Radium Girls (English version below)

Spesso, verso il volgere della giornata, penso alle Radium Girls.

Quando al calar del sole le lancette del mio orologio iniziano ad emettere una bella luminescenza verde, torno indietro nel tempo, all’ America degli anni ’30:

…..Ottawa, Illinois, i dipendenti della Radium Dial Company si recano come tutti i giorni in fabbrica per svolgere il proprio lavoro.

La maggior parte degli operai  sono ragazze giovani, attratte dal salario abbastanza elevato di 18 dollari la settimana… queste sono le Radium Girls, facili da riconoscere, perchè sempre ben vestite e con belle automobili.

The American Weekly 28/2/1926

Il loro lavoro consiste nel  dipingere  con una miscela di mesotorio, solfato di rame e solfuro di zinco, i quadranti degli orologi, in modo che questi al buio possano produrre una luminosità  verde brillante, ed addirittura alcune prendono a dipingersi con la vernice,  varie parti del corpo, per sorprendere di sera i loro amici.

Dopo qualche tempo, alcune di loro inziano a lamentare dolori alla mascella. Nessuno sembra dare il giusto peso a questi sintomi, fin quando una di loro muore all’ età di 25 anni.

Subito partono le indagini e ben presto, le autorità concentrano l’ attenzione sulla tecnica, che le ragazze avevano adottato per dipingere i piccoli numeri sui quadranti: dopo ogni pennellata, si leccava la punta del pennello per renderlo più appuntito.

Cosi le ragazze, ogni volta, introducono un pò di mesotorio, che come il calcio va a depositarsi nelle ossa, liberando particelle α, che non solo distruggono l’ osso ma alterano anche le cellule del midollo. In poco tempo diventano anemiche, si ammalano di leucemia, e le loro mascelle diventano fragili come gesso.

Da qui partono tutte le riforme per rendere il lavoro più sicuro…..

Gli ultimi orologi dipinti con una vernice a base di radio furono prodotti nel 1968, e subito dopo vi fu la demolizione dell’ impianto della Radium Dial Company.

Ora avete capito perchè verso sera penso alle Radium Girl.

Often, towards the end of the day, I think of the Radium Girls.

When the sunset the hands of my clock began to emit a beautiful green light, I return back in time, all ‘America of the 30s:

… .. Ottawa, Illinois, employees of the Radium Dial Company go as every day at the factory to carry out their work.

Most of the workers are young girls, attracted by relatively high wages of $ 18 a week … these are the Radium Girls, they are easy to recognize, as they are always well dressed and  have beautiful cars.

Their job is to paint with a mixture of mesotorio, copper sulphate and zinc sulphide, the dials of watches, so that those in the dark tend to produce a bright green light, and even to take some paint with the paint, several parties of the body at night to surprise their friends.

After some time, some of them start complaining of pain in the jaw. Nobody seems to give proper weight to these symptoms, until one of them dies in age of 25 years.

Immediately they start the investigation and soon, the authorities concentrate their attention on the technique, which the girls had taken to paint the small numbers on the dials after each stroke, lick the tip of the brush to make it more pointed.

So girls, every time, introduce some mesotorio who like football should be deposited in the bones, releasing α particles, which not only destroy the ‘bone but also alter the cells of the spinal cord. In a short time they become anemic,which  is ill with leukemia, and their jaws become brittle like chalk.
It is here that all the reforms to make work safer … ..
The latest clocks painted with a paint-based radio were produced in 1968 and soon after there was the demolition of  planting the Radium Dial Company.

Now you understand why I am thinking of the evening Radium Girl.

Montagne Blu — Blue montains (English version below)

Non vi dicono nulla nomi come  Cresta Blu della Virginia, Cime Blu della Giamaica e Montagne Blu dell’ Australia?

Sicuramente a molti tornerà in mente quella foschia bluastra che è presente in queste zone in estate!

Ma a cosa è dovuta questa foschia?

Il colore blu è causato dalla dispersione della luce da parte di un aerosol, prodotto dalla foto-ossidazione dell’ isoprene (2-metil-1,3,-butadiene) ed altri idrocarburi.

