Letture estive IV – “Per me ossigeno, ossigeno”

SCOPERTE – Sui quotidiani, la chimica è quasi sempre biochimica, scienza dei materiali, nanoscienze, quanto alle sue teorie fondamentali sembrano estinte insieme alle domande irriverenti che servono a saggiarne i limiti.

Non è così, per fortuna. Un grande teorico (anche sperimentale e pratico come sanno i lettori) continua a porle con dottorandi e giovani colleghi. L’anno scorso provavano a ossidare l’oro:

Quando venne aperta la tomba di Tutankhamon, gli oggetti d’oro brillavano come nel giorno in cui era stata sigillata. Il motivo, ovviamente, sta nella serie elettrochimica: qualunque cosa al mondo o quasi ridurrà ioni Au in Au metallico. Pertanto gli ossidi d’oro sembrano improbabili candidati alla stabilità [termodinamica].

“Sembrano” finché gli autori non preparano un cocktail – teorico – di due Au per ogni O2 e lo schiacciano sotto pressioni mostruose, fino a 400 gigapascal. Dai 200 in su, saltano fuori ossidi in quantità sproporzionate e tanti stati di ossidazione, misteri che gli autori promettevano di sondare in una prossima puntata.

Due mesi fa invece, sono tornati sul tema del legame a idrogeno da un altro punto di vista, ma con la stessa prosa amichevole, e un rimando alla canzone di Lady Gaga:

Con l’ossigeno, quasi ogni composto del nostro corpo, di tutti gli esseri viventi – ad eccezione di alcuni ioni inorganici come fosfato e carbonato – è soggetto a combustione. Possiamo bruciare, e non solo di passione.

Siamo partiti, riassume Hoffmann per la cronista, da questo koan: “Se tutte le cose bruciano, perché non bruciano?”

Sì che bruciano! protesta lei mentre afferra il lanciafiamme per difendere Lavoisier (nota 1). Lui in parte concilia:

Salvo l’oro, ogni elemento reagisce esotermicamente con l’ossigeno, a volte rilasciando un sacco di energia. Poi mescoli l’ossigeno con gli elementi e non succede niente. Perché? La miscela di idrogeno e ossigeno nel palloncino esplode. Ma solo se inneschi la reazione con una scintilla o una fiamma, fino a quel momento i componenti, che in realtà “vorrebbero” tanto diventare acqua, stanno lì placidi.

Detto così sembra facile, ma ci vuole un lungo articolo sul Journal of the American Chemical Society per far capire se e come l’O2 esce dalla placidità:

Oh sì, l’ossigeno è assolutamente essenziale per tante forme di vita sul pianeta. Eppure, eppure, quando arrivò in grandi quantità nell’atmosfera, presumibilmente prodotto da batteri fotosintetici circa 2,3 miliardi di anni fa, fece strage delle forme di vita…

Ok, ma parlandone oggi, è stabile o reattivo? Momento, prima serve una precisazione:

I chimici sanno che c’è una distinzione tra termodinamica e cinetica

Sanno anche del principio di Bell−Evans−Polanyi: il tasso delle due reazioni è determinato da quella più termodinamica, una distinzione anche semantica. Gli autori usano

i termini entalpici “esotermica, endotermica” a proposito della stabilità termodinamica e i termini qualitativi “persistente, reattiva” per le inclinazioni [sic, “proclivities“] cinetiche della molecola.

Chi non ha inclinazioni per le funzioni d’onda degli orbitali molecolari le salti e vada dritto alla conclusione, consiglia Hoffmann (conosce i suoi polli). Eccola. La risposta al koan sta di nuovo nel legame “speciale”, nella

combinazione insolita di un legame forte π e di uno debole σ tra O e O che consente alla molecola di fornire l’energia chimica a sostegno di tutte le forme aerobiche della vita sulla terra.

E a sostegno delle loro passioni.

Note

1 – Lavoisier è uno dei tre protagonisti di Ossigeno, una commedia di Roald Hoffmann e Carl Djerassi. Hoffmann scrive “poesia“, è un “uomo di lettere“, difetti che da settimane inducono a dargli dell’incompetente un creazionista fautore della superiorità della “scienza cristiana“, e al suo ammiratore: un chimico nucleare del defunto ma sempre costoso CAMEN.

Sostengono entrambi da tre anni che il 2° principio della termodinamica “spianerà le Dolomiti entro qualche milione di anni”: è la triste sorte di tutte le montagne (nota 2).

Consulente ventennale della cronista, femmina quindi deficiente, Hoffmann fa parte degli “ocaboys“, tutti deficienti per associazione. Lui di più. In un altro articolo da lettura estiva, aveva infatti spiegato perché i principi della termodinamica non consentono di prevedere l’evoluzione di un pianeta e dei suoi rilievi.

2 – Ai lettori di OggiScienza serve ricordare che sulla Terra, la Luna e Marte svettano tuttora montagne nate miliardi di anni fa?

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