BLOG: LA CHIMICA E LA SOCIETA'

Claudio Della Volpe

L’anno scorso un nuovo termine è venuto ad incrementare la confusione che già esisteva a proposito del magnetismo; sfido chiunque dei miei pochi lettori a negare che parlare di magnetismo comporti sempre un certo grado di difficoltà.

Il termine cui alludo è altermagnetismo, inventato nel 2024 in un lavoro pubblicato su Nature; un successivo lavoro su un’altra rivista della galassia Nature una review aiuta a farsi un’idea, ma c’è anche qualche articolo divulgativo, che consiglio caldamente.

Ovviamente devo ripartire da un poco prima per raccontarvi la cosa. Dedicatemi qualche minuto casomai sotto l’ombrellone.

Prima cosa da ricordare. Si dice spesso che il magnetismo (B) è un effetto relativistico del campo elettrico (E) (B ed E sono vettori), ossia frutto del fatto che la velocità con cui il campo si espande è finita, non infinita e dunque se ne vedono le variazioni, i gradienti; questa descrizione sia pure utile non è completamente corretta e dunque si dovrebbe parlare di campo elettromagnetico, in cui i due componenti interagiscono reciprocamente a causa della relatività, ma non solo. Dire che tutto il magnetismo è “solo un effetto relativistico dell’elettricità” funziona bene per campi statici generati da cariche in moto (tipo i fili con corrente), ma non per configurazioni in cui E e B sono coesistenti e accoppiati dinamicamente, come avviene nelle onde elettromagnetiche, dove vale invece la classica immagine delle due oscillazioni perpendicolari.

Fig. 1 Un’onda elettromagnetica (sinusoidalepolarizzata linearmente) che si propaga nella direzione +z in un mezzo omogeneo, isotropo e senza perdite (come potrebbe essere il vuoto). Il campo elettrico E → (frecce blu) oscilla nella direzione ±x, mentre il campo magnetico B → (frecce rosse) – ortogonale ad E → – oscilla nella direzione ±y, in fase con il campo elettrico.

Seconda cosa da ricordare. Ci sono tre vettori che esprimono il campo magnetico, indicati dai simboli B, H e M; in sostanza, H è il campo sorgente, M quello indotto all’interno di un materiale ed infine il campo B è il campo finale modificato dall’effetto della magnetizzazione del materiale, e infatti la loro relazione è la seguente

B = μ₀ * (H + M)

Dove: 

• μ₀: è la permeabilità magnetica del vuoto.
• M: è la magnetizzazione del materiale, che rappresenta la risposta del materiale al campo magnetico.

Se la magnetizzazione M è nulla o bassa allora rimane una sostanziale proporzionalità fra B ed H

 B = μ₀ *H

Ed inoltre esiste una relazione fra M ed H         M = χ*H

in cui il termine di proporzionalità adimensionale può essere positivo, nullo e negativo e prende il nome di suscettività magnetica del materiale. Possiamo adesso introdurre tutti quegli aggettivi che rendono complessa la descrizione del magnetismo, guardatevi la figura qui sotto e le sue scale logaritmiche!!

Fig.2 Diversi casi di suscettibilità magnetica nei materiali secondo ChatGPt-5 free in scala symlog. I valori sono indicativi. Si tenga presente che i rapporti di suscettività dipendono anche dalla temperatura.

A questo punto, forti del nostro breve ricordo generale della descrizione del magnetismo possiamo introdurre qualcosa di più. Da dove si origina?

Dai campi magnetici delle particelle costituenti (elettroni soprattutto, i nuclei ce l’hanno ma è molto più debole, noi chimici ci facciamo l’NMR).  Se guardiamo agli elementi della tavola periodica possiamo classificarli in modo schematico come nella figura qui appresso.

Fig. 3 Il magnetismo nella tavola degli elementi.

I materiali, a livello microscopico possono essere formati da atomi o molecole aventi un momento magnetico diverso da zero: questo si può verificare in quanto la materia contiene elettroni, che sono dotati di momento magnetico.

Le categorie riportate nella figura /diamagnetismo, paramagnetismo, etc) sono valide non solo per gli elementi ma più in generale per tutti i composti chimici che vengono classificati come descritto qui di seguito.

I materiali diamagnetici sono per esempio rame, oro, argento, zinco, ossido di alluminio, cloruro di sodio. In questi gli elettroni occupano completamente i livelli energetici e non ci sono elettroni spaiati; quando sono sottoposti ad un campo magnetico esterno il loro moto viene comunque perturbato ma in modo diverso: quelli che si muovono in una direzione vengono accelerati e gli altri rallentati e si crea un campo magnetico che si oppone a quello esterno (legge di Lentz); in complesso la suscettività è piccola e negativa.

Tenete presente che in fisica classica la spiegazione che abbiamo dato non esiste, i materiali diamagnetici sono già oggetti da meccanica quantistica.

