Seduto Scomposto

Ecco la scoperta della settimana: non si può pattinare sul ghiaccio secco. Anche se per molti sarà un po’ la scoperta dell’acqua calda, vediamo di cosa si tratta.

Il CO2 solido viene detto anche ghiaccio secco in quanto se si riscalda il CO2 solido in un contenitore aperto, esso sublima alla temperatura costante di -78,5 °C senza fondere alla pressione atmosferica (1 atm). Dato che il CO2 mantiene una bassa temperatura e non fonde a liquido ha avuto una grande applicazione nel congelamento e nella conservazione dei cibi, oltre ad essere spesso usato in esperimenti che simulano l’assenza di attrito.

Date queste premesse, risulta abbastanza facile capire perché non sia possibile pattinare sul ghiaccio secco. Ciò che rende possibile il pattinaggio sul ghiaccio comune è il fatto che la pressione del pattino scioglie una piccola parte di esso trasformandola in un sottile strato di acqua liquida su cui scorre il pattinatore. Ciò è però possibile solo perché l’acqua passa da solida a liquida.

Nel caso del ghiaccio secco, invece, vi è la sublimazione diretta della CO2 da solida a gassosa, impedendo lo scorrimento del pattino.

Per chi volesse, QUI trovate il diagramma delle fasi della CO2 in formato pdf preso da QUESTO sito.

Ok, questa l’ho letta su Science Blogs e devo dire che, da studente di chimica, mi ha piuttosto divertito.

L’ilarità nasce dal fatto che il produttore di un noto (si dice nell’articolo sopra) fertilizzante organico annuncia a gran voce nella reclame del prodotto che esso è “al 100% senza chimica”. La frase è riportata anche sulla scatola del prodotto, sul cui retro sono riportate le sostanze “100% senza chimica” di cui è composto, tra cui pentossido di fosforo e ossido di potassio.

Così, la Royal Society of Chemistry, non al corrente della scoperta dell’esistenza di sostanze simili, ha deciso di dare un premio di un milione di sterline al caparbio scienziato che porti loro una sostanza al “100% senza chimica”.

Vedremo come andrà a finire anche se, in questi tempi di crisi, tutti quei soldi non guasterebbero davvero (anche se fossimo in uno splendido momento per l’economia, a dir la verità) !

Riporto questo articolo da QUI

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Nel fumo sono state analizzate fino a 4000 sostanze. Molte di esse irritano le cellule delle vie respiratorie, altre entrano nel sangue e intossicano cellule di ogni tipo. Alcuni esempi sono: acetato di etile, che causa irritazione di occhi, pelle, naso, gola e può dare origine a narcosi e dermatiti; acetato di isoamile, che causa irritazione di occhi, pelle, naso, gola e può dare origine a dermatiti e (in animali) narcosi; acetato di isobutile che causa irritazione di occhi, pelle, apparato respiratorio superiore e può generare emicrania, sonnolenza e anestesia.

Monossido di Carbonio (CO)

Un’altra sostanza contenuta nel fumo di sigaretta e particolarmente dannosa per l’organismo è l’ossido di carbonio, che si forma durante la combustione della sigaretta, perché nella parte interna arriva poco ossigeno. La sigaretta, infatti, dovrebbe fare la fiamma e non la brace.

Il monossido di carbonio (CO), che è un gas tossico, viene immesso nei polmoni con la respirazione, si lega all’emoglobina del sangue, data la sua capacità di legame 250 volte superiore a quella dell’ossigeno, la blocca, in una percentuale persino del 15% – 20% nel forte fumatore, e riduce così la possibilità del sangue di trasportare ossigeno ai tessuti. Il risultato di questo è che i tessuti sono parzialmente privati di ossigeno e il cuore deve lavorare con un impegno maggiore. Si ha una degenerazione adiposa dei vasi e la loro calcificazione, la pelle invecchia precocemente, i capelli sono più deboli e il rendimento fisico cala.

Effetti sull’organismo

Bronchite cronica: viene provocata da sostanze irritanti. Il fumo di sigarette, infatti, altera la struttura e la funzione delle vie aeree centrali e periferiche, degli alveoli, dei capillari, del sistema immunitario, dei bronchi e dei polmoni. L’esposizione di queste cellule alle tossine presenti nel fumo di tabacco potrebbe essere uno dei meccanismi che contribuiscono all’infiammazione nei fumatori, e quindi nella patogenesi delle malattie collegate al fumo.

Tumori e circolazione sanguigna: gli idrocarburi policiclici aromatici, contenuti nel catrame, e il Polonio 210 sono invece i principali responsabili dello sviluppo dei tumori polmonari e non solo. Il fumo è la causa principale di malattie coronariche in uomini e donne.

Arteriopatia obliterante: è una malattia dovuta al restringimento delle arterie delle gambe (ma anche di altre parti del corpo) e si manifesta con crampi alla gambe al minimo sforzo, anche dopo pochi metri di cammino.

Aneurisma aortico: è una dilatazione anormale di questa importantissima arteria. E’ pericoloso perchè può facilmente rompersi e la sua rottura provoca la morte immediata. Chi soffre di aneurisma aortico non dovrebbe fumare, perchè i decessi per rottura sono 6 volte più numerosi tra i fumatori che tra i non fumatori.

Aterosclerosi: è una malattia infiammatoria cronica delle arterie di grande e medio calibro che si instaura a causa dei fattori di rischio cardiovascolare quali fumo, ipercolesterolemia, diabete, ipertensione e obesità.

Cardiopatia ischemica: è causata dal monossido di carbonio e dalla nicotina. Probabilmente il cadmio, l’ossido nitrico e i cianuri di solfuro di carbonio hanno una loro importanza che non è ancora stata accertata quantitativamente. La cardiopatia ischemica è una delle malattie più frequenti nei paesi progrediti. I fumatori corrono un rischio di ammalarsi che è più del doppio rispetto a quello dei non fumatori. Si stima che il 20-25% dei problemi cardiovascolari siano legati al fumo. Il fumo, poi, stimolando una parte del nostro sistema nervoso (adrenergico) può favorire la vasocostrizione o gli spasimi delle arterie (soprattutto delle coronarie). Smettendo di fumare il rischio si riduce dopo solo un anno di astinenza e, dopo 20 anni, diventa simile (ma sempre un pò superiore) a quello di chi non ha mai fumato.

Paul Erdős era solito dire che il matematico è una macchina che trasforma caffè in teoremi. Con buona approssimazione, possiamo estendere il concetto a tutta la categoria degli scienziati.

Ecco dunque il procedimento, spudoratamente copiato da Chimicando, per estrarre la caffeina dal caffè. Buon divertimento!

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Questo è il terzo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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1924

In risposta a questo problema il francese Louis deBroglie suggerì che la materia, come la luce, potesse avere proprietà sia delle onde, sia delle particelle. Questo dualismo particella-onda – derivato dal lavoro di Einstein e Planck – fu confermato sperimentalmente, per l’elettrone, nel 1927.

1925 – meccanica delle onde

Il fisico austriaco Erwin Schrodinger formulò un modello di un atomo completo come interazione di onde. Le particelle diventarono simili alle vibrazioni di una corda di violino, con la differenza di essere chiuse in un cerchio. La sua equazione differenziale parziale sembrava avvalorare una simile relazione con le meccaniche dell’atomo allo stesso modo di come le equazioni della dinamica di Newton si relazionavano all’astronomia planetaria. Una nuova teoria fisica, chiamata Meccanica Quantistica, presentava così un modello atomico ancora più radicale. Max Born sostenne che le onde di Schrodinger non avevano nulla a che fare con la realtà materiale. Attualmente, luce e materia esistono sotto forma di particelle; ciò che si comporta come un’onda è la probabilità sul dove tale particella si trova. La ragione per cui la luce a volte sembra agisca come un’onda, è il fatto che noi non notiamo l’accumulazione di molte particelle di luce distribuite sulla probabilità di dove ogni particella si potrebbe trovare.