Isoprene. Da: http://it.wikipedia.org

E da dove deriva tutto questo isoprene? La risposta sembra ovvia: dalle piante, che durante i periodi estivi a causa dell’ aumento della temperatura  emettono isoprene. Una possibile spiegazione a questa maggiore emissione, sembra essere il fatto che il danno provocato alle foglie da temperature elevate è minore in presenza di isoprene. Azzarderei quindi un paragone tra la vitamina E presente nelle membrane cellulari dell’ uomo ed in altri essere viventi e l’ isoprene…entrambi infatti evitano danni da stress…

Dall’ isoprene non si può non passare ai terpeni, come il farnesolo (giglio della valle), zingiberene (zenzero), cariofillene (olio di chiodo di garofano).

Giglio della valle. Da: http://donnefiore-uominifiore.myblog.it

Questi terpeni a noi più familiari, costituiscono i componenti fondamentali delle cere e degli oli essenziali delle piante, miscele che conferiscono un particolare fragranza.

I terpeni inoltre illustrano anche un importante princio della logica molecolare, dei sistemi viventi, cioè, che nel costruire grosse molecole, vengono messe insieme piccole subunità attraverso un processo interattivo e queste vengono poi modificate mediante precise reazioni catalizzate da enzimi.

There was no mention of names such as Blue Ridge of Virginia, Peaks of Jamaica Blue and the Blue Mountains in Australia?

Chiodo di garofano. Da: http://it.wikipedia.org

Surely many will come back to see the bluish haze that is present in these areas in summer!

But what’s the reason for this haze?

The blue color is caused by the dispersion of light by an aerosol, produced by photo-oxidation of  isoprene (2-methyl-1, 3-butadiene) and other hydrocarbons.

And where does all this isoprene come from?

The answer seems obvious: the plants, which during the summer because of ‘increased temperature emit isoprene.

One possible explanation for this greater issue seems to be that the damage to leaves caused by high temperatures is less in the presence of isoprene.

Venture a comparison between the vitamin E found in cell membranes of humans and other organisms and isoprene … both isoprene fact avoid damage from stress …

From isoprene we can only go to terpenes, such as Farnesol (lily of the valley), zingiberene (ginger), caryophyllene (oil of cloves).

These terpenes are more familiar to us, they are the fundamental components of waxes and essential oils of plants, mixtures that add a particular fragrance.

The terpenes also illustrate an important principle of molecular logic of living systems,namely, that in constructing large molecules are put together small subunit through an interactive process and these are then modified by specific reactions catalyzed by enzymes.

Piante da scoprire

Capita spesso, durante gite o escursioni, di trovarsi di fronte a piante che colpiscono la nostra attenzione,  che ci obbligano ad osservarle in religioso ad apprezzare i loro dettagli, scorgerne tutti i colori e le loro sfumature, ad assaggiarne i loro odori. Ancora più frequentemente però capita di non riuscire a riconoscerle, di non sapere nemmeno il loro nome!

Oggi fortunatamente ci sono numerosi mezzi, che vengono in nostro aiuto, che ci guidano per mano alla scoperta di un nuovo mondo.

Sto parlando, dell’ iphone, dei palmari, smartphone e tablet, che sempre più spesso si trasformano in “un Virgilio tascabile” sempre pronto a rispondere alle nostre domande.

Abbiamo provato qualche applicazione per iphone e palmare, e da una prova veloce, ognuna risulta essere precisa, estremamente semplice, con ottima grafica e di facile fruibilità.

Qualche esempio:

1) GUIDA INTERATTIVA ALLE PIANTE LEGNOSE DELLA MAJELLA

Giampiero Ciaschetti, Pier Luigi Nimis, Stefano Martellos, Luciano Di Martino, Mirella Di Cecco, Maria Peroni, Teodoro Andrisano.Foto di Andrea Moro.

