Nel 1996 il premio Nobel per la chimica è stato vinto da quello che oggi è un allegro signore di più di 70 anni di nome Harold Kroto e da altri due scienziati, Robert Curl e Richard Smalley per la scoperta di un nuovo allotropo del carbonio denominato buckminsterfullerene o semplicemente fullerene.

La sua scoperta è particolarmente interessante a mio modo di vedere perchè dimostra come la distinzione “scatolesca” tra le diverse scelte sia un puro artificio e quanto sia importante collaborare tra persone con differenti competenze ed orizzonti.

Ci si è infatti imbattuti in questa particolare molecola durante alcuni studi di interesse astronomico. L’obiettivo era quello di determinare l’eventuale presenza di molecole contenenti carbonio nelle nubi interstellari: lo strumento utilizzato era la spettroscopia a microonde. In particolare l’interesse era volto verso le catene di carbonio. Gli esperimenti in questo ambito  fornirono risultati interessanti: si osservarono alcune molecole lineari con da 5 a 9 atomi di carbonio. Questa osservazione deponeva a favore dell’ipotesi che le molecole a catena potessero essersi formate facilmente nelle giganti rosse. C’era però una sorpresa: risultava molto presente una molecola con ben 60 atomi di carbonio e accanto ad essa ve ne era una più rara da 70.

Questa molecola così grande  presentava qualche difficoltà ad essere spiegata o anche soltanto immaginata, ma una volta trovata la soluzione (la soluzione di un problema di geometria e di chimica) ci si è trovati davanti ad un oggetto che appartiene alla vita quotidiana.

La forma del fullerene è infatti uguale a quella di un pallone da calcio: vale a dire è composto da pentagoni ed esagoni (non è infatti possibile costruire un solido chiuso costituito da facce esagonali regolari).  In geometria questo solido potrebbe essere definito un icosaedro troncato noto sin dall’antichità e presente in alcune opere artistiche e architettoniche tra cui quella che ha dato al fullerene il suo nome completo di Buckminsterfullerene dal nome dell’architetto dell’Expo di Montreal (1967) che ispirò gli scopritori di questa molecola.

In realtà una molecola contenente atomi di carbonio dotata di questa forma particolare era stata precedentemente prevista da Eiji Osawa nel 1970, ma era rimasta un’ipotesi teorica (studiando il corannulene che ha la forma di una parte di icosaedro troncato aveva supposto che potesse esistere un icosaedro troncato completo) e non era mai arrivata negli Stati Uniti o in Europa. L’idea era venuta anche ad altri studiosi, ma nessuno aveva pensato che potesse esistere naturalmente una molecola simile che in effetti presenta caratteristiche inconsuete.

Si pensa che si formi partendo da fogli di grafite che presentano strutture planari costituite da esagoni ai cui vertici si trovano gli atomi di carbonio.

L’ipotesi è che questi fogli si siano chiusi (immaginate di piegarli, come se faceste origami) eliminando uno spigolo che renderebbe la molecola reattiva, mentre invece è particolarmente poco reattiva.

La scoperta è consistita perciò nell’osservare la presenza di una molecola composta da 60 atomi di carbonio, ma soprattutto nel cercare di immaginare come è fatta e come si dispone nello spazio.

Sulle proprietà chimiche del fullerene ci sarebbe da dire molto in quanto la sua struttura a gabbia lo rende particolarmente interessante per “intrappolare” molecole più piccole e la sua struttura è particolarmente stabile. Tuttavia non ho nemmeno lontanamente le competenze necessarie per poterne parlare in modo approfondito. Quello che però è interessante è il fatto che la scoperta di questa palla di carbonio ha aperto molte porte: sono state infatti studiate e sintetizzate delle varianti del buckyball (come viene detta amichevolmente il nostro C60), ma l’idea che i fogli di grafite potessero essere piegati ha dato anche il via agli studi sui nanotubi e dei cosiddetti nanobud (strutture ibride di nanotubi e fullereni).

I nanotubi che si ottengono arrotolando un foglio di grafite, per le loro proprietà peculiari, sembrano poter avere applicazioni interessanti sia in campo tecnologico (nella costruizione di transistor  sempre più miniaturizzati in grado di lavorare con una logica digitale basata su un singolo elettrone, ad esempio), ma anche in campo energetico (celle solari, nuovi tipi di batterie) e si prospettano utilizzi in ambito medico (anche se qui per quanto ne so, dovremmo essere ancora abbastanza lontani da utilizzi pratici).

Insomma, fullereni, nanotubi e nanobuds hanno dato uno slancio alle nanotecnologie non indifferente aprendo moltissime prospettive e diventando anche parte della “cultura popolare scientifica“. Sono oggetto di studio di scienziati di tutto il mondo sia per le loro applicazioni da fantascienza sia per controllare che il loro utilizzo non comporti rischi per la salute: infatti anche se teoricamente si tratta di molecole molto inerti alcuni test evidenziano alcuni pericoli se presenti in concentrazioni particolari ad esempio nell’acqua.

