Tutta questione di chimica – Giuseppe Alonci

Accade spesso che si sentano affermazioni sconcertanti sulla chimica.  La divulgazione attraverso quotidiani, libri e televisione portano talvolta a fare tutto un fascio di termini come “tossine”, “sostanze chimiche” e “veleni”, esprimendo anche scarso discernimento sulle cosiddette “sostanze naturali”.

È fondamentale invece che le persone si approprino di una conoscenza di base razionale che permetta di utilizzare il linguaggio chimico corretto nella interpretazione del mondo che ci circonda. Come scrive Giuseppe Alonci, infatti, la chimica è alla portata di tutti, quello che serve è solo il desiderio di capire.

Alonci riesce a toccare con grande maestria e completezza, usando il linguaggio chimico, diversi aspetti che partono da esperienze della vita quotidiana descrivendo, in modo coinvolgente e spesso divertente, argomenti complessi. Le sue sette lezioni spiegano “come funziona il mondo e la società”, esplorano argomenti che vanno dalla chimica in cucina e in agricoltura ai problemi relativi all’energia, ai cosmetici, ai farmaci e alla medicina. Le lezioni si svolgono come dei racconti che vanno oltre la chimica ed entrano nella storia scientifica, biografica ed anche economica, passando attraverso ritratti non convenzionali. 

La chimica in cucina. Si sofferma fin dalla prima lezione, la chimica in cucina, su un punto di massima importanza, che riprenderà in tutte le lezioni successive, la concentrazione: un modo per indicare la quantità di sostanza di un certo tipo presente in una miscela di sostanze diverse. Per introdurre questo fondamentale concetto fa riferimento allo slogan pubblicitario della “particella di sodio” che urla “C’è nessunooo?” per arrivare alla smitizzazione del “sale dell’Himalaya” e quindi ad una definizione chimica dei “nutrienti”. Introduce il discorso sulla chimica degli zuccheri, e i meccanismi per il loro assorbimento, e dei grassi, usando schemi semplici per la definizione delle molecole. Intende ragguagliare l’attenzione del lettore sul fatto che “non esistono alimenti che fanno male in assoluto come non esistono alimenti che fanno bene in assoluto”, ma “ciò che fa male o bene è la dieta che seguiamo”.  Ribadisce un concetto già espresso nel ‘500 da Paracelso “tutto è veleno e nulla esiste senza veleno. Solo la dose fa in modo che il veleno non faccia effetto”. Il potassio, ad esempio, elemento indispensabile per la vita, fondamentale per la conduzione degli impulsi nervosi, viene usato (ad alta concentrazione) per togliere la vita ai condannati alla pena capitale in alcuni Paesi dove purtroppo c’è ancora la pena di morte.

Questa prima lezione è introduttiva a tutte quelle che seguono, che possono essere lette secondo un ordine di preferenza degli argomenti, e non necessariamente in sequenza.

La chimica in agricoltura. La seconda lezione introduce la Chimica in agricoltura. Alonci parte dal processo fondamentale nel mondo vegetale, la fotosintesi, e dai diversi nutrienti contenuti nel terreno, dall’importanza di tener conto della concentrazione di questi, l’importanza del nutriente più raro e della pericolosità degli eccessi di alcuni elementi. Rappresenta i processi anche con delle schematiche equazioni chimiche, ma sottolineando che queste non ci dicono che la reazione avviene e non dicono nulla su come avvenga il processo. Riferisce sui fertilizzanti, richiamando il limo del Nilo nell’antico Egitto, e le strategie apprese e adottate nei tempi successivi. Ma è attraverso la “storia dell’ammoniaca”,

come questa molecola “salvò e distrusse il mondo”, che il libro diventa sorprendente. Agli inizi del novecento due chimici tedeschi Haber e Bosch, attraverso studi ed esperimenti che durarono circa otto anni, svilupparono la tecnica per la sintesi industriale dell’ammoniaca, con una reazione solo apparentemente semplice, a partire dai suoi elementi (azoto e idrogeno). Questa storia permette di capire come una stessa “scoperta scientifica possa essere utilizzata per salvare l’umanità o per distruggerla”. Infatti la produzione di ammoniaca portò rapidamente alla sintesi di tutti i composti azotati, fondamentali in agricoltura. Allo stesso tempo, questi composti si rivelarono una grande risorsa per la preparazione di munizioni. Fu così che Haber, per sua diretta iniziativa, convinse i militari ad utilizzare le nuove armi per effettuare i “primi test” sul campo. Di conseguenza, il 22 aprile 1915, nei pressi di una piccola cittadina belga (Ypres) morirono oltre mille persone, e altre 4000 pochi giorni dopo, tra atroci sofferenze. Le armi chimiche da lui ideate portarono anche alla morte 92.000 soldati. Nonostante queste atricità gli fu conferito il premio Nobel per la messa a punto della sintesi dell’ammoniaca!

Riferisce anche sugli agrofarmaci e sulle controversie a proposito del glifosato, l’erbicida più venduto al mondo.

L’energia. La terza lezione tratta del problema della Produzione e consumo di energia, usando spesso l’automobile come riferimento. Attraverso i concetti base della termodinamica, le cui leggi governano la trasformazione dell’energia, Alonci spiega che l’energia non può essere prodotta dal nulla ma solo trasformata da una forma in un’altra e che le trasformazioni spontanee avvengono sempre (e solo) unitamente a uno “spreco di energia” che viene sviluppata come calore. Per esempio, è impossibile rinfrescare una stanza aprendo lo sportello di un frigorifero, in quanto il calore sottratto al vano del frigorifero chiuso viene ceduto alla stanza attraverso uno scambiatore di calore e quindi il vano si raffredda. Ma se lo sportello resta aperto il calore sottratto viene riceduto alla stanza con l’aggiunta del calore prodotto dal motore del frigorifero. Alonci dimostra, attraverso vari esempi e conteggi, che la partita con l’energia non può mai essere vinta e.. nemmeno pareggiata! Descrive le diverse fonti di energia, le rinnovabili, i meccanismi di formazione e di consumo dei combustibili fossili, i meccanismi di funzionamento delle batterie e degli accumulatori (e le reazioni coinvolte), le applicazioni alle auto elettriche e a idrogeno, valutando i vantaggi e i problemi dell’applicazione delle diverse tecnologie.

La luce e il colore. Nella quarta lezione introduce un approccio alla Cosmesi, alla natura del colore e alla natura della luce. Riporta e spiega i passaggi per ottenere una crema di bellezza utilizzando prodotti e metodi semplici. Alonci sottolinea che l’approccio scientifico alla bellezza esalta aspetti affascinanti “cogliendo qualcosa in più di ciò che appare a prima vista” che permette di capire “la chimica che sta dietro ai colori” di un fiore o di un dipinto. Successivamente si addentra nella descrizione dell’interazione della luce con la materia. Riporta anche esempi di come la chimica sia in grado di spiegare il cambiamento di colore di un dipinto con l’invecchiamento. Ad esempio, un pigmento rosso (minio, ossido di piombo), usato da Van Gogh nel quadro Covone di grano sotto un cielo nuvoloso, sta trasformandosi in bianco a causa della sua reazione con la CO₂ dell’aria che porta alla formazione del carbonato di piombo.

L’inquinamento. Nella quinta lezione si discute di un argomento spesso anche ingiustamente associato alla parola chimica: Inquinamento. Occorre infatti avere una idea chiara di quali sono gli effetti della chimica sull’ambiente ma anche quali sono gli sforzi dei ricercatori per ridurne il più possibile l’impatto. Il primo esempio riportato, di importanza storica, riguarda la scoperta del DDT, il cui utilizzo nell’immediato dopoguerra portò allo sterminio degli insetti infetti e alla conseguente lotta al tifo e alla malaria, salvando la vita a milioni di persone. Tuttavia l’uso del DDT fu così massiccio e indiscriminato da portare gravi effetti collaterali sugli ecosistemi, portando alla morte uccelli e insetti impollinatori. Il DDT entra nella catena alimentare e si deposita in alta concentrazione nei grassi. La prima denuncia ufficiale contro l’uso del DDT e di altri pesticidi arrivò da Rachael Carson, di formazione accademica, che con la collaborazione di altri esperti e scienziati, pubblicò nel 1962 il libro Silent Spring. Oggi il DDT è bandito in tutti i paesi sviluppati (in Italia dal 1978) ma si trova ancora in bassa concentrazione nelle acque e nei suoli.

Per rispondere ai problemi di sostenibilità e impatto ambientale è nata la chimica verde, che ha lo scopo di sviluppare nuove metodologie, evitando l’utilizzo di sostanze dannose e cercando nuovi materiali di partenza che provengano da fonti rinnovabili ed ecologiche. Nel 1998 Anastas e Warner pubblicarono “Green Chemistry: Theory and Practice” gettando le basi di questa disciplina in 12 punti, tra i quali: Prevenzione, Riduzione dei rischi, Progettazione di sostanze meno pericolose, Efficienza energetica, Materiali rinnovabili, Evitare esplosivi e infiammabili, che vengono schematizzati e analizzati nel libro. Si discute dell’importanza di usare l’acqua come solvente, e di come sia stato ottimizzato il processo di decaffeinizzazione. Infine riferisce sulle plastiche biodegradabili e non e racconta la storia del mercurio.

