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sono una scienziata.

nessuno scienziato che si rispetti affermerebbe mai, in nessun modo e sotto nessuna condizione che la scienza è uno strumento per spiegare la realtà. ogni scienziato, invece, ha ben chiaro e distinto in mente che la scienza è soltanto uno tra i molti modi che la specie umana...

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cristalli, tazzine da tè e Secondo Principio della Termodinamica

un cristallo di quarzo è un reticolo di diossido di silicio, SiO2, organizzato in una struttura perfettamente ordinata e regolare, determinata da precise leggi matematiche. l'universo si muove sempre ed inesorabilmente verso uno stato di maggiore disgregazione: è una sentenza che troviamo scritta ovunque, nelle pareti scrostate degli edifici, nella polvere che si accumula negli angoli delle nostre strade, nella fame che ci viene alle undici di mattina e nelle tazzine da tè. in effetti, nelle tazzine da tè si mette in atto ogni giorno il fato ineluttabile del nostro Universo: le nuvolette di soluzione rossiccia che si diffondono spontaneamente nell'acqua calda, acqua calda di un calore che spontaneamente ci raggiunge le mani fredde per darci conforto nei pomeriggi d'inverno, sono conseguenza del Secondo Principio della Termodinamica. il signor Kelvin ci insegna che, ad un certo punto della vita del cosmo, tutto il calore si sarà trasferito dalle sorgenti più calde alle sorgenti più fredde, e tutto avrà raggiunto una temperatura uniforme; ogni struttura ordinata sarà disgregata in particelle elementari, e non rimarrà più alcuna forma di energia "ordinata" e dunque utilizzabile.

in questo panorama apocalittico è inusuale osservare fenomeni in cui si producono spontaneamente, a partire da una molteplicità caotica di particelle, sistemi a più bassa entropia. la cellula ne è un esempio: ogni essere vivente è fondamentalmente un tentativo disperato della Natura di sconfiggere le proprie stesse leggi o, più accuratamente, una manifestazione di quanto la Natura sappia prendersi per il culo da sola, mostrandosi evidentemente più autoironica di noi uomini e donne di scienza, a cui questa storia dell'entropia non andrà mai giù. il secondo esempio sono le strutture cristalline, sistemi in cui la bellezza e la purezza della forma garantiscono ai legami una stabilità e una forza tali da sconfiggere la spinta alla disgregazione: quando due particelle in un reticolo cristallino si avvicinano per sovrapporre così elegantemente le proprie nuvole elettroniche, liberano una grande quantità di energia, che li stabilizza e impedisce alle leggi della statistica di agire per disgregarli.

la morale che ci piacerebbe dare a questa storia è che la bellezza è sufficiente a sconfiggere il caos; per onestà intellettuale siamo invece costretti ad ammettere che il Secondo Principio non è mai disatteso, e che la formazione di una struttura cristallina, a cui è associata una diminuzione di entropia, provoca allo stesso tempo un aumento di entropia nell'ambiente circostante, in modo tale che, facendo un bilancio complessivo, il disordine dell'universo cresca sempre e il vecchio Kelvin abbia sempre ragione. la scienza non si presta molto bene a raccontare favolette edificanti, ma possiamo accontentarci di dire che, nel loro piccolo, nascosti nella pancia incandescente della terra, i cristalli di diossido di silicio possono continuare a crescere e risplendere per milioni e milioni di anni, dimenticandosi dell'entropia, delle pareti scrostate dei nostri edifici e della polvere che si accumula negli angoli delle nostre strade.

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Gallery 1988 is celebrating its 10 year anniversary with a group show “The Subtle Art of Pop-Culture”. Subtle has never really been my style, but here is my ode to the great Breaking Bad. 14” x 24” very limited print will be available at the show this Friday night!

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dall'equazione di Schrodinger a contare le caramelle

La Chimica è una scienza incredibilmente intuitiva. Mi fa molto ridere doverlo ammettere a una settimana dal mio esame di organica; tuttavia, prevedere il meccanismo di una reazione è "facile" per un essere umano. Qualcuno potrebbe arrabbiarsi: ma come facile? Lacrime, sudore e sangue su sintesi e retrosintesi, ore sui libri, pagine e pagine piene di esagoni sempre più tremolanti man mano che si avvicina l'ora di cena e finisce l'inchiostro della penna a sfera che quotidianamente noi chimici sacrifichiamo a disegnini e scarabocchi. Conosco benissimo la fatica di cui stiamo parlando. Tuttavia, riuscire a riassumere il comportamento microscopico della materia in un'insieme di regole "logiche", dove per "logiche" intendo ragionevolmente consistenti con il senso comune è, se ci pensate, tutt'altro che ovvio. Le reazioni chimiche sono, in buona sostanza, "spostamenti di elettroni". Gli elettroni si distribuiscono attorno ai nuclei degli atomi secondo una funzione di densità di probabilità che è la soluzione di un'equazione differenziale, l'equazione di Schrodinger. E' già molto complicato riuscire a descrivere il comportamento del singolo elettrone in un atomo di idrogeno tramite questo modello. Per sistemi appena più complessi la soluzione esatta, addirittura, non è ricavabile. Abbiamo bisogno di un computer che approssimi la soluzione dell'equazione per il sistema che ci interessa. Prevedere il comportamento degli elettroni se due molecole vengono fatte reagire tra loro tramite l'equazione di Schrodinger significa svolgere una quantità di calcoli che terrorizzerebbe chiunque. Un chimico si siede al tavolo, prende un foglio e una penna, traccia due freccine e scrive il risultato senza nemmeno una gocciolina di sudore.

Questo non smetterà mai di impressionarmi: il modo in cui riduciamo pagine e pagine di calcoli ad un problema intuitivo, il modo in cui passiamo dalle equazioni differenziali a contare gli elettroni come se fossero caramelle. E' meraviglioso il modo in cui il comportamento di particelle così lontane dal nostro mondo macroscopico riesca ad intonarsi così bene con i nostri strumenti intellettivi. Certo, un chimico non può, come invece farebbe un Fisico, dimostrare deduttivamente che la propria previsione sia esatta. Ma può sempre andare in laboratorio, mescolare tutto quanto, e al limite esplodere, se proprio gli è andata male.

Il pericolo è il nostro mestiere.

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E ora vi spiego:

1. Ehm, la diffus... diffr... rifrazione delle onde luminose... no, ok, non so un cazzo di ottica, perdonatemi.

2. Questa la so! Il sapone è una sostanza fondamentalmente idrofobica (molecole di carbossilato di sodio derivanti dall'idrolisi basica degli esteri). Una sostanza idrofobica è una sostanza con cui l'acqua si lega malvolentieri, perché la sua struttura molecolare non permette alle molecole di H2O di formare legami più stabili del legame a idrogeno che le tiene legate tra loro. Dunque per l'acqua è termodinamicamente svantaggioso mescolarsi con una sostanza idrofobica. Quando il sapone entra in contatto con la superficie dell'acqua, i due fluidi restano separati, e l'acqua è respinta lontano dal punto dove si sta diffondendo il sapone. Poiché l'acqua, come ogni liquido, ha una sua viscosità, spostandosi trascina con sé i granellini di pepe. 

3. La densità dell'acqua a temperatura ambiente è maggiore di quella dell'alcol etilico. H2O e EtOH (alcol etilico) si mescolano spontaneamente, perché danno entrambi legame a idrogeno, e in condizioni ordinarie non si separano spontaneamente. Quello che succede nei bicchieri può essere sintetizzato in alcuni passaggi:

L'acqua e l'alcol tendono ad interdiffondere per ragioni entropiche (su cui non mi dilungo): parte dell'acqua scenderà nel bicchiere di alcol attraverso il foro, e parte dell'alcol salirà nel bicchiere d'acqua. I due fluidi tendono a raggiungere una condizione di "equilibrio dinamico", in cui, in entrambi i bicchieri, è costantemente presente un 50% di acqua e un 50% di alcol. Questa sarebbe la situazione del sistema se non agisse la forza di gravità.

