L'ORIGINE DELLA GOMMA

Come faremmo a guidare un'automobile se non ci fossero le gomme a sostenerla? Come potrebbe un aereo atterrare se non ci fossero le gomme? Come potremmo usufruire di oggetti banali ma utili come gli elastici se non ci fosse la gomma?
Le sopracitate domande ci fanno capire che la gomma (non quella da masticare, ovvero la chewing-gum!) riveste un ruolo importantissimo nella nostra vita quotidiana.
Incominciamo dunque la nostra trattazione sulla gomma partendo da interessanti informazioni storiche provenienti dallo splendido libro I bottoni di Napoleone di Penny Le Couteur e Jay Burreson:

"Una qualche forma di gomma era nota da moltissimo tempo nella maggior parte dell'America centrale e meridionale. Il primo uso della gomma, a fini sia decorativi sia pratici, è spesso attribuito a tribù indie del bacino amazzonico. Palle di gomma, trovate in un sito archeologico nei pressi di Veracruz, in Messico, risalgono al periodo compreso fra il 1600 e il 1200 a.C. Nel suo secondo viaggio in America, nel 1495, Cristoforo Colombo vide indigeni sull'isola di Hispaniola giocare con palle pesanti, prodotte con una gomma vegetale, che facevano rimbalzi sorprendentemente alti. Colombo le giudicò migliori di quelle riempite d'aria in Spagna, riferendosi presumibilmente a vesciche di animali gonfiate, usate dagli spagnoli in giochi con la palla....Un francese, di nome Charles-Marie de la Condamine - variamente caratterizzato come matematico, geografo e astronomo, oltre che viveur e avventuriero -, fu inviato dall'Accademia francese delle scienze a misurare un meridiano in Perù, per stabilire se la Terra fosse o no effettivamente appiattita ai poli. Dopo avere completato il suo lavoro per l'Accademia, La Condamine colse l'opportunità di esplorare le foreste sudamericane, tornando a Parigi nel 1735 con varie palle fatte della gomma coagulata dell'albero del caucciù, l'albero che piange. Egli aveva osservato gli indios Omegus dell'Ecuador raccogliere il viscoso latice bianco del caucciù e poi riscaldarlo su un fuoco fumoso e modellarlo in una varietà di forme per farne contenitori, palle, cappelli e scarpe." 

Da queste prime informazioni possiamo subito riscontrare una caratteristica fondamentale della gomma: l'elasticità.
L'elasticità è la capacità di un materiale di cambiare forma, se sottoposto a un qualche tipo di forza, e di ritornare alla forma originaria al venir meno della causa scatenante.
L'elastico, ad esempio, lo possiamo allungare sfruttando le nostre dita, ma quando non imprimiamo più alcuna forza, esso ritornerà allo stato di partenza.
Il fatto di essere elastica rendeva la gomma, come abbiamo visto, ideale per progettare palle da gioco, che in tal modo potevano compiere rimbalzi elevati.
Ricordiamo infatti che, in fisica, esistono 2 tipologie principali di urto, quello elastico e quello anelastico: nel primo si conserva l'energia cinetica, mentre nel secondo no.
Quando una palla di gomma finisce a terra, l'urto è elastico; quindi l'energia cinetica si conserva e il pallone può sollevarsi dal terreno e continuare a rimbalzare.
I Maya e gli Aztechi praticavano una tipologia particolare di gioco con un pallone di gomma: il tlachtli.
Esso era una via di mezzo fra il calcio e il basket moderni: ai contendenti non era concesso di toccare la palla con le mani, ma solamente con anche, ginocchia e gomiti.
Per vincere la partita dovevano fare "canestro" in un buco scavato in una grande pietra fissata ad una parete.
Riuscire a far centro nella pietra era così complicato che il vincitore della partita (colui che riusciva a segnare) veniva considerato alla stregua di una semi-divinità e riceveva in consegna prigionieri di guerra per effettuare sacrifici umani! 

Ora andiamo a scoprire la chimica alla base della gomma.
Iniziamo dicendo che la gomma naturale (o caucciù) è un polimero della molecola isoprene (C₅H₈).
Cosa sono i polimeri?
I polimeri sono grandi molecole organiche, aventi elavata massa molecolare, ottenute combinando fra loro molecole più piccole, dette monomeri, che ne vanno a costituire le unità fondamentali.
I polimeri si possono suddividere in 2 categorie:

1) omopolimeri: sono costituiti da monomeri tutti uguali;
2) copolimeri: i monomeri sono di 2 tipi diversi.

A loro volta, i copolimeri possono essere:

1) regolari: i 2 monomeri differenti si alternano regolarmente nella sequenza;
2) irregolari: i 2 monomeri si susseguono in maniera casuale.

Gli indigeni, come abbiamo riscontrato in precedenza, ricavarono la gomma incidendo la corteccia di una pianta, chiamata haevea brasiliensis, che ne rilascia una sospensione acquosa biancastra, il lattice, il quale, coagulando, acquista rilevanti proprietà elastiche.
Nel 1800, attraverso la distillazione del lattice, si ottenne l'isoprene.
L'isoprene, avente solo 5 atomi di carbonio, rappresenta il più piccolo monomero tra tutti quelli che costituiscono un qualsiasi polimero naturale.
Ciò fa della gomma il polimero naturale più semplice in assoluto!
La formula di struttura della molecola di isoprene, detto anche 2-metil-1,3-butadiene, è:

I primi esperimenti chimici sulla struttura della gomma furono compiuti da Michael Faraday (per maggiori informazioni su questo grande scienziato inglese vi rimando all'articolo "Faraday e l'elettrolisi").
Egli, nel 1826, comprese che la formula chimica della gomma dovesse essere un multiplo di C₅H₈.
Ma Faraday non fu l'unico ad interessarsi alla gomma.
Nel 1823 il chimico Charles Macintosh utilizzò nafta alla stregua di un solvente per trasformare la gomma in un rivestimento flessibile per tessuti.
I soprabiti impermeabili confezionati con tessuti ottenuti mediante il suddetto processo divennero noti come macintosh.
Addirittura, ancora oggi in Gran Bretagna gli impermeabili vengono chiamati così, oppure semplicemente con il diminutivo mac.
La scoperta di Macintosh diede la spinta a sfruttare la gomma pure per quanto concerne motori, tubi flessibili, stivali, ecc.
Un utilizzo più semplice della gomma era già stato rinvenuto nel 1770 dal chimico Joseph Priestley, il quale si era accorto che un pezzetto di caucciù poteva cancellare lettere e segni tracciati con una matita in modo più efficace rispetto alla mollica di pane inumidita, in uso a quel tempo.
Gli conferì allora l'appellativo rubber ("gomma per cancellare", da to rub che significa "sfregare", "strofinare").
Poi, nel 1860, Charles Greville Williams, riscaldando l'isoprene, ottenne una sostanza con proprietà molto simili a quelle della gomma naturale.
Ci si accorse quindi che, chimicamente, la gomma non è altro che un poli-isoprene.
Di tale polimero esistono 2 stereoisomeri:

1) forma cis-
2) forma trans-

Prima di osservare un po' più nel dettaglio queste forme, spieghiamo cosa sono gli stereoisomeri.
Innanzitutto, gli isomeri sono 2 o più composti diversi, aventi la stessa formula bruta ma differente formula di struttura.
Si dicono stereoisomeri quei particolari isomeri nei quali gli atomi componenti sono legati fra loro nello stesso modo, ma differiscono per la loro disposizione spaziale.
Sussistono 2 tipologie di stereoisomeria:

1) isomeria geometrica (isomeria cis-trans) o configurazionale;
2) isomeria ottica o enantiomeria.

Quella che ci interessa in tal sede è l'isomeria geometrica.
Essa si riscontra quando nella molecola sussistono impedimenti alla libera rotazione di gruppi atomici in essa presenti.
Esempi di essa si riscontrano sia in molecole contenenti doppi legami C = C, sia in quelle aventi struttura ciclica.
Giacché esistono molecole reali aventi proprietà fisico-chimiche diverse, che però rispondono entrambe alla medesima formula di struttura, la loro configurazione spaziale deve essere necessariamente diversa: essi costituiscono perciò una coppia di isomeri geometrici:

• cis-: in cui i 2 atomi considerati risultano posti dalla stessa parte rispetto al piano ideale in cui è collocato il doppio legame;
• trans-: in cui i 2 atomi risultano situati da parti opposte rispetto allo stesso piano.  

Nel caso dell'isoprene, gli atomi coinvolti sono quelli di idrogeno (H).
Nella configurazione cis- si trovano sul medesimo piano, cioè si possono collegare attraverso una retta orizzontale, mentre in quella trans-, si trovano in parti opposte, ovvero si possono collegare attraverso una linea diagonale.
Abbiamo detto prima che, pur essendo questa differenza tra cis- e trans- quasi insignificante dal punto di vista strutturale, essa comporta una notevole differenza sul piano delle caratteristiche fisico-chimiche.
La forma cis- del poli-isoprene (in cui i gruppi metilici (CH₃) si trovano dalla stessa parte rispetto al piano determinato dai doppi legami) è la gomma naturale o caucciù, di cui abbiamo constatato l'elevata elasticità.
La cosa sorprendente è che la forma trans-, ossia la guttaperca e la balata, risulta, al contrario, dura e poco elastica.
La guttaperca, costituita per l'80% dal polimero trans dell'isoprene, si ricava dal latice di vari membri della famiglia delle sapotacee, e in particolare dall'albero del Palaquium, originario della penisola malese.
La balata, composta dal lattice simile della Mimusops globosa, nativa del Panama e delle parti settentrionali del Sudamerica, contiene l'identico polimero trans.
Le particolari proprietà della guttaperca e della balata sono di fondamentale importanza nel mondo del golf.
La palla da golf originaria era di legno (olmo o faggio).
Agli inizi del Settecento, tuttavia, gli scozzesi avevano realizzato la feathery, una palla di pelle, ricoperta di piume d'oca, in grado sì di percorrere una distanza doppia rispetto a una di legno, ma molto fragile e 10 volte più costosa di una di legno.
Sicché, nel 1848, fu introdotta la gutty.
Costituita da guttaperca bollita in acqua, plasmata a mano (o in uno stampo di metallo) in forma di una sfera e poi fatta indurire, essa divenne rapidamente popolare.
Invece, nelle moderne palle da golf vengono utilizzati numerosi materiali, tra cui molto spesso compare anche la gomma nella sua conformazione trans (soprattutto la balata).  
Adesso un'ultima curiosità inerente alla gomma.
Nel 1839, l'inventore americano Charles Goodyear trovò un modo singolare di usare lo zolfo.
Stava cercando un metodo per ottimizzare le proprietà della gomma naturale, la quale tende a diventare molla e appiccicosa in presenza di elevate temperature, rigida e friabile al freddo.
Tale problema stava così ossessionando Goodyear che più di una volta finì in prigione, in quanto non era in grado di restituire ai suoi creditori il denaro che aveva chiesto in prestito per continuare le sue ricerche.

Un giorno accadde qualcosa di incredibile!

Goodyear stava cercando di miscelare la gomma con lo zolfo per vedere quale sarebbe stato il risultato.
Ad un certo punto, egli rovesciò un po' della mistura su una stufa calda: era nata la cosiddetta gomma vulcanizzata, che prende il nome da Vulcano, dio romano del fuoco.
Ergo, si scoprì che gli atomi di zolfo determinano dei legami con le lunghe catene molecolari caratterizzanti la gomma, rendendola meno sensibile agli sbalzi di temperatura.
Le nostre moderne automobili viaggiano proprio su pneumatici costituiti da gomma vulcanizzata!
In conclusione, un bel video concernente l'isoprene e la gomma: