Chimica: le scoperte che hanno cambiato il mondo

La chimica grazie all’impegno incessante degli alchimisti prima e dei chimici dopo ha consentito il progresso della civiltà e la storia della chimica si sovrappone all’evoluzione dell’uomo.

Anche se la chimica è una disciplina trascurata, spesso non apprezzata e immaginata come un insieme di formule sterili, questa disciplina dalle antiche tradizioni, ha contribuito in modo sostanziale, grazie all’oscuro lavoro di tanti ricercatori, che spesso sono state vittime di gravi incidenti in laboratorio, al progresso dell’umanità.

Tra le infinite scoperte nell’ambito della chimica che nel corso dei secoli che hanno rivoluzionato il mondo ve ne sono alcune molto significative.

Penicillina

La penicillina è stato il primo antibiotico scoperto e ha segnato una svolta epocale nella storia della chimica facendo diminuire il modo drastico il tasso di mortalità dovuto a malattie infettive. Queste infatti costituivano una delle principali cause di morte. Malattie quali setticemia, polmonite, dissenteria e tubercolosi costituivano infatti un vero incubo per le popolazioni e per i soldati coinvolti nelle guerre che temevano più queste patologie che il nemico armato.

Il merito della scoperta della penicillina è attribuito a Alexander Fleming che nel 1928 che, nel suo laboratorio di St. Martin, a Londra, mentre verificava lo stato di una coltura di batteri, vi trovò una copertura di muffa che aveva impedito la crescita dei batteri circostanti. La scoperta fu casuale e poteva passare inosservata e solo l’acume dello scienziato consentì di comprendere l’importanza di questo fenomeno.

Nonostante i suoi sforzi, Fleming non riuscì a estrarre penicillina utilizzabile. Fleming si arrese e la storia della penicillina prese una pausa di 10 anni. Fu solo nel 1939 che l’australiano Howard Walter Florey e il suo team di chimici trovarono un modo per purificare la penicillina in quantità utilizzabili.

Nel 1941 che invalse l’uso della penicillina per curare le infezioni batteriche. Fu prodotta industrialmente nel 1943 e durante la seconda guerra mondiale  salvò le vita di tante persone ferite .

Processo di Haber-Bosch

Il processo di Haber-Bosch, considerato uno dei più importanti progressi tecnologici  della chimica del XX secolo, fu sviluppato nei primi anni del 1900 da Fritz Haber e in seguito è stato modificato al fine di  diventare un processo industriale per produrre fertilizzanti da Carl Bosch. In tale processo si realizza la sintesi dell’ammoniaca a partire da azoto e idrogeno in presenza di un catalizzatore a base di ferro secondo la reazione di sintesi:

N₂ + 3 H₂ ⇄ 2 NH₃

La sintesi dell’ammoniaca su scala industriale partendo da azoto e idrogeno era considerata infattibile in quanto essa è esotermica per cui, da un punto di vista puramente termodinamico, la reazione procede verso destra in modo significativo a temperature relativamente basse e alle alte pressioni. Dal punto di vista cinetico, invece, l’aumento di temperatura rende la reazione veloce, mentre alle basse temperature la velocità è praticamente nulla.

Haber si trovò quindi di fronte a un grosso problema dal momento che gli aspetti termodinamici e cinetici si trovavano ad essere competitivi. Dopo numerosissimi tentativi Haber riuscì a trovare le condizioni che potessero realizzare un compromesso tra l’aspetto termodinamico e quello cinetico. Le migliori condizioni operative erano una temperatura di circa 300°C e una pressione di 200 atm.

Molti considerano il processo Haber-Bosch responsabile dell’attuale esplosione demografica in quanto, grazie ad esso, le colture sono diventate più produttive. Si è avuto pertanto un conseguente aumento della produzione di cereali.

Tale processo consentì di ottenere, nel periodo della Grande guerra, esplosivi usati nelle munizioni in quanto dall’ossidazione dell’ammoniaca. Tramite il processo Ostwald infatti si produce l’acido nitrico che veniva poi utilizzato per dare origine a vari nitrocomposti.

