La materia si trasforma

La materia si trasforma

Liquidi, solidi e gas in trasformazione

Sostanze che si volatilizzano nel nulla, gas sotto pressione che diventano liquidi, solidi che si liquefanno e poi ritornano come prima. In natura le cose cambiano forma, aspetto e proprietà: bisogna fare attenzione per riconoscerle in tutti i loro stati!

Gli stati della natura

C'era una baronessa, la chiameremo Di Strattoni, che possedeva un antichissimo profumo di cedro appartenuto a Cleopatra e lo conservava gelosamente in una bottiglietta. Un giorno entrò nella camera e trovò la bottiglietta vuota. "Impossibile", pensò, "niente è in grado di superare i sofisticati sistemi d'allarme!". Chiamò immediatamente il marito, urlando che doveva essere stato un fantasma "… o un gas", suggerì il barone, dopo avere annusato in aria, facendo notare che il tappo era chiuso male e le due gocce di profumo… si erano semplicemente volatilizzate!

Un liquido che evapora: questa è la semplice spiegazione del mistero. Quante volte abbiamo lasciato una maglietta ad asciugare al sole! In fondo succede proprio la stessa cosa: l'acqua passa dallo stato liquido a quello gassoso (evapora) disperdendosi nell'aria. Oltre a quello liquido e a quello gassoso, in natura esiste un terzo stato, quello solido. Mettiamo per un paio d'ore nel congelatore la maglietta bagnata e vedremo che diventerà un rigido malloppo di ghiaccio: ovvero acqua allo stato solido.

Un camaleonte di ghiaccio

Che cosa succede quando un liquido evapora o un oggetto solido si liquefà? Diventa forse qualcos'altro? No, in fondo il materiale rimane sempre lo stesso, cambia solo la forma in cui appare. Proprio come un camaleonte, che può cambiare il colore della pelle assumendo quello dell'ambiente in cui si trova. La stessa cosa fa l'acqua, che reagisce al calore invece che al colore! L'acqua che nel congelatore, nel giro di qualche ora (l'acqua è molto più lenta del camaleonte), si trasforma in ghiaccio sempre acqua (o camaleonte) rimane; infatti, quando la togliamo dal congelatore, ritorna liquida (o verde, nel caso del camaleonte!).

Le mille forme dell'acqua

Abbiamo preso come esempio l'acqua perché è una delle sostanze più 'trasformiste', dato che può assumere in natura le forme più varie: allo stato solido può essere ghiaccio, grandine, neve; allo stato liquido può essere acqua del mare o pioggia e infine allo stato gassoso diventa vapore acqueo. E poi può diventare nebbia, foschia, brina!

Ma in natura ci sono mille altre cose che cambiano forma: la vernice dei muri che si secca all'aria, il burro che si scioglie nella padella, l'alcool che evapora in un batter d'occhio sulla pelle. È una vera fortuna che le cose si trasformino! Se l'acqua non evaporasse per tornare liquida e poi ancora vapore, non avremmo nuvole, né pioggia, né alberi, né vita.

Anche i gas sono cose

Di solito ci dimentichiamo dei gas, perché spesso sono invisibili. Ma ci sono sostanze gassose che si vedono, o che si avvertono con le orecchie o con il naso: basta pensare ai profumi e agli odori in genere. Si pensa mai, per esempio, che l'odore caratteristico del ferro è una prova del fatto che un po' (pochissimo, in realtà) del solidissimo ferro è passato allo stato gassoso? Ci sono anche sostanze gassose che non si vedono e non si sentono, ma non per questo sono meno importanti. L'aria (v. atmosfera) non è nient'altro che una 'macedonia' di gas, principalmente azoto e ossigeno: non si vede e non si sente, ma non si può rimanerne senza. Anche alcuni gas velenosi sono incolori, ma in quanti film polizieschi il detective scopre che l'assassino ha usato il cianuro perché nel bicchiere avvelenato è rimasto l'odore (dovuto ai vapori) dell'acido cianidrico!

Il gas può diventare liquido?

I gas, che sembrano così eterei e inafferrabili, possono diventare liquidi ed essere messi in bottiglia, come il genio della lampada di Aladino. Le bombole dei fornelli da campeggio sono piene di gas (di solito butano) che è stato liquefatto perché compresso con grande forza all'interno della bombola. Una volta che apriamo la valvola, la compressione finisce e il butano ritorna allo stato gassoso.

Gli ingredienti della natura

In natura esistono poco più di un centinaio di elementi, combinando i quali è possibile ottenere tutto ciò che ci circonda. Un compatto blocco di pietra, un pezzo di cristallo e perfino l'acqua limpida di un bicchiere sono molto più complessi di quello che sembrano a prima vista!

L'incredibile miscuglio

La maggior parte delle cose che vediamo intorno a noi è un miscuglio di più cose: sono miscugli le rocce, l'aria, il vino, il legno, la plastica, il vetro. Insomma, tutto il mondo che ci circonda è un'enorme macedonia. Ma quali sono gli ingredienti di questa macedonia? Per fare una crostata di more ci serve la marmellata di more e la pasta frolla. Se andiamo a vedere bene, però, la marmellata è fatta di zucchero e more, mentre per la pasta frolla ci vogliono uova, farina, burro e ancora zucchero. Questi sono gli ingredienti ultimi, quelli veri. È difficile separare gli ingredienti dopo che l'impasto della crostata è stato lavorato, ma possiamo riconoscerli dal gusto e dall'odore: per esempio, riusciamo a capire se c'è il burro (l'impasto è vellutato) o se è stato aggiunto un po' di liquore. Insomma, gli ingredienti conservano ancora la loro 'personalità' dentro l'impasto.

C'è miscuglio e miscuglio

Se prendiamo lo zucchero e lo mettiamo su un fuoco molto caldo, si brucerà, si svilupperà molto vapore d'acqua e alla fine rimarrà un mucchietto di sostanza carbonizzata. Prima che bruciasse, dentro lo zucchero non si sentiva l'odo-re del carbone né c'era il vapore. A differenza dell'impasto della crostata, i componenti dello zucchero (acqua e carbonio) sono combinati insieme per formare qualcosa di completamente diverso. Infatti, il dolce dello zucchero non c'entra nulla col sapore disgustoso del carbone. Non solo, ma si può dimostrare che i componenti dello zucchero sono sempre nelle stesse proporzioni. Mentre all'impasto possiamo aggiungere un uovo o il latte: il sapore della crostata cambierà, ma sempre di crostata si tratta. Lo zucchero, con componenti sempre nelle stesse proporzioni, è una sostanza, l'impasto è un miscuglio. Il vino è un miscuglio di acqua, di alcool e di sostanze colorate; l'acqua è invece una sostanza composta da idrogeno e da ossigeno.