Nel caso invece che ci siano elettroni spaiati, ma isolati, non accoppiati, a causa della struttura del materiale e dell’effetto della temperatura ambiente, il materiale non presenta momento magnetico proprio, ma se sottoposto ad un campo esterno si allinea ad esso, sia pur debolmente. In questo caso abbiamo i materiali paramagnetici, come per esempio alluminio, cromo, sodio, titanio, ossigeno o composti come cloruro di cromo, solfato di manganese.

Il paramagnetismo dell’ossigeno, del tutto inatteso, ne rivela la peculiare struttura elettronica (tre coppie di legame ed una di antilegame, i cui due elettroni spaiati rendono l’ossigeno nello stato fondamentale paramagnetico). Ne abbiamo parlato altre volte.

I valori della suscettività sono bassi in entrambi i casi, ma negativi per i diamagnetici e positivi per i paramagnetici.

Ci sono casi di materiali con suscettività elevate e sono questi i materiali ferromagnetici, detti così a causa del fatto che l’esempio più importante è il ferro, da cui dipende così tanta parte della nostra tecnologia. In questo caso non solo ci sono elettroni spaiati ma anche un elemento strutturale: la distanza fra gli elettroni spaiati è opportuna a favorire il loro allineamento; infatti, se ci si fa i conti esatti, in alcuni materiali allineare gli spin di elettroni isolati abbassa l’energia del sistema e dunque ne favorisce l’esistenza. Questo può avvenire se tale abbassamento abbassa l’energia più di quanto l’energia termica tenda a disturbare il fenomeno. Dunque esiste una temperatura detta di Curie, sopra la quale l’allineamento è sfavorito.

Ma sotto quella temperatura esisteranno domini dell’ordine dei micron con gli spin allineati (ma in direzioni diverse per ogni dominio, detto dominio di Weiss) e l’applicazione del campo esterno H è in grado di allinearli tutti al campo stesso. La suscettività acquista dunque un valore elevato dell’ordine anche di migliaia di volte. È il caso di ferro, cobalto e nickel o anche leghe opportune come il permalloy. Cessato il campo esterno l’allineamento rimane e ha una durata anche lunga. In generale questi materiali mostrano di essere sorgenti di campo magnetico proprio per questo motivo (in Natura sono poi immersi nel campo magnetico terrestre e dunque la sorgente che li fa accoppiare esiste sempre).

Esistono anche materiali con elettroni spaiati in cui la struttura cristallina (di solito costituita di specie ioniche diverse) è tale che per quelle distanze e combinazioni l’energia minima si ha quando nei domini gli spin isolati negli atomi e molecole sono anti-allineati; in questo caso il campo magnetico spontaneo è nullo se i singoli atomi o ioni sono in egual numero; ma se sono in numero diverso allora avrò anche qui un campo magnetico residuo come nei ferromagnetici. Tali materiali vengono definiti ferrimagnetici (ossidi di ferro, di titanio e di ferro e titanio (ilmeniti)), con suscettività anche elevate.

Nel caso di egual numero di spin diversi avrò l’antiferromagnetismo, ossia la suscettività sarà nulla o quasi a bassa temperatura perché in ogni condizione i campi dei domini tenderanno ad annullarsi. La temperatura critica si chiama qua di Neel.

Fig.4 Ordinamento degli spin nei domini di una materiale antiferromagnetico.

Nella figura 2 si vede che il cromo ha queste caratteristiche.

Di passaggio noto che nei materiali superconduttori la suscettività è pari a -1 in quanto il campo magnetico è come “espulso” dal materiale mentre è superconduttore; ma mi fermo qua perché l’argomento ci porterebbe troppo lontano.

E arriviamo finalmente all’altermagnetismo.

Qualcuno di recente ha notato uno strano fenomeno; che ci sono materiali come l’ossido di rutenio o il tellururo di manganese (entrambi composti ionici) in cui la suscettività magnetica nulla nasce da una diversa condizione.

Gli atomi con momento magnetico opposto sono accoppiati dalla rotazione dei cristalli o dalla simmetria speculare come nella figura seguente:

Fig. 5 Pattern magnetico e cristallino altermagnetico nel tellururo di manganese altermagnetico (MnTe, a sinistra) e nel biossido di rutenio (RuO 2 , a destra).

Come va la suscettibilità negli altermagneti?

Gli altermagneti, pur essendo antiferromagnetici a livello microscopico, presentano una suscettibilità magnetica che può variare in modo significativo a seconda della temperatura e della struttura del reticolo. A differenza degli antiferromagneti classici, dove la suscettibilità raggiunge un massimo alla temperatura di Néel (temperatura di transizione tra lo stato ordinato e quello disordinato), gli altermagneti possono mostrare comportamenti più complessi. La suscettibilità magnetica degli altermagneti può essere influenzata da diversi fattori, tra cui: temperatura, struttura del reticolo e interazioni magnetiche.