Questa guida è stata creata in collaborazione con il progetto europeo KeyToNature, coordinato dal Dipartimento di Scienze della Vita dell’Università di Trieste, grazie al contributo della Regione Abruzzo per la “Tutela della biodiversità vegetale e la gestione dei giardini ed orti botanici” (L.R. 35/97).
Essa cerca di rispondere alle richieste dei visitatori del Parco Nazionale della Majella: conoscere i nomi delle piante che osservano durante le escursioni, i campeggi, i pic-nic, o che studiano da amatori.
L’identificazione delle piante è solitamente appannaggio di pochi esperti, sia perché solo essi conoscono le differenze, talora minime, tra specie simili, sia perché i caratteri che permettono di distinguere le famiglie o i generi sono spesso osservabili solo con uno stereomicroscopio. Questa chiave utilizza solo caratteri facilmente osservabili, illustrati da immagini e/o disegni creati da Andrea Moro.
Può essere usata anche da chi si avvicina per la prima volta all’identificazione delle piante.
E’ una guida “facile”, ma realizzata con rigore scientifico.
Comprende tutte le specie e le sottospecie di piante legnose (alberi, arbusti e liane), presenti allo stato spontaneo o subspontaneo nel territorio del Parco Nazionale della Majella, più alcune delle più comuni piante coltivate a scopo ornamentale o negli impianti di riforestazione.
Ad ogni pianta è associata una scheda che ne descrive brevemente nomenclatura (nome comune, sinonimi), morfologia, distribuzione, ecologia e l’uso nella tradizione locale.

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2) CENTO PIANTE DA SCOPRIRE NELL’ ORTO BOTANICO DI CATANIA

Autori:
Pier Luigi Nimis, Pietro Pavone
Stefano Martellos, Cristina Lo Giudice, Cristina Salmeri
Foto di Andrea Moro

L’Orto Botanico di Catania promuove interventi di educazione ambientale per le scuole, per i cittadini e per i turisti: visite guidate, percorsi tematici sulle piante dell’Orto, laboratori sperimentali ed interdisciplinari.
Questa guida a 100 piante legnose presenti nell’Orto, creata in collaborazione con il progetto europeo KeyToNature, sarà utilizzata per il nuovo laboratorio di identificazione interattiva all’aperto, un’attività ludico-didattica rivolta a bambini e ragazzi che, utilizzando i palmari, potranno avventurarsi alla scoperta dei Nomi e di ciò che i Nomi rivelano.

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3) IL CERCAPIANTE

Cerca più di 7600 piante con un archivio fotografico di 60.0000 immagini.
Oltre 45.500 nomi comuni e volgari delle piante.
Il Cercapiante di Dryades dà accesso alle immagini di piante vascolari utilizzate nelle chiavi interattive del Progetto Dryades / KeyToNature, coordinato dal Dipartimento di Scienze della Vita dell’Università di Trieste.
L’archivio contiene più di 60.000 foto – in massima parte originali – di piante vascolari (spontanee e coltivate) presenti in Italia.
Le ricerche possono essere effettuate per:

1. Famiglia (seguendo il sistema di Judd et al., 2002).
2. Binomio latino (la nomenclatura delle piante spontanee o spontaneizzate segue checklist di Conti et al 2005, e successivi aggiornamenti).
3. Nomi italiani e dialettali.
La lista di nomi italiani si basa su quelli proposti da Pignatti (1982), sull’adattamento all’Italiano di molti nomi latini proposto da Nimis & Martellos (2005, 2006) e Nimis & al. (2006), e soprattutto sui nomi raccolti da Penzig (1924) nella sua monumentale “Flora Popolare Italiana”. Abbiamo seguito Penzig nella suddivisione del Paese in aree linguistiche, che spesso non coincidono con le regioni amministrative (ad esempio, l’area linguistica “Veneto” include anche porzioni del Trentino e la Venezia Giulia, etc.). In quasi tutti i nomi sono stati eliminati gli accenti ed i caratteri speciali.
Attenzione: i nomi relativi alle aree lingustiche sono attribuiti alla specie menzionata da Penzig, ma in molti casi si applicano anche ad altre specie affini.Per i punti 2 e 3 e sufficiente inserire una stringa di testo (indifferente alle maiuscole-minuscole). Il risultato e una lista di specie con relative fotografie digitali. Per ingrandire un’immagine e sufficiente cliccarci sopra.

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Il progetto Dryades.