Un identikit per tutti

Anche in natura, se andiamo a vedere bene, gli ingredienti ultimi sono solo un centinaio: si chiamano elementi e, componendosi insieme, danno origine alle varie sostanze. Le sostanze formate da elementi diversi si chiamano composti. Ogni elemento ha un identikit che lo distingue dagli altri: per esempio, il peso, il colore, il luogo dove si trova, il comportamento. Il ferro è grigio mentre l'oro è giallo, ma anche se qualcuno colorasse il ferro di giallo sarebbe facilissimo da smascherare: il ferro si arrugginisce e l'oro no, hanno peso diverso, 'suono' diverso e tanto altro ancora.

Alcuni elementi sono molto noti: il rame, l'ossigeno, l'oro, lo zolfo, l'alluminio, il fluoro, l'uranio, l'argento e così via. L'oro, per esempio, serve per i gioielli, l'uranio fornisce l'energia nucleare, e senza l'ossigeno non potremmo nemmeno vivere! Altri, come il cripto, il molibdeno, il bario, il cerio, hanno invece nomi bizzarri e sono molto meno noti, ma non per questo meno importanti. Anzi, alcuni tra loro sono così preziosi e rari che costano molto più dell'oro stesso!

Il bronzo e l'acciaio sono composti?

Il bronzo è il risultato della fusione di due elementi, il rame e lo stagno. Esistono tanti tipi di bronzo, le cui proprietà dipendono dalla proporzione di rame e stagno fusi insieme, e che si distinguono per durezza, lavorabilità, colore. Quindi il bronzo non è una sostanza, ma un miscuglio. I miscugli metallici solidi si chiamano leghe. Ci sono leghe di ogni tipo. Per esempio, il ferro è molto duro ma poco resistente. Se lo mescoliamo con un po' di carbonio ricaviamo il robustissimo acciaio. Aggiungendo ancora carbonio otterremo la ghisa, più dura ma più fragile dell'acciaio: un po' come il vetro, che è duro, ma che si rompe con estrema facilità.

La materia reagisce

Ogni giorno, intorno a noi, avvengono migliaia di trasformazioni. In molte trasformazioni le cose cambiano completamente la loro natura. Questo succede quando le sostanze che costituiscono le cose si mescolano tra loro e danno origine a nuove sostanze: stiamo parlando delle reazioni chimiche!

Una vecchia ruggine

Se lasciamo la bicicletta sul balcone per un anno senza coprirla, il nostro bellissimo manubrio verde diventa tutto arrugginito. Questo accade perché le cose si trasformano, e una volta che il manubrio si è arrugginito non c'è niente da fare, non può più tornare come era in origine. Non è come nel caso del ghiaccio, che basta metterlo al sole perché ridiventi acqua liquida (o il camaleonte… quello sì che ritorna verde senza problemi!). Qui ci troviamo davanti a una trasformazione ben più complessa, che dagli scienziati viene chiamata reazione chimica. Nel caso della ruggine l'ossigeno dell'aria ha reagito con il ferro della bicicletta per dare luogo a un prodotto rossastro e polveroso. Una volta che questo accade non c'è più niente da fare: gli elementi si sono combinati tra loro per dare origine a una nuova sostanza. Vi ricordate la crostata di more? Supponiamo di mettere alcune ciliegine candite sopra la marmellata, ma subito dopo ci accorgiamo che si tratta di un'idea balorda: nessun problema, togliamo le ciliegine e la crostata è salva. Ma il giorno in cui ci dimentichiamo di mettere il lievito nell'impasto di una torta che deve essere soffice, il guaio è fatto. Non serve a niente aggiungerlo dopo che l'abbiamo già messa in forno. La reazione chimica è avvenuta e non si può tornare indietro!

Storte, alambicchi e… digestione!

Nei laboratori chimici non si fa che trasformare qualcosa in qualcos'altro: si producono lastre di vetro dalla silice, si trasforma il petrolio in benzina, si distillano alcune piante ottenendo sostanze che si aggiungono a medicinali o a bibite. Le reazioni chimiche sono numerosissime e varie anche in natura: la carta che diventa fragile col tempo, i capelli che si schiariscono al sole, il vino che diventa aceto se rimane troppo tempo all'aria aperta … La materia, insomma, non sta mai ferma! Gli esseri viventi sono veri e propri laboratori chimici: il tocco irritante di una medusa o della stessa ortica produce reazioni chimiche molto sgradevoli; le ragnatele fabbricate dal ragno sono il risultato di una reazione chimica. Tutto ciò che succede dentro un essere vivente nasconde una grande quantità di trasformazioni chimiche. Per esempio, ogni volta che mangiamo una crostata di more il nostro stomaco va in fermento per trasformarla in qualcosa di utile al corpo!

A passo di lumaca

Alcune reazioni chimiche sono velocissime, come l'esplosione della polvere da sparo, altre hanno tempi più lenti, come la maturazione del grano; altre ancora richiedono decenni, come quelle che rovinano i colori degli affreschi e sono la dannazione dei restauratori. Ce n'è poi qualcuna che è veramente lentissima: pensiamo al petrolio, frutto di una trasformazione di materiali vegetali che dura milioni di anni.

I limoni possono diventare vulcani?

Sperimentiamo in casa una reazione chimica… veramente effervescente! È semplice: prendiamo alcuni limoni e spremiamoli fino a riempire metà bicchiere con il loro succo, aggiungiamo un poco d'acqua e poi versiamo un bel cucchiaio di bicarbonato. Mettiamo il tutto in una bottiglia e agitiamola velocemente, e altrettanto velocemente allontaniamoci… perché nel frattempo la bottiglia erutta, proprio come un vulcano in miniatura!

Fuoco e fiamme!

