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venerdì 6 ottobre 2023

6-10-23

Scrivendo la data di oggi alla lavagna, affinché i miei discepoli la riportassero correttamente sul compito, mi sono accorto di un accostamento familiare: 6... 10... 23... eccolo di seguito.

Più precisamente, dovrei scrivere 6.022 per dieci alla ventitreesima: è il valore del numero di Avogadro, ossia del numero di particelle contenute in una mole di una sostanza pura

  • di atomi, se si tratta di un elemento;
  • di molecole, se si tratta di un composto;
  • di ioni, se si tratta di un cristallo.

Il valore del numero di Avogadro non fu trovato da Avogadro, ma da Jean Baptiste Perrin (1870-1942) molti anni dopo la sua morte. Anche il moderno concetto di mole non è di Avogadro, ma di Wilhelm Ostwald (1853-1932), chimico tedesco di cui mi sono interessato per altri motivi, come potete leggere QUI

E allora chiediamoci: quali sono i meriti di Avogadro se ha potuto meritare che una delle più importanti costanti della fisica e della chimica porti il suo nome?

Amedeo Avogadro (1776-1856), conte di Quaregna e di Cerreto, fu uno studente molto brillante; si laureò in legge, con una tesi in diritto canonico, per dedicarsi all'avvocatura. Si appassionò per diletto agli studi scientifici, divenne professore di matematica e di fisica al liceo di Vercelli e socio dell'Accademia delle Scienze di Torino. 

Durante gli anni vercellesi, Avogadro enunciò il principio conosciuto con il suo nome, riportato anche nel francobollo commemorativo emesso da Poste Italiane nel centenario della morte:

Tale principio è fondamentale nella storia della teoria atomico-molecolare della materia; fu pubblicato nel 1811 e dapprima ignorato dalla comunità scientifica, nonostante Ampere giunse a conclusioni simili negli stessi anni. 

Forse le sue idee politiche progressiste, per le quali fu allontanato dall'insegnamento e dai salotti buoni avendo partecipato ai moti del 1821 contro il re di Sardegna, gli costarono la diffusione delle sue idee scientifiche. Ritornò all'insegnamento della fisica nel 1833 per lasciarlo nel 1850: non più a Vercelli, ma all'università di Torino. 

Intanto, i lavori sperimentali in chimica organica (ad opera di Gerhardt, Laurent, Williamson) e i lavori sulla teoria cinetica dei gas di Clausius confermarono ripetutamente la validità del principio di Avogadro

Così scrisse Stanislao Cannizzaro (1826-1910), all'inizio del suo Sunto di un corso di filosofia chimica, distribuito al primo congresso internazionale di chimica a Karlsruhe nel 1860:

Io credo che i progressi della scienza, fatti in questi ultimi anni, abbiano confermato l’ipotesi di Avogadro, di Ampère e di Dumas sulla simile costituzione dei corpi allo stato aeriforme, cioè che i volumi eguali di essi, sieno semplici, sieno composti, contengono l’egual numero di molecole; non però l’egual numero di atomi, potendo le molecole dei varii corpi o quelle dello stesso corpo nei varii suoi stati, contenere un vario numero di atomi, sia della medesima natura, sia di natura diversa.

Per condurre i miei allievi al medesimo convincimento che io ho, gli ho voluto porre sulla medesima strada per la quale io ci son giunto, cioè per l’esame storico delle teorie chimiche.

Incominciai dunque nella prima lezione a dimostrare come dall’esame delle proprietà fisiche dei corpi aeriformi e dalla legge di Gay Lussac, sui rapporti di volume tra i componenti ed i composti, scaturì quasi spontanea l’ipotesi sopra ricordata, che fu la prima volta annunziata d’Avogadro e poco dopo d’Ampère.

A questo punto, ritengo non sia necessario aggiungere altro sul perché Avogadro abbia meritato di dare il nome al numero il cui valore quasi mai è ricordato dagli scolari, nemmeno guardando la data scritta sulla lavagna. 

mercoledì 2 agosto 2023

Ruminando e rimuginando...