Cogliere la differenza fra antiferromagneti e altermagneti può non essere banale; il tellururo di manganese è stato per anni classificato antiferromagnetico. Poi l’anno scorso una collaborazione internazionale (Accademia ceca delle scienze, EPFL, PSI, Università di Nottingham e altri) si è concentrata sul tellururo di manganese (MnTe). Hanno utilizzato la spettroscopia avanzata di fotoemissione risolta in spin presso strutture a raggi X di sincrotrone (la Swiss Light Source e la svedese MAX IV) per sondare MnTe. Alla fine del 2024, hanno riferito su Nature che le bande elettroniche di MnTe sono effettivamente “spin-split”, il che significa che i livelli di energia per gli elettroni di spin-up divergono da quelli per gli elettroni di spin-down. È importante sottolineare che MnTe non ha magnetizzazione netta (gli spin sugli atomi di Mn vicini si annullano). Questa combinazione di magnetizzazione netta evanescente e degenerazione di spin rotto è esattamente ciò che la teoria prevede per gli altermagneti, ed è qualcosa che un antiferromagnete convenzionale non può fare.

Fig 6 Struttura cristallina del MnTe con due sottoreticoli a spin opposto (MnA e MnB) e possibili trasformazioni di trasposizione dei sottoreticoli contenenti un riflesso nello spazio reale o una rotazione sestupla.

S. Lee et al., “Broken Kramers degeneracy in altermagnetic MnTe,” Phys. Rev. Lett. 132, 036702 (2024).

Ma questa apparentemente sottile differenza può essere importante?

Diciamolo teoricamente: Possiamo dire che un altermagnete è magneticamente “invisibile” esternamente ma internamente polarizzato. Gli esperimenti hanno confermato questo vedendo la divisione della banda in MnTe senza magnetizzazione netta. Quindi, se si invia una corrente attraverso un altermagnete in una particolare direzione, può essere fortemente polarizzata in spin (tutto in uno spin), simile alla corrente di un ferromagnete.

Diciamolo praticamente: una memoria basata sugli altermagneti sarebbe molto più veloce, stabile ed efficiente energeticamente di una attuale perché funzionerebbe nel campo dei THz, dunque 1000 volte più veloce di quella del computer che sto usando adesso, sarebbe maggiormente protetta dai campi vicini e dunque potrebbe essere più piccola e implicherebbe correnti di gran lunga inferiori. In effetti questa sarebbe una applicazione spintronica come si dice oggi, ossia basata sullo spostamento di spin non su correnti elettroniche.

Il prossimo passo è capire quante sostanze altermagnetiche esistono e rifare le figure 2 e 3 per bene. Vedremo.

Consultati.

Fai clic per accedere a superconduttivita-magnetismo-materia.pdf

una presentazione molto brillante di Daniele Di Gioacchino dell’INFN di Frascati

https://www.professormattw.com/post/altermagnetism-the-third-form-of-magnetism-unveiled

un’articolo divulgativo sul tema altermagnetismo

https://en.wikipedia.org/wiki/Altermagnetism

https://www.mdpi.com/2673-8724/5/3/17

https://www.nature.com/articles/s41535-025-00756-5

una review sul tema altermagnetismo

Luigi Campanella, già presidente SCI

Niente accordo alle Nazioni Unite sul trattato internazionale per limitare l’inquinamento da plastica. All’undicesimo giorno di trattative a Ginevra l’incontro con quasi 2000 partecipanti si e’ chiuso senza una intesa sulla riduzione della crescita di produzione della plastica e sull’adozione di controlli legalmente vincolanti sui componenti chimici utilizzati.

Il fallimento del negoziato replica quindi quello gia’ verificatosi un anno fa in Corea del Sud. Secondo quanto riportano le agenzie internazionali, nessuna delle due bozze di documento, presentate dal presidente del comitato creato nel 2022 con il mandato di raggiungere una intesa, l’ambasciatore ecuadoriano Luis Vayas Valdivieso, e’ stata accettata dai 184 Paesi al tavolo come base per il negoziato.

Il dubbio che su questo non-risultato ci possa essere un effetto dazi si basa su un semplice collegamento fra i 2 problemi: ad esempio visti i dazi su alluminio ed acciaio è probabile che le aziende europee e statunitensi vireranno ancor di più sui prodotti in plastica, come ad esempio ha dichiarato qualche tempo fa Coca-Cola. Le posizioni per porre fine a questo inquinamento, esteso a tutto il ciclo produttivo, devono poi fare i conti con le tensioni geopolitiche e gli equilibri industriali.

Ecco perché è particolarmente interessante comprendere qual è la posizione che l’Unione Europea intende portare avanti dopo il risultato al tavolo svizzero di questi giorni. Dei 2 documenti presentati in sede di Assemblea uno è stato espressione dei Paesi rigoristi sulle cui posizioni le divergenze riguardano questioni centrali: la definizione delle plastiche problematiche e prioritarie, l’inclusione delle microplastiche, i meccanismi di finanziamento – soprattutto a sostegno dei Paesi in via di sviluppo – e l’adozione di obiettivi chiari e misurabili di riduzione e gestione.