1926

Il fisico tedesco Werner Heisenberg formulò il suo principio di indeterminazione che dice che noi non possiamo sapere attraverso misurazioni la posizione ed il momento di una particella simultaneamente. Meglio si conosce una, peggio conosciamo l’altra. Tali aspetti del mondo microscopico diventano sempre più incerti mano a mano che le scale di tempo e distanza considerate diventano più piccole. Particelle e campi ondulano e saltano tra tutti i valori possibili previsti dall’indeterminazione quantica. Ciò implica che il regno microscopico consiste in un furore continuo, inondato da un mare violento di fluttuazioni quantiche. Fluttuazione quantica: è il comportamento turbolento di un sistema su scale microscopiche dovuto al principio di indeterminazione.

1926

Paul Dirac progettò un modello di meccanica quantistica (sviluppato da Schrodinger e Heisenberg) che forniva le leggi della dinamica che governano le particelle atomiche. A questo punto egli applicò alla meccanica quantistica anche le idee di Einstein sulla teoria della relatività. L’elettrone poteva ora essere descritto da quattro funzioni d’onda, soddisfacendo quattro equazioni differenziali simultanee. Gli elettroni non potevano comunque essere definiti con esattezza ma esistevano come una sorta di nuvola di probabilità all’esterno del nucleo. Alle equazioni di Dirac seguì l’idea che l’elettrone dovesse ruotare, o avvitarsi, attorno al suo asse e che ci dovessero essere anche stati di energia negativa. Dirac suggerì che la deficienza di un elettrone in uno di questi stati potesse essere equivalente ad una particella carica positivamente di vita breve, o ad un positrone con la stessa massa dell’elettrone, ma intrinsecamente opposto in termini di carica elettrica. Nella materia ordinaria, un positrone si dovrebbe incontrare rapidamente con un elettrone e annichilirsi, risultando in una vita brevissima, ma in un vuoto perfetto il positrone può vivere per sempre. Questa nuvola – fotografia (1932) – mostra la traiettoria di una particella di massa elettronica carica positivamente rallentata mentre passa sopra ad una placca di piombo. Essa fu una delle prime evidenze dell’esistenza del positrone. L’introduzione della probabilità costituì una rottura radicale con la fisica tradizionale che conteneva come principio fondamentale il categorico collegamento tra causa ed effetto. La natura probabilistica della meccanica quantistica significò che alcune volte gli eventi accadono per ragioni non analizzabili. O, più correttamente, gli eventi si verificano per cause implicite comprensibili e prevedibili, ma con tempistiche non prevedibili. Non era più possibile collegare eventi conseguenti – gli effetti – ad alcuna causa che potesse permettere di prevedere cosa sarebbe accaduto successivamente. Nonostante gli eventi conseguenti potessero essere previsti in termini di interazioni conosciute tra forze, eventi specifici nel tempo, o eventi scelti specificatamente quando sussistono varie possibilità, non potevano più essere previsti eccetto che su base probabilistica. La realtà sarebbe ora stata descritta attraverso probabilità matematiche al posto di immagini che noi possiamo visualizzare. La durezza della meccanica quantistica portò Bohr a dire:“Chiunque non sia shockato dalla teoria quantistica non l’ha capita”. Malgrado la forte meccanica ondulatoria e le incertezze (in termini di misura), i blocchi fondamentali dell’edificio della conoscenza sulla materia erano ormai stati posti, o così sembrò per un certo periodo. Ma ora – nella seconda metà del ventesimo secolo – tutto divenne complicato un’altra volta. Dopo il 1945 gli scienziati scoprirono centinaia di nuove particelle con l’aiuto di nuove e più potenti macchine – gli acceleratori di particelle – capaci di bombardare il materiale sub-atomico con una forza molto maggiore a più alta velocità. I risultati furono assolutamente sbalorditivi: mentre all’inizio sembrava che ci fossero differenti tipi di particelle atomiche costituenti, successivamente si scoprì che ce n’erano circa un centinaio. Molte di queste particelle furono chiamate adroni. Questa è la famiglia di particelle che subisce la maggiore attrazione nucleare forte e include protoni e neutroni. (L’attrazione nucleare forte mantiene i protoni e i neutroni insieme nel nucleo) Ad ogni modo, esclusi i protoni ed i neutroni, tutti gli adroni sono molto instabili e decadono solitamente nel giro di un milionesimo di secondo, e non fanno parte della materia comune.