L'azione della forza di gravità altera l'equilibrio. La forza di gravità agisce sia sull'alcol, sia sull'acqua: tuttavia, la massa di un centimetro cubo di acqua è maggiore della massa di un centimetro cubo di alcol. A parità di volume, la forza subita dall'acqua è maggiore, e questo impedisce all'acqua di interdiffondere nel bicchiere superiore. L'alcol non può diffondere nel bicchiere inferiore senza che l'acqua salga, perché non è stato lasciato alcuno spazio vuoto tra il primo bicchiere e la carta di credito. 

Io comunque non intingerei il mio bancomat nel Jack Daniels.

4. L'equazione di stato che regola il comportamento dei gas ideali è: PV=nRT dove P è la pressione, V il volume, n il numero di moli di gas (ovvero il numero molecole di gas ci sono nel sistema), T la temperatura, R una costante. E' facile osservare che il volume cresce al crescere della temperatura. Quando scaldiamo il palloncino pieno d'aria, l'aria, che è un gas, si dilata, esercitando sulle pareti del pallone, che oppongono resistenza, una forza che le fa cedere.  I liquidi hanno volume pressoché costante al variare della temperatura, dunque scaldare il palloncino non ha alcun effetto, a meno di portare il liquido al suo punto di ebollizione. 

5. Mi piacerebbe dire che l'acqua trascina con sé le magiche fatine della luce rossa, ma niente, ribadisco che non so un cazzo di ottica.

6. L'acqua tonica contiene una sostanza organica, il chinino, che possiede proprietà luminescenti. La capacità di una sostanza di "brillare" sotto la luce UV è legata alla sua struttura elettronica. La molecola assorbe la luce ultravioletta, ed utilizza l'energia che essa le fornisce per far "saltare" un elettrone al livello energetico successivo, cioè per mandarlo nel suo "stato eccitato". L'elettrone torna poi nella sua condizione più stabile, emettendo parte della radiazione assorbita nello spettro del visibile.

7. Suppongo che lo schermo sia costituito da una rete molto sottile. L'acqua non passa attraverso i buchi nonostante la forza di gravità per effetto della tensione superficiale. La tensione superficiale è, ancora, una conseguenza del legame a idrogeno delle molecole d'acqua. I legami intermolecolari H2O-H2O sono più stabili dei legami H2O-aria, dunque le molecole di acqua tendono a rimanere il più possibile vicine, resistendo alla deformazione dovuta a forze esterne. 

8. L'acqua ha già superato il suo punto di solidificazione, ma rimane allo stato liquido, più disordinato, per ragioni entropiche. E' tuttavia sufficiente dare un piccolo colpo affinché si formi almeno un microscopico cristallo di ghiaccio, una struttura ordinata e stabile alla temperatura a cui si trova il liquido. Nell'acqua, gli atomi di idrogeno di una molecola sono legati all'atomo di ossigeno di altre due molecole, formando una "rete" (legame a idrogeno, ancora una volta!). Quando una delle molecole viene "ingabbiata" nel cristallo, tutte le altre, ad essa legate, assumono necessariamente la stessa struttura spaziale, e l'acqua si trasforma in ghiaccio. Lo stesso fenomeno si manifesta versando l'acqua fredda su del ghiaccio già formato, o inserendo nell'acqua un piccolo cristallo di ghiaccio. E' un fenomeno analogo alla sovrassaturazione di una soluzione.

Fisici, datemi una mano con la 1 e la 5!

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chemical reaction

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Il più grande spettacolo dopo il Big Bang sarà il Big Crunch, mi spiace

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Del perché siamo tutti come le paperette di Konrad Lorenz

Il problema fondamentale è che l'amore è un grosso pasticcio biologico.