Dall’altra parte si è schierato un gruppo di Paesi definiti “Like-Minded“, tra cui figurano giganti petroliferi come Arabia Saudita, Cina, Russia e Iran. Questa fazione si oppone fermamente a qualsiasi limite alla produzione, sostenendo che il trattato dovrebbe concentrarsi esclusivamente su una migliore gestione dei rifiuti e sul riciclo, una posizione che, secondo gli esperti, non è sufficiente, dato che a livello globale oggi si ricicla appena il 9% della plastica prodotta.

In una posizione più sfumata si trovano gli Stati Uniti, che si sono dichiarati favorevoli a un trattato meno ambizioso, senza tagli netti alla produzione.

A dare voce alla comunità scientifica è stato il professor Richard Thompson, l’accademico che per primo coniò il termine “microplastiche”. Come riportato dal quotidiano britannico The Guardian, Thompson, presente a Ginevra, ha lanciato un appello ai delegati: “È davvero chiaro che per proteggere le generazioni future dobbiamo agire con decisione ora (…). Spero davvero che i negoziatori possano guardare negli occhi la prossima generazione e dire di aver agito con decisione”.

Forse già ora possiamo dire che questa speranza è andata delusa. Ad oggi ci dobbiamo accontentare dell’ultima versione del documento votato a Ginevra che ha tentato senza successo la sintesi delle 2 posizioni emerse. Esso non include limiti alla produzione di plastica, ma riconosce che gli attuali livelli di produzione e consumo sono “insostenibili” e richiedono “un’azione globale”. Il testo aggiunge che tali livelli superano le capacità attuali di gestione dei rifiuti e sono destinati ad aumentare, rendendo necessaria “una risposta globale coordinata per fermare e invertire queste tendenze”.

È stato anche proposto che i Paesi realmente interessati a un accordo lascino l’attuale processo e formino un “trattato dei volenterosi”, introducendo meccanismi di voto che eliminino la “tirannia del consenso”. Secondo l’ambientalista, senza un cambiamento radicale del metodo, i prossimi negoziati rischiano di concludersi con un nuovo fallimento.

Diego Tesauro

Se ci domandiamo quale sia la prima reazione chimica che avviene nell’universo primordiale, possiamo rimanere relativamente sorpresi rispetto alle specie coinvolte. A noi, studiosi delle reazioni nelle condizioni che ritroviamo sul nostro pianeta o che ci sono permesse di raggiungere mediante la tecnologia, ma soprattutto correlate alla composizione chimica dell’atmosfera, dell’idrosfera e della crosta terrestre, ci è difficile immaginare che l’elemento centrale della chimica primordiale sia l’elio. L’elio è l’elemento chimicamente più inerte di tutti e non è coinvolto nelle reazioni a causa della sua stabilità. Recentemente [1] però un team di ricercatori negli Stati Uniti e in Cina ha calcolato che una pressione estrema (nell’ordine dei tera-pascal – circa 10 volte la pressione trovata al centro della Terra) potrebbe teoricamente consentire la formazione di legami covalenti stabili tra elio e fluoro, formando il composto energeticamente stabile He3F2. Nell’universo primordiale però le condizioni sono diverse. Innanzitutto dominano tre soli elementi, i più leggeri, l’idrogeno, l’elio, e il litio, che si formano durante la fase della nucleo-sintesi nei primi secondi dopo il Big Bang, per gli altri bisogna aspettare la formazione delle stelle. Inizialmente sono tutti e tre completamente ionizzati, fino a che la temperatura non si abbassa, circa 400.000 anni dopo il big bang, abbastanza per permettere la ricombinazione degli elettroni con i nuclei per formare atomi neutri. A causa dell’alto potenziale di ionizzazione di 24.6 eV, l’elio fu il primo elemento a divenire neutro e pertanto disposto a dar luogo potenzialmente a reazioni chimiche. Ormai è acclarato che le prime molecole furono formate in un processo di associazione radiativa H⁺ + He → HeH⁺ + hν e conseguentemente che si formarono altri ioni piccoli ioni molecolari e molecole neutre tra cui H2⁺, H2, H3⁺+, LiH, LiH⁺, e le loro varianti deuterate. L’idruro di elio è stato ottenuto esattamente un secolo fa in laboratorio ed è presente anche nell’attuale universo, anche se in maniera meno abbondante. E’stato per la prima volta osservato nel 2016 (pubblicato nel 2019) nell’oggetto NGC 7027, una nebulosa planetaria (https://it.wikipedia.org/wiki/NGC_7027) situata approssimativamente a 3.000 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno da un team di ricerca internazionale, usando lo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) della NASA [2] (Figura 1).

All’età della ricombinazione degli atomi e la formazione delle molecole seguì la cosiddetta età oscura dell’universo: sebbene l’universo fosse ormai divenuto trasparente alla radiazione non esistevano ancora le stelle in grado di emettere luce. Dovevano trascorre diverse centinaia di milioni di anni prima che si formassero le prime. Perché la nube di gas dalla quale si forma una protostella collassi fino al punto in cui può iniziare la fusione nucleare, il calore deve essere dissipato. La dispersione avviene attraverso delle collisioni che eccitano atomi e molecole, che poi emettono questa energia sotto forma di fotoni.