In un post da me recentemente letto su un popolare social network (e già qua comincio bene...), pubblicato da una persona con la quale sono in contatto, era ripresa la notizia data da Repubblica su presunte mascherine da applicare ai bovini per raccogliere il metano emesso attraverso la cavità orale e quella nasale. Questa la schermata.

La notizia era già stata annunciata sul Corriere della Sera il 21 aprile 2021 [1] e ripresa da Repubblica in un articolo del 1° giugno 2021 a firma di Giacomo Talignani, che descriveva l'invenzione della start-up Zelp prodotta dalla multinazionale Cargil. [2]

Tale annuncio è stato ripreso l'anno dopo dal medesimo autore in un secondo articolo, in data 28 aprile 2022, che annuncia la vittoria di un premio in denaro della quale ha beneficiato Zelp per lo sviluppo di quest'idea [3] - per altro già collaudata in Argentina. [4]

L'idea, su larga scala, potrebbe rivelarsi assai utile a ridurre le immissioni di gas serra da questa fonte per almeno il 60%. La via della mascherina potrebbe essere accompagnata da una variazione della dieta degli animali, almeno stando ad altri autori che propongono una dieta a base di alghe o di eucalipto.

Molto sono le voci critiche su tale argomento, specie dopo certe misure restrittive in epoche recenti che hanno instillato in una parte della popolazione una certa antipatia per le mascherine; ho potuto leggere molte posizioni contrastanti, da quella di chi giustamente chiede di non accanirsi sugli animali a quelle di chi sbrigativamente, semplicisticamente ed erroneamente va affermando che il metano uscirebbe esclusivamente per via rettale e non orale. 

La notizia data da Repubblica è ormai datata; al di là di ciò, è noto che i bovini emettano molto metano dalla bocca e non solo attraverso l'ano (come invece facciamo noi): una parte considerevole dei batteri metanogeni abita il rumine, cioè la sacca dove i ruminanti accumulano i vegetali di cui si nutrono, e il reticolo, la seconda sacca. [5]


I bovini e gli ovini, dal rumine, ritornano l'erba in bocca (già in parte attaccata dai batteri) e poi la ingeriscono nuovamente verso il reticolo, l'omaso, l'abomaso e il resto del tubo digerente.

Diversa cosa fanno gli erbivori non ruminanti, che accumulano la cellulosa in un enorme intestino cieco dove ci sono i batteri metanogeni che trasformano la cellulosa.

Io non entro nel merito se sia bene o se sia male dotare i ruminanti d'allevamento di mascherine (e quelli non d'allevamento, liberi in natura?), se ciò corrisponda a maltrattamento per gli animali, se ciò effettivamente abbatta le emissioni di metano. Tuttavia è noto che CH4 sia un potente gas serra, che gli allevamenti contribuiscano a rilasciarne una certa quantità in atmosfera e che tutto ciò costituisca uno dei fattori non trascurabili del riscaldamento globale.

C'è chi cerca soluzioni studiando una nuova dieta per gli animali d'allevamento, sviluppando dispositivi per raccogliere il metano prodotto durante la digestione e anche dopo (dal letame); oppure cambiando la dieta di Homo, introducendo fonti di proteine alternative a quelle dei tradizionali animali vertebrati da pascolo o da stalla; fonti naturali o sintetiche che siano. 

Personalmente io non auspico soluzioni radicali e definitive (che oscillano tra il "non si tocca niente" e il "meritiamo l'estinzione"), ma semplicemente una serena e corretta comunicazione delle idee, della sperimentazione, dei risultati e dei progressi anche nel campo della zootecnia, oltre che in tutti gli altri campi dello scibile. A ciascuno il suo.

FONTI 

[1] https://www.corriere.it/tecnologia/22_aprile_21/mascherina-misura-mucca-l-idea-una-startup-intrappolare-metano-prodotto-bovini-aa167d6e-c0a9-11ec-a9eb-2524bc1194db.shtml

[2] https://www.repubblica.it/green-and-blue/2021/06/01/news/mascherine_per_le_mucche_per_vincere_la_sfida_climatica-303729021/

[3] https://www.repubblica.it/green-and-blue/2022/04/28/news/mucche_emissioni_metano_mascherine-347217428/

[4] https://www.repubblica.it/green-and-blue/2020/12/04/news/metano_emissioni_mucche-276988956/

[5] https://www.comazoo.it/la-ruminazione-come-indicatore-di-benessere/

mercoledì 12 ottobre 2022

Un paio di esercizi...