Dryades è la branca italiana del Progetto Europeo KeyToNature, coordinato dall’Università di Trieste e finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del Programma eContentplus. Il Progetto – di durata triennale a partire dal 3 settembre 2007 – include 14 partner da 11 paesi europei, ed è centrato sullo sviluppo di strumenti innovativi per l’identificazione degli organismi e sulla loro introduzione nel mondo della scuola, dalle elementari all’università. Il sito web di Dryades permette l’accesso a guide interattive per l’identificazione di piante funghi ed animali, ad archivi iconografici e a diverse banche dati sulla biodiversità dell’Italia. Una sezione specifica è dedicata ai progetti per le scuole.

Link utili:

Progetto  Dryades

Strumenti per l’ identificazione

Parco nazionale della Majella

Orto botanico di Catania

IL CAFFÈ VISTO CON GLI OCCHI DEL CHIMICO

Tazza di caffè.Fonte: "http://it.wikipedia.org"

Il caffè, si sa, è una bevanda molto amata dal popolo italiano, e proprio per questo ho deciso di fare un’analisi chimica delle principali molecole contenute in una tazzina di caffè, sperando così di fare un po’ di chiarezza riguardo ai dubbi che lo avvolgono, con particolare riferimento a quelli riguardanti la nostra salute.

Il caffè è una soluzione acquosa in cui troviamo una buona quantità di caffeina, un alcaloide che, oltre che nel caffè, è naturalmente presente nelle piante di cacao, the, cola, guaranà e mate e nei loro derivati alimentari. C’è da notare una curiosità: contrariamente a quanto potremmo pensare, le foglie di the hanno un contenuto di caffeina all’incirca doppio (2-4%) rispetto ai semi di caffè (1-2%) ma, dato il diverso metodo di preparazione, l’infuso (the) contiene circa quattro volte meno caffeina rispetto al percolato (caffè).

La molecola di caffeina è strutturalmente simile all’adenina (la base azotata dell’adenosina) ed agisce da antagonista competitivo sui recettori del nucleoside posti sulle membrane cellulari, così facendo favorisce il rilascio degli ormoni adrenalina e noradrenalina e questi vanno a stimolare il sistema nervoso simpatico con conseguente aumento del battito cardiaco, dell’afflusso di sangue ai muscoli e del metabolismo basale.

Quest’alcaloide ha svariati effetti sull’organismo umano, primo fra tutti va a stimolare il sistema nervoso centrale e perciò induce eccitabilità, miglioramento dei riflessi e della capacità di concentrazione (per questo è usato in caso di sonnolenza). La teobromina, derivata dal metabolismo epatico della caffeina, è un vasodilatatore che aumenta il flusso di ossigeno e nutrienti al cervello e ai muscoli e inoltre, insieme ad un altro derivato, la teofillina, va a stimolare la diuresi. Occorre fare attenzione al fatto che la caffeina provoca un aumento della secrezione gastrica, perciò un utilizzo prolungato può portare all’insorgenza di ulcera, esofagite e riflusso gastrointestinale. Inoltre un abuso, oltre che ad un certo grado di tolleranza verso la molecola, può portare anche ad insonnia, nervosismo, ansia, irritabilità e palpitazioni.

Vari fattori possono influenzare l’emivita della caffeina all’interno del nostro organismo ed in particolare questa cresce nelle donne in seguito all’assunzione di alcuni contraccettivi orali contenenti etinilstradiolo. Passiamo ora alle molecole contenute nel caffè a cui sono attribuiti i maggiori benefici per la nostra salute, sto parlando degli antiossidanti: è a loro che sono dedicati la maggior parte degli studi, in quanto è ormai noto il loro ruolo protettivo nei confronti dell’insorgenza di varie forme di tumore nonché di malattie cardiovascolari. I principali antiossidanti contenuti nel caffè sono l’acido caffeico, l’acido ferulico e l’acido isoferulico: questi sono tre acidi carbossilici aromatici che derivano, in sequenza, l’uno dal metabolismo dell’altro. Le benefiche proprietà antiossidanti del caffè non possono essere affidate ad una delle tre molecole presa singolarmente, ma piuttosto al fitocomplesso da queste costituito, si tratta cioè di un insieme eterogeneo di composti che cooperano sinergicamente per combattere i radicali liberi dell’ossigeno e così potenziare le nostre difese naturali.

Uno studio del 2010 [REF] ha dimostrato che aggiungere latte al caffè non va a ridurre la biodisponibilità degli antiossidanti in esso contenuti, contrariamente a ciò che si riteneva in passato, ma sarebbe invece l’aggiunta di zucchero a limitarne l’assorbimento da parte del nostro organismo. Inoltre sembra che se la bevanda contiene troppo zucchero, l’effetto stimolante della caffeina diventi trascurabile. Perciò buone notizie per gli amanti del caffè amaro: la vostra scelta vi permetterà di ricavare da una tazzina di caffè i maggiori benefici per la vostra salute e il massimo effetto energizzante.

Soffermiamoci un po’ sull’acido caffeico. Questo è stato inizialmente trovato negli estratti di caffè, ma è stato poi ampiamente riscontrato in natura, infatti si trova come tale e nei suoi derivati anche nell’angelica, nella cicoria, nell’arnica, nel carciofo, nella melissa e nei propoli. L’acido caffeico, oltre al suo potere antiossidante, ha proprietà antibiotiche verso certi batteri patogeni del nostro intestino.

L’acido ferulico deriva il suo nome dalla ferula (pianta erbacea perenne) ed in natura è presente nel caffè, nei carciofi, nelle granaglie, nelle mele, nelle arance e nell’ananas. Sia l’acido ferulico che l’acido caffeico hanno la capacità di inibire l’enzima animale xantina ossidasi, che trasforma la xantina in acido urico, responsabile dei fenomeni gottosi quando presente in eccesso nei tessuti. Da qui l’ipotesi che un corretto consumo di cibi contenenti acido ferulico possa abbassare il rischio d’insorgenza di gotta negli individui predisposti.

Ad entrambi gli acidi carbossilici sono state infine attribuite proprietà antinfiammatorie, in quanto vanno a bloccare la sintesi di due importanti classi di mediatori chimici dell’infiammazione, in particolare l’acido caffeico riduce la produzione di prostaglandine mentre l’acido ferulico di leucotrieni.

Nel caffè sono poi presenti l’acido quinico e l’acido tannico. Il primo caratterizza il sapore del caffè dandogli un retrogusto un po’ acido, il secondo, invece, più che nel caffè in quanto tale, esprime i suoi effetti nel cappuccino: è noto che il caffè mescolato al latte bollente ha la proprietà di bloccare l’appetito, questo è dovuto ad una reazione chimica per cui, a causa della temperatura elevata, l’acido tannico si lega alla caseina del latte formando tannato di caseina, un composto che risulta essere difficile da digerire.

Infine nel caffè sono presenti niacina e il suo derivato metilato trigonellina. La niacina è il secondo nome della vitamina B3: mediamente due o tre espressi forniscono la metà della quantità giornaliera di vitamina B3 raccomandata. Per quanto riguarda la trigonellina sembra sia in grado di prevenire l’attacco ai nostri denti del batterio Streptococcus mutans, così da ridurre l’insorgenza delle carie da questo provocate.

Quelle descritte sono le principali molecole contenute nel caffè e solo da quest’elenco non possiamo stabilire se l’amata bevanda nera faccia bene o male alla nostra salute. Quello che conta è che il caffè rappresenta per molte persone un momento di pausa e di piacere che non deve mai sfociare nell’eccesso, perché sì la nostra tazzina contiene vari composti “amici”, ma facciamo attenzione perché anche un loro abuso può farci del male.

[REF] Renouf M, Marmet C, Guy P, Fraering AL, Longet K, Moulin J, Enslen M, Barron D, Cavin C, Dionisi F, Rezzi S, Kochhar S, Steiling H, Williamson G. (2010) Nondairy creamer, but not milk, delays the appearance of coffee phenolic acid equivalents in human plasma. Journal of Nutrition. 140(2), 259-63. Epub 2009 Dec 9. (Nestlé Research Center, Vers chez Les Blancs, 1000 Lausanne 26, Switzerland. mathieu.renouf@rdls.nestle.com)

Complessi metallici come chemioterapici: il cis-platino

Introduzione: la struttura del DNA

Il DNA è una macromolecola costituita da un numero elevato di desossinuclotidi, ognuno costituito da una base purinica (adenina e guanina) o pirimidinica (timina e citosina), uno zucchero (il deossiribosio) e un gruppo fosfato.
In tale struttura il ponte fosfato ha la funzione di unire i due nucleosidi collegando i due ossidrili degli zuccheri.

L’accoppiamento tra le basi è selettivo e si basa su forze deboli, i legami a idrogeno:
Adenina — Timina
Citosina — Guanina

Secondo il modello di Watson e Crick, il DNA è composto da due catene polinucleotidiche avvolte a elica intorno ad un asse comune e che corrono in direzioni opposte.
Le basi si trovano all’interno dell’elica mentre i gruppi fosfato e gli zuccheri si trovano all’esterno; il piano delle basi risulta essere perpendicolare al piano dell’elica.
La basi adiacienti hanno distanze fisse lungo l’asse dell’elica e formano tra loro angoli di 36°. La struttura dell’elica si ripete dopo circa 1o residui.

In realtà la struttura del DNA è più complessa ma per la trattazione che andiamo a svolgere questo modello semplice può essere sufficiente per capire come agisce uno dei farmaci chemioterapici più famosi: il cis-platino.

Il cis-platino: azione sul DNA dal punto di vista chimico

Il cis-platino appartiene ai chemioterapici di prima generazione. Modifica le basi e dunque la struttura del DNA, impedendone la dupilicazione e portando conseguentemente alla morte della cellula.
E’ stato scoperto negli anni ’70 ma è ancora molto usato.

Viene iniettato per via endovenosa come molecola neutra.

In ambiente acquoso questo complesso subisce una serie di equilibri che porta alla sostituzione di uno o di entrambi i gruppi cloruro con due molecole di acqua.

In realtà questa reazione di sostituzione nucleofila tra il cloruro e l’acqua non avviene in quanto nel sangue si ha un’alta concentrazione di ioni cloruro e ciò sposta l’equilibrio verso la forma non idrata del cis-platino.
Quest’ultimo aspetto è importante perchè la forma idrata del cis-platino è molto reattiva e potrebbe dare delle reazioni collaterali nel sangue, che non farebbero arrivare il complesso all’organo di interesse.
Inoltre nella sua forma non idrata il cis-platino è un complesso neutro e attraversa meglio la parete cellulare (nella forma idrata avrei invece una o due cariche positive).

Una volta giunto nella cellula il cis-platino trova un ambiente molto diverso in cui non c’è più un’alta concentrazione di ioni cloruro: a questo punto subisce la reazione di idrolisi e diventa molto più reattivo quando è già vicino al nucleo.
Allora le molecole di acqua (o gli ossidrili in caso di deprotonazione del cis-platino) reagiscono con due residui guaninici adiacenti che vanno a sostituire le due molecole d’acqua.
In questo tipo di legame devo avere una coordinazione quadrato-planare affinchè le due guanine siano a 90° tra di loro. Infatti solo in questo modo i due atomi di azoto in 7 della guanina riescono a legarsi in cis.

Il legame avviene preferenzialmente tra le molecole d’acqua del cis-platino e la guanina in quanto la guanina è la nucelobase più nucleofila con il suo azoto in 7. Il legame Pt-NH3 è invece inerte.
Per avere la reazione è poi necessario che i due residui guaninici siano sullo stesso filamento ed adiacenti.

La coordinazione del cis-platino porta a grandi modifiche nella struttura del DNA:

• la doppia elica assume una struttura piegata ad angolo di 40/60° in corrispondenza del punto in cui si coordina il cis-platino;
• la doppia elica si svolge parzialmente;
• si perde lo stacking (interazione dovuta a forze di Van der Waals che si originano tra densità elettroniche π di due sistemi aromatici) tra le nucleobasi;
• le interazioni di legame a idrogeno tra le nucleobasi sono indebolite e quindi si ha una pedita di stabilità termodinamica del DNA.

A causa di tutti questi effetti il DNA non è più in grado di duplicarsi e di conseguenza si ha la morte della cellula.

Gli effetti collaterali del farmaco chemioterapico sono dovuti alla non selettività verso le cellule tumorali da parte del cis-platino che reagisce anche con il DNA di cellule sane.

Carnevale della chimica.

Il 2011 sarà l’Anno Internazionale della Chimica: lo ha proclamato l’ONU affidando la responsabilità dell’evento all’UNESCO, l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Educazione, la Scienza e la Cultura, e a IUPAC, l’Unione Internazionale della Chimica Pura ed Applicata.

L’Anno 2011, celebrativo delle conquiste della chimica e del suo contributo al benessere dell’umanità, rappresenta uno degli appuntamenti che le Nazioni Unite hanno creato nell’ambito del decennio dedicato all’educazione allo sviluppo sostenibile (2005-2014).

In particolare, le attività nazionali e internazionali che si svolgeranno nel 2011 saranno incentrate sull’importanza della chimica nella preservazione delle risorse naturali.

La chimica è fondamentale per la nostra comprensione del mondo e dell’universo.

Le trasformazioni molecolari sono essenziali alla produzione di cibo, medicine, carburante, e innumerevoli manufatti e prodotti. Il 2011 sarà un’occasione per il mondo per celebrare l’arte e la scienza chimica e il suo contributo fondamentale alla conoscenza, alla tutela dell’ambiente e allo sviluppo economico.

Nel 2011 si celebra anche il centesimo anniversario dell’assegnazione del Nobel per la chimica a Maria Curie: un’opportunità per celebrare il contributo delle donne alla scienza.

L’Anno segna anche il centesimo anniversario della fondazione dell’Associazione Internazionale delle Società Chimiche (IACS), cui è succeduta IUPAC alcuni anni dopo.

Tutte le iniziative in programma sono disponibili sul sito www.chemistry2011.org

In occasione di questo evento chimicare.org e gravità zero presentano il primo carnevale della chimica un’ iniziativa, che è destinata non tanto a “fare scienza” quanto a divulgarla. Il blog Mondi Invisibili parteciperà a questo evento.

Stato Naturale delle acque

Introduzione

Fonte: "Filippo foto blog: http://www.foto-blog.it"

L’acqua pura al 100% ha un contenuto di particelle cariche piccolissimo, è cioè quasi totalmente indissociata (pH prossimo a 7).
L’acqua pura in senso rigoroso si può ottenere solo con processi di laboratorio alquanto costosi, come ad esempio la distillazione o l’osmosi inversa.

Nell’acqua allo stato naturale, cioè estranea all’intervento dell’uomo, troviamo disciolte una serie di sostanze provenienti dal contatto e dall’interazione dell’acqua stessa con vari substrati.
L’acqua di pioggia non ha, come ci si aspetterebbe, un pH=7 in quanto il vapor d’acqua atmosferico può sciogliere alcuni gas presenti nell’atmosfera non inerti in ambiente acquoso, primo tra tutti la CO₂.
Infatti:

CO₂+H₂O <—->H₂CO₃ <—-> H⁺+HCO₃^-

Per cui, vista la presenza di ioni H⁺, il pH sarà alterato rispetto al valore atteso di 7 e si aggirerà intorno a 6.

La composizione di acque superficiali e sotterranee risente poi di molti fattori naturali tra i quali possiamo ricordare:

• pH;
• stato di ossigenazione;
• temperatura;
• penetrazione della luce;
• presenza di organismi viventi, ed in particolare microrganismi;
• interconnessione degli equilibri tra le varie specie presenti;
• per le acque sotterranee, il tipo di roccia con cui l’acqua è in contatto;
• per le acque superficiali, la velocità e la turbolenza dello scorrimento.

Di seguito si riporta una tabella con le concentrazioni tipiche di alcuni ioni nelle acque di fiume e sotterranee. Per quanto riguarda le acque di lago, i valori sono a volte vicini a quelle di fiume, a volte a quelle sotterranee.