La combustione è una delle più importanti reazioni chimiche e i suoi effetti sono conosciuti fin dalla notte dei tempi. Proprio grazie alla scoperta del fuoco, la notte diventò un po' meno notte. Quando si brucia qualcosa si producono calore, fiamme e luce, che possono essere utilissimi

Combustione e combustibili

Quando il vecchio Sam si dimenticò la pipa accesa sulla poltrona avvennero due importanti trasformazioni: il bracciolo della poltrona si trasformò in cenere, a causa della combustione, … e la testa di Sam si riempì di bernoccoli (a causa del matterello della moglie)! La combustione, cioè il fatto che un oggetto prenda fuoco, non è altro che una reazione chimica assai rapida in cui si sviluppa molto calore. Che sia una reazione è evidente: il mucchio di cenere che si for ma alla fine non è per nulla simile alla poltrona su cui era seduto Sam, e dal mucchio di cenere solo un mago potrebbe ricostruire una poltrona. Alla fine della reazione non rimane praticamente niente della sostanza che brucia, chiamata combustibile! Poiché le cose si trasformano ma non spariscono, come sarà chiaro più avanti, dobbiamo pensare che gran parte dei prodotti della combustione si siano dispersi nell'aria. Così è: quando bruciano, quasi tutti i combustibili liberano una grande quantità di vapore d'acqua e di anidride carbonica. La combustione è una delle reazioni chimiche più utili. Se la legna non prendesse fuoco in Siberia non basterebbero dieci strati di coperte per difendersi dal gelo invernale. E se non prendesse fuoco il gas che esce dai fornelli, saremmo costretti a cucinare con il fuoco del caminetto!

Carboni e lampioni

Alcune sostanze, come per esempio la legna verde, stentano un po' a incendiarsi, perché contengono molta acqua. Altre sostanze, come il marmo o l'oro, non prendono fuoco in nessun modo, cioè non sono combustibili.

Ci sono anche sostanze che bruciano senza fiamma, come il carbone nel barbecue. Si ha la fiamma soltanto quando la combustione è molto veloce e produce una grande quantità di gas: sono i gas incandescenti che formano le lingue di fuoco gialle, rosse, arancioni, ma anche verdi e bluastre.

Fino a quando non è stata utilizzata l'elettricità, la fiamma è servita anche come fonte di luce. Infatti, alcune sostanze (come il gas) bruciano con fiamme molto luminose. Per tutto il 19° secolo le strade erano illuminate da lanterne (a olio e poi a gas) che venivano accese ogni sera e spente ogni mattina! Non a caso, ancora oggi una unità di misura dell'intensità della luce si chiama candela.

Cose al forno …

Il calore, comunque, è utilissimo anche senza nessuna fiamma o esplosione: basta pensare al forno di casa. La nostra crostata di more è un ottimo esempio di trasformazione che avviene con il calore. Più la teniamo in forno più la trasformazione va avanti: all'inizio abbiamo l'impasto crudo, poi una prima trasformazione, la crostata cotta; dopo un'altra mezz'ora, un'altra trasformazione, una crostata bruciata e, se non stiamo attenti, un'ultima e definitiva trasformazione: una torta carbonizzata!

… e cose che esplodono

Il fuoco è senz'altro affascinante, ma ci sono alcune sostanze che quando incontrano il fuoco hanno una reazione ben più violenta che quella di un placido pezzo di legna. A tali sostanze basta una scintilla per scatenare l'inferno! La più antica di queste sostanze, chiamate esplosivi, è la polvere da sparo. La inventarono i Cinesi , molti secoli fa, per dare vita a spettacolari fuochi d'artificio. Purtroppo qualcuno in seguito decise di sfruttare quella reazione chimica in guerra, e così nacquero moschetti, spingarde e fucili vari, fino alle moderne pistole e mitragliatrici (v. armi). E da allora, bombe e ordigni di ogni tipo purtroppo portano guai in molte parti del mondo. Ma che cosa è un esplosivo? È un miscuglio di sostanze alle quali basta una piccola 'spinta' (una fiamma, un urto) per reagire molto rapidamente e produrre un'enorme quantità di gas e di calore che si espandono a grande velocità, travolgendo tutto.

Un laboratorio particolare: la cucina

Fuoco, odori e colori che cambiano, sostanze che si sciolgono e si trasformano (e a volte bruciano!). La cucina è una specie di piccolo laboratorio chimico. Anche dietro biscotti e budini si nascondono insospettabili segreti.

Aggiungere o trasformare?

Chimica e cucina hanno senza dubbio molto in comune. In cucina c'è, per esempio, una bella differenza tra aggiungere e trasformare: la prima è un'operazione che possono fare tutti, mentre per la seconda è necessario essere un po' più esperti. Condire un'insalata, fare un panino o aggiungere il latte ai cereali è molto semplice, chiunque è capace di farlo. Ma quando si tratta di fare un buon risotto con i funghi, se non si sta attenti si rischia di trasformare gli ingredienti originari in qualcosa di immangiabile! Nella chimica avviene lo stesso: quando si fa una reazione bisogna sempre sapere quello che ci si aspetta, altrimenti ci possono essere anche sgradevoli sorprese!

In cucina, come in chimica, si tratta di avere competenza e intuizione, mescolare gli ingredienti nelle dosi giuste, controllare bene la temperatura e i tempi della cottura. E, come in un laboratorio scientifico, è importantissimo che tutto sia pulito e ordinato, e soprattutto che le dosi degli ingredienti siano ben controllate: pensate all'effetto sgradevole di un risotto che abbia ricevuto una manciata di sale in più!

Reazioni chimiche tra i fornelli

Le reazioni chimiche hanno un posto d'onore tra i fornelli: basti pensare al re degli alimenti, il pane. Quando viene messo a lievitare, dentro l'impasto iniziano a verificarsi molte reazioni chimiche, provocate dal lievito, che alla fine danno al pane quella consistenza morbida che tanto apprezziamo. E se preferite qualcosa di meno soffice basta continuare a cuocere e il calore renderà il pane croccante come un biscotto!

Il budino è un altro 'miracolo' chimico: vi siete mai chiesti come fa a stare in piedi quella specie di ammasso semiliquido, invece di crollare sul fondo del piatto in una poltiglia senza forma? Merito di alcuni composti chiamati addensanti (si trovano anche nel rosso d'uovo) che formano impasti gelatinosi.

Anche il brodo è risultato di trasformazioni chimiche, quelle che fanno passare nell'acqua calda le sostanze nutritive (e con loro il sapore, ovviamente!) della carne e delle verdure.

Dallo zucchero al caramello

Esistono molti esempi di trasformazioni in cucina che rendono irriconoscibili gli ingredienti di partenza. Un ingrediente tra i più trasformisti è lo zucchero: riscaldando sul fornello i granelli bianchi di partenza si può ottenere il caramello, quella specie di dolce vetroso, duro come il marmo e dal colore rossiccio! Sempre dagli stessi granelli bianchi, riscaldati in appositi pentoloni, si ottiene lo zucchero filato, quella appiccicosa nuvola dolce che si scioglie immediatamente appena messa sotto i denti. Ma quella dello zucchero non è certo l'unica trasformazione chimica in cucina: basti pensare all'uovo. L'albume è giallo trasparente e un po' gelatinoso, ma se lo sbattiamo a lungo in un piatto ne otteniamo una emulsione bianchissima, spumosa e soffice che assomiglia molto alla neve. Abbiamo preparato un bel miscuglio i cui ingredienti sono semplicemente l'albume e l'aria, ma l'effetto è completamente diverso. Se però ci dimentichiamo del nostro albume montato, dopo un po' l'aria abbandona il miscuglio e tutto ritorna miseramente liquido.

Che cos'è l'uovo di Colombo?

Un volta Cristoforo Colombo scommise che sarebbe stato capace di far stare un uovo in verticale… e ci riuscì. Probabilmente usò un uovo bollito anziché crudo: lo ammaccò lievemente nella parte bassa e l'uovo restò in piedi! Siccome l'uovo si cuoce solo all'interno, da fuori nessuno poteva sapere in anticipo che non si trattava di un uovo crudo. Così Colombo vinse la scommessa sfruttando le modifiche delle proprietà che avvengono durante una reazione chimica!

Le magie dei colori

Alcune reazioni chimiche producono calore, altre strani odori, ma le più spettacolari sono quelle che fanno nascere nuovi colori. Colori che compaiono e scompaiono come le magie che può fare un abile prestigiatore davanti ai nostri occhi stupiti.

La tavolozza della natura

In natura i colori sono moltissimi e cambiano in continuazione, anche se siamo così abituati al cambiamento che ormai nemmeno ci badiamo più. Solo i casi più bizzarri, come per esempio quello del camaleonte, attirano la nostra attenzione. Tuttavia anche le foglie degli alberi cambiano colore: da verdi diventano gialle, poi rosse e infine marroni. Il colore cambia, come nel caso del camaleonte, ma molto, molto più lentamente! Dietro questo continuo cambiamento di colori ci sono, come al solito, le reazioni chimiche! Durante la primavera le cellule delle foglie contengono molta clorofilla, che le colora di verde. In autunno la sintesi della clorofilla diminuisce e prendono il sopravvento altre sostanze di colore giallo e rosso.

Un tè ai licheni

Ricordate come il camaleonte reagisce al colore e il ghiaccio al calore? Esistono delle sostanze che, invece, reagiscono con gli acidi cambiando colore! Si chiamano indicatori (perché indicano la presenza di acidità) e alcuni di loro sono ricavati da sostanze naturali. Per esempio, estratti ricavati da alcuni licheni diventano rossi a contatto con sostanze acide, come il limone o l'aceto. Quindi, per capire se una sostanza è acida basta metterla a contatto con l'indicatore e vedere se questo diventa rosso. E c'è anche la possibilità di individuare con gli indicatori le sostanze che neutralizzano gli acidi, chiamate basi (per esempio il bicarbonato e la varechina). In questo caso alcuni indicatori diventano blu intenso.

Anche voi in casa avete un ottimo indicatore. Si tratta del comunissimo tè! Provate a spremere qualche goccia di limone in un bicchiere di tè e vedrete come immediatamente il liquido si schiarisce!

I colori dei vestiti

Un tempo i vestiti colorati erano riservati ai ricchi: le tinture erano infatti molto costose perché venivano ricavate solo da alcune sostanze, molto rare, di origine animale o vegetale. Ma, nel 1856, un chimico inglese, William Henry Perkin, inventò il primo colorante artificiale: la malveina, una sostanza che rivoluzionò il modo di vestire dell'epoca. Da allora in poi anche chi non era ricco poté permettersi un bellissimo vestito… azzurro-violaceo! Già, perché dalla malveina si poteva ottenere solo questo colore! Tuttavia la strada era aperta e nel giro di pochi anni prese avvio la produzione dei colori più sgargianti: tra questi il meraviglioso indaco, il preziosissimo colorante vegetale proveniente dall'India, che fu preparato per sintesi a partire dal 1882.

La torre di Pisa cambia colore

Alcuni materiali cambiano colore con l'umidità, e anche in questo caso si tratta di una reazione chimica. Vi ricordate quelle piccole riproduzioni della Torre di Pisa o di altri monumenti famosi, che si comprano come ricordo nelle bancarelle e che cambiano colore quando cambia il tempo? Esse sono ricoperte di un composto, il cloruro di cobalto, che a contatto con l'acqua presente nell'aria reagisce e cambia colore, passando dal rosa al violetto fino al blu: la variazione è tanto più intensa quanta più umidità c'è nell'aria.

Che cos'è l'inchiostro simpatico?

L'inchiostro simpatico è un inchiostro invisibile. Inchiostri di questo tipo vengono utilizzati da secoli per inviare messaggi segreti e rappresentano un esempio dei molteplici usi della chimica. Si può fare un inchiostro simpatico semplicemente con succo di limone. Un testo scritto con il succo di limone è invisibile, ma se si avvicina il foglio a una fonte di calore, l'acido citrico contenuto nel limone si trasforma in un composto di colore bruno e quindi diventa visibile. Quando si allontana il foglio dalla fonte di calore il testo scritto scompare lentamente di nuovo.

Sciogliendo sciogliendo...

Si scioglie lo zucchero e si scioglie il sale, pian piano nell'olio ma in fretta nel mare; si scioglie lo sporco sotto la doccia e in fondo si scioglie anche la roccia. Ma si scioglie veramente tutto, la gomma, il cemento e perfino il prosciutto? Proviamo a sciogliere ogni dubbio!

Il bullone nel bicchiere

Sciogliere è un'operazione importantissima, in cucina come in chimica. Pensate se lo zucchero non si sciogliesse nell'impasto della crostata di more, o se alcuni medicinali non si sciogliessero in bocca! Non tutto però si scioglie in tutto, come potete facilmente constatare mettendo un bullone di ferro in un bicchiere d'acqua! Ma perché nello stesso bicchiere d'acqua si scioglie il sale e non il pepe? Questo dipende soprattutto da qual è la sostanza che scioglie e quale quella da sciogliere. L'acqua, per esempio, scioglie bene il sale ma non la traccia appiccicosa che lascia un adesivo quando lo staccate. L'alcool fa esattamente il contrario! E contano anche altre cose, come per esempio la temperatura: lo zucchero si scioglie molto più facilmente nel tè caldo che nel tè freddo.

La goccia che scava la roccia

A volte per sciogliere qualcosa occorre molta pazienza. Se mettete una grossa pietra sotto un rivolo d'acqua, state sicuri che non si scioglierà. Però se tornaste a controllarla dopo una decina d'anni la trovereste un poco più piccola, e tra qualche decina di secoli non ci sarebbe più nulla. La natura è molto paziente e, nel corso di millenni, è in grado di modificare la forma delle cose. Per esempio, l'acqua di un fiume, con il passare del tempo, ha scavato grotte e canyon; l'acqua del mare, con tempi altrettanto lunghi, ha levigato coste e scavato interi golfi. Come accade? Molte rocce, per esempio il calcare, non sono completamente insolubili nell'acqua: una piccolissima quantità si scioglie e contemporaneamente viene erosa: con lo scorrere inesorabile del tempo e dell'acqua, intere montagne si possono dissolvere. Anche i sassi che trovate sulla spiaggia sono lisci grazie all'acqua che da moltissimi secoli, con il suo continuo movimento, ne consuma la superficie e ne arrotonda gli spigoli.

L'acqua del re

L'acqua scioglie moltissime cose, ma non riesce a sciogliere tutto. Ci sono materiali, come il bullone di ferro già ricordato, che non possono essere sciolti nell'acqua. Per sciogliere questi materiali si devono usare altre sostanze, come per esempio l'acido cloridrico, molto più aggressivo dell'acqua. C'è però una notevole differenza tra sciogliere il sale nell'acqua o il bullone nell'acido: se fate evaporare l'acqua otterrete di nuovo il sale che avevate messo nel bicchiere, mentre se fate evaporare l'acido, non otterrete più il ferro del bullone. Nel secondo caso, infatti, è avvenuta una reazione chimica e il ferro si è trasformato in qualcosa di completamente differente: una poltiglia marroncina di cloruro di ferro.

Ci sono poi sostanze che resistono persino agli acidi, per esempio l'oro. In questo caso bisogna usare solventi particolari. Uno di questi, la sostanza 'scioglitutto' per eccellenza, è l'acqua regia (cioè 'acqua reale'), chiamata così perché è capace di sciogliere persino l'oro, il re dei metalli.

Che cosa sono le bollicine nelle bibite?

Non solo le cose solide si sciolgono, ma anche i gas. Se mettete in un bicchiere d'acqua un'aspirina effervescente, vedrete molte bollicine salire dalla pasticca: non è altro che il gas contenuto nell'aspirina che si è liberato e cerca di ritornare da dove è venuto, cioè nell'aria! Una parte di questo gas però si scioglie nell'acqua, e infatti sentirete la lingua pizzicare anche dopo che le bollicine non ci sono più. L'acqua gassata si ottiene proprio in questo modo, aggiungendo gas (anidride carbonica) all'acqua.

Le materie prime

Cosa succederebbe se non ci fossero i metalli? E il legno? E il petrolio? Non esisterebbe la quasi totalità delle cose che conosciamo e che usiamo: dalle posate fino alle automobili e agli aerei. La nostra vita sarebbe ben diversa e, certamente, molto più difficile.

Le risorse di madre natura

Immaginiamo di ritrovarci in un'isola deserta, senza nulla, neanche un albero. come riparo per la notte potremmo forse scavarci una buca, ma come faremmo per pescare? Si potrebbe usare il braccio come canna da pesca, i capelli intrecciati come lenza e un pezzo di unghia come amo, ma… secondo voi quanti pesci abboccherebbero?

Le materie prime, cioè le materie che vengono usate per costruire gli oggetti che ci circondano, sono veramente indispensabili. Per esempio, come faremmo se non ci fosse il legno? Oltre alle case, che in molti paesi sono costruite quasi esclusivamente con questo materiale, tutto l'arredamento dovrebbe essere fatto in metallo, vetro, ceramica o altri materiali. Proviamo a immaginare una stanza con la porta di ceramica, i mobili di vetro e una scrivania di ferro!

Dal legno si ricava anche un'altra materia prima: la cellulosa. Con la cellulosa si produce la carta. Proviamo a pensare a un mondo senza carta: forse saremmo costretti a usare ancora le tavolette di cera come gli antichi Romani, ma in questo caso sarebbe ben più ingombrante portarsi appresso la lista della spesa!

'Succo' di fossili

C'è un'altra materia prima che viene dalla decomposizione delle piante, più importante persino della cellulosa o del legno. Anzi, potremmo dire che al giorno d'oggi è la materia prima più importante che ci offre la Terra (dopo i prodotti dell'agricoltura, naturalmente!), ed è il petrolio.

Il petrolio si è formato nelle profondità della Terra, dove per milioni di anni la forte pressione delle rocce ha trasformato immense foreste fossili, con le forme di vita animale che c'erano dentro, in un liquido maleodorante e oleoso, ma preziosissimo. È così prezioso che viene chiamato oro nero. Infatti senza petrolio non ci sarebbero la benzina, l'asfalto e tutti i materiali plastici esistenti. Probabilmente noi saremmo costretti a spostarci su ingombranti macchine a carbone lungo strade lastricate con grosse pietre piatte. Il principale impiego del petrolio avviene nella produzione di energia per le fabbriche e per l'agricoltura.

Dentro le viscere della Terra

Quali sono le materie prime che l'uomo è in grado di ricavare dal mondo dei minerali? Dalle miniere, già secoli prima dell'uso di carta e petrolio, venivano estratti i minerali da cui si ottengono i metalli. Grazie al ferro e al rame, gli uomini hanno potuto per esempio coltivare meglio la terra, difendersi con maggiore efficacia, realizzare statue meravigliose e, più recentemente, costruire ponti e ferrovie. Oggi l'importanza dei metalli continua a essere enorme: con il rame si fanno fili elettrici, col piombo pile e accumulatori, con lo zinco si costruiscono lamiere, con l'alluminio lattine e così via. E sappiamo già quante diverse leghe metalliche esistono in giro, dall'ottone delle trombe all'acciaio inossidabile usato per gli ami da pesca… proprio quelli che ci sarebbero così utili sulla nostra isola deserta!

