Lo spettacolo dei risultati di alcune reazioni chimiche

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Envisioning Chemistry: il fascino nascosto della chimica. Le reazioni che vi hanno fatto penare sui banchi di scuola come non le avete mai viste, in un progetto che unisce il lato sexy della chimica alla cura per la fotografia.

Cristalli di rame: da vicino ricordano la superficie di un cavolfiore.|YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY
Cristalli di rame: da vicino ricordano la superficie di un cavolfiore.|YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY

Se si studiasse su questi video al liceo, la chimica sarebbe la materia preferita di molti: lo sa bene Yan Liang, scienziato ed “esperto di visualizzazioni” che ha deciso di mettere, al centro della scena, i risultati spettacolari di alcune reazioni chimiche troppo microscopici per essere apprezzati.

Sono nate così le serie Beautiful Chemistry e Envisioning Chemistry, collezioni di video che mostrano diversi tipi di reazioni chimiche riprese con le più recenti tecnologie fotografiche e di laboratorio: microscopi ad alta risoluzione, telecamere agli infrarossi per le immagini termiche, telecamere ad alta velocità o 4K (circa 4 mila pixel orizzontali di risoluzione).

Cristalli di piombo. | YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY
Cristalli di piombo. | YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY

L’obiettivo è dimostrare che ci si può innamorare perdutamente della chimica, materia «molto visuale, ma difficile da apprezzare a occhio nudo», spiega Liang.

La prima serie di video – Beautiful Chemistry – commissionata tre anni fa da alcuni importanti istituti di ricerca cinesi (come l’Università della Scienza e della Tecnologia) ha avuto un successo planetario (ve l’avevamo mostrata qui). Liang ha allora fondato il progetto Beauty of Science, una collaborazione con la Chinese Chemistry Society che ha portato a questa seconda serie, intitolata Envisioning Chemistry.

La combustione del magnesio all'aria. | YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY
La combustione del magnesio all’aria. | YAN LIANG/ENVISIONING CHEMISTRY

Sotto alle lenti e agli obiettivi dei microscopi, i metalli crescono come alberi o scompaiono tra le bolle, i materiali si trasformano bruciando in fiamme colorate e i sali formano incredibili cristalli. Il sito offre una sezione “cinema”per appassionati e una didattica per gli insegnanti, con testi e spiegazioni delle reazioni. Ne siamo rimasti stregati: lustratevi gli occhi questa selezione dei video più belli.

PRECIPITAZIONE. Le reazioni di questo tipo hanno luogo quando ioni positivi (cationi) e negativi (anioni) in una soluzione si combinano, formando un solido insolubile che prende il nome di precipitato. Il video ne mostra alcuni, diversi per forme e colori: in alcuni casi ne sono stati creati più di uno allo stesso tempo, dando luogo a forme e consistenze diverse.

GIARDINO CHIMICO. Aggiungete un sale metallico a una soluzione di silicato di sodio e vedrete in breve tempo crescere alcune strutture solide di metallo che sembrano sbocciare e fiorire come gemme e fronde di un albero (o come le antenne di una lumaca aliena).

Si tratta di una membrana semipermeabile di silicato di metallo, che può essere attraversata soltanto dall’acqua. A causa della pressione osmotica, l’acqua entra nella membrana e la rompe, generando altre membrane insolubili. Il ciclo si ripete e le strutture crescono verso l’alto, come piante: il processo fu descritto per la prima volta dal chimico tedesco Johann Rudolph Glauber a metà del 1600.

METALLI CHE SCOMPAIONO. Potrebbero sembrare indistruttibili, ma anche i metalli si dissolvono facilmente se immersi nel liquido giusto. In questo video ne vediamo sei (alluminio, magnesio, rame, litio, potassio, sodio) andarsene in liquidi fortemente acidi o basici, oppure in acqua.

COMBUSTIONE. Se pensate che tutti i falò siano uguali, forse è perché avete visto bruciare solo legna o carbonella. Le forme assunte prima e dopo la combustione, e il colore stesso delle fiamme, variano a seconda del materiale che brucia (qui ne vediamo cinque: carbone, sodio, fosforo, magnesio e zolfo). Alcune sostanze producono fiammelle luminose, altre sono ipnotiche nell’atto della combustione, altre ancora lo diventano alla fine – e queste immagini macro e in slow motion permettono di apprezzare la varie sfumature.

BIANCO E NERO. Questo video che mostra le trasformazioni di piombo (in nero, nella seconda parte del filmato) e argento (lo yang di questa accoppiata di metalli) è stato riconosciuto nella top 10 della National Geographic Short Film Showcase 2016, ed è facile capire perché.

Un metallo può scalzarne un altro, meno reattivo, dalla sua soluzione salina: poiché rame e zinco sono più reattivi di argento e piombo rispettivamente, aggiunti a due soluzioni di nitrato di argento e nitrato di piombo hanno fatto emergere microscopici cristalli colorati dei due metalli (simili a bollicine). Il tutto filmato al microscopio, e con un perfetto sottofondo di musica elettronica.

ELETTRODEPOSIZIONE. Questo procedimento permette di ricoprire un metallo con uno strato sottile di un altro metallo, mediante il fenomeno della deposizione elettrolitica. In una vasca contenente, in soluzione acquosa, il sale del metallo da depositare, si immergono due elettrodi (di cui uno è il metallo da ricoprire) e si applica una differenza di potenziale: i cationi, ossia gli ioni con carica positiva, del metallo da depositare, si muoveranno verso il catodo, il metallo da ricoprire, caricato negativamente.

La reazione è usata di solito per ricoprire oggetti a scopo decorativo o per proteggerli dalla corrosione. Qui vediamo il processo ripetuto su 5 metalli diversi: rame, zinco, piombo, argento e stagno.

REAZIONI ESOTERMICHE. Molte reazioni liberano calore, ma non è possibile accorgersene se non con telecamere termiche, agli infrarossi, che mostrano le variazioni di temperatura durante i processi. Il video ne mostra cinque in rapida successione, alternando le immagini termiche alle normali riprese dei reagenti.

Nel filmato osserviamo la dissoluzione dell’idrossido di sodio (la soda caustica, NaOH), la diluizione di acido solforico concentrato, la sua reazione di idratazione con la carta, la neutralizzazione tra acido cloridrico e idrossido di sodio in soluzione, e quella tra sodio e acqua