Konrad Lorenz è il padre dell'etologia ed è famoso, tra le altre cose, per i suoi studi sugli uccelli e su quel fenomeno chiamato "imprinting". Gli psicologi usano spesso anche la parola "attaccamento", in riferimento al legame di interdipendenza emotiva che si forma tra madre e figlio. Un fenomeno che è presente negli uccelli ma si manifesta soprattutto nei mammiferi, in cui il cucciolo appena nato è totalmente privo di difese e non è affatto in grado di gestire da solo la propria sopravvivenza.

Andiamo con ordine.

I vantaggi selettivi di essere un mammifero consistono fondamentalmente nel maggiore sviluppo del sistema nervoso. Un mammifero è più "intelligente" di un rettile, perché il suo sistema nervoso è più complesso. Un sistema nervoso più complesso implica un processo di ontogenesi più lungo e delicato. Quando il rettile esce dal suo ovetto, è come un mini-adulto che nel giro di ore o giorni è in grado di svolgere tutte le funzioni vitali primarie, senza morire. Quando un mammifero esce dal ventre materno, se viene lasciato solo, muore. Non sa fare quasi niente. Questa iniziale incapacità del mammifero viene di gran lunga compensata nell'età adulta, quando il suo cervellone lo rende vincente dal punto di vista selettivo (siate orgogliosi di essere dei Mammalia!). Ora, immaginate un ipotetico scenario in cui il mammifero nasce, non sa fare niente da solo, ma non prova nessun affetto istintivo verso la madre, e la madre non prova nessun affetto istintivo verso il figlio. Il figlio muore, il suo patrimonio genetico si perde. I mammiferi senza attaccamento non funzionano. Per questo si può parlare di "coevoluzione" del sistema di attaccamento del figlio e del sistema di attaccamento della madre. 

E' stato provato sperimentalmente che durante l'innamoramento si attivano le stesse aree cerebrali che sono coinvolte nel sistema di attaccamento madre-figlio. L'evoluzione delle specie è un processo estremamente "economico": quando si può riciclare e riutilizzare un sistema o un organo già esistente per riadattarlo a nuovi scopi, si può essere quasi certi che la natura lo farà. (Come le pinne dei cetacei, che hanno dentro ancora gli ossicini di quando erano zampette.) Evidentemente il sistema di attaccamento funziona bene anche per farci riprodurre con successo. Insomma, quando ci innamoriamo diventiamo come le paperette di Konrad Lorenz. 

Mi rendo conto che questa cosa è allo stesso tempo tenera ed inquietante.

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Protossido di Azoto nella panna montata spry

No, non state per morire, nonostante il nome minaccioso di questo (quasi) innocuo composto. Il suo nome IUPAC è monossido di diazoto, formula bruta N20. Viene utilizzato come propellente, cioè è quella sostanza che permette alla vostra deliziosa panna montata di diventare spumosa e soffice all’istante. L’improvvisa diminuzione della pressione (il contenitore pressurizzato mantiene il contenuto della bottiglia ad una pressione superiore a quella atmosferica) provoca un improvviso aumento di volume del gas che resta “intrappolato” sotto forma di bollicine all’interno della vostra panna, ricca di molecole apolari (grassi) che impediscono al gas di fuoriuscire, rendendola soffice come la neve.

Ma la parte divertente è un’altra. Il monossido di diazoto ha un importante impiego anche come gas esilarante, poiché provoca euforia e confusione in chi lo assume per inalazione. Se fossi un medico potrei probabilmente dirvi di più - in ogni caso la sostanza agisce direttamente sul vostro sistema nervoso ed è classificata come droga leggera.

Quindi se la panna montata vi fa precipitare in uno stato di alterazione mentale e totale esaltazione ora sapete il motivo.

Il consiglio della Merendina Filosofale è: fatevi di panna spry.



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