Polietilene

Il polietilene che, a seconda del metodo di polimerizzazione utilizzato dà luogo alla formazione di polimeri che hanno diverso peso molecolare e diverso grado di ramificazione con conseguenti proprietà differenti, è la materia plastica per eccellenza. La scoperta casuale del polietilene avvenne due volte.

Nel 1898 Hans von Pechmann mentre stava riscaldando il diazometano che aveva lui stesso sintetizzato nel 1894 ottenne una sostanza bianca di consistenza cerosa. Questa sostanza ignota denominata polietilene era costituita da lunghe catene di -CH₂– .

Fu solo alla metà degli anni ’30 del XX secolo che in Inghilterra Eric Fawcett e Reginald Gibson nell’ambito dei loro studi di chimica stavano trattando una miscela di benzaldeide e etilene ad elevate pressioni quando, per una causa che non riuscirono ad identificare, si ottenne la stessa sostanza che era stata sintetizzata da Hans von Pechmann.

Solo dopo due anni Michael Perrin comprese che la causa accidentale era  costituita da una infiltrazione di ossigeno riuscendo così a determinare come potesse essere ottenuto il polimero. Fu solo negli anni ’50 che Ziegler riuscì a trovare un catalizzatore che consentisse di operare in condizioni più blande.

Per le sue proprietà isolanti, resistenza all’urto e all’abrasione, elevata resistenza agli agenti chimici e atossicità, il polietilene trova utilizzo nei campi più svariati. Tra queste vi è  la realizzazione dei cosiddetti sacchetti di plastica.

Pillola contraccettiva

La pillola contraccettiva è un farmaco contraccettivo ormonale reversibile con la più alta percentuale di efficacia. Essa costituisce  un sistema tuttora largamente utilizzato per evitare gravidanze indesiderate. Negli anni ’30 dello scorso secolo i chimici indirizzarono i loro studi agli steroidi che includono gli ormoni sessuali e gli ormoni corticali delle ghiandole surrenali.

Il progesterone è l’ormone sessuale più importante dato che poteva essere usato nei disturbi mestruali e in alcuni tipi di aborti spontanei. Tuttavia  il suo costo elevatissimo ne limitava l’uso.

Il costo del progesterone e di altri importanti steroidi diminuì drasticamente negli anni ’40 con la creazione della cosiddetta industria degli steroidi messicana. Secondo Carl Djerassi che fu il padre della pillola contraccettiva il chimico che rivoluzionò lo studio sugli ormoni fu Russell Marker vero talento della chimica organica.

Egli scoprì in Messico che l’igname selvatico, Dioscorea villosa, noto anche col nome di Wild Yam contiene un fitocomplesso ricco di diosgenina. Quest’ultima è una saponina steroidea che si comporta come precursore del progesterone umano. Essa  aiuta a normalizzare il rapporto estrogeno-progesterone, quando esso è alterato o insufficiente.

Marker scoprì un processo noto come degradazione di Marker. Questo processo portò all’ottenimento del progesterone a basso costo e nel 1951 fu finalmente pronto il primo contraccettivo orale.

Display a cristalli liquidi

L’LCD (Liquid Crystal Display) ha la sua origine dall’esigenza da parte del Ministero della Difesa britannico di sostituire i vecchi schermi con tubi a raggi catodici presenti nei suoi veicoli militari con schermi più leggeri e meno costosi.

Era già noto che erano possibili display a cristalli liquidi ma il problema era che funzionavano solo a temperature molto elevate.

Nel 1970 incaricato il chimico George William Gray per cercare una soluzione. Nel 1973 riuscì’ a trovare una molecola nota come 5CB ovvero la 4-ciano-4’-pentilbifenile. Essa  presentava una fase nematica stabile a temperatura ambiente.

Verso la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80, il 90% dei dispositivi LCD nel mondo conteneva questa molecola. Successivamente i suoi derivati sono stati utilizzati per gli schermi di smartphone, computer e televisori. Anche in questo caso la chimica aveva raggiunto il suo obiettivo