La chimica del farmaco. La sesta lezione affronta il problema della chimica del Farmaco, che investe “un mondo di forti contraddizioni tra i profitti di grandi o piccole aziende private e il diritto alla salute”. Alonci mette innanzitutto in evidenza un aspetto che accomuna molte scoperte scientifiche e cioè che “l’effetto farmacologico di molte molecole è stato scoperto per caso”, come avvenuto per il chinino e la penicillina, mettendo in luce anche quanto sia importante per uno scienziato ispirarsi alla natura. Racconta la storia dell’aspirina, un farmaco ottenuto modificando in laboratorio una sostanza ottenuta da estratti naturali, la salicina, nota fin dai tempi dei Sumeri per le sue proprietà nell’alleviare le infiammazioni. L’acido salicilico aveva tuttavia degli effetti collaterali importanti e un gusto molto amaro. Con l’idea di rendere il farmaco più gradevole e meno aggressivo, un chimico della Bayer, Felix Hoffmann decise di sintetizzare l’acido acetilsalicilico attraverso una reazione che viene spiegata nei vari stadi. Questo farmaco portò una vera rivoluzione nel mondo della medicina.

La seconda parte di questa lezione mette in evidenza quanto rispetto al passato siano cambiati i tempi di sperimentazione dei farmaci. Ciò avviene per mezzo dell’intervento della chimica “computazionale”: questo tipo di studio permette di esaminare in modo estremamente veloce quali molecole “potrebbero” interagire con un definito “bersaglio”, riducendo quindi il numero di animali e tessuti da utilizzare nella sperimentazione, i tempi d’attesa e i costi e far procedere rapidamente la ricerca di nuovi farmaci. Solo successivamente si affronta la sperimentazione in provetta delle molecole selezionate e infine si procede con la sperimentazione animale, il cui protocollo è oggi sotto stretto controllo in quanto soggetto ad autorizzazione da parte  del Ministero della Salute. Infine c’è un cenno alle cosiddette “cure naturali” nel quale fa chiarezza su placebo, omeopatia e fitoterapia.

La Medicina. Nell’ultima lezione il discorso è sempre più complesso in quanto si discute di Medicina. Alonci distingue in modo chiaro e critico la malattia tumorale da quella che lui chiama ilcancro come talvolta riportato in articoli esclusivamente sensazionalistici “scoperta una nuova molecola che uccide il cancro!!” per arrivare a specificare che “ogni cancro è un tumore ma non tutti i tumori sono cancerosi”. L’origine del tumore è legato ad alcuni danni al DNA, “l’enorme molecola contenuta nel nucleo di ogni cellula che ne custodisce il patrimonio genetico”, che possono portare la cellula a replicarsi incessantemente.

Alonci racconta la struttura chimica del DNA e come sia formato da coppie di basi azotate. Ipotizza un parallelismo con la costruzione di un libro, le cui lettere sarebbero appunto le basi azotate che formano lunghe catene che si intrecciano tra loro per formare l’elica. Il DNA si tramanda invariato da milioni di anni. Ogni filamento contiene una sequenza senza che venga mai persa una riga del codice! Nel suo racconto Alonci immagina che se qualcuno riuscisse a copiare la Divina Commedia a mano e se questa copia venisse ricopiata tante volte in tempi successivi gli errori sarebbero clamorosi!

Se il DNA rimane sempre uguale significa che possiede un meccanismo autoriparatore e questo è quanto negli studi a partire dagli anni ‘60 è stato scientificamente confermato e per le cui scoperte gli scienziati Lindahl, Modrich, Sancar hanno vinto il premio Nobel per la Chimica nel 2017. L’evoluzione delle scoperte scientifiche è arrivata successivamente a identificare una specifica reazione (nota come meccanismo di metilazione), di entità infinitamente piccola rispetto a quella del DNA, che è coinvolta nel processo di autoriparazione.

Nei paragrafi successivi si discute delle attuali cure per i tumori, spiegando sempre le interazioni tra le molecole del farmaco e i tessuti. Alonci racconta come il cis-platino, uno dei più noti e usati chemioterapici sia stato scoperto, ancora una volta, quasi “per caso” e dei diversi effetti collaterali di questo farmaco.

Infine rimarca sempre la sua fiducia nella Scienza, che giorno dopo giorno compie passi da gigante, e che nel futuro potrà portare ad una vita migliore.