Inventare con la chimica

Basta avere gli ingredienti giusti e saper maneggiare gli strumenti necessari: il resto lo fanno la fantasia e un pizzico di fortuna! Gli scienziati inventano ogni giorno nuove sostanze, dalle creme di bellezza ai nuovi farmaci contro le più terribili malattie: vediamo di che si tratta…

Copiando s'impara

I chimici sono continuamente alla ricerca di sostanze nuove, da quelle che potrebbero portare benefici enormi all'umanità a quelle con pretese inferiori: per esempio, il modo per riprodurre in laboratorio il sapore della crostata di more! E se ci sono laboratori dove si copiano sapori e odori della natura (limone, menta, fragola, arancia e tutti gli altri che trovate nelle caramelle o nelle bibite), ce ne sono altri dove si inventano da zero nuove sostanze. Le sostanze preparate dai chimici e che non esistono in natura si chiamano sostanze sintetiche.

In laboratorio e nelle industrie chimiche si creano nuovi materiali: fibre ottiche, tessuti impermeabili e più resistenti, combinazioni di metalli in grado di attraversare lo spazio o immergersi negli abissi oceanici senza distruggersi. Ogni giorno nascono inchiostri speciali, medicine, colle particolari, fertilizzanti e molte altre cose! Le sostanze che esistono al mondo sono circa sette milioni e di queste solo alcune centinaia di migliaia sono naturali: le altre sono tutte sintetiche, ovvero fabbricate dall'uomo.

Globi di vetro dalla sabbia

Da sempre i chimici amano inventare nuove 'ricette', mescolando in mille modi diversi le sostanze che trovano in natura. La maggior parte di queste ricette sono state realizzate negli ultimi 150 anni, ma ce ne sono alcune antichissime, come, per esempio, quella per produrre il vetro. Forse la scoperta è stata casuale: un po' di sabbia, posta in una fornace, si è fusa e ha formato un piccolo globo di vetro colorato. Ma l'intelligenza degli inventori sta proprio nel prendere al volo la fortuna che si offre casualmente: così è stato per il vetro. Se tanto tempo fa era molto impegnativo e anche piuttosto delicato fare una semplice lastra di vetro, adesso i laboratori moderni sfornano in continuazione vetri a specchio, antiproiettile, fumé, vetri che si possono mettere in forno e vetri che cambiano colore con la luce del sole. È stata fatta molta strada dal tempo in cui rompere uno specchio era veramente una disgrazia!

La regina plastica

Ma la 'ricetta' che ha rivoluzionato la vita dell'uomo contemporaneo è quella della plastica. Il motivo di questo straordinario successo è semplice: la plastica è infatti un miscuglio di elementi di cui basta cambiare leggermente la composizione per cambiarne completamente struttura e aspetto. Può diventare dura come il ferro o gommosa come la pece, perfettamente trasparente come il vetro o coloratissima e leggera come una piuma, più robusta del legno di quercia o sottile come un filo di cotone, così da essere usata per tessere i vestiti, o addirittura liquida nelle vernici per i mobili. La plastica ha un'altra virtù importante, che però ultimamente si è rivelata un suo enorme difetto: dura praticamente all'infinito! Se non viene riciclata o distrutta con grande dispendio di energia, rimane sempre dove è stata depositata, e ormai ce n'è così tanta in giro che è diventata una delle principali cause d'inquinamento del nostro pianeta.

Che cos'è un diamante sintetico?

Tra i tanti materiali che si costruiscono in laboratorio ce ne sono di veramente insoliti, come per esempio i diamanti sintetici. È noto da molto tempo che i diamanti sono fatti di carbonio purissimo, lo stesso elemento di cui è fatta la grafite (quella usata nelle mine delle matite). Il problema è che per molto tempo è stato impossibile trasformare la grafite in diamante: infatti è necessaria un'elevatissima pressione, come avviene nelle profondità della Terra. Oggi però si riesce a comprimere gli atomi di carbonio della grafite e a ottenere diamanti sintetici, anche se per ora molto piccoli.

Dentro alle cose

Benvenuti nel fantastico mondo che… non si vede! Molecole, atomi e perfino elettroni, più piccoli di qualunque cosa conosciate, tanto minuscoli da non potersi nemmeno immaginare, al punto che neanche il più potente dei microscopi può aiutarci!

La 'matrioska' della materia

La materia è come una matrioska, una di quelle bambole di legno russe dentro le quali c'è un'altra bambola, e poi un'altra e un'altra ancora, fino a un'ultima bambolina minuscola. Così un pezzo di legno è formato da tante fibre; le fibre sono formate da collane di cellule; le cellule da molecole; le molecole da atomi, fino ad arrivare agli elettroni e infine (per quanto ne sappiamo oggi) ai quark! Quindi la materia è fatta di tanti livelli: ogni livello superiore è formato dagli elementi di quello inferiore. Se vogliamo capire cosa avviene in una reazione chimica bisogna passare da un livello all'altro, partendo dal legno per arrivare fino alle molecole e agli atomi.

Un miscuglio atomico

Abbiamo visto cosa succede quando avviene una reazione chimica: le sostanze che reagiscono vengono a contatto e si formano composti nuovi. Tutto questo avviene a livello atomico, cioè sono gli atomi che unendosi e legandosi tra loro formano nuove combinazioni: le molecole. Però, anche se durante la reazione il tipo e il numero di atomi rimangono sempre gli stessi, le molecole che si formano sono l'una diversa dall'altra. Com'è possibile? Facciamo finta che le molecole siano parole e gli atomi ne rappresentino le lettere. Prendete tre atomi-lettera O, due N, uno R, uno C e uno T, e mescolateli tra loro. Non tutte le combinazioni danno parole-molecola sensate, perché non basta mescolare gli atomi a casaccio per formare nuove molecole. Invece alcune combinazioni formano parole esistenti. Per esempio possiamo ottenere due parole-molecola: CON e TRONO, oppure TRONCO e NO; oppure una sola, ma più lunga: CONTORNO. Queste parole-molecola sono tutte composte dagli stessi atomi-lettera, ma sono completamente diverse l'una dall'altra! Hanno forse significato simile le parole TRONO e TRONCO? Assolutamente no, e questo vale anche per le molecole che si formano quando si mescolano insieme gli atomi.