Nel manuale di chimica che ho adottato per un paio di classi si trova questo esercizio, che invito gli alunni - e il lettore - a risolvere. 

Il 12 ottobre 1979 corrisponde al ventunesimo giorno del mese di tishri dell'anno 5740, secondo il calendario ebraico.

Tishri è il primo mese del calendario ebraico civile, secondo la sequenza ordinaria: in esso si concentrano alcune festività importanti, come il capodanno, lo Yom Kippur (il giorno di digiuno e di espiazione) e infine Sukkot (festa delle capanne) che si conclude con Simchat Torah, la gioia della Torah. E qui prendiamoci il tempo di leggere il lungo salmo 119 (118), elogio della Legge divina, meditazione dell'Autore sacro sugli insegnamenti di YHWH.

Il nome Tishri è babilonese; prima dell'esilio a Babilonia, si chiamava Ethanim (cfr. 1 Re 8,2). In questo mese ricorre anche il mio genetliaco. Proprio oggi. Quanti anni son passati dal giorno in cui mi affacciai per la prima volta in hac lacrimarum valle? Chiaramente x y (non xy, eh!), in modo tale che:

  • x + y = 7
  • x - y = 1
Mettete a sistema e risolvete in modo da trovare i valori di x e di y. Le due cifre, prese nell'ordine (prima x e poi y), danno la mia età, non troppo veneranda ma nemmeno così verde. Sicuramente: al verde. Scrivente eventuali commenti solo dopo aver risolto gli esercizi, altrimenti vi rimando a tishri - ottobre dell'anno venturo.

domenica 23 aprile 2017

RIVOLUZIONI...

Nella seconda metà del Settecento ebbe inizio un nuovo sistema di produzione grazie a una serie d’innovazioni tecnologiche: al posto del semplice lavoro manuale furono introdotte le macchine.

Il nuovo sistema di produzione trasformò completamente i rapporti economici e sociali dell’Inghilterra (dove nacque) e poi di tutta l’Europa.


Il telaio meccanico, inventato da John Kay, diede inizio alla meccanizzazione del lavoro nel campo della tessitura. Molti telai, azionati da ruote idrauliche o da macchine a vapore, furono installati in capannoni costruiti appositamente: nacquero le prime fabbriche.

Gli studi di Newcomen e Watt, che permisero lo sviluppo della macchina a vapore, alimentata principalmente a carbone, portarono alla nascita di una nuova scienza: la termodinamica.

La macchina a vapore, oltre che per i telai, fu perfezionata anche per altri scopi: fu ad esempio largamente usata nel campo delle comunicazioni, sia per via d’acqua (battelli a vapore – Robert Fulton) che terrestri (prime locomotive – George e Robert Stephenson). Gli scambi commerciali si fecero più intensi, provocando di conseguenza il sorgere di nuove fabbriche.

Il diffondersi degli insediamenti produttivi richiese una presenza sempre più massiccia di manodopera: i contadini e le loro famiglie abbandonavano il duro lavoro nei campi per trasferirsi in prossimità delle fabbriche in cerca di un salario sicuro. Nacquero agglomerati urbani, dove le persone vivevano in condizioni inizialmente molto miserevoli, dopo una giornata lavorativa massacrante.


L’illuminazione pubblica era realizzata per mezzo di lampioni alimentati dal gas illuminante - una miscela di idrogeno, monossido di carbonio, metano e altri composti, usata anche per alimentare le prime cucine a gas.

Il gas illuminante era ottenuto per distillazione secca del carbone fossile entro speciali storte, nelle quali alla fine dell’operazione rimaneva coke

Una volta ottenuto, il gas illuminante era purificato, prima di essere raccolto in appositi gasometri e da lì mandato alla rete di distribuzione.


Tra i sottoprodotti della distillazione del carbone c’era il catrame: nero, vischioso e maleodorante.