Componenti inorganici nelle acque sotterranee

Non è semplice razionalizzare la presenza di certi ioni nelle acque sotterranee in quanto in fattori che influenzano la composizione delle acque sotterranee sono molteplici (pH, ossigenazione, profondità, tempi di residenza, natura delle rocce di contatto), ma si possono fare alcune considerazioni qualitative tra la presenza prevalente di certi ioni e qualcuno di questi fattori.

Un elevato contenuto di HCO₃^-, insieme a Ca²⁺ e Mg²⁺, è connesso ad un contatto prolungato dell’acqua con rocce calcaree (in particolare dolomitiche, se il rapporto Mg²⁺/Ca²⁺ supera un certo livello); la concentrazione di tali ioni inoltre risulta maggiore all’aumentare dell’acidità.

La presenza accentuata di solfati è dovuta all’occasionale miscelazione di rocce arenarie o argillose con gessi ma anche ad infiltrazioni di acque salmastre o di abbondanti precipitazioni ricche di spray marino.

Queste ultime considerazioni valgono anche per il rilevamento di Cl^-, la cui presenza nelle rocce è trascurabile. La presenza di cloruri può anche essere dovuta alla degradazione di materiale organico (urine), ma qui il confine tra stato naturale e inquinato è molto sottile.

La presenza di Fe²⁺ e Mn²⁺ è maggiore in caso di scarsa o nulla ossigenazione, come solitamente si verifica nelle acque sotterranee. Nelle acque superficiali la concentrazione di tali ioni metallici è trascurabile in quanto i composti a più altro grado di ossidazione (dovuto alla maggior ossigenazione) risultano insolubili.

La presenza dello ione NH₄⁺ è considerato indice di degradazione di composti di origine biologica nelle acque superficiali, mentre il suo contenuto in acque sotterranee, soprattutto se profonde, è il prodotto finale di una riduzione naturale di composti organici azotati o di NO₃^- di origine organica o inorganica, in assenza di ossigeno.

Materiale organico nelle acque superficiali

E’ noto a tutti che l’acqua ospita molti organismi viventi, dai batteri alle alghe, dai pesci ad alcuni mammiferi. Molte sostanze organiche presenti nelle acque superficiali provengono dalle loro secrezioni ed escrezioni in vita e dalla decomposizione di questi dopo la morte.
Altre fonti di materiale organico sono l’attività dell’uomo e le precipitazioni.
Inoltre anche in ambiente acquoso, fin dove penetra la luce, può avvenire la fotosintesi della materia vegetale.

Lo scorrimento prolungato dell’acqua in superficie e la sua infiltrazione tra le rocce del terreno portano ad una decomposizione della sostanza organica attraverso processi promossi sia da microrganismi aerobi, sia anaerobi.
Con velocità diversa si formano composti dal peso molecolare sempre più basso (proteine, amminoacidi, carboidrati, grassi, lignine, esteri…) fino alla mineralizzazione.
I prodotti finali di processi aerobi e anaerobi sono però diversi. La prevalenza di uno o l’altro meccanismo dipenda dalla quantità di ossigeno disponibile oltre che dalle condizioni di vita e l’attività dei due tipi di microrganismi.

Il metabolismo aerobio produce da sostanze organiche, contenenti C, H, O, N, S e P, cellule (come prodotto sintetico) e dà come prodotti finali del processo energetico sostanze a basso stato di ossidazione, quali CO₂, H₂O, NO₃^-, SO₄^2-, PO₄^3-.

Il metabolismo anaerobio, partendo dalle stesse sostanze organiche, dà meno cellule e prodotti di demolizione parziale delle sostanze organiche, come acidi organici ed alcoli, che poi vengono nuovamente demoliti fino ad arrivare a prodotti quali CH₄, NH₃, H₂S e PH₃ che portano ad un degrado dell’acqua.

Si riporta infine una tabella per confrontare le caratteristiche fondamentali delle acque superficiali e delle acque di falda.

 

Il materiale di questo articolo è liberamente tratto dalle slides e dagli appunti del corso di
Chimica e Tecnologie delle Acque  CdL in Chimica
Università degli studi di Firenze
a.a. 2010-2011