Dagli atomi alle stringhe – Parte prima

Dagli atomi alle stringhe – Parte seconda

Questo è il secondo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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1897- l’elettrone

Il fisico Inglese J.J. Thompson scoprì una particella sub atomica comune a tutta la materia mentre eseguiva esperimenti sulle emissioni termiche ioniche. Queste emissioni si verificano quando un elemento metallico viene riscaldato e rilascia raggi invisibili. Questo raggio può essere illuminato su uno schermo fluorescente piazzando un piccolo elettrodo a pochi centimetri di distanza dall’elemento riscaldato e connettendo del voltaggio tra l’elemento e l’elettrodo. L’elettrodo deve essere positivo (anodo) e l’elemento negativo (catodo). * Il raggio invisibile produce un punto luminoso sullo schermo ed è conosciuto come raggio catodico. Siccome il raggio è attratto dall’anodo, Thomson dedusse che i raggi catodici fossero una banda di particelle cariche negativamente. Egli li chiamò elettroni. Questo ci suggerisce che gli elettroni sono rilasciati dagli atomi metallici. Più tardi, fu dimostrato che tutti gli atomi contengono elettroni, per esempio, l’elettrone è uno dei blocchi costruttivi di un atomo non fondamentale.

*La designazione positiva fu una scelta arbitraria che seguiva ricerche precedenti in cui si mostrava che c’erano due tipi di carica elettrica, come attrattiva e repulsiva l’altro tipo.

1911 – il nucleo

Ernest Rutherford bombardò una lamina d’oro con nuclei di elio (particelle alpha) e notò che molti di essi passavano attraverso l’oro non riflessi. Ma approssimativamente 1 su 8000 erano percepibilmente riflessi in tutte le direzioni e alcuni venivano addirittura rimbalzati indietro nella direzione da cui venivano. Egli concluse che queste riflessioni richiedessero che l’atomo dell’oro contenesse un piccolo centro carico positivamente circondato da particelle cariche negativamente e, conseguentemente, che la materia fosse per la maggior parte spazio vuoto. Rutherford scoprì che il diametro del nucleo è stimabile come 100,000 volte più piccolo dell’atomo. Possiamo immaginarcelo come uno spillo nel centro di uno stadio di calcio, dove lo spillo costituisce il nucleo. (Il lavoro di Rutherford diede la prima indicazione sul fatto che il centro di carica positiva occupa una frazione estremamente piccola del volume di un atomo.) Dopo la scoperta dell’elettrone, si realizzò che ci dovessero essere centri di carica positiva all’interno dell’atomo per bilanciare la negatività degli elettroni e creare atomi elettricamente neutri. Gli esperimenti di Rutherford lo convinsero che il nucleo dell’idrogeno (essendo il più leggero di tutti i nuclei) fosse una particella elementare. Egli lo chiamò protone, dalla parola Greca “protos”, che significa “primo”. Egli predisse anche l’esistenza del neutrone nel 1920. Vent’anni dopo, il suo assistente James Chadwick ne fece la scoperta. I neutroni possono essere immaginati agenti come una specie di colla che tiene insieme il nucleo. Questi protoni carichi positivamente si respingono uno con l’altro.