I chimici, studiando il catrame, trovarono cosa farne, sviluppando al contempo le conoscenze in ambito scientifico con la scoperta di numerosi composti e delle reazioni che li coinvolgono. Tali scoperte favorirono lo sviluppo della Chimica.

Dal catrame, Michael Faraday isolò il benzene (1825); Ferdinand Runge l'anilina (1834) e successivamente il fenolo, usato in soluzione acquosa dal dottor Joseph Lister, medico e chirurgo, come primo antisettico.


Dal catrame furono estratti la naftalina e l'antracene, importanti composti di partenza per l'industria dei coloranti, che si sviluppò nella seconda metà dell'Ottocento: aziende come Bayer, BASF, AGFA e Ciba nacquero in questa fase storica.

Dall’industria dei coloranti nacque poi la moderna industria farmaceutica.


mercoledì 14 settembre 2016

IN MONGOLFIERA CON GAY LUSSAC

Dedico oggi qualche pensiero a Joseph Louis Gay-Lussac, uno dei più grandi chimici del XIX secolo, professore alla Sorbona e al Politecnico di Parigi.

Nato il 6 dicembre 1778 a Saint Leonard, primo dei cinque figli dell'avvocato Antoine Gay (che aggiunse il toponimo Lussac al cognome in quanto possidente di alcuni terreni i  quel villaggio), compì i primi studi in casa sotto la guida di un precettore. 

Dotato d'ingegno non comune, Joseph Louis si recò a Parigi, ove studiò sotto la guida di Berthollet, collaboratore di Lavoisier, laureandosi in ingegneria civile.

Le sue prime ricerche furono dedicate allo studio dei gas. Compì avventurose ascensioni in mongolfiera per rilevare le caratteristiche chimico-fisiche dell'atmosfera a diverse altezze. 

L'ascensione più celebre, effettuata il 16 settembre 1804, (alcuni storici anticipano di due giorni la data) lo portò fino a 7016 metri sul livello del mare, senza bombole d'ossigeno e protezioni di altro genere.


Questi studi lo portarono a formulare due celebri leggi alle quali è legato indissolubilmente il suo nome e che fanno tuttora disperare gli studenti di chimica alle prime armi.

La prima legge correla temperatura e pressione di un gas:


La legge è verificabile con un esperimento semplice, raffigurato sotto:


La seconda legge è nota come legge dei volumi di combinazione di sostanze allo stato gassoso: i volumi di reagenti e prodotti, alle stesse condizioni di temperatura e pressione, stanno tra loro in rapporti di numeri interi e piccoli.


In seguito si dedicò a studi sull'elettricità e sul magnetismo; studiò i composti del fosforo, degli alogeni (preparando numerosi composti dello iodio da poco scoperto ad opera di Courtois) e dei metalli alcalini; con Thenard preparò il boro, contemporaneamente a Davy in Inghilterra, per azione del potassio sull'acido borico fuso (1808).

Studiando l'acido cianidrico (HCN) e determinandone la composizione, scoprì il cianogeno (C2N2) e formulò una nuova teoria sulla composizione degli acidi, formati da uno o più atomi di idrogeno e un radicale caratteristico, che può essere un singolo elemento oppure un raggruppamento di elementi diversi. Così, secondo questa teoria, l'acido cloridrico (HCl) sarebbe formato da un H e da un radicale cloro Cl; l'acido nitrico (HNO3) da un H e un radicale NO3; l'acido solforico (H2SO4) da due H e un radicale SO4.

Proprio alla sintesi industriale dell'acido solforico Gay Lussac dette un notevole contributo, introducendo un sistema che permetteva di recuperare e riciclare gli ossidi di azoto nelle camere di piombo: oggi la cosa riveste solo importanza storica, dato che l'acido solforico si produce in altro modo, ma le camere di piombo rimasero in funzione fino a metà del secolo del secolo scorso.


L'intuizione della teoria dei radicali fu di... radicale importanza per la nascita e lo sviluppo della chimica organica: la reattività delle molecole organiche viene tuttora descritta in base alla presenza in esse di gruppi funzionali caratteristici.

Gay Lussac morì il 10 maggio 1850 a Parigi.