Le molecole sono le 'parole' della natura e gli atomi le 'lettere': l'acqua è formata da una molecola-parola H2O, la quale a sua volta è formata dalle lettere H e O. Questo vuol dire che nella molecola di acqua ci sono due atomi d'idrogeno (H) e uno di ossigeno (O) legati tra loro.

Atomi che si lasciano e che si mettono insieme

Seguiamo una reazione da vicino: quella del ferro attaccato dall'acido cloridrico. I protagonisti microscopici sono gli atomi di ferro, il cui simbolo è Fe, e le molecole di acido cloridrico, HCl, formate da idrogeno (H) legato con il cloro (Cl). Durante la reazione il pezzo di ferro scompare, si ha una grande produzione di bollicine e si forma una poltiglia marrone. Se facciamo l'analisi dei prodotti vedremo che le bollicine sono formate da gas idrogeno e la poltiglia è fatta di cloruro di ferro. Dunque, durante la reazione, il cloro si è legato al ferro e ha abbandonato l'idrogeno che se n'è andato tutto solo. Così una reazione, con i suoi legami che si formano e si rompono, assomiglia a una storia d'amore che finisce e poi ricomincia con altre combinazioni. Le coppie cambiano, ma i protagonisti sono sempre gli stessi. Ciò che cambia sono i loro legami.

Antoine-Laurent Lavoisier

Il primo a capire che nelle reazioni gli atomi degli elementi si ricombinano tra loro ma rimangono sempre gli stessi fu il chimico francese Lavoisier, il quale diceva che "in una reazione chimica niente si crea e niente si distrugge" ma tutto si trasforma. Aveva capito un fatto molto importante: gli elementi non cambiano durante una reazione, ma semplicemente si ricombinano in tanti modi diversi. La sua sapienza non bastò a salvarlo dalla ghigliottina durante la Rivoluzione francese. Qualcuno disse: "È bastato un attimo per tagliare quella testa, ma passeranno secoli per trovarne una uguale".

Biblioteca fantastica

"Egli versò qualche goccia di liquido rosso e poi la polvere della cartina. La miscela diventò effervescente e, quando smise di bollire, il liquido non era più rosso, ma viola scuro. Dopo un po' mutò ancora e divenne verde. "E ora, dottor Lanyon, desiderate che prenda questo bicchiere e me ne vada o volete che resti perché siete curioso di vedere l'effetto della pozione?"».  Voi, al posto del dottor Lanyon, cosa avreste fatto? Il dottore, naturalmente, decide di rimanere a vedere come questa storia si va a concludere. Un uomo di scienza, un medico come lui non può tirarsi indietro di fronte alla scoperta di nuovi orizzonti del sapere. Vede dunque l'uomo che ha davanti gridare e poi barcollare e strabuzzare gli occhi. Sta assistendo a una vera e propria trasformazione di quell'individuo. Mister Hyde, l'uomo di bassa statura, dal volto che desta meraviglia e ripugnanza insieme, con un sorriso che è un ghigno, sta diventando, con fatica e sgomento, il pallido e altissimo dottor Jekyll. Per amore della scienza, mosso da un'inestinguibile curiosità, il dottor Jekyll ha dunque elaborato una formula che lo ha portato addirittura a trasformare aspetto e carattere.

Altre volte gli scienziati sperimentano nuove formule a fin di bene. Così fa il signor Bat. Ed è per questo che Robi e la sua anziana e dolorante nonna vanno da lui in cerca di soluzioni al problema dell'invecchiamento e dei piedi doloranti. Purtroppo Bat non dispone di una macchina per ringiovanire, ma offre loro un'antica pozione della giovinezza elaborata da una sua antenata che però, a suo dire, non era molto dotata di spirito scientifico. Ma il male ai piedi della nonna aumenta: la bevanda deve essere bevuta. "Prendetene solo un cucchiaino", aveva detto Bat. Ma la nonna, visto il gusto di buon liquore all'uovo, ne beve "non un sorso, non due sorsi: vuotò la bottiglia. "Nonna, ferma!", gridò Robi terrorizzato. "Nonna, smetti subito di bere!"".

Troppo tardi! La nonna comincia a restringersi: sta diventando sempre più piccola e per di più ora parla come una bambina di due anni. E fa anche le capriole perché, con gli anni, sono andati via anche gli acciacchi. Ma, se al principio Robi pensa di essere capitato in un incubo, alla fine decide di accettare la nuova realtà della traformazione e si adegua ad avere una nonna 'nuova nuova' con la quale ci si può molto divertire. Per gli animi curiosi non è poi male cambiare radicalmente la propria vita. Anche il bambino, che è stato vittima della Strega Suprema e della sua Formula 86, Pozione Fabbricatopo, deve fare i conti con il fatto di essere stato trasformato in topo. Ma tanto lui quanto la sua amorevole nonna riescono a vederne molti lati positivi, compreso quello di morire insieme. Da topo, lui potrà vivere al massimo nove anni, quanti ne vivrà, con un po' di fortuna, anche la nonna, suo unico affetto da quando ha perso entrambi i genitori. Tanto grande è il bene che si vogliono, che anche nel morire preferiscono restare uniti. Ma nonne così speciali che ti amano e ti proteggono anche se sei diventato topo non capitano a tutti.

Il povero George, per esempio, ha una nonna ben diversa.

"Lei se ne stava tutto il giorno, e tutti i santi giorni, seduta nella sua poltrona accanto alla finestra, a bofonchiare, borbottare, brontolare, lamentarsi e lagnarsi di questo o di quello". Era, per dirla tutta, una pestifera megera. Ma forse anche qualcosa di più: un'orribile strega.

George la odiava perché lei lo terrorizzava con strani discorsi, quella orribile arpia dai denti gialli. Così un giorno decide di fare qualcosa per sistemarla per sempre, per farle prendere un bello spavento. Mentre lo pensa, il suo sguardo cade sul flacone della medicina marrone che sua nonna prende ogni giorno. Di solito le medicine fanno bene, ma quella deve essere proprio robaccia perché la nonna finora non è migliorata affatto, neanche nel carattere. È deciso: George le confezionerà una nuova medicina, una medicina magica!