Ad ogni modo, protoni e neutroni sono attratti l’uno dall’altro come risultato di un’altra forza, l’attrazione nucleare forte. Questa, è una forza attrattiva che ha effetto solo su un raggio molto ristretto del nucleo. L’attrazione nucleare forte tiene uniti protoni e neutroni per formare il nucleo. I neutroni non contribuiscono ad alcun effetto repulsivo a causa della loro neutralità. In questo modo, avendo più neutroni intorno aiuta a tenere insieme il nucleo. A questo punto fu fatto osservare che ogni atomo con elettroni in orbita attorno ad un centro carico positivamente dovevano continuamente espellere onde elettromagnetiche ed ub questo modo continuare a perdere carica, causando il collasso a spirale dell’elettrone nel nucleo. Per evitare ciò Niels Bohr, dalla Danimarca, semplicemente postulò distinte orbite possibili come nuova regola.

1912

Niels Bohr suggerì che gli elettroni orbitanti attorno al nucleo degli atomi potessero avere solamente certe energie e che elemento avesse differenti energie degli elettroni. Egli assunse che le orbite fossero definite dal loro momento angolare. Ciò condusse al calcolo di possibili livelli energetici per queste orbite e al postulato che l’emissione di luce avviene quando un elettrone si muove in un’orbita con energia inferiore. Questo postulato rimase nella proposizione di Einstein che l’energia, nella forma della luce, consiste di distinte, continue particelle (o quanti), che egli chiamò fotoni. Nel modello di Bohr, gli elettroni potevano occupare solo particolari orbite attorno al nucleo e potevano saltare da un’orbita alla successiva – il famoso salto quantico. Per ciascuno di questi salti, essi avrebbero emesso o assorbito un fotone. Nonostante la teoria quantica della luce fosse provata sperimentalmente, altri esperimenti provarono che la luce aveva anche proprietà continue simili alle onde. Einstein suggerì che ci fossero “due immagini contraddittorie della realtà; separate nessuna delle due spiega pienamente il fenomeno della luce, ma insieme ci riescono”. Ciò significò che il fenomeno in natura condivide insieme l’onda e la particella, e che la luce è insieme continua e discreta.

Vedi anche:

Dagli atomi alle stringhe – Parte prima

Questo è il primo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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Evoluzione della nostra conoscenza della materia

Prologo

Un punto importante che distingue il mondo moderno da quello antico è la supremazia della mente. Questa nuova idea si presentò all’inizio in Grecia durante il sesto secolo AC. Questo era in forte contrasto con il resto del mondo antico – dominato dai faraoni e dai re-sacerdoti – dove le forze magiche dominavano le menti della maggior parte delle persone. In un mondo dove l’irrazionale ed il mistico giocavano un ruolo dominante, i Greci si distinsero come i protagonisti della mente razionale.

600 AC

Nella Ionia i curiosi Greci cominciarono dapprima a speculare su quale fosse la natura reale del mondo e quale potesse essere il suo destino. L’analisi fu chiamata filosofia, o “amore per la saggezza”, ed includeva ciò che oggi noi distinguiamo in filosofia e scienza. (Il destino esercitava una grande influenza su tutti i pensieri dei Greci e potrebbe essere una delle fonti da cui la scienza derivò il credo nella legge naturale). I filosofi greci cominciarono a investigare le leggi della natura, e diventarono in questo modo i primi veri scienziati. Talete di Mileto, il primo dei filosofi Ionici, diede per primo la rivoluzionaria nozione che, per capire il mondo, bisognasse prima conoscere la sua natura (“physis”, da qui la moderna “fisica”) e che ci fosse una spiegazione in termini naturali per tutti i fenomeni. Questo fu un gigantesco passo in avanti dall’assunto del vecchio mondo che le forze soprannaturali determinavano ogni cosa.

460 AC

Democrito, dalla Grecia, sviluppò l’idea di dividere la materia in parti sempre più piccole fino a che non si potesse dividerla ulteriormente. Egli chiamò questi piccolissimi pezzi atomi (atomos = individibile in Greco). Questa fu un’idea filosofica prima ancora che una teoria scientifica. Dopo l’era Greca le investigazioni scientifiche diminuirono enormemente. I Romani, nonostante fossero grandi ingegneri, erano meno interessati alla natura della materia. E con l’insorgenza del Medio Evo il dogma divenne più importante della scienza. Come risultato, per più di duemila anni, la teoria atomica rimase dormiente.

