Fin da quando frequentavo le scuole elementari le maestre inculcavano nella nostra testa che la chimica è una materia difficile. Per un pò di tempo mi sono convinto veramente che la chimica fosse una materia inaccessibile se non a menti superiori, un pò come si considera da sempre la matematica o, per esempio, la meccanica quantistica e la relatività di Einstein . Molti ancora pensano che la chimica sia uno scoglio insormontabile e quando dico di aver superato un esame di chimica o di qualche materia che ha a che fare con la chimica, rimangono stupefatti e si complimentano con me, come se avessi scalato l’Everest senza attrezzatura, completamente nudo e in un solo giorno.

Accade sempre che le cose che riteniamo difficili, siano molto più semplici di quanto si creda. Come disse magnificamente una volta un mio professore riguardo a non ricordo cosa:

le cose difficili non esistono: esistono le cose complicate, che altro non sono che l’insieme di cose più semplici e di facile comprensione

Qualsiasi cosa si tratti nel corso degli studi, c’è sempre qualcosa, alla base, che richiede un livello di comprensione minimo, perché affonda nelle ovvietà o nelle conoscenze base della nostra cultura. Sondando i molteplici aspetti di un campo grazie alla ricerca si costruisce un castello sempre più alto di conoscenze. Noi cerchiamo di scalare questo castello per arrivare all’apice, alla conoscenza massima; per la scalata dobbiamo “puntellarci” su determinati appoggi, sporgenze che altro non sono che componenti del tutto. Infatti, come le irregolarità della superificie di una parete rocciosa permettono allo scalatore di raggiungere, poco per volta, la cima, così le conoscenze base prima, le regole generali poi, le eccezioni alle regole base e i concetti più avanzati infine, ci permettono di capire le cose che, a prima vista, sembrano un linguaggio alieno scoperto all’improvviso e del quale gli altri vorrebbero una spiegazione.

Stamattina studiavo – riguardavo, per la precisione – l‘HPLC e i sistemi di rilevazione ottici UV/visibile e fluorimetria, preparandomi per la prova intermedia che si terrà tra pochi giorni e nel mentre pensavo alle lamentele rivolte ad un mio amico qualche anno fa, riguardo l’incomprensibilità degli spettri ottenuti da tali metodi di analisi, al fatto che fossero delle cose assolutamente criptiche e misteriose. Mi viene da sorridere al solo pensiero che qualche tempo fa consideravo quel contesto assolutamente alieno alla mia comprensione, mentre oggi ho capito la logica alla base del tutto e la trovo veramente elementare. In quella occasione chiesi di spiegarmi come funzionavano gli spettri nell’UV, nell’IR… insomma, come era possibile riconoscere un composto in base a quelle bande stranissime che vengono fuori alla fine delle analisi e… a dirla tutta neanche lui seppe spiegarmi niente (e questo la dice lunga sulla preparazione di un laureato nell’uni italiana). La spiegazione è veramente banale: il riconoscimento di uno spettro, ossia l’associare quello spettro ad una specifica sostanza, è fatto in modo automatico da un software dotato di una library, cioé di un database di spettri: per confronto diretto il computer trova lo spettro che si avvicina più possibile a quello ottenuto dall’analisi e ti dice di che composto si tratta. E’ come trovare due disegni uguali semplicemente sovrapponendo i due fogli e vedendo quanto coincidono. Elementare.

E io che pensavo spettasse all’operatore imparare lo spettro per poi fare il riconoscimento!

Ora vi chiederete cos’è uno spettro… purtroppo non credo sia questa la sede adatta per annoiare voi e me, quindi sorvolo. Una definizione semplicistica sarebbe quella che descrive lo spettro, supponiamo di assorbimento, come il grafico dell’assorbimento di una radiazione da parte di un composto: ogni molecola che si conosca assorbe energia (e l’interazione tra materia ed energia è un argomento molto affascinante) in determinate dosi e a determinate lunghezze d’onda. Ok, ho capito, dico qualcosa in più:

 

Le radiazioni elettromagnetiche diffondono con moto sinusoidale. La distanza tra due "gobbe di massimo" è definita lunghezza d'onda.