 Al di sotto di circa 10mila gradi Celsius, tuttavia, questo processo diventa inefficace per gli atomi di idrogeno, che in quell’età dell’universo erano dominanti. Un ulteriore raffreddamento è potuto avvenire solo attraverso molecole in grado di emettere energia aggiuntiva attraverso rotazioni e vibrazioni.

Per il suo elevato momento di dipolo, lo ione HeH⁺ è particolarmente efficiente a queste basse temperature ed è stato a lungo considerato un candidato potenzialmente importante per il raffreddamento nella formazione delle prime stelle. Di conseguenza, la concentrazione di ioni idruro di elio nell’universo può avere avuto un impatto significativo sulla formazione delle prime stelle.

Figura 1 Lo ione HeH+ scoperto nella nebulosa planetaria NGC 7027. La nebulosa è visibile a 5 gradi a sud-est di Deneb, la stella più luminosa della costellazione del Cigno, alta nel cielo estivo. Immagine della NASA’s Ames Research Center. Nel
riquadro lo spettro IR che evidenzia il segnale del legame elio-idrogeno e che consente alla molecola di svolgere il suo ruolo di raffreddante delle nubi di gas che si contraggono e vanno a formare le stelle, come spiegato nel testo.

Durante questo periodo, le collisioni con gli atomi di idrogeno hanno costituito un importante percorso di degradazione per l’HeH⁺, portando alla formazione di un atomo neutro di elio e uno ione H2⁺, che successivamente hanno reagito con un altro atomo di idrogeno per formare, liberando un protone, una molecola di H2 cioè idrogeno molecolare, componente fondamentale delle nebulose dalle quali si formano le stelle (Figura 2).

I calcoli teorici suffragavano queste ipotesi, restava dimostrare l’effettiva efficacia di queste reazioni e soprattutto verificarne la velocità di reazione in funzione della temperatura.

Ora, per la prima volta [3], un esperimento nel rilevare le collisioni fra lo idruro di elio con il deuterio (scelto per ragioni di opportunità in luogo dell’idrogeno) è stato condotto presso il Cryogenic Storage Ring (Csr) dell’Mpik di Heidelberg, uno strumento unico al mondo per studiare le reazioni molecolari e atomiche in condizioni simili a quelle spaziali. La reazione ha prodotto la molecola HD con tasso maggiore di quello previsto, in quanto la velocità di reazione non rallenta al diminuire della temperatura, ma rimane pressoché costante

Figura 2 Un diagramma che illustra la reazione tra HeH+ e deuterio. (MPIK; copyright immagine di sfondo: W. B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) e NASA)

https://www.sciencealert.com/experiment-recreates-the-universes-very-first-chemical-reactions

Poiché le concentrazioni di molecole come l’HeH⁺ e l’idrogeno molecolare (H2 o HD) hanno giocato un ruolo importante nella formazione delle prime stelle, questo risultato costituisce un altro mattoncino nella comprensione della formazione delle stelle nell’universo delle origini.

[1] J. Hou et al. Chemical Bonding between Helium and Fluorine under Pressure J.Am.Chem.Soc. in ASAP https://doi.org/10.1021/jacs.5c06707

[2] R. Güsten et al. . Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+. Nature 2019, 568, 357-359

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1090-x

[3]  F. Grussie et al. “Experimental confirmation of barrierless reactions between HeH+ and deuterium atoms suggests a lower abundance of the first molecules at very high redshifts” Astronomy and Astrophysics 699, L12 (2025) https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555316

Mauro Icardi

“ Purtroppo, molti sforzi per cercare soluzioni concrete alla crisi ambientale sono spesso frustrati non solo dal rifiuto dei potenti, ma anche dal disinteresse degli altri. Gli atteggiamenti che ostacolano le vie di soluzione, anche fra i credenti, vanno dalla negazione del problema, all’indifferenza, alla rassegnazione comoda, o alla fiducia cieca nelle soluzioni tecniche.” Laudato sì Edizioni EDB Bologna 2015 pg. 14

Quando nel 2015 venne pubblicata  l’enciclica di Papa Francesco, personalmente credevo che potesse essere non dico risolutiva, ma che avrebbe suscitato un minimo di presa di coscienza più ampio sulle problematiche ambientali. Mi sembrava anche rivoluzionaria, rispetto al concetto che vede l’uomo come padrone assoluto, dominatore del pianeta

Dopo dieci anni purtroppo devo constatare, con una forte delusione, che neanche questa invocazione apostolica è servita a scalfire il muro di gomma e di indifferenza, con cui chi ha a cuore i problemi ambientali  finisce irrimediabilmente per scontrarsi.

Ho iniziato a rileggerla, così come mi riprometto di rileggere tutti i libri che hanno contribuito alla mia formazione sui temi ambientali, a partire da  i “Limiti dello sviluppo”.

Confesso di farlo non con l’intento di rivedere concetti di base, ma con intento direi quasi consolatorio.

La mia formazione ed il mio interesse per i problemi ambientali, nasce in primo luogo dall’educazione ricevuta dai miei genitori. Che mi hanno lasciato in dote l’amore per i libri, il rispetto per la natura. Educato al rispetto dei beni comuni.  Oggi credo che questo tipo di educazione sia assente in molti nuclei familiari.

Ho avuto la fortuna di avere insegnanti e docenti capaci di farmi appassionare, accendere ulteriormente la mia curiosità innata. La termodinamica  e la chimica fisica mi hanno sempre rapito nelle ore di lezione.

E mi sono servite, sia nel mio lavoro, sia nella comprensione del reale. La curiosità mi ha spinto a fare domande, superando la mia timidezza e vincendo il senso di inadeguatezza. Ho trovato maestri anche fuori dall’ambito del percorso di istruzione, e di questo sono grato e riconoscente. Un chimico modesto  che ha trovato fiducia. Anche la presenza su questo blog nasce da questo, e merita un grazie.

Ma è a questo punto che nascono i problemi. Anzi il problema, l’assillo quasi, che mi porto dietro da sempre.

Che è lo stesso che lo scomparso pontefice esprime nel brano che apre questo post. Ovvero quello di comunicare in maniera efficace i problemi ambientali. In un primo momento l’intenzione che avevo era quella di scrivere un “bignamino”, come quello che scrissi per la depurazione. Ma le cronache di questo ultimo anno mi hanno scoraggiato. E poi un post di quel tipo va attentamente preparato.

Ma facciamo semplicemente un piccolo esempio: concetti di chimica fisica, come il diagramma di fase dell’acqua, l’equazione di Clausius- Clapeyron  studiati al liceo o all’università, anche se dimenticati o studiati superficialmente dovrebbero fornire quella base, che dovrebbe automaticamente indurre alla riflessione, e alla voglia di rinfrescare la memoria o di approfondire. Farebbe capire che le “bombe d’acqua” (termine che detesto profondamente) hanno una spiegazione, sono la conseguenza del modo miope che usiamo nella cura della casa comune.  Invece sulla base della mia personale esperienza tutto questo non lo vedo accadere, non lo percepisco. Una pubblica opinione correttamente informata dovrebbe istintivamente reagire  quando si trova di fronte a disinformazione pacchiana e palese. Ma non riesce a farlo per diversi motivi: abitudine e poca voglia di fare fatica. Sia intellettualmente, che personalmente, nel decidere di cambiare le abitudini sbagliate.

Invece da chimico modesto quale mi sento di essere, mai come nel nostro vivere quotidiano noto un insopportabile disprezzo, che nessuno maschera, nei confronti dello studio e della conoscenza. Che viene sfruttato abilmente da una “politica” ormai del tutto asservita al potere finanziario, ancor prima che economico.

Gli Stati Uniti ne sono l’esempio eclatante. Il NOAA ( National Oceanic and Atmospheric Administration) sta affrontando una crisi senza precedenti, con oltre 1.000 licenziamenti in appena cinque settimane, dopo che la Corte Suprema degli Stati Uniti ha revocato la decisione di un tribunale federale della California che ne aveva dichiarato l’illegalità. Questi tagli seguono una linea politica ben definita della Casa Bianca, che mira a ridimensionare il governo federale, colpendo duramente i programmi di monitoraggio climatico.

In Italia le notizie di casi di ricovero per infezioni da West Nile provocano migliaia di commenti che deridono in maniera volgare e grossolana, quanto riportano i giornali. Uno degli effetti più diretti del cambiamento climatico sulla salute riguarda la diffusione delle malattie infettive. L’aumento delle temperature e i cambiamenti nei modelli di precipitazioni stanno espandendo le aree in cui vettori come zanzare, zecche e altri insetti possono sopravvivere e riprodursi. Ma normalmente la reazione è quella di negare, immaginare un complotto, e ritornare in una comoda “confort zone”.

E’ da molti anni che cerco di trovare una risposta ai negazionismi, senza averla ancora trovata. E tutto questo mi provoca un senso di sconforto, che gestisco con molta fatica. Dalla pubblicazione della “Laudato si” ad oggi, abbiamo mancato l’obbiettivo di contenere il riscaldamento del pianeta entro 1.5° C.

E non contenti di questo siamo riusciti anche a delegittimare la scienza. Sottoponendola a una sorta di tribunale dell’inquisizione planetario, dove chiunque può tranquillamente sbeffeggiare il lavoro di scienziati e ricercatori. Non riesco davvero a farmene una ragione, né a comprendere questo atteggiamento.

“L’aspetto più triste della vita in questo momento è che la scienza raccoglie informazioni più velocemente di quanto la società raccolga saggezza”  Isaac Asimov

Angela Rosa Piergiovanni

La capacità di gestire il fuoco ha rappresentato una pietra miliare nella evoluzione della nostra specie. Questo ha consentito ai nostri lontani progenitori di accedere ai numerosi vantaggi prodotti dalla cottura quali l’abbattimento della carica microbica, l’aumento della digeribilità, la modifica della consistenza dei cibi. Ancora oggi, in tutte le culture, la cottura è il passaggio fondamentale delle preparazioni alimentari. In realtà, sebbene molto meno utilizzati, esistono altri metodi di processamento degli alimenti capaci di incrementarne la digeribilità attraverso la modifica della struttura delle macromolecole (proteine, lipidi e amido) e la riduzione dei fattori antinutrizionali, ma anche di modificarne il profilo nutrizionale. Tra questi metodi applicabili ai semi di svariate specie vi sono l’ammollo prima della cottura, la fermentazione e la germinazione. In questi ultimi anni, il consumo di germogli è significativamente aumentato sia tra i consumatori particolarmente attenti alla propria alimentazione che nell’industria alimentare sempre interessata allo sviluppo di nuovi formulati. Oggi sono disponibili in commercio germogli di cereali, leguminose e numerose altre specie.

La normativa europea definisce “germogli”: “il prodotto ottenuto dalla germinazione dei semi e dal loro sviluppo in acqua o in un altro mezzo, raccolto prima dello sviluppo delle foglie vere e destinato a essere consumato intero, compreso il seme” (Regolamento (CE) n. 208/2013). Da un punto di vista nutrizionale, i germogli sono annoverati tra gli alimenti funzionali in quanto caratterizzati da un contenuto, relativamente elevato, di diversi composti nutraceutici e da una notevole capacità antiossidante, potenzialmente preventiva nei confronti di varie patologie. Vantaggi pratici derivano dal fatto che i germogli possono essere ottenuti tutto l’anno in brevissimo tempo, solo alcuni giorni. Inoltre la loro produzione non necessita di attrezzature particolarmente sofisticate, vantaggio non da poco nell’ottica di un loro importante apporto nella dieta di future colonie spaziali.

Sono molto numerosi gli studi scientifici pubblicati sino ad oggi con l’obiettivo di studiare in dettaglio la composizione e di conseguenza la reale valenza nutraceutica dei germogli. Qual è l’attuale stato dell’arte?

Come è noto la germinazione, indotta dalla reidratazione del seme secco, comporta l’attivazione di vari enzimi endogeni che, scomponendo le macromolecole, rendono disponibili le risorse necessarie al sostentamento delle prime fasi di sviluppo della futura pianta. Accanto a questi processi si attivano altri meccanismi che influenzano i livelli di diversi metaboliti secondari, tra cui polifenoli, carotenoidi, glucosinolati, acido gamma-amminobutirrico (GABA), fitoestrogeni, tutti con spiccate caratteristiche nutraceutiche. Ovviamente questi composti non sono presenti nei germogli di tutte le specie infatti i glucosinolati sono presenti nelle Brassicacee, i polifenoli hanno livelli significativi in cereali e leguminose, e così via. Sebbene il contenuto di composti nutraceutici nei germogli sia tendenzialmente maggiore rispetto al seme secco, l’entità del surplus è strettamente dipendente dalla specie e, a parità di specie, dal particolare genotipo utilizzato. Ad esempio, se nei germogli di grano di due giorni si ha un incremento dei fenoli liberi associato ad una diminuzione dei fenoli legati ad altre molecole, nei germogli di riso si ha un incremento di entrambe queste classi.

In aggiunta alle caratteristiche genetiche di ciascuna specie, è stato dimostrato che i livelli dei metaboliti secondari nei germogli possono essere significativamente influenzati dalle condizioni in cui avviene la crescita dei germogli. Temperatura, umidità, giorni dall’inizio del processo, crescita al buio o con illuminazione a specifiche lunghezze d’onda, irradiazione con UV-B, applicazione di ultrasuoni sono tutti fattori fisici in grado di agire sull’accumulo nei tessuti di specifici composti [1]. Ai fattori fisici si possono poi sommare gli effetti prodotti dall’aggiunta durante la crescita dei germogli di svariati composti chimici (elicitori). L’elenco è abbastanza lungo ma tra quelli maggiormente investigati vi sono: acido ascorbico, acido benzoico, acido salicilico, fenilalanina, saccarosio, glucosio e metil jasmonato. Tutte queste sostanze, attivando o inibendo specifici pathway metabolici, sono a loro volta in grado di influenzare l’accumulo nei tessuti dei germogli di specifiche classi di metaboliti secondari e quindi anche la capacità antiossidante.

La letteratura scientifica sugli effetti delle condizioni di crescita è abbastanza corposa sebbene alcuni risultati risultino contrastanti sia per le diverse condizioni sperimentali adottate nei test che per l’utilizzo, a parità di specie, di varietà differenti [2 – 4]. Ad ogni modo alcuni aspetti sono ormai ben definiti. Infatti, numerosi studi hanno dimostrato che l’aggiunta di saccarosio, glucosio o mannitolo, in opportune quantità, durante lo sviluppo dei germogli di broccolo produca un incremento tra il 48 e 60% dei composti fenolici totali (TPC) rispetto ai valori dei controlli (germogli ottenuti senza aggiunta di elicitori).

Gli acidi ascorbico, folico e glutammico generano un incremento dei TPC intorno al 20% nei germogli di lenticchia ma l’aggiunta di perossido di idrogeno ne riduce il contenuto di circa il 10%.

L’effetto negativo degli acidi ascorbico e salicilico sul livello dei TPC nei germogli di fagiolo è stato stimato tra il 55 e 65% in funzione di diverse condizioni sperimentali. Chitosano o saccarosio aggiunti nelle fasi di sviluppo dei germogli di cece producono un incremento del contenuto in lipidi di circa il 24 e 15% rispettivamente rispetto ai valori osservati nel seme secco. Particolarmente efficace è risultato l’utilizzo di acido salicilico, saccarosio e metil jasmonato, qualora si voglia incrementare il livello di glucosinolati totali (GLS) nei germogli di broccoli. In letteratura sono riportati incrementi di GLS compresi tra il 25 e 48% rispetto al seme di partenza. Al contrario l’aggiunta di glucosio ha effetti negativi in quanto riduce i GLS di circa un terzo nei germogli di ravanello. Anche l’aggiunta di sali di selenio (Na2SeO3 o Na2SeO4) ai cereali è stata oggetto di alcuni studi. Questi sali producono un significativo incremento del contenuto in vitamina C (acido ascorbico) nei germogli di grano, mentre decisamente contrastato è il loro effetto sull’amaranto che è risultato strettamente dipendente dal particolare genotipo.

Alla luce di queste estremamente sintetiche informazioni è evidente quanto siano complessi e ancora non interamente compresi i meccanismi alla base della produzione di germogli dotati di specifiche caratteristiche nutraceutiche. Sono necessarie ancora ulteriori approfondite indagini per individuare la giusta combinazione tra fattori fisici e chimici capace di indirizzare la produzione di germogli verso specifici target nutraceutici.

Bibliografia

[1] Bian et al. 2015. Effects of light quality on the accumulation of phytochemicals in vegetables produced in controlled environments: A review. Journal of the Science of Food and Agriculture 95: 869-877.

[2] Liu et al. 2019. Effects of elicitation on bioactive compounds and biological activities of sprouts. Journal of Functional Foods 53: 136-145.

[3] Benincasa-et al. 2019. Sprouted grains: a comprehensive review. Nutrients 11: 421.

[4] Liu et al. 2022. New perspectives on physiological, biochemical and bioactive components during germination of edible seeds: A review. Trends in Food Science & Technology 123: 187–197.

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Piergiovanni A.R. 2015. La cicerchia: dottor Jekyll e mister Hyde tra i legumi. Contributo inserito in: Il blog della SCI (posted 28 agosto 2015)
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Piergiovanni A.R. 2016. La nitriera borbonica del Pulo di Molfetta. Una  storia poco conosciuta. Contributo inserito in: Il blog della SCI (posted 31 agosto 2016)
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LugiCampanella, già Presidente SCI

Da USA e UK, Scuola di Chimica l’una e Scuola di Storia e Filosofia la seconda, ci arriva su Nature Chemistry un articolo sulle virtù che dovrebbe avere un buon chimico.

Si arriva addirittura ad una tabella dove queste richieste virtù sono elencate e caratterizzate.

Lo sforzo é da apprezzare, ma poi si legge che esse sono coraggio, autonomia, onestà, curiosità, attenzione.

Ovviamente non si può che essere d’accordo, ma la domanda che viene spontanea è: ma non sono le stesse qualità, sotto altre voci, presenti nel Syllabus di ETHICS IN CHEMISTRY di EUCHEMS, nei documenti di IUPAC e nei vari position papers dello stesso GdL sull’Etica della Società Chimica Italiana, per non parlare del Network dei prof Retired o della Sezione Etica dell’European Association of Emeriti Professors o del programma del CFU di Etica della Chimica attivo al Dip.to di Chimica della Sapienza di Roma?

Di conseguenza nasce il sospetto che l’importanza data al tema derivi dallo scarso rilievo fino ad oggi ad esso riservato dalla Società Americana di Chimica nella convinzione che esso potesse rappresentare un freno alla libertà accademica ed alla iniziativa privata.

È un dilemma che l’Europa si è posto con grande anticipo: anche nella SCIENZA la libertà del singolo ricercatore non può costituire un limite alla libertà degli altri, la flessibilità della chimica deve mantenersi ed essere una dote che proprio nel suo stesso concetto richiede il rispetto di equilibri economici e sociali.

La creatività e la natura sperimentale proprie della chimica richiedono sì quelle virtù a cui i nostri colleghi di oltre oceano si riferiscono ma queste sono poi le stesse che ritroviamo in numerosi articoli europei di 40 anni fa.

Allora per vedere, come è giusto che sia il bicchiere mezzo pieno, evviva l’articolo come segnale di una comunità, quella dei chimici, che da un lato si analizza per trovare in sè quelle capacità che possono contribuire ad una Società più giusta. e dall’altro lato cerca nel dialogo con filosofi, storici, umanisti nuovi spunti per implementare quella analisi.

Articolo cosultato: