IL NUCLEO: LA SFILATA DELLE SUE ACCEZIONI SCIENTIFICHE

Il termine "nucleo", dal latino nucleus, indica generalmente la parte centrale di qualcosa, che sia un oggetto, un argomento, un problema e così via.
Infatti, per esempio, il verbo "enucleare", che deriva proprio da nucleo, significa mettere in rilievo la parte essenziale (il nucleo, appunto) di un argomento, di un problema, ecc.
Il termine nucleo, però, assume una connotazione ancor più importante nel campo della scienza.
Addentriamoci allora nelle principali accezioni di nucleo che riscontriamo nel mondo della fisica, della chimica, della geologia, dell'astronomia e della biologia.

1) NUCLEO ATOMICO

In principio era l'atomo (deriva dall'aggettivo greco á-tomos, ossia "non divisibile", "privo di parti" (dalla radice tom- di témno, "taglio", preceduta dall'álpha privativo)), l'elemento indivisibile, mattone fondamentale della materia, postulato per la prima volta da Leucippo di Mileto e Democrito di Abdera.
Per quest'ultimo, gli atomi sono identici fra loro dal punto di vista qualitativo (sono fatti della medesima materia) ma differiscono per quanto riguarda gli aspetti quantitativi (forma, dimensione, posizione).
Aggregandosi e disgregandosi essi determinano la nascita e la morte di tutte le cose e dalla posizione e dall'ordine che assumono nell'aggregato dipendono la mutevolezza e la diversità dei fenomeni osservabili.
Prima del concetto di atomo, tuttavia, diversi filosofi hanno introdotto alcuni principi originari (in greco arché) alla base della natura.
Il primo di essi fu Talete di Mileto (che ricordiamo anche in geometria per il noto Teorema di Talete).
Egli identificava come principio primordiale l'acqua, basandosi sulle osservazioni e sul buon senso che mostravano come ogni cosa vivente sia intrisa di questa sostanza, che evapora nel momento in cui sopraggiunge la morte.
Talete, probabilmente, fa riferimento anche al ruolo che l'acqua ha nella nascita dei bambini: infatti, il neonato, viene alla luce "rompendo le acque" che lo hanno custodito per 9 mesi.
La visione dell'universo di Talete doveva essere pressapoco così: all'inizio esisteva il grande Oceano, da cui è nata la vita; poi si sono originati la terra e i corpi celesti.
Tutto l'universo, alla stregua di una grande nave, fluttua sulle acque del mare.
L'acqua rappresenta pertanto il principio fondamentale, l'arché, di tutte le cose.
Ed infine, tutte le cose vi faranno ritorno quando periranno, tornando a confondersi con l'Oceano indistinto e indefinito.
Un altro filosofo, sempre di Mileto, Anassimandro, invece, individuava l'arché in una sostanza indeterminata e indefinita: l'ápeiron, che vuol dire appunto "senza confini", "sconfinato".
Anassimandro sosteneva che da tale sostanza originaria derivassero tutte le cose secondo un processo di separazione e differenziazione governato da una legge necessaria, denominata Dike (la Giustizia).
Tale separazione, nonostante sia, a detta del filosofo, la base della vita, è allo stesso tempo fonte di infelicità, poiché gli individui provano nostalgia per il "tutto originario" da cui derivano.
La separazione, infatti, rappresenta la causa della molteplicità e della differenza tra gli esseri, del loro contrasto e delle guerre.
Per sconfiggere questo male (il male della differenza che è all'origine della nascita) ogni essere vivente (non solo gli uomini) devono perire e ritornare così all'unità perduta.
Sempre di Mileto, Anassimene, identificava il principio originario con l'aria o "respiro", paragonando la vita dell'universo alla vita dell'uomo:

"Come l'anima nostra, che è aria, ci sostiene, così il soffio e l'aria circondano il mondo intero".

Dunque, secondo questa visione filosofica, tutte le cose (gli esseri viventi e persino le divinità) si generano per condensazione o rarefazione dell'aria.
Infatti, quando l'aria viene a rarefarsi diviene fuoco; quando si condensa diventa progressivamente vento, nuvola, acqua, terra, e anche pietra dura.
Nel mezzo di queste concezioni filosofiche sui principi originari della natura, si inserisce la figura emblematica di Pitagora di Samo (famosissimo per il Teorema riguardo i triangoli rettangoli che prende il suo nome).
Pitagora e i suoi discepoli, i pitagorici (che costituivano una sorta di setta segreta, dove erano ammesse anche le donne, nella quale si venerava Pitagora come una divinità) ritenevano che la vera sostanza delle cose non risiedesse nell'acqua, nell'aria o in qualsiasi altro elemento fisico come avevano congetturato i filosofi sopracitati, bensì nel numero.
Riporto la magnifica descrizione presente nel libro "La musica di Pitagora" di Kitty Ferguson a riguardo dell'importanza del concetto di numero in Pitagora e della sua strettissima relazione con la musica:

"La scoperta pitagorica che "tutte le cose che si conoscono hanno numero", poiché "senza il numero non sarebbe possibile pensare né conoscere alcunché", fu fatta in musica. È ben stabilito, come poche cose di Pitagora lo sono, che la prima legge matematica che sia mai stata formulata matematicamente fu la relazione fra l'altezza dei suoni e la lunghezza di una corda d'arpa vibrante, e che essa fu espressa dai primissimi pitagorici. Antichi studiosi, come il discepolo di Platone Senocrate, pensavano che la scoperta fosse stata fatta dallo stesso Pitagora. Al tempo di Pitagora, i musicisti accordavano da secoli strumenti a corde. Quasi tutti erano consapevoli che a volte una lira o un'arpa producevano suoni gradevoli e altre volte no. Quelli abili sapevano come produrre e accordare uno strumento così che il risultato fosse gradevole....Che cosa significa "gradevoli"? Quando gli antichi greci pensavano all'armonia, la pensavano allo stesso modo in cui l'avrebbero pensata i posteriori musicisti e amanti della musica? Le corde delle lire...non venivano pizzicate come in una chitarra moderna o suonate con un archetto come un violino. Più difficile è dire se le note venissero suonate insieme nello stesso tempo, ma gli storici di musica pensano di no. Erano le combinazioni di intervalli in melodie e scale - come suonavano le note quando si susseguivano l'una all'altra - a essere gradevoli o sgradevoli. Chiunque abbia però suonato uno strumento in cui le corde sono pizzicate, o colpite con un martelletto, sa che una corda continua a suonare a meno che non venga premuta. Anche se le corde di una lira non erano state suonate insieme in un accordo, si udiva nello stesso tempo più di un tono, e spesso vari toni, tanto più se c'era anche un'eco. Anche quando le note sono suonate in successione e poi smorzate, l'orecchio e il cervello umano hanno una memoria tonale che fa loro riconoscere armonia o dissonanza. In verità gli antichi greci, compreso lo stesso Pitagora, udivano l'armonia in entrambi i modi, fra toni suonati nello stesso tempo e toni suonati in successione. Lo strumento suonato da Pitagora era probabilmente la lira a 7 corde. La suonava con 4 delle 7 corde a intervalli fissi. Non c'era scelta su come dovessero essere quegli intervalli. I suoni più bassi e più alti delle corde a intervalli fissi erano accordati in modo che fossero separati da un'ottava. La corda di mezzo sulla lira (la quarta delle sette corde) era accordata in modo che suonasse una quarta sopra la corda più bassa, e quella successiva era accordata in modo che suonasse una quinta sopra la corda più bassa. Gli intervalli dell'ottava, della quarta e della quinta furono considerati concordanti e armonici. Sulla lira a 7 corde il musicista greco poteva regolare le altre 3 corde (la seconda, la terza e la sesta), a seconda del tipo di scala desiderata. Premendo una corda esattamente a metà fra i 2 estremi si produce un tono più alto di un'ottava rispetto a quello prodotto dalla corda libera, non premuta. Il rapporto fra queste 2 lunghezze della corda è di 2:1 e produce sempre un'ottava. L'ottava non è però una cosa che il musicista possa creare premendo la corda. Pizzicando una corda libera non premuta, la si fa vibrare nella sua interezza, cosicché essa suona la "nota fondamentale", ma varie parti della corda stanno anche vibrando indipendentemente producendo suoni "armonici". Anche senza che la corda venga premuta nel punto di mezzo per suonare un'ottava, questa è presente nel suono della corda libera. Premendo la corda si liberano toni provenienti dall'ottava, dalla quinta, dalla quarta e così via - a seconda di dove si preme - che erano stati sempre presenti nella nota fondamentale, ma più difficili da udire. La tradizione attribuisce a Pitagora l'invenzione del kanon, uno strumento con una sola corda, e il suo uso per fare esperimenti sul suono. Pitagora avrebbe trovato che le note che erano in armonia con la nota fondamentale erano quelle prodotte dividendo la corda in parti uguali. Dividendola in 2 parti uguali si produceva una nota più alta di un'ottava rispetto alla corda non premuta. Se si premeva in modo da dividerla in 3 parti uguali, la corda suonava una nota di una quinta sopra l'ottava; se la si divideva in 4 parti uguali suonava una quarta sopra l'ottava....Quando Pitagora e i suoi discepoli videro che certi rapporti di lunghezza di corde producevano sempre l'ottava, la quinta e la quarta, balenò nella loro mente l'idea che dietro la bellezza che essi udivano nella musica doveva esserci una regolarità nascosta....Regolarità aritmetiche e geometriche simili dovevano celarsi dietro tutta la quotidiana confusione e complessità della natura. Nell'universo c'era ordine, e quest'ordine era fatto di numeri."

Ad illustrare tali concetti in maniera divertente e simpatica ci pensa anche la Disney con l'eccezionale episodio animato "Paperino nel mondo della matemagica":



Prima di ritornare al nucleo centrale della nostra trattazione, ossia l'atomo e in particolare, il suo nucleo, dobbiamo citare altre 2 concezioni filosofiche fondamentali sui principi originari della natura.
In primis, c'è Eraclito di Efeso: della sua unica opera, probabilmente intitolata Intorno alla natura, ci restano solo frammenti.
Da essi si desume una visione dell'universo basata sull'idea che nel mondo non ci sia nulla di immobile: tutto muta incessantemente.
A detta di Eraclito, ad esempio, non è possibile bagnarsi 2 volte nello stesso fiume, dal momento che le sue acque si rinnovano costantemente.
Il tutto si può ricondurre al celebre aforisma pánta rei, cioè "tutto scorre".
L'antitesi di Eraclito è rappresentata da Parmenide di Elea, con la sua concezione dell'essere: l'essere è, e non può non essere, mentre il non essere non è, e non può essere.
Tutto ciò significa che solamente l'essere esiste e che il non essere, non solo non esiste, ma non può essere nemmeno pensato.
L'essere, poi, possiede diverse caratteristiche: esso è:

- ingenerato e imperituro: infatti, se nascesse, dovrebbe derivare da ciò che non è; ma nulla può derivare da ciò che non esiste: pertanto l'essere non può nascere;
- eterno;
- immutabile e immobile;
- finito: secondo la mentalità greca la perfezione non è data dall'infinità, bensì dal finito. Da questo punto di vista Parmenide ci fornisce ulteriori informazioni: infatti afferma che l'essere è una sfera, perfettamente omogenea e identica a se stessa in ogni parte.

Abbiamo analizzato, dunque, diverse concezioni filosofiche sulla natura delle cose, ideate dai filosofi greci.
Ebbene, in questa variegata lista di arché arriva il già citato atomo, portato alla notorietà, in particolare, da Democrito.
Con il concetto di atomo, Democrito è riuscito a conciliare le antitetiche posizioni di Parmenide ed Eraclito, ammettendo che un elemento dotato di assoluta immobilità (l'atomo) ma allo stesso tempo concependo la molteplicità e il divenire.
La teoria atomistica viene successivamente seguita e implementata da Epicuro e da Lucrezio, che nel libro I del De rerum natura presenta proprio la dottrina degli atomi.
Nel libro II, inoltre, Lucrezio riprende la trattazione del movimento e delle combinazioni degli atomi, rese possibili dal clināmen, ossia dalla deviazione o inclinazione che interviene a modificare le traiettorie verticali secondo cui gli atomi si muovono nel vuoto.
Questo concetto di atomo, che ha le sue radici nell'antichità classica, si sviluppa e diventa uno dei pilastri della scienza moderna.
Oggi sappiamo che l'atomo è un qualcosa di reale, che esistono differenti atomi (gli elementi chimici della tavola periodica) che vanno poi a costituire molecole, e queste vanno a loro volta a determinare strutture più complesse, come DNA, cellule, fino ad arrivare a pianeti, stelle, galassie e così via.
L'atomo, come noto, è formato da:

- protoni;
- neutroni;
- elettroni.

Quindi, esso è costituito da un nucleo (comprendente protoni e neutroni, tenuti assieme dal collante fornito dall'interazione nucleare forte, attraverso i gluoni), circondato dagli elettroni che orbitano nelle regioni, nuvole di spazio, chiamate orbitali.
Ma chi scoprì i costituenti del nucleo atomico?
Alla scoperta del protone giunse Eugene Goldstein nel 1886, usando un tubo a raggi catodici, con catodo forato.
Alla pressione di 0,000001 atm, oltre ai normali raggi catodici, si generavano dietro al catodo radiazioni con movimento opposto rispetto a quello dei raggi catodici, che vennero denominate raggi positivi o raggi canale.
Esse rendevano fluorescente il vetro al fondo del tubo ed erano deflesse verso il polo negativo di un secondo campo elettrico perpendicolare a quello presente nel tubo.
Tali radiazioni erano pertanto costituite da particelle di carica positiva e possedevano massa diversa a seconda del gas presente nel tubo.
La particella con massa minima venne riscontrata nel caso specifico dell'idrogeno.
Quest'ultima fu allora considerata costituente fondamentale di tutti gli atomi.
Ernest Rutherford, successivamente, la chiamò protone.
La scoperta del neutrone avvenne, invece, nel 1932, per merito di James Chadwick.
Con la scoperta del neutrone il quadro dell'atomo era stato completato.
La storia non finisce qui: abbiamo visto che l'atomo, al contrario di quanto ritenuto dagli antichi, è strutturato internamente da protoni, neutroni ed elettroni; ma poi protoni e neutroni, a loro volta, sono suddivisibili in particelle ancora più elementari: i quark.
Ed inoltre, i quark non sono le uniche particelle elementari: ne esistono di innumerevoli, come neutrini, muoni, bosoni e così via.
Dunque la concezione comune che un non addetto ai lavori ha dell' atomo, con il suo nucleo e i suoi elettroni che gli orbitano attorno, come i pianeti che girano intorno al Sole, non è sufficiente a spiegare precisamente la natura microscopica della materia.
Pertanto, possiamo affermare che in realtà il nucleo atomico, alla fine, non è l'unità fondamentale della natura, l'arché degli antichi, in quanto, oramai, la prospettiva della fisica atomica e subatomica si è allargata in maniera considerevole.
Se poi in questo quadro ci inseriamo anche la stravagante, ma non verificata Teoria delle Stringhe, allora queste ultime potrebbero concorrere al ruolo di unità fondamentali dell'Universo.

2) NOCCIOLO DI UN REATTORE NUCLEARE A FISSIONE

La parte fondamentale di un reattore a fissione nucleare è il nucleo o nocciolo.
Per una descrizione delle sue caratteristiche e delle reazioni nucleari in generale, vi rimando all'articolo Reazioni Nucleari.
Comunque, la questione delle centrali nucleari a fissione è di stretta attualità: il Giappone è stato colpito l'11 marzo 2011 da un devastante terremoto di magnitudo 9, con conseguente tsunami.
L'unione di questi 2 fenomeni estremi ha provocato migliaia di vittime e danni ingentissimi: purtroppo, però, le catastrofi naturali hanno causato gravi problemi ai reattori nucleari della centrale di Fukushima.
Come si suol dire: piove sul bagnato!
Ebbene, c'è stata la fuga di sostanze altamente radioattive e forse anche la fusione del nocciolo del reattore.
Da sottolineare il fatto che si parla di fusione del nocciolo di un reattore a fissione nucleare e non di fusione nucleare, che indica invece il processo, completamente diverso, che avviene nel nucleo delle stelle, e anche del nostro Sole.
Le centrali nucleari a fusione sono ancora in fase di sperimentazione.
Comunque, l'incidente di Fukushima è stato classificato sulla scala degli incidenti nucleari alla posizione 5 su un massimo di 7 (che corrisponde all'evento di Chernobyl), anche se la valutazione dell'evento potrebbe essere modificata a seconda di come procede la suddetta situazione.
Tale scala è denominata scala INES (International Nuclear Event Scale): ecco la pagina wikipedia dove vi sono informazioni approfondite su tale scala.

3) NUCLEO CELLULARE

Come noto, le cellule si dividono principalmente in:

- procarioti: prive di un nucleo distinto;
- eucarioti: presentano, al contrario, un nucleo.

Anzi, negli eucarioti riscontriamo il nucleo e il nucleolo:

• nucleo: organello delimitato da una doppia membrana interrotta da pori, i quali consentono sia il passaggio di ioni e macromolecole, sia l'interazione tra il nucleo e il citoplasma cellulare che lo circonda;
• nucleolo: rappresenta la parte più attiva del nucleo che, nelle preparazioni istologiche, si colora in modo evidente. In esso si trovano ingenti quantità di proteine enzimatiche e acidi nucleici necessari alla lettura e trascrizione della doppia elica: infatti, qui, a partire dal DNA, si sintetizzano i vari tipi di RNA, ossia gli acidi nucleici che mediano e promuovono la sintesi delle proteine:

- RNA messaggeri (mRNA);
- RNA ribosomiali (rRNA);
- RNA transfer (tRNA).

Nel nucleo si trova:

• tutta la storia biologica della cellula e dell'organismo a cui essa appartiene;
• l'informazione genetica che guida lo svilupppo embrionale e che stabilisce il tipo di specializzazione, la durata della vita e la capacità riproduttiva di ciascuna cellula.
  

Ogni informazione viene codificata nel DNA: come nell'alfabeto Morse la successione di punti e linee trasmette un messaggio completo ed articolato, allo stesso modo la successione delle basi azotate costituenti il DNA determina ogni caratteristica cellulare e dunque dell'intero organismo.

4) NUCLEO TERRESTRE

La Terra è suddivisa internamente in:

- Crosta;
- Mantello;
- Nucleo.

Poi, la crosta si può suddividere ancora in:

- Crosta continentale;
- Crosta oceanica.

Il mantello si può suddividere in:

- Mantello superiore;
- Mantello inferiore.

Il nucleo (costituito principalmente di ferro) si può dividere in:

- nucleo esterno (liquido): ha una temperatura che può arrivare a 3500 °C. Risulta composto principalmente di ferro, silicio e nichel;
- nucleo interno (solido): la sua temperatura può raggiungere i 5000 °C. È costituito prevalentemente da ferro e nichel.

Tutti questi strati sono separati da specifiche discontinuità:

- discontinuità di Conrad: separa la crosta continentale da quella oceanica;
- discontinuità di Mohorovičić o Moho: separa la crosta dal mantello;
- discontinuità di Dahn: separa il mantello superiore e da quello inferiore;
- discontinuità di Gutemberg: separa il mantello dal nucleo;
- discontinuità di Lehmann: separa il nucleo esterno e da quello interno.

Inoltre, il nucleo esterno liquido, con i suoi intensi moti convettivi, genera l'importante campo magnetico terrestre o magnetosfera, che ci protegge dal vento solare.
Il campo magnetico terrestre è simile a quello che sarebbe prodotto da una gigantesca barra magnetica leggermente inclinata rispetto all'asse di rotazione della Terra.

5) NUCLEO DEL SOLE

Il Sole è strutturato in questo modo:

- Corona: è considerata l'alta atmosfera solare ed è caratterizzata da una temperatura in rapida crescita, che può raggiungere i 5 milioni di gradi kelvin. Si può osservare da terra, anche ad occhio nudo, solo durante le eclisssi solari;
- Cromosfera ("sfera di colore"): è considerata la bassa atmosfera solare. È uno strato di plasma che raggiunge temperature fino a mezzo milione di gradi kelvin. La cromosfera appare rosata durante le eclissi;
- Fotosfera ("sfera della luce"): Ha uno spessore di appena 400 km e una temperatura di circa 6000. K. Rappresenta la "superficie solare" a cui ci si riferisce quando si parla di "diametro solare". Inoltre, è anche il luogo nel quale si manifestano i fenomeni solari più conosciuti e studiati, cioè le macchie e la granulazione;
- regione convettiva: si estende per 250.000 km circa. La temperatura è dell'ordine di 600.000 gradi kelvin. In questa zona l'energia si trasmette nel plasma attraverso correnti convettive ad alta velocità che "rimescolano" ininterrotamente la materia solare;
- zona radiativa: estesa fino a 450.000 km dal centro del Sole, ha uno spessore di circa 300.000 km. La temperatura è dell'ordine di 4 milioni di gradi. Qui l'energia si trasmette attraverso il plasma soltanto per radiazione, in una catena di assorbimenti e riemissioni;
- nucleo o core: ha un raggio di circa 150.000 km. In tale zona è concentrato circa il 40% dell'intera massa solare. La densità è massima (mediamente si aggira intorno a 160 g/cm³). La pressione raggiunge i 30 bilioni di kPa e la temperatura i 15 milioni di gradi kelvin! Date le estreme condizioni di temperatura e pressione, in questo luogo possono innescarsi spontaneamente le reazioni nucleari di fusione dell'idrogeno in elio.

P.S: Visto che abbiamo trattato le relazioni importanti tra musica e matematica scoperte dai pitagorici, è venuto il momento di fornire una bella carrellata di buona musica:

• Ennio Morricone - Giù la testa theme:

• Chopin - Polonaise op. 53 n.6 Heroic (Vladimir Ashkenazy):

• Pink Martini - Bolero:

• George Davison - A time for us (da Romeo & Giulietta):

• Richard Hayman - Holiday for strings:

• Louis Armstrong - When you're smiling:

• Felix Mendelssohn - Spring Song:

• Andre Rieu - The third man:
  

• Percy Faith - Yesterday:

FARADAY E L'ELETTROLISI

INTRODUZIONE:

Se immergiamo in acqua distillata 2 elettrodi (2 conduttori metallici collegati uno al polo positivo e l'altro al polo negativo di un generatore di corrente), e inseriamo nel circuito una lampadina, quest'ultima non si accende.
Ma se sciogliamo nell'acqua una piccola quantità di sale (ad esempio sale da cucina, ossia cloruro di sodio, NaCl), o di un acido (per esempio acido solforico, H2SO4), oppure di una base (ad esempio idrossido di sodio, NaOH) allora la lampadina "magicamente" si accenderà.
Perché?
Risposta: perché, come constatato da Michael Faraday, l'acqua pura è una sostanza isolante, mentre unita con le sostanze sopracitate si trasforma in un buon conduttore di elettricità.
Ricordiamo che:

- i conduttori: lasciano passare liberamente le cariche elettriche;
- gli isolanti o dielettrici: non permettono il passaggio di cariche elettriche.

Tutte le sostanze che, mescolate all'acqua, fanno sì che essa diventi un buon conduttore, vengono dette elettroliti.
Le loro soluzioni in acqua sono denominate soluzioni elettrolitiche.
Inoltre, per le soluzioni elettrolitiche vale la prima legge di Ohm (a patto che la temperatura della soluzione non diventi troppo alta):

i = ΔV/R

dove:

- i = intensità di corrente elettrica: si misura in ampere (A);
- ΔV = differenza di potenziale: si misura in volt (V);
- R = resistenza: si misura in ohm (Ω).

Ritornando alle soluzioni elettrolitiche, un cristallo di NaCl è costituito da ioni positivi Na⁺ e ioni negativi Cl^-, che si alternano in una struttura regolare.
Poiché, come stabilito dalla legge di Coulomb, la forza elettrica è inversamente proporzionale alla costante dielettrica relativa del mezzo in cui sono immerse le cariche, nell'acqua, la cui costante dielettrica relativa è εr = 80, l'attrazione tra gli ioni positivi e quelli negativi di NaCl è 80 volte più debole che nell'aria (che ha εr = 1).
A causa del moto di agitazione termica, dunque, gli ioni si staccano dal cristallo e si separano l'uno dall'altro.
Tale processo, che avviene non solo nelle soluzioni di NaCl, ma in tutte le soluzioni elettrolitiche, viene chiamato dissociazione elettrolitica.

L'ELETTROLISI:

In una soluzione elettrolitica nella quale siano immersi 2 elettrodi carichi, gli ioni positivi sono attratti dall'elettrodo negativo, detto catodo, e quelli negativi dall'elettrodo positivo, chiamato anodo.
La corrente elettrica che attraversa la soluzione è pertanto dovuta al moto di cariche di entrambi i segni.
Il movimento ordinato degli ioni disciolti, provocato dal campo elettrico sussistente esternamente agli elettrodi, è denominato elettrolisi.
Il recipiente che contiene la soluzione elettrolitica, la soluzione stessa e gli elettrodi collegati al generatore, nel loro insieme, rappresentano la cella elettrolitica (o elettrolizzatore).
Una cosa importante: il generatore della cella elettrolitica DEVE erogare corrente continua, in quanto, se la corrente fosse alternata, gli elettrodi cambierebbero continuamente polarità.
Gli ioni che giungono sugli elettrodi di una cella elettrolitica neutralizzano la loro carica:

• quelli positivi sottraggono elettroni al catodo;
• quelli negativi cedono elettroni all'anodo.

Nel caso specifico del NaCl abbiamo tale reazione di ossido-riduzione (redox):

Na⁺ + 1e^- → Na REAZIONE CATODICA (-)
Cl^- → (1/2)Cl2 + 1e^- REAZIONE ANODICA (+)

La somma delle reazioni catodica e anodica corrisponde alla trasformazione complessiva che si verifica durante l'elettrolisi:

Na⁺Cl^- → Na + (1/2)Cl2

Gli atomi neutri o le molecole risultanti da questo processo, a seconda della natura della soluzione e del materiale di cui sono fatti gli elettrodi possono:

• fuoriuscire allo stato gassoso dalla soluzione;
  
• depositarsi sugli elettrodi;
• subire reazioni chimiche.

Fra le svariate applicazioni dell'elettrolisi spicca la galvanoplastica, processo che consiste nel ricoprire uno stampo di materiale conduttore con un metallo pregiato (argento, nichel, cromo, cadmio, ecc.).
Per far depositare il metallo sulla superficie dello stampo, si usa lo stampo alla stregua di un elettrodo e un sale del metallo come elettrolito.
Sussistono 2 importanti leggi, formulate da Michael Faraday, inerenti l'elettrolisi.
Prima di spingerci nei meandri di tali leggi, andiamo a scoprire un po' meglio la figura di Michael Faraday.

MICHAEL FARADAY:

Michael Faraday nasce il 22 settembre 1791 a Newington Butts (villaggio che ora fa parte di Londra), da una famiglia di lavoratori manuali, privi di cultura e piuttosto poveri.
Michael riceve un'istruzione rudimentale e all'età di 13 anni viene messo a far pratica presso un libraio, cartolaio e rilegatore di libri.
Tuttavia, oltre a rilegare libri, il giovane li legge anche!
Un giorno, uno dei clienti lo nota e gli fornisce i biglietti d'ingresso alla Royal Institution, per assistere alle lezioni del chimico Humphry Davy.
Così, in pochissimo tempo, Faraday entra a far parte del personale della Royal Institution.
Nel 1813 Sir Humphry e Lady Davy decidono di organizzare un viaggio nel continente, facendosi accompagnare proprio da Faraday in veste di segretario, ma affidandogli anche gli incarichi più umili.
Il viaggio si protrae per 18 mesi, estendendosi dalla Francia all'Italia, alla Svizzera, alla Germania e al Belgio, ed è di fondamentale importanza per l'educazione del giovane.
In primis, egli incontra molti scienziati illustri, tra cui:

- Volta;
- Ampère;
- Gay-Lussac;
- Arago, ecc.

Alcune di queste eminenti personalità riconoscono il valore del modesto giovane.
Infatti, l'attività scientifica di Faraday è magnifica.
Per qualche anno dopo il ritorno dal viaggio europeo si occupa dell'analisi chimica pratica e delle mansioni di dipendente della Royal Institution, fra cui è compresa l'assistenza alle ricerche svolte dallo stesso Davy.
È incredibile pensare che alla fine della sua carriera, ossia intorno al 1860, gli appunti di laboratorio di Faraday contenevano più di 16.000 annotazioni di osservazioni, rigorosamente numerate in successione e raccolte in volumi in cui l'autore si dilettava a porre in evidenza la sua originaria abilità di rilegatore.
Tali annotazioni, assieme ad altre centinaia, sia precedenti che successive ai tomi che egli stesso rilegò, sono state raccolte e costituiscono la base delle celeberrime Experimental researches in electricity (Ricerche sperimentali sull'elettricità).
Questa è una lista di alcuni degli innumerevoli argomenti su cui Faraday ha compiuto minuziose ricerche:

- leghe dell'acciaio;
- composti del cloro e del carbonio;
- rotazioni elettromagnetiche;
- liquefazione dei gas;
- vetri ottici;
- scoperta del benzene (1825);
- induzione elettromagnetica;
- identità dell'elettricità proveniente da varie fonti;
- decomposizione elettrochimica;
- elettrostatica e dielettrici, ecc.

Tra queste "infinite" ricerche spicca, oltre alla notissima induzione elettromagnetica, una scoperta molto importante nel campo della chimica organica, cioè quella del benzene.
Quando lo scoprì, Faraday non si rese conto della sua futura importanza né, naturalmente, della sua singolare architettura molecolare.
Un'interessante descrizione relativa al benzene e alla leggendaria scoperta della sua struttura si riscontra nell'articolo Il sogno di Kekulé del blog Popinga.
Ritornando a Faraday, il suo periodo più fecondo è quello che va dal 1830 al 1839: infatti, in tali anni, egli fu il principale creatore della moderna elettricità.
I suoi studi approfonditi lo portarono alla scoperta di quelle che oggi chiamiamo, appunto, leggi di Faraday per l'elettrolisi:

1° LEGGE DI FARADAY

La prima legge riguarda la relazione tra la quantità di carica elettrica trasportata attraverso una cella elettrolitica e la quantità della sostanza che si libera allo stato gassoso in prossimità di un elettrodo o che su di esso forma un deposito solido.
Ecco la prima legge:

La massa della sostanza che si libera presso un elettrodo in un certo intervallo di tempo è direttamente proporzionale alla carica elettrica che nello stesso tempo, attraverso la soluzione, è giunta allo stesso elettrodo.

La relazione tra quantità di materiale depositato sugli elettrodi e quantità di cariche passate nella cella elettrolitica permette una taratura di precisione di tutti gli strumenti di misura della carica e della corrente elettrica.
Si va a definire così anche un'unità di misura particolare, detta Coulomb internazionale (Cint), che rappresenta la quantità di carica elettrica il cui passaggio in una cella elettrolitica a nitrato d'argento, con anodo d'argento e catodo di platino, fissa sul catodo una quantità di materiale pari a 1,118 mg di argento.

2° LEGGE DI FARADAY

In 2 o più celle elettrolitiche contenenti soluzioni elettrolitiche differenti e collegate in serie tra loro, le masse delle sostanze che si raccolgono presso gli elettrodi sono direttamente proporzionali ai rispettivi equivalenti chimici.

Specifichiamo che l'equivalente chimico di una sostanza è il rapporto tra il suo peso atomico (o molecolare) espresso in grammi e la sua valenza (numero di elettroni che concorrono alla formazione di legami chimici, che rappresentano i più lontani dal nucleo atomico).
Per avere una formula complessiva che riassuma entrambe le leggi, supponiamo che, nell'intervallo di tempo in cui una cella elettrolitica è attraversata da una carica q, su uno dei suoi elettrodi pervengano N ioni di un elemento avente numero di valenza z.
Sapendo che la massa in grammi di un singolo atomo è data dal rapporto fra la massa M di una mole della sostanza e il numero di Avogadro NA (= 6,022 x 10²³ particelle), allora possiamo esprimere la massa complessiva m che si libera o si deposita presso l'elettrodo nella forma:



Inoltre, poiché ogni ione scambia con l'elettrodo, in valore assoluto, una carica z e (carica elementare), si può scrivere:

q = N z e

Combinando le 2 formule precedenti otteniamo l'equazione che compendia le 2 leggi di Faraday:



Per un dato elemento chimico, ossia per z ed M fissati, tale equazione indica, in accordo con la prima legge, che m è direttamente proporzionale a q.
Se, al contrario, si considera costante la carica q, allora essa mostra, in accordo con la seconda legge, che m è direttamente proporzionale al rapporto M/z, cioè all'equivalente chimico.

IL RAPPORTO LUCE-OSCURITÀ NELLA SCIENZA

Il rapporto luce-oscurità, da sempre sinonimo di relazione e contrasto tra bene e male, è una tematica che va a sfociare in variegati modi nel meraviglioso e sublime mondo della scienza.
Prima di entrare nei meandri della scienza, andiamo ad analizzare tale rapporto in linea generale.
Come abbiamo detto, la relazione luce-oscurità è sinonimo di contrasto tra bene e male: basta pensare alla Divina Commedia di Dante Alighieri e abbiamo subito chiaro questo confronto:

- l'Inferno dantesco è dominato dal buio pesto, dalla cosiddetta "aere sanza stelle", in cui Dante si ritrova soffocato. Nell'Inferno troviamo collocati i peccatori in 9 cerchi, alcuni suddivisi in gironi o in bolge, che vanno via via restringendosi. Dunque i peccatori sono disposti secondo una sorta di classifica (seguendo l'etica di Aristotele), in base alla tipologia di peccato: nei cerchi in alto riscontriamo i peccati minori, che diventano sempre più gravi fino ad arrivare al culmine, ossia al luogo dove risiede Lucifero, un gigantesco mostro dalle ali di pipistrello e dotato di 3 teste. Nelle sue 3 bocche egli strazia Bruto e Cassio (i cesaricidi) più Giuda (traditore di Cristo). Inoltre, uno studio approfondito delle caratteristiche dell'Inferno dantesco è stato compiuto dal padre della scienza moderna, non altri che Galileo Galilei. Egli, nel 1588, a 24 anni, tiene 2 lezioni sulla configurazione, la collocazione e le dimensioni dell'Inferno. Galileo arriva a stabilire persino la grandezza di Lucifero: sarebbe di 2000 braccia, nell'ipotesi che l'altezza di Dante sia di 3 braccia, secondo quanto si può supporre da quello che scrivono i suoi biografi;
- il Paradiso, al contrario, risplende di luce ed è costituito principalmente dai cieli dei vari pianeti (disposti naturalmente secondo i precetti del sistema aristotelico-tolemaico, d'altronde Copernico non era ancora nato quando Dante scrisse la Divina Commedia!). Tale descrizione dell'ambiente celeste è stata poi ripresa anche dal Somnium Scipionis, ossia il finale del VI libro del De republica di Cicerone. In esso, Scipione Emiliano vi racconta un sogno in cui gli era apparso l'avo adottivo, Scipione l'Africano, il quale, dopo avergli predetto le future imprese gloriose e la morte prematura, gli aveva mostrato lo spettacolo magnifico delle sfere celesti. Ritornando a Dante, nel Paradiso sono sistemate tutte le anime delle buone persone, fino ad arrivare, spingendosi verso l'alto, all'Empireo, nel quale risiede Dio.

Pertanto riscontriamo pure questo rapporto che sussiste tra l'alto e il basso, non solo in senso prettamente fisico, ma anche di linguaggio.
Infatti Dante, nel Paradiso, adotta un linguaggio curato, raffinato, aulico, pieno di latinismi, mentre nell'Inferno, domina un linguaggio volgare: tutto questo in linea di massima, sempre con le dovute eccezioni.
Riassumendo il tutto, sussistono dunque le seguenti complesse relazioni:

• Paradiso-luce-bene-alto-linguaggio elevato;
• Inferno-oscurità-male-basso-linguaggio volgare.

Bando alle ciance, adesso cominciamo l'esplorazione del rapporto luce-oscurità nel campo scientifico!

QUANDO L'UNIVERSO DIVENTÒ VISIBILE

Prima del Big Bang non c'era nulla, nè spazio nè tempo; dopo questo evento si è formato tutto il cosmo che conosciamo: in questo contesto, però, ci interessa sapere quando l'Universo è diventato veramente visibile.
Una magnifica descrizione di questo avvenimento è presente in "Origini. Quattordici miliardi di anni di evoluzione cosmica" di Neil deGrasse Tyson e Donald Goldsmith:

"All'inizio di tutto, quando l'Universo esisteva solo da una frazione di secondo, alla temperatura mostruosa di 1000 miliardi di gradi, e risplendeva di una luce inimmaginabile, l'unica attività nel suo ordine del giorno era l'espansione. A ogni istante che passava, mano a mano che lo spazio appariva dal nulla, l'Universo diventava più grande. Espandendosi, l'Universo si raffreddava e diventava meno luminoso. Per centinaia di migliaia di anni la materia e l'energia coabitarono in una specie di densa zuppa piena di elettroni veloci che collidevano continuamente con i fotoni, diffondendoli in ogni direzione. Se la vostra missione fosse stata quella di scrutare attraverso il cosmo di quell'epoca, avreste fallito. Tutti i fotoni diretti verso di voi sarebbero stati deviati da qualche elettrone proprio di fronte al vostro naso, pochi nanosecondi o picosecondi prima di entrare nei vostri occhi. Avreste visto solamente una sorta di nebbia luminosa in ogni direzione, e ogni cosa intorno a voi sarebbe stata altrettanto luminosa, traslucida, con sfumature bianche e rossastre, brillante quasi quanto la superficie del Sole. Con l'espansione ulteriore dell'Universo l'energia trasportata da ogni fotone diminuì. Quando, infine, il giovane cosmo raggiunse il suo trecentottantamillesimo compleanno, la sua temperatura era scesa al di sotto di 3000 gradi, con il risultato che i protoni e i nuclei di elio furono in grado di catturare permanentemente gli elettroni, facendo così apparire gli atomi. Se in precedenza ogni fotone aveva abbastanza energia per liberare gli elettroni dagli atomi appena formati, con l'espansione cosmica tale capacità era venuta meno. Così, essendo diminuiti gli elettroni liberi in grado di mettere i bastoni tra le ruote, i fotoni potevano finalmente sfrecciare nello spazio senza sbattere in continuazione contro qualcosa. È a questo punto che l'Universo divenne trasparente, la nebbia si sollevò e un fondo cosmico di luce visibile ottenne la libertà. Questo fondo cosmico, residuo della luce di un Universo primordiale abbacinante e sfrigolante, esiste tuttora, onnipresente".

MATERIA ORDINARIA-MATERIA OSCURA-ENERGIA OSCURA

Dopo il magnifico sviluppo della scienza e, dunque, dell'astronomia nel corso degli ultimi 400 anni, si potrebbe pensare che ormai conosciamo quasi perfettamente il nostro Universo.
In realtà non è così: è vero che l'Universo è stato osservato da telescopi (terrestri o spaziali), anche molto potenti, come l'Hubble, che ci ha mostrato la serie "infinita" delle galassie che contiene; tuttavia tutta questa materia visibile è circondata da qualcosa di ancora oscuro, misterioso: stiamo parlando di 2 componenti, ossia materia oscura ed energia oscura.
La presenza della materia oscura è stata ipotizzata in quanto la massa della materia ordinaria (pianeti, stelle, galassie, ecc.) non poteva spiegare in maniera soddisfacente il valore della gravità.
Infatti, nel 1933 l'astronomo Fritz Zwicky, studiando gli ammassi di galassie (insiemi, gruppi costituiti da diverse galassie, legate insieme dall'attrazione gravitazionale), notò che il valore di gravità negli ammassi era decisamente superiore al valore di gravità previsto considerando la materia visibile.
Nasceva così la questione della "massa mancante", che venne poi denominata appunto materia oscura.
L'appellativo "oscura" è stato dato poiché questo singolare tipo di materia non emette alcun tipo di radiazione elettromagnetica, mostrando soltanto i suoi effetti gravitazionali.
Il nome materia oscura è più preciso rispetto a "massa mancante", perché non è la massa che non c'è, bensì la luce di questa specifica massa.
La materia oscura va ad occupare il 23% circa dell'Universo: il ciò significa che è oltre 4 volte più abbondante rispetto alla materia ordinaria, che ne occupa solo il 5%.
E il restante 72%?
Beh, questo 72% è ancora più oscuro della materia oscura: è una forma di misteriosa energia che causerebbe il progressivo aumentare della velocità di espansione dell'Universo (ricordiamo che era stato Edwin Hubble nel 1929 a scoprire che le galassie si allontanavano tra di loro e aveva enunciato una legge, nota come Legge di Hubble: v = H0d, dove v = velocità di allontamento, H0 = costante di Hubble, che vale 74 km/s per Megaparsec, d = distanza tra 2 galassie): trattasi di energia oscura.
A questo punto, la domanda che un tempo gli scienziati e gli astronomi si ponevano, cioè "da che cosa è costituito l'Universo?" si è trasformata essenzialmente in:

- che cos'è la materia oscura?
- che cos'è l'energia oscura?

La materia ordinaria, ormai, è conosciuta molto profondamente: comprendiamo la struttura atomica, un mondo variegato di particelle e subparticelle, pianeti, stelle, galassie, ammassi di galassie, superammassi di galassie, forse persino buchi neri, ma la risoluzione definitiva a queste 2 domande rimane, per il momento, ignota.
Esistono solamente ipotesi su cosa siano materia oscura ed energia oscura, non certezze.
Ma d'altronde, difficilmente si arriverà a una spiegazione onnicomprensiva e completa di tutti i fenomeni dell'Universo.
Ricordiamoci che un certo Kurt Gödel, uno dei più grandi logici di sempre, se non il più grande, nel 1931, aveva enunciato 2 teoremi, i cosiddetti teoremi di incompletezza o indecidibilità, che pongono dei limiti alla matematica, e dunque, a tutta la scienza che si basa su di essa.
Possiamo affermare che si può tendere soltanto asintoticamente alla verità assoluta, magari avvicinandosi moltissimo a essa, ma non toccandola in nessun modo, allo stesso modo della velocità della luce.
Un po' di oscurità rimane, ed è proprio questa oscurità che spinge gli scienziati a ricercare e scavare sempre più nel profondo per comprendere al meglio il nostro Universo.
Questa è la scienza: continua ricerca e meraviglia!

CHE COS'È LA LUCE E COME È COMPOSTA?

La base del rapporto luce-oscurità non è altro che la luce (il termine deriva dal latino lux-lucis, ossia "luce", "brillantezza").
Ma cos'è la luce?
Sembra una domanda banale, ma non lo è.
I filosofi greci del V-VI secolo si posero il problema della visione e non della natura della luce.
Essi cercavano di rispondere alla domanda: come si fa a vedere?
Ebbene, alcuni pensavano che i nostri occhi emettessero raggi in grado di farci vedere o che gli oggetti rilasciassero questi raggi verso i nostri occhi, o entrambe le soluzioni contemporaneamente.
La natura della luce fu ricercata per la prima volta, solo nel XVII secolo da Newton, mediante il famoso esperimento in cui ha sottoposto un prisma trasparente a un raggio di Sole.
Egli osservò che la luce del Sole si scomponeva nei colori dell'arcobaleno, scoprendo in questo modo lo spettro elettromagnetico.
Infatti la luce visibile rappresenta la porzione di spettro elettromagnetico visibile dall'occhio umano.
Stiamo parlando di una lunghezza d'onda compresa tra circa 400 e 700 nanometri, che corrisponde a una frequenza tra 750 e 430 THz (terahertz).
L'occhio umano può percepire soltanto la radiazione che ha parametri di frequenza e lunghezza d'onda di questo ordine: le restanti porzioni dello spettro non sono visibili a occhio umano:

- onde radio;
- microonde;
- infrarosso;
- ultravioletto;
- raggi X;
- raggi gamma.

I nostri occhi, quindi, ci fanno rimanere all'oscuro su gran parte della radiazione elettromagnetica.



Dettò ciò, c'è un'ulteriore domanda a cui è necessario rispondere: la natura della luce è ondulatoria o corpuscolare?
Alcuni scienziati, tra cui lo stesso Newton, pensavano che la luce fosse composta da particelle o corpuscoli, mentre altri, come Christian Huygens, sostenevano che la luce, in realtà, è un'onda che si propoga in un mezzo, che veniva detto etere.
Chi aveva ragione? Newton o Huygens?
La risposta: tutti e 2.
Sembra assurdo ma è così: la luce è un dualismo onda-corpuscolo, così come lo sono tutte le particelle, come stabilito da Louis de Broglie nel 1924.
Pertanto, in alcuni esperimenti la luce si comporta come se fosse composta da particelle, altre volte, assume la conformazione ondulatoria.
La fusione di questi 2 elementi (onda e particella), che a prima vista sembrano antitetici, è opera della stramba e pazza Meccanica Quantistica.

BUCHI NERI

Forse nessun altro fenomeno può riassumere meglio il concetto di "oscurità" dei buchi neri: essi sono denominati "neri" proprio perchè risucchiano tutta la luce, lasciando intorno ad essi soltanto oscurità.
Perchè i buchi neri risucchiano la luce? essa non dovrebbe essere così veloce da sfuggire all'attrazione gravitazionale di un buco nero, visto che la massima velocità raggiungibile è proprio quella della luce nel vuoto (circa 300.000 km/s)?
La risposta, ovviamente, è no: i buchi neri possiedono una velocità di fuga pari a quella della luce!
La velocità di fuga è infatti quella velocità che è necessario raggiungere affinché si voglia sfuggire all'attrazione gravitazionale di un dato corpo.
Se un buco nero ha velocità di fuga pari a quella della luce, e la luce è la cosa più veloce che esista, ne consegue che nulla può sfuggire ad un buco nero!
Possiamo concludere che dunque la luce è un elemento fondamentale per la scienza, in quanto ci permette di osservare i fenomeni e gli oggetti, ed è indissolubilmente legata all'oscurità, in quanto quest'ultima è assenza di luce, in senso fisico, ma, a volte, anche metaforico.
I concetti di luce e oscurità sono allo stesso tempo quotidiani, come il giorno e la notte, e complessi, come abbiamo avuto modo di capire.
Se abbiamo approfondito le nostre conoscenze sull'Universo, su cui gli antichi erano quasi totalmente all'oscuro, è merito degli scienziati che, con i loro studi, il loro impegno e la loro passione, ci hanno fatto vedere il mondo sotto una prospettiva più completa e stupefacente.

P.S: adesso una carrellata di brani musicali inerenti luce, oscurità, notte, giorno:

- Artie Shaw: Dancing in the Dark



- Ella Fitzgerald with Duke Ellington & his orchestra: I'm beginning to see the light



- Glenn Miller: Moonlight Serenade



- Randy Brooks: Harlem Nocturne:



- Frank Sinatra & Tommy Dorsey: Night and Day:



- Beegie Adair: The way you look tonight



- Chopin (Janusz Olejniczak): Notturno No.20



- Frank Sinatra: Strangers in the Night



- Celine Dion: A new day has come

I MINERALI: GLI ELEMENTI NATIVI

I minerali sono sostanze cristalline che si rinvengono allo stato naturale.
Infatti, essi compongono le rocce, le montagne, la sabbia marina, il terreno dei giardini, ma anche molti dei prodotti che vengono quotidianamente utilizzati: basti pensare alle paste dentifricie, che, ad esempio, contengono microcristalli di:

- mica;
- calcite;
- fluorite.

I minerali rappresentano pure i componenti di meteoriti e pianeti e le preziose gemme non sono altro che frammenti grezzi di cristalli, particolarmente colorati e/o trasparenti, tagliati in maniera tale da esaltarne la brillantezza e la trasparenza.
Dunque i minerali hanno sempre rivestito un importante ruolo nell'evoluzione culturale dell'uomo, dalla preistoria sino ai tempi odierni; tuttavia la mineralogia è una scienza abbastanza recente, che si serve di molte altre discipline, tra cui:

- chimica;
- cristallografia;
- fisica;
- matematica, ecc.

Il primo utilizzo dei minerali nella storia è connesso all'arte: non a caso pigmenti naturali, costituiti dal colore rosso dell'ematite e dal nero dell'ossido di manganese, venivano utilizzati dagli uomini primitivi per dipingere le pareti delle grotte dove vivevano.
Circa 5000 anni fa gli Egizi realizzarono oggetti in metalli preziosi, sfruttando minerali colorati come:

- malachite;
- lazurite;
- berillio (nella varietà smeraldo).

I testi più antichi inerenti argomenti mineralogici sono:

- il De Mineralibus del greco Teofrasto;
- la Naturalis Historia di Plinio il Vecchio, il quale, osservando nei cristalli forme geometriche perfette, gettò le prime basi della mineralogia.

Ma l'opera che decreta la nascita vera e propria della minerologia è sicuramente il De Re Metallica (1556), opera postuma del tedesco Georgius Agricola.
In questo trattato c'è un'approfondita descrizione delle pratiche minerarie del tempo, specialmente le tecniche di ricerca e di scavo dei minerali e i procedimenti relativi alla fusione per estrarre i metalli.
Tra la seconda metà del 1600 e la fine del 1700, grazie ai contributi di Nicola Stenone, Carangeot e Romè de l'Isle, nasce la moderna cristallografia, ossia lo studio delle forme che compongono i cristalli.
Successivamente, nel 1801, l'abate Réné Haüy scopre che i minerali sono formati da innumerevoli "molecole" che riproducono esattamente la forma del cristallo, anticipando in questo modo le importantissime scoperte che verranno confermate soltanto un secolo più tardi.
Nel XIX secolo sono molti gli scienziati che si dedicano allo studio della chimica dei minerali, tra cui il più importante è Berzelius, il quale sviluppa i principi della moderna classificazione.
All'inizio del XX secolo troviamo una scoperta fondamentale nella storia della mineralogia, cioè quella della struttura dei minerali, avvenuta nel 1912 ad opera di Max von Laue.
Gli esperimenti compiuti con tecniche a raggi X mostrarono, per la prima volta, che i minerali erano costituiti da atomi ordinati secondo regole ben precise e rigorose.
I minerali presentano svariate proprietà, come la luminosità, la trasparenza, il colore, la sfaldatura, il peso specifico, ecc.
Quella su cui è necessario focalizzare l'attenzione è la durezza: infatti, quest'ultima proprietà è descritta da una particolare scala, introdotta dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1824.
Innanzitutto, la durezza è definita come la resistenza che la superficie piana di un minerale offre alla scalfitura e dunque indica la difficoltà o la facilità con cui un minerale può scalfire o essere scalfito.
La scala di Mohs presenta 10 posizioni, ognuna occupata da uno specifico minerale, in ordine di durezza crescente:

Minerali teneri (si scalfiscono con l'unghia):

- Talco: valore 1;
- Gesso: valore 2;

Minerali semi duri (si rigano con una punta d'accaio):

- Calcite: valore 3;
- Fluorite: valore 4;
- Apatite: valore 5;

Minerali duri (non si scalfiscono nemmeno con una punta d'acciaio):

- Ortoclasio: valore 6;
- Quarzo: valore 7;
- Topazio: valore 8;
- Corindone: valore 9;
- Diamante: valore 10.

La scala ci indica anche il fatto che ogni minerale con valore di durezza più alto può scalfire tutti gli altri sottostanti.
Inoltre, esistono minerali che presentano durezze intermedie tra i valori interi della scala, come 2,5; 3,5 e così via.
Detto ciò, i minerali si suddividono in 9 classi fondamentali:

1) elementi nativi;
2) solfuri e solfosali;
3) alogenuri;
4) ossidi e idrossidi;
5) nitrati, carbonati, borati;
6) solfati, cromati, molibdati e wolframati;
7) fosfati, arseniati e vanadati;
8) silicati;
9) minerali organici.

In questo specifico contesto, andremo ad analizzare alcuni tra i principali elementi nativi.

ELEMENTI NATIVI:

Alcuni minerali si rinvengono alla stato naturale sotto forma di elementi nativi.
Tra questi vi sono:

- elementi metallici (ad esempio oro, argento, platino, ecc.): possiedono grande malleabilità e conducibilità termica;
- semimetalli (ad esempio antimonio, bismuto, ecc.): possiedono proprietà intermedie, ovvero buona conducibilità termica ma sono piuttosto fragili;
- non metallici (per esempio diamante, zolfo, ecc.): non mostrano un aspetto metallico e hanno densità assai bassa.

ANTIMONIO



Formula: Sb
Aspetto: si presenta in forma massiva e in aggregati di aspetto granulare. Molto raro in cristalli, di forma pseudocubica e con spigoli piuttosto arrontodati. Ha colore bianco argenteo, lucentezza metallica molto viva.
Dove si forma: ha di solito genesi idrotermale.
Proprietà fondamentali: ha durezza abbastanza bassa (3-3,5) e può pertanto essere scalfito da un temperino. Insolubile negli acidi, brucia all'aria con fumi bianchi.
Origine del nome: termine che deriva dal latino antimonium, usato da Costantino l'Africano attorno al 1050 d.C. per indicare il minerale antimonite, causa di numerosi avvelenamenti, anche mortali, provocati ai monaci che utilizzavano per mangiare posate costruite con tale metallo.

ARSENICO



Formula: As
Aspetto: generalmente forma aggregati massivi e mammellonari concentrici e stalattitici, di colore grigio e lucentezza metallica, a condizione che il minerale non sia superficialmente alterato. I cristalli, estremamente rari, si presentano in romboedri di dimensioni millimetriche.
Dove si forma: si trova nei filoni idrotermali e in giacimenti contenenti minerali di argento e di cobalto.
Proprietà fondamentali: presenta pressappoco la stessa durezza (3,5) dell'antimonio.
Origine del nome: Minerale già noto nel 400 a.C.; il nome deriva dal termine greco arrenikos o arsenikon, che si riferisce alle sue potenti proprietà, tra cui quella di causare gravi avvelenamenti.

BISMUTO



Formula: Bi
Aspetto: forma ammassi granulari, reticolati o arborescenti di colore argento e lucentezza metallica. Sono stati rinvenuti cristalli prismatici isolati, o raggruppati, lunghi diversi centimetri. Questi ultimi sono solitamente inclusi nella roccia, anche se non mancano eccezionali cristalli distinti.
Dove si forma: Ha di solito genesi idrotermale. Tuttavia si può trovare anche in rocce pegmatitiche e nei filoni di quarzo contenenti topazio, minerali di stagno e di wolframio.
Proprietà fondamentali: ha una durezza (2-2,5) inferiore rispetto ad antimonio e arsenico.
Origine del nome: il termine si riferisce alla parola wisimut, derivata dal tedesco antico wis mat, che significa massa bianca, in riferimento al riflesso bianco argenteo del minerale.

RAME



Formula: Cu
Aspetto: Si presenta spesso in masse compatte, anche di notevoli dimensioni, fino a svariate tonnelate di peso. Sono molto rari i cristalli, di abito cubico o ottaedrico o più complessi. Ha un aspetto opaco; sulla superficie fresca ha un aspetto metallico e un caratteristico color rosso ramato. Inoltre si altera facilmente.
Dove si forma: è comunemente associato a rocce magmatiche ultrabasiche, costituite da minerali ricchi di ferro e magnesio. Si rinviene pure nelle zone superficiali di giacimenti metallici, dove si forma per processi di ossidazione di minerali contenenti rame.
Proprietà fondamentali: è tenero, malleabile, duttile, pesante e solubile in acidi.
Origine del nome: metallo sfruttato sin dall'età del bronzo; il nome deriva dal latino cuprum o cyprium poiché, anticamente, si riteneva provenisse dall'isola di Cipro.

DIAMANTE



Formula: C
Aspetto: costituito da carbonio puro, forma interessanti cristalli ottaedrici, rombododecaedrici, cubici e anche più complessi, perfettamente incolori oppure gialli, bruni, neri: qualche rara volta, possono essere di colore rosa, verde, blu, arancio o rosso.
Dove si forma: i diamanti si sono formati a qualche centinaia di chilometri di profondità, nel mantello terrestre. I cristalli sono stati poi trascinati in superficie tramite condotti vulcanici esplosivi da una roccia ricca di olivina, denominata kimberlite, dalla località sudafricana di Kimberley.
Proprietà fondamentali: è il minerale più duro che si conosca (ha pertanto valore 10 sulla scala di Mohs), ma è molto fragile. Possiede una lucentezza molto viva, quasi metallica, che viene appunto definita "adamantina".
Origine del nome: termine verosimilmente derivata dal greco adamas, l'invicibile, in allusione alla sua estrema durezza.
Curiosità: I diamanti sono le pietre preziose per eccellenza. Scoperti per la prima volta dagli Indù nel 500 a.C., divennero famosi agli inizi del XX secolo, quando vennero publicizzati negli Stati Uniti come dono tradizionale dei mariti alle mogli. Alcuni diamanti, tuttavia, sono noti non solo per il loro valore economico, ma anche per le leggende e i miti che li riguardano:

• Il grande diamante Koh-i-noor: questo esemplare, originario dell'India, appartiene oggi alla famiglia reale britannica. Appartenne al Rajah di Malwa per secoli, fino al 1304, quando fu rubato dai Mongoli. Nel 1739 i Persiani se ne impossessarono. Fu testimone di sanguinose battaglie fin quando non ritrovò la strada dell'India nel 1813, e da qui, poi, arrivò agli scrigni della regina. Infatti, nel 1856, fu offerto alla Regina Vittoria come ricompensa per la guerra Sikh. In origine tale diamante pesava ben 186 carati ed era dotato di 30 sfaccettature, unite in 6 che, a loro volta, ne formavano una. Questo spiega il suo nome: "Montagna di luce". La Regina Vittoria lo fece tagliare e quindi si ridusse a 109 carati. Poiché si riteneva che questo diamante portasse sfortuna agli uomini, la superstiziosa Regina Vittoria aggiunse al suo testamento una clausola secondo la quale il diamante poteva essere ereditato solo dalle mogli dei futuri re!
• Il diamante Taylor-Burton: questo diamante, dal peso di 69,42 carati, fu messo all'asta nel 1969. Il giorno successivo all'acquisto, Cartier lo vendette all'attore Richard Burton per 1,1 milioni di dollari. Sua moglie, Elizabeth Taylor, ne triplicò il valore quando lo vendette dopo il divorzio!
• Il diamante Hope: tale diamante è famoso per le sventure che ha provocato ai suoi possessori dopo esser stato rubato dal tempio della dea Sita in India. Secondo la leggenda, la sua maledizione causò morti e dilapidò fortune. Evalyn Walsh McLean, l'ultima privata a possederlo, non lo volle vendere nonostante le diverse tragedie che colpirono la sua famiglia. Nel 1949 fu acquistato dall'esperto di diamanti Harry Winston, che lo donò alla Smithsonian Institution, a Washington D.C, dove può essere osservato dal pubblico;
• Il diamante Cullinan: scoperto nel 1905 in Sud Africa, è il diamante più grande mai rinvenuto. Fu venduto al governo di Transvaal 2 anni dopo la sua scoperta per 300.000 dollari. Venne poi donato ad Edoardo VII per il suo 66° compleanno. Il re ne affidò il taglio all'olandese Joseph Asscher, che lo suddivise in 105 pezzi. Asscher studiò la gigantesca pietra per ben 6 mesi prima di decidere la modalità di taglio da effettuare. La pietra più grande ottenuta dal Cullinan originale è il Cullinan I, dal peso di 530 carati. Il Cullinan II, il cui peso è pari a 317 carati, è incastonato nella corona imperiale britannica.

ORO



Formula: Au
Aspetto: I suoi cristalli sono sempre molto rari e piccoli, di forma cubica, ottaedrica o rombododecaedrica, talvolta insolitamente allungati, dal caratteristico colore giallo oro. Normalmente si presenta sotto forma di lamine, masse irregolari compatte e aggregati granulari. Allo stato nativo non è quasi mai puro, ma genera leghe con altri metalli. Può presentarsi in pepite anche di svariate decine di chilogrammi di peso.
Dove si forma: Si trova sia in giacimenti primari costituiti costituiti da filoni idrotermali quarzosi di alta temperatura, accompagnato in particolare da pirite e arsenopirite, sia soprattutto, in giacimenti secondari, dove si forma per disgregazione dei giacimenti primari o alterazione di minerali auriferi.
Proprietà fondamentali: è molto malleabile. Dunque si schiaccia e si piega con facilità e non si frantuma pestandolo. Risulta insolubile negli acidi, tranne che in acqua regia (miscela di acidi nitrico e cloridrico).
Origine del nome: Probabilmente il nome deriva dal sanscrito jyal e dal tedesco geld.

ARGENTO



Formula: Ag
Aspetto: Raramente si presenta in cristalli cubici, ottaedrici o rombododecaedrici generalmente piccoli e deformati. L'aspetto più comune è quello di lamine, nastri e filamenti tipicamente arricciati. Può anche presentarsi in masse di dimensioni variabili. Di aspetto metallico, con caratteristico colore bianco argenteo, il minerale si offusca all'aria in presenza di quantità anche minime di ozono e di idrogeno solforato.
Dove si forma: Si rinviene in filoni idrotermali contenenti quarzo; si origina anche per secondari processi di ossidazione in depositi contenenti minerali ricchi d'argento.
Proprietà fondamentali: è solubile in acido nitrico. Rappresenta il miglior conduttore di elettricità e di calore.
Origine del nome: l'etimologia proviene dalla lingua anglosassone siolfor, il cui significato, purtroppo, si è perso nel tempo.

MERCURIO



Formula: Hg
Aspetto: Liquido alle condizioni normali di temperatura (solidifica a -39 °C), non presenta dunque forma cristallina. In natura contiene spesso un po' d'argento e d'oro, con i quali forma leghe particolari dette amalgame. Il mercurio ha un caratteristico colore bianco stagno metallico, brillante ma opaco. Si presenta frequentemente in piccole goccioline associato a cinabro.
Dove si forma: si forma normalmente per naturale ossidazione o per forte riscaldamento del cinabro.
Proprietà fondamentali: l'inconfondibile suo aspetto liquido.
Origine del nome: metallo conosciuto almeno dal 1500 a.C.; deriva dal latino mercurius, termine usato dagli alchimisti per indicarlo e anche dal latino hydrargyrum che significa argento liquido.

PLATINO



Formula: Pt
Aspetto: Il platino è raramente puro in quanto può contenere ferro (fino al 18%), rame, oro e altri elementi. Estremamente rari risultano i cristalli ben formati. Di norma si rinviene in piccoli granuli, scagliette o pepite, che possono raggiungere il peso eccezionale di 8-9 kg.
Dove si forma: Quasi sempre si rinviene nei depositi alluvionali, sebbene abbia origine in particolari rocce magmatiche intrusive basiche, ricche di olivina.
Proprietà fondamentali: inattaccabile da tutti gli acidi, tranne che dall'acqua regia, nella quale è solubile, specialmente a caldo.
Origine del nome: il termine deriva dallo spagnolo platina del Pinto, essendo stato scoperto per la prima volta presso il fiume Pinto, in Colombia.

ZOLFO



Formula: S
Aspetto: forma stupendi cristalli di abito bipiramidale di colore giallo, bruno-giallognolo o giallo-rossastro. Comune anche in forma massiva mammellonare e stalattitica.
Dove si forma: è un prodotto caratteristico di sublimazione vulcanica in rocce sedimentarie, grazie all'attività biologica di microrganismi; si forma dalla decomposizione di solfuri, per effetto di reazioni chimiche prodotte dalla circolazione di acque molto acide, in depositi ricchi di solfuri.
Proprietà fondamentali: leggero e fragile, è un cattivo conduttore di calore, al punto che basta quello di una mano a provocare fratture interne al cristallo. Si carica di elettricità per sfregamento, fonde a bassa temperatura e brucia all'aria, emettendo vapori tossici di anidride solforosa.
Origine del nome: minerale conosciuto almeno dal 2000 a.C.; il nome si riferisce all'elemento chimico e deriva dal latino sulphurum.

Dunque, abbiamo analizzato alcuni tra i più importanti minerali appartenenti alla classe degli elementi nativi: adesso una carrellata di musiche inerenti oro, argento, diamanti e tesori:

- Gold and Silver di Franz Lehar, eseguito da Andre Rieu:



- Diamonds are a girl's best friend cantata da Marilyn Monroe:



- Diamonds are forever cantata da Shirley Bassey:



- Goldfinger eseguito sempre da Shirley Bassey:



- Treasure Waltz (Schatz-Walzer) di Johann Strauss suonato da Andre Rieu: