossidi, idrossidi, ossiacidi, idracidi, sali), a scriverne la formula e a dare loro il nome.


I composti non sono eterni ed immutabili, ma reagiscono tra loro per formare altri composti diversi da quelli di partenza: i reagenti si trasformano in prodotti attraverso una reazione chimica. 

Una reazione si indica mediante un'equazione chimica, nella quale reagenti e prodotti sono rappresentati mediante le rispettive formule: i reagenti a sinistra della freccia, i prodotti a destra. Lo schema sotto è preso dal web e da me rielaborato.


Vale la legge di conservazione della massa (Lavoisier): la massa dei reagenti è uguale alla massa dei prodotti. Poiché in una reazione chimica gli atomi sono immutabili, dobbiamo trovare lo stesso numero di atomi tra prodotti e reagenti. Cambiano i legami tra gli atomi, non la loro natura. Per evidenziare ciò, davanti alle formule di reagenti e prodotti, quando è necessario, si pongono dei numeri detti coefficienti stechiometrici che fanno "tornare i conti" degli atomi da una parte e dall'altra della freccia. Si parla di bilanciamento di una reazione

Le reazioni sono classificate in reazioni di sintesi, decomposizione, scambio e metatesi (doppio scambio).


In classe ho fatto esempi descrivendo qualche processo industriale di importanza notevole: sintesi dell'acido solforico, sintesi dell'ammoniaca, sintesi dell'acido nitrico.

Dall'equazione scritta è possibile passare al bancone del laboratorio considerando che i coefficienti stechiometrici indicano i rapporti delle moli in cui i reagenti reagiscono e in cui i prodotti si formano.

Una mole di qualsiasi sostanza pura contiene un numero di Avogadro (6.022 * 10^23) di particelle (atomi o molecole, a seconda che si tratti di elementi o di composti) di quella sostanza pura e corrisponde alla massa in grammi numericamente uguale al peso atomico (elemento) o al peso formula (composto) della sostanza considerata. Attraverso il concetto di mole, introdotto da Ostwald, si passa dall'equazione scritta su carta alla bilancia in laboratorio. Questo finché i reagenti sono sostanze solide (o liquide), facili da pesare. 

Le reazioni avvengono spesso in soluzione acquosa, specie se formano prodotti volatili (gas, come idrogeno, anidride carbonica, ammoniaca) oppure precipitati (solidi insolubili). 


Bisogna imparare a calcolare la concentrazione delle soluzioni e a capire come la presenza di un soluto (qualunque esso sia) modifichi le proprietà del solvente (tensione di vapore, temperatura di ebollizione, temperatura di fusione, pressione osmotica).

Per le reazioni in fase gas scopriremo che "uguali volumi di gas diversi alle stesse condizioni di temperatura e pressione contengono lo stesso numero di moli" (principio di Avogadro-Ampere): si tengono conto dei volumi di combinazione (Legge di Gay-Lussac).

Pressione (p), volume (V), numero di moli (n) e temperatura (T) di un gas sono legati dalla relazione: 

pV = nRT 

valida in certe condizioni dette di "gas ideale". Per quel che interessa a noi, basta e avanza questo.


Per concludere l'anno scolastico, parleremo dei minerali (solidi, cristallini, inorganici, di origine naturale: ) e dei composti organici più rappresentativi e importanti (spero di fare un approfondimento sulle materie plastiche utilizzate nei vari aspetti dello sport).

Buono studio!

mc

lunedì 12 febbraio 2018

HUMOR... CATABOLICO!

Giusto per restare in tema di metabolismo energetico, propongo questa parafrasi del "Padre nostro" in chiave catabolica...


... e aggiungiamoci pure un adeguato commento musicale, simpatica opera del prof. Gianluca Grossi presentata nell'autunno 2017 al Collegio Bianconi di Monza.


Krebs, Krebs, Krebs
Con solamente otto steps, steps, steps
La fosforilazione è next, next, next
E la biochimica chissà perché, chissà cos'è, chissà...


Dopo poesia e musica, manca la pittura... chissà che qualcuno non provveda per integrare la mancanza!

martedì 23 gennaio 2018

Dalla glicolisi all'ATP: una breve rassegna storica.

La glicolisi, nota anche come via di Embden-Meyerhof-Parnas, è la via metabolica più utilizzata dalle cellule per ottenere energia, sebbene non sia la più efficace. 

Attraverso una serie di tappe, che avvengono nel citoplasma e sono catalizzate da enzimi, da una molecola di glucosio si hanno due molecole di acido piruvico; a seconda dell'organismo e delle condizioni (aerobiche o anaerobiche), l'acido piruvico è poi (1) ossidato ad anidride carbonica, (2) ridotto ad acido lattico, (3) decarbossilato e ridotto ad alcool etilico, etc.

Nella glicolisi, il glucosio è fosforilato a glucosio-6-fosfato; poi isomerizzato a fruttosio-6-fosfato; poi fosforilato a 1,6-fruttosiodifosfato; la catena di sei atomi di carbonio subisce condensazione retroaldolica per dare due molecole di fosfogliceraldeide a tre atomi di carbonio ciascuna; quindi dal fosfoglicerato si ottiene il fosfoenolpiruvato che per idrolisi dà il piruvato finale.

Gli studi sulla glicolisi iniziarono dalle osservazioni di Pasteur sui processi fermentativi (1860); proseguirono con gli studi di Buchner sugli estratti cellulari (1897), definiti da una fase termosensibile (contenente gli enzimi) e da una fase termostabile (reagenti, intermedi e prodotti delle reazioni metaboliche). Il chiarimento della pathway si deve a Gustav Embden (1874-1933), a Otto Meyerhof (1884-1951, Nobel per la medicina nel 1922), a Jakub Parnas (1884-1949) e ad altri ricercatori, tra i quali Carl Cori e Otto Warburg.

Carl Cori (1896-1984) chiarì la gluconeogenesi, ovvero il processo attraverso il quale l'acido lattico viene trasportato al fegato e ritrasformato in glucosio, seguendo sostanzialmente le tappe inverse a quelle della glicolisi.

Otto Warburg  (1883-1970) si laureò in chimica (1902) e in medicina (1905); conseguì il dottorato nel 1906 e fu proclamato dal grande Emil Fischer - lo studioso dei carboidrati e delle purine che propose il modello chiave-serratura per spiegare l'interazione enzima-subastrato. 

Warburg studiò il metabolismo dei tumori e osservò per primo come nelle cellule tumorali la glicolisi sia particolarmente veloce (fino a 200 volte rispetto a una cellula sana). Vinse il premio Nobel nel 1931.

Hans Adolph Krebs (1900-1981), allievo di Warburg, una volta conseguito il dottorato si dedicò alla bioenergetica e chiarì il ciclo dell'urea (o dell'ornitina), nel 1932; cinque anni più tardi descrisse il ciclo dell'acido citrico, l'insieme della reazioni che nella matrice mitocondriale completano l'ossidazione del piruvato ad anidride carbonica. Vinse il premio Nobel nel 1953.

Il ciclo dell'acido citrico, dal nome del primo composto che si forma per combinazione del gruppo acetile con l'acido ossalacetico, è noto anche come ciclo di Krebs.

Nel 1950, Albert Lester Lehninger (1917-1986) scoprì che i mitocondri sono la sede della fosforilazione ossidativa nelle cellule eucariote. Nelle cellule procariote avviene invece presso la membrana cellulare: comunque, la fosforilazione avviene sempre a cavallo di una membrana.


Il meccanismo della fosforilazione ossidativa è rimasto un mistero fino agli anni Sessanta, quando il biochimico inglese Peter Mitchell (1920-1992) introdusse l'ipotesi chemiosmotica, confermata dalla scoperta dell'ATP-sintetasi (abbreviato in ATP-asi). Per l'ipotesi chemiosmotica, Mitchell vinse il premio Nobel nel 1978.


L'ATP-asi chiude la catena respiratoria, che consiste in una serie di coenzimi redox inseriti in una matrice proteica: gli elettroni si muovono attraverso di essa, dai substrati all'ossigeno che è ridotto ad acqua.

4H+ + 4 e- + O2 -> 2H2


Come amava ricordare spesso a lezione il mio stimato professore di Biochimica all'università (che negli anni migliori della sua carriera fu ricercatore a Padova proprio sui temi della bioenergetica e della neuroconduzione), la catena respiratoria mitocondriale fu scoperta da Britton Chanche (1913-2010), chimico fisico statunitense con un dottorato in chimica (1940) e uno in biologia (1942).

Durante la Seconda Guerra Mondiale, Chanche lavorò al MIT e brevettò il radar della marina. Al termine della guerra, si occupò di biofisica, interessandosi di enzimi. Fu un pioniere nelle simulazioni numeriche di reazioni biochimiche e di vie metaboliche. E fu anche un grande sportivo: vinse la medaglia d'oro alle olimpiadi di Helsinki (1952) nella vela.

Quattro coenzimi redox furono isolati da David Green e Youssef Hatefi: essi utilizzano come substrati due coenzimi solubili, il citocromo C e il coenzima Q. Quest'ultimo fu isolato nel 1957 da Fred Crane, che ne descrisse le proprietà spettroscopiche. Karl Folkers ne esalterà poi le proprietà in campo medico: tale coenzima si ritrova anche nella formulazione di molti integratori alimentari. Noto anche come ubichinone (perché si trova in tutte le cellule), è un potentissimo antiossidante a struttura chinonica.


Concludo questo post con lo schema riassuntivo del catabolismo del glucosio, dalla glicolisi alla sintesi dell'ATP.



sabato 20 gennaio 2018

CARTELLA CLINICA...




Ecco, dal web, una bella antologia di "svarioni" in sala d'attesa!

Ho la vagina pectoris.
Mio marito ha avuto l'ictus cereale.

Ho l'abete (diabete) alto.
Devo andare a pagare il ticchio? (ticket).
Ho i tricicli (trigliceridi) alti.

Mi hanno operato al cuore e ora ho il black and decker (pace maker). 

Ho il polistirolo (colesterolo) a posto perchè mi controllano al centro antidiabolico (antidiabetico).

Dottore come va oggi l'amore mio? (ammoniemia).
Ho la libido (lipidi) alta nel sangue.

Mi hanno fatto l'esame metereologico (batteriologico) vaginale.

Ho fatto la scenografia (oscillografia) alle gambe.

La signora prima era autosufficiente da sola.
Dottò mi figlio è pieno di ticket (tic).

Ho le arachidi (ragadi) anali.

Ho fatto la spia (biopsia) al fegato.

Ho fatto il catechismo (cateterismo) al cuore.

Ho l'alluce calvo (valgo).

Mi hanno fatto la puntura sotto Catania (sottocutanea). 


Ho preso l'aspirina incandescente (effervescente).

In quell'ospedale ci sono bravi teppisti (terapisti).

Ho il caratè (catetere) da cambiare.

Mi hanno trovato la bellarubina (bilirubina) alta.

Devo fare l'antitetica (antitetanica).

Ho fatto il test dello screanzato (escreato).

Tengo la crostata (prostata) ingrossata.

E se i sordi son detti audiolesi

quelli che ci vedono poco, videolesi...
allora tu ed io siamo... tirolesi!




(dal web)