Visto che tutte le radiazioni diffondono con questo moto sinusoidale indicato in figura (su-giu-su-giu-…) ad una velocità pressocché costante (quella della luce, che altro non è che un insieme di queste radiazioni), è possibile immaginare che un piano immaginario perpendicolare alla direzione della radiazione sia attraversato un determinato numero di volte al secondo da queste “gobbe di massimo”: questo numero di volte prende il nome di frequenza. Più le gobbe sono vicine tra loro, minore è la loro distanza, quindi minore è la lunghezza d’onda e di conseguenza maggiore è il numero di gobbe che passa attraverso il piano immaginario nell’unità di tempo (fin qui mi pare che siano cose ovvie). Si capisce che ci sono radiazioni con diverse lunghezze d’onda. Ogni lunghezza d’onda corrisponde ad un livello di energia; per la precisione, lunghezze d’onda più piccole sono più energetiche (è per questo che in estate usiamo le creme contro gli UV) di quelle più grandi (come la luce, i raggi infrarossi, le microonde, le onde radio).

Ora, le molecole sono capaci di assorbire energia dalle radiazioni. Ogni molecola assorbe a determinati valori della lunghezza d’onda. O meglio, ci sono dei valori per i quali assorbe di più e valori per i quali non assorbe affatto. Il perché assorba di più in un caso piuttosto che nell’altrosi speiga in motivi di tipo strutturale che non approfondisco. Se conosco a quale lunghezza d’onda una molecola assorbe, posso inviare un fascio di questa luce particolare su un campione della molecola e vedere cosa succede. Gli strumenti oggi ci permettono di misurare questo grado di assorbimento in maniera del tutto automatica.

C’è una lampada che emette radiazioni. Lampade diverse emettono radiazioni diverse: ci sono alcune che emettono radiazioni nel’UV, altre che emettono anche nel visibile (le lampadine ad incandescenza di utilizzo comune, sono lampade che emettono nel visibile per esempio, e infatti vengono usate per illuminare i locali!), altre nell’IR, eccetera. Se prendessi una lampada che emette nell’UV/visibile e inviassi la sua radiazione sulla molecola, la molecola assorbirebbe quantità di energia diverse alle diverse lunghezze d’onda. Il sistema riesce a quantificare con un conto facilissimo (sostanzialmente una divisione come quelle che facciamo alle elementari) quanta energia è stata assorbita dalla molecola e, tramite una legge nota come legge di Lambert-Beer, a dire che la molecola è in tot quantità. Se invece io volessi capire che molecola ho tra le mani, cosa posso fare? Posso bombardare la molecola con la radiazione a lunghezze d’onda variabili. Parto per esempio dalla minore lunghezza d’onda possibile con la lampada, la invio sulla molecola e misuro il suo assorbimento, poi cambio lunghezza d’onda e ripeto lo stesso procedimento… fino ad usare tutte le lunghezze d’onda possibili. Se metto su un grafico gli assorbimenti ottenuti in corrispondenza delle rispettive lunghezze d’onda, ottengo quello che viene chiamato spettro di assorbimento:

 

Esempio di uno spettro di assorbimento UV/visibile

Come si vede nell’esempio, lo spettro delle sostanze riportate interessa sia le lunghezze d’onda maggiori, che quelle minori, seppur in misura variabile. Vuol dire che me due molecole assorbono un pò ovunque, ma in particolar modo a determinati valori, indicati dai due picchi più alti. I due spettri sono diversi tra loro ed ognuno identifica una delle due molecole. Se conosco a priori lo spettro posso effettuare un’analisi qualitativa quando mi trovo – senza saperlo – una delle due molecole in un campione.

In pochissime parole e in via decisamente semplice, ecco mostrata la base per questa sezione della chimica analitica. Di complicato non c’è niente, perché a questi livelli non si chiede necessariamente di conoscere i meccanismi di eccitazione molecolare, i decadimenti e quant’altro, ma semplicemente la logica. Con la stessa identica semplicità è possibile spiegare anche la matematica: il problema però è che nessuno vuole impegnarsi in questo lavoro con serietà.

L’esempio sul quale mi sono concentrato sfocia più nel campo della fisica che della chimica, va bene, ma il discorso è sempre quello: se pretendiamo di scalare la montagna partendo da metà altezza, il compito sarà sempre più difficile che iniziare la scalata dalla base.

Come dico sempre: se altri ci sono arrivati, perché io no?

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