Tira fuori un enorme pentolone, deciso a mettere dentro tutto ciò che riesce a trovare, non importa se liquido, solido o cremoso. E così finiscono dentro: shampoo Setaluce per capelli morbidi e lucenti, dentifricio, sapone da barba Superschiuma, crema per il viso vitaminizzata, smalto per unghie rosso, depilatore, famosa lozione antiforfora del dottor Fiore, Brilladent per la pulizia delle dentiere, deodorante spray Viaodor, paraffina liquida, lacca Luster. Ci mette anche la cipria Gesso Rosa e un paio di rossetti. Aggiunge poi sapone Superbianco per lavatrici automatiche, Cerabon per pavimenti, polvere antipulci per cani, mangime per canarini. Per dare colore aggiunge cera per scarpe marrone. Una bottiglia di gin (alla nonna piace il gin), curry, senape, peperoncini, pepe e salsa di rafano. Ma per ottenere un risultato efficace George decide di metterci anche alcuni medicinali veri: peccato che siano quelli che suo padre tiene nel magazzino per curare il bestiame… Il risultato è un incredibile miscuglio.

La nonna prende la medicina e comincia a crescere, a crescere, a crescere fino a bucare con la testa il tetto della casa. Per poi rimpicciolire, rimpicciolire, rimpicciolire… Un po' come è successo ad Alice nel Paese delle Meraviglie.

Se George è riuscito a risolvere la sua difficile convivenza con la nonna per mezzo di un miscuglio insolito, anche il piccolo James si salva dalle sue orribili zie grazie ad alcuni granellini verdi e lucenti regalatigli da un innocuo vecchietto. Anche in questo caso le proporzioni cambiano. Una normalissima pesca diventa gigante e offre la possibilità a James di fuggire e intraprendere un lungo e avventuroso viaggio, galleggiando con essa per il mare, volando nel cielo fino a infilzarsi sul pennone di un grattacielo di New York.

Non sempre la frutta o la verdura sottoposta a pozione magica è amichevole. Tutti voi vi ricorderete della mela di Biancaneve. Niente di buono aspetta colei che la addenterà… Ma forse solo pochi conoscono la vendetta degli ortaggi assassini. Ebbene, tutto avvenne per colpa del concorso di Lattughella. La sfida per l'ortaggio più grande e bello avviene ogni anno tra il signor Lattuga e la signora Pomo. Però, come spesso accade, la magia al servizio di uno scopo sbagliato porta con sé guai per tutti. La ricetta magica scritta su un peperoncino è la causa di una crescita esagerata di sedani e porri, patate e carote che si ribellano e decidono di conquistare il mondo al grido di: "Siamo forti, siamo ortaggi! Troppo a lungo siamo stati / colti cotti e poi mangiati. / Giunto è il tempo a cui noi tocca / spalancar bene la bocca!".

Se la vedono brutta gli umani che stanno per essere bolliti … ma una goccia di pozione è caduta per errore su un'innocua lumachina. Ciò la rende gigantesca e voracissima: ed è la salvezza per il villaggio, o quasi, perché in verità una patata è sopravvissuta e da sola ricomincia la guerra, avendo trovato la famosa ricetta sul peperoncino.

Paragonabile alla Patata assassina è la malvagia Mestolona, perfida strega e cuoca sopraffina. La gola, si sa, è un vizio assai pericoloso che porta a fare cose crudeli e rende gli uomini schiavi. Mestolona vuole trasformare tutti i bambini del mondo in porcelli in agrodolce, il suo piatto preferito. Per raggiungere lo scopo, a furia di incantevoli budini di pere, ha abbindolato addirittura Babbo Natale. Ma la piccola Caterina, cuoca altrettanto eccezionale, combatte la sua battaglia per salvare Babbo Natale con le stesse armi di Mestolona: i fornelli. Il Segreto Tesoro del Ghiotton Beato, libro di ricette sopraffine, si rivela utilissimo nelle mani esperte della cuoca Caterina.

Babbo Natale, ghiotto com'è, ricomincia subito a mangiare e quelle che prima erano ricette incantate nelle mani di una malvagia strega ora sono leccornie gustose tra i mestoli di Caterina. È proprio vero, se ci pensate. Magiche o no, le ricette, sono veri e propri tesori. In esse è scritto il mistero di come sono fatte le cose e non a caso i grandi cuochi le custodiscono gelosamente e le considerano veri e propri segreti del mestiere.

Si tramandano di padre in figlio e talvolta sono tenute in cassaforte. Da cinque generazioni la famiglia Zampetti produce la migliore crema al latte. Ma, come in tutte le scienze esatte, come in matematica o in chimica, anche nell'arte di saper ben cucinare la precisione deve essere assoluta. Per la migliore crema di Zampetti occorre latte di ottima qualità. Solo la grassissima mucca Muu è in grado di produrne. Ma cosa succede se Mademoiselle Muu si deprime e smette di fare latte perché viene sbeffeggiata dalle colleghe per la sua imponente mole?

Come spesso accade, è l'amore che risolve la situazione. Nella romantica Parigi, tra Zampetti e Mademoiselle Muu scocca la scintilla. La grande mucca, di nuovo felice, salva la produzione di crema al latte. A ben pensarci, è sempre una miscela vincente quella che vede insieme buoni ingredienti, un pizzico di fortuna, due gocce d'amore e mani esperte. Non solo nei laboratori di chimica si studiano gli ingredienti delle cose e si ottengono composti e prodotti importanti per la scienza e per l'umanità. Anche dalla cucina di una nonna escono prodotti sopraffini che diffondono, oltre a un profumo irresistibile, gioia tra l'umanità … beh, magari solo tra quelli che oggi la nonna ha invitato a pranzo, offrendo loro i suoi inimitabili sughetti di carne e le sue ineguagliabili crostate di more! (Carla Ghisalberti)

Bibliografia

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Roald Dahl, La magica medicina, Salani, Firenze 1991 [Ill.]

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Stefania Olivieri, Miss Milk, I colori del mondo-Città nuova, Roma 2001 [Ill.]

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Robert Louis Stevenson, Lo strano caso del dottor Jekyll e del signor Hyde, Piemme, Casale Monferrato 2001