Mi rendo conto di aver solo fornito qualche assaggio di tanti discorsi interessanti che meriterebbero di essere approfonditi, ma da un lato non ho le competenze per offire di più e dall’altro , nonostante si tratti di progressi recenti, c’è una mole abbastanza grande di materiale. Quello che farò personalmente sarà continuare a curiosare e approfondire. E voi?

Un bel poster riassuntivo sui fullereni

La pagina personale di Harold Kroto

La Nobel  lecture di Sir Harold Kroto

Come costruire una buckyball

Un grande portale di nanotecnologie

“There’s a plenty of  room at the bottom“ (considerato l’atto di nascita delle nanotecnologie, è un intervento di Richard Feynman)

Più tardi, l’uovo si rompe e ne esce un’altra oca.
” Come farà questa seconda oca a uscire dalla bottiglia ? ”
chiede il maestro al suo discepolo.

Il monaco si ritira a meditare.
Vent’anni dopo, chiede un colloquio con il maestro e gli annuncia di aver risolto il koan

” Come l’hai risolto ? ” chiede il maestro

“L’oca è uscita ” risponde il discepolo

Questo koan penso possa essere adatto ad introdurre l’argomento di questo breve post.  Il problema in realtà è un po’ differente: ci chiediamo come sia possibile far entrare un uovo sodo in una bottiglia di vetro dotata di un’imboccatura leggermente più stretta della larghezza dell’uovo.

Dalle mie ricerche e da quanto ho sentito in giro ci sono prevalentemente due modi. Il primo può essere visto in questo video:

Uova e bottiglie

Consiste nell’incendiare un po’ di carta dentro la bottiglia di vetro e appoggiare l’uovo (che deve essere sodo e sgusciato) sull’imboccatura: esso verrà risucchiato. Il perchè è legato al legame tra temperatura e pressione: finchè la fiamma rimane accesa l’aria si espande e “scappa” dalla bottiglia prima che noi ne copriamo l’imboccatura con l’uovo e scivolando ai lati dell’uovo una volta che la bottiglia è “tappata”. Successivamente però la fiammella si spegne e l’aria rimasta si raffredda: tende perciò a contrarsi e crea un risucchio: l’uovo entra perciò nella bottiglia spinto dall’aria che fuori dalla bottiglia cerca di entrare.

Un altro metodo, che potremmo definire più chimico, non richiede che l’uovo sia sgusciato. Si lascia l’uovo immerso nell’aceto per qualche tempo, cosicchè il carbonato di calcio, che è ciò che rende rigido il guscio dell’uovo, essendo una base reagirà con l’aceto (che è un acido). Questo si può vedere anche con una leggera effervescenza. In seguito l’uovo sarà più molle e sarà possibile forzarlo attraverso il collo della bottiglia. Volendo si può inserire nella bottiglia del bicarbonato di calcio che riconferirà rigidità al guscio, intrappolando definitivamente l’uovo dentro la bottiglia.

]]> http://www.bottigliedileida.net/2009/04/di-uova-e-di-bottiglie/feed/ 4 http://www.bottigliedileida.net/2008/06/domenica-pomeriggio-wwwfunscicom/ http://www.bottigliedileida.net/2008/06/domenica-pomeriggio-wwwfunscicom/#comments Thu, 05 Jun 2008 19:02:21 +0000 Alice http://bottigliedileida.wordpress.com/?p=15 Anche ai più superimpegnati capitano dei giorni in cui si vuole staccare , oppure semplicemente non si ha nulla da fare e ci si vuole dedicare a qualcosa di divertente, ma allo stesso tempo istruttivo.
A me è capitato in una mattina di giugno e così, navigando dalla facoltà, ho trovato un sito internet che è un vero gioiello. Un sito magnifico in tre lingue (così volendo si fa esercizio di inglese o di francese) che si propone come galleria dello scienziato dilettante e offre un mare di suggerimenti e proposte per esperimenti facili da realizzare, in casa e a scuola (gli insegnanti sono tra i creatori e i destinatari del sito).I collaboratori sono tantissimi e il risultato è che le esperienze proposte spaziano davvero in molti campi soprattutto verso la fisica classica, la biologia vegetale e animale e la chimica.

Molto spazio viene dedicato al microscopio e all’ottica e ad esperimenti di chimica casereccia.
Elencare tutti gli esperimenti proposti sarebbe come svelare l’assassino di un film giallo, ma l’invito (o meglio l’imperativo categorico) è uno: visitatelo!

P.s. Consiglio anche di dare un’occhiata ai links che sono molto, ma molto interessanti.

a.d.p.