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Perché studiare chimica a Catania?

Se vivi nel capoluogo etneo, probabilmente fin da piccolissimo ti sei interrogato – esterrefatto - circa molti fenomeni chimici e fisici legati all’attività eruttiva dell’Etna.

Come funziona il più noto vulcano siciliano? E, soprattutto: che insegnamenti chimici se ne possono trarre?

Eh già, perché la Geologia e la Vulcanologia, evidentemente, si sono edificate anche su fondamenta del sapere prettamente chimico-fisiche.

Il Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Catania è sede dei corsi di laurea triennale in Chimica e Chimica Industriale.

Inoltre, vi si tengono i corsi per il conseguimento della laurea magistrale in Scienze Chimiche.

Tra gli altri corsi di chimica a Catania, ormai in via di esaurimento, abbiamo poi le lauree in Chimica Biomolecolare, Chimica dei materiali, Chimica organica e biorganica, oggi inglobate nei nuovi percorsi in linea con le tendenze europee ed internazionali. 

Una paura della chimica a Catania e nel resto d’Italia

La chimica a scuola incute da sempre timore o è reputata materia assai tediosa, in Italia.

Probabilmente, quest’immaginario pessimo che perseguita la disciplina affascinantissima che può svelarci chi siamo e come funziona l’universo, si deve a decenni di un insegnamento frontale, sterile, poco agganciato alla pratica della materia.

Una didattica priva di pedagogia consapevole, che scorpora lo studio e il sapere dall’essere e dalla consapevolezza del proprio senso nel mondo è la spiegazione, l’origine di una tale situazione.

Ad essa di deve anche la carenza di iscritti in discipline fisico-chimiche in Italia e, in particolare, in Chimica a Catania.

Il ramo delle scienze esatte è tacciato di eccessiva difficoltà, di astrattezza e resta appannaggio di poche menti brillanti, peraltro propense alla fuga verso l’estero.

Relazione tra l’Etna e la chimica a Catania?

La chimica è una materia che può raccontarci la storia dell’uomo, delle specie vegetali, della terra e dell’universo, proprio come la storia ci racconta le gesta dei popoli che furono, coi loro regni e le conquiste successive.

La chimica pervade, poi, ogni disciplina scientifica: dalla fisica alla paleo-antropologia che, come svela il nome, è una disciplina cerniera tra il ramo umanistico e quello delle cosiddette scienze “dure”.

Come potrebbe un vulcanologo sconoscere la chimica? Come può un vulcano agire senza reazioni chimiche?

Ecco un caso in cui questa materia appare protagonista indiscussa, del funzionamento e della spiegazione.

E proprio i due concetti di funzionamento e spiegazione vanno interpretati in modo intensivo, coeso, se si vuole superare l’aporia della scissione tra chimica e vita.

Tecnicamente, il vulcano è una frattura della crosta terrestre, che lascia fuoriuscire il magma, sotto forma di lava.

Il magma consiste in roccia fusa, fatta prevalentemente di silicati e gas, la cui temperatura si aggira attorno ai mille gradi.

Nel corso di un’eruzione vulcanica il magma fuoriesce sotto diverse forme:

• ceneri, sorta di magma volatile le cui particelle hanno calibro inferiore ai due millimetri;
• lapilli, frammenti di roccia vera e propria compresi tra i due ed i sessantaquattro millimetri;
• bombe, blocchi di magma solido superiori ai 64 millimetri e che possono arrivare a pesare una tonnellata.

Chimicamente parlando, poi, possiamo aggiungere che, oltre ai prodotti liquidi e solidi, un vulcano emette prodotti gassosi, carichi di vapore acqueo, anidride carbonica, ossido di carbonio, acido citrico, anidride solforosa, acido solforico, acido borico, metano ed ammoniaca.

Analisi chimica del contenuto vulcanico

Il magma, o roccia fusa ad alta temperatura, non è di un unico tipo, come ci svela appunto la chimica.

E i vulcani, del resto, come le attività vulcaniche, si differenziano in base al magma.

• Il magma basico contiene meno del 50 per cento di silicati e dà origine a lava fluida, che scorre velocemente.
• Il magma acido contiene oltre il 60 per cento dei silicati e determina una lava viscosa, che ha una scorrevolezza inferiore.
• Il magma neutro contiene tra il 50 ed il 60 per cento di silicati e dunque dà luogo a lava dalle caratteristiche intermedie, in termini di fluidità.

Dalla chimica del magma dipende anche il tipo di attività vulcanica, insieme alla forma del vulcano (nella fattispecie: il tipo di frattura della crosta, che sarà centrale o lineare). In base al tipo di magma, l’attività potrà essere effusiva o esplosiva.

Il magma basico scorre lentamente, determinando un minor numero di fenomeni violenti ed improvvisi! Si parla di attività effusiva, per l’appunto.

L’attività esplosiva, invece, dovuta a magma acido e caratterizzata dalla fuoriuscita di lava viscosa, si lega al fatto che quest’ultima, solidificandosi già all’imboccatura del vulcano, costituisce una sorta di tappo. Al di sotto, la presenza costante di magma carico di gas che esercita pressione, determina l’improvviso scoperchiamento. A questo segue la fuori uscita, o il lancio, di lava in forma di bombe e materiali solidi di varie dimensioni. Si è in presenza di una esplosione, per l’appunto.

Il fenomeno della nube ardente (Pompei, 79 a. C.) si deve proprio a magmi estremamente gassosi.

Le eruzioni si dividono, poi, anche in pliniane e subpliniane (in base al carico energetico più o meno forte che vi si associa). Quella del Vesuvio descritta da Plinio il giovane fu particolarmente “carica di energia”.

Le eruzioni, naturalmente, possono essere di tipo misto, ossia caratterizzate da fenomeni effusivi ed esplosivi al contempo. Ed anche questo ha una sua spiegazione chimica.

Cosa sono i silicati?

Se il “comportamento” vulcanico dipende dalla quantità di silicati che compongono il suo magma, diventa interessante scoprire cosa indichi questo termine.

La chimica definisce “silicati” gruppi di minerali dotati di gruppo tetraedrico (SiO₄)^4-

I silicati sono presenti in rocce magmatiche, metamorfiche e sedimentarie, ossia nel 90 per cento circa della materia che compone la crosta terrestre.

Il termine è stato creato dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius, che lo utilizzò per riferirsi alle rocce più diffuse sulla terra, ossia quelle i cui minerali contengono prevalentemente ossigeno e silicio. In effetti, nei silicati è presente uno ione di silicio, al centro della formula, mentre l’esponente negativo della formula (SiO₄)^4- indica l’eccesso di carica negativa di ogni tetraedro, dovuto al fatto che il numero di ossidazione del silicio è +4, mentre quello dell’ossigeno -2.

Ogni singolo legame tra ossigeno e silicio ha una forza pari alla metà dell’energia totale del legame disponibile nello ione di ossigeno. Di conseguenza, ognuno di questi può legarsi ad un altro ione di silicio entrando in un altro tetraedro, sicché i tetraedri si collegano gli uni agli altri tramite condivisione degli ossigeni (o ossigeni ponte).

Affascinante, no?

E se cercassi di saperne di più seguendo qualche lezione di chimica a Catania?