1803 – teoria atomica

John Dalton, un chimico Inglese, rispolverò il termine atomo quando suggerì che ciascun elemento fosse fatto di atomi unici e che gli atomi di un elemento fossero tutti uguali. Egli formulò una teoria in cui le reazioni chimiche risultavano dall’unione e dalla separazione di questi atomi e in cui questi atomi avevano proprietà caratteristiche. Combinazioni di atomi si legavano tra di loro in ciò che egli chiamò molecole.

1869 – la tavola periodica

D. I. Mendeleyev, un chimico Russo, sviluppò la legge sulla periodicità delle proprietà degli elementi chimici. * Questa legge implica che gli elementi hanno una periodicità (modello regolare) delle proprietà quando sono distribuiti secondo il peso atomico. Molti nuovi elementi furono scoperti in natura, e il loro comportamento chimico rispondeva esattamente a ciò che la tavola periodica di Mendeleyev prediceva.

*elemento = il tipo più semplice di sostanza chimica. Gli elementi possono essere visti come fondamentali nelle reazioni chimiche. Essi non possono essere semplificati ulteriormente utilizzando reazioni chimiche.

Per un certo periodo di tempo sembrò che gli atomi fossero le particelle fondamentali. Come suggerisce il loro nome, essi non potevano essere divisi in nulla di più semplice. Ad ogni modo, verso la fine del XIX secolo, divenne chiaro che gli atomi non erano le particelle più fondamentali, dato che essi stessi erano fatti di particelle più piccole. Una di queste particelle atomiche è l’elettrone, che ora si pensa sia la particella fondamentale.

Questa sera, come tutte le sere dei week-end, finito di lavorare mi soffermo un attimo sul bancone del bar della pizzeria per un caffè.

Parlando con il mio datore di lavoro, grande appassionato di fisica, scopro che ha un libretto, più o meno di 200 pagine, sulla fisica spiegata per esempi pratici. Ovvero, perchè la campana suona, perchè nel deserto si vedono i miraggi, perchè in montagna l’acqua bolle a temperatura diversa, perchè lo specchio riflette, e molti altri. Un libretto davvero carino, che mi ha prestato e che vedrò di leggere in settimana (per poi farvi una recensioncina se ci scappa).

Lì con noi, c’era sua moglie. Brava donna, sua moglie. Una tipa sulla trentina, in gamba, sveglia, caparba, attiva e anche piacente. Ma tremendamente ignorante in campo scientifico (o perlomeno fisico/chimico). E mentre si parlava di tutti questi esempi, se ne esce chiedendo cosa fosse l’atomo.

Dapprima ridendo, ho iniziato la spiegazione, diventando mano a mano più serio (o forse è meglio dire preoccupato) mentre continuavo. E’ vero che nella vita non si ha mai finito di stupirsi, ma sta sera ho imparato anche a non dar nulla per scontato. Come si possa non saper cos’è l’atomo, almeno per sentito dire, ancora me lo chiedo.

Tungsteno (W), Lantanio (La), Fluoro, Iodio e Gallio (FIGa) rappresentano il motore dell’universo.

Il Pirene è un idrocarburo policiclico aromatico (PAH, ovvero un idrocarburo costituiti da due o più anelli aromatici) formato da quattro anelli di benzene fusi tra loro.

Ciò che lo rende liscio è il modo in cui interagisce con la luce. In particolare, possiede alcune bande UV decisamente marcate che sono sensibili alle polarità del solvente. In più, lo stato eccitato del dimero mostra alcune proprietà fotochimiche uniche del Pirene, fornendo un modello di disposizione spaziale nel momento in cui si impilano insieme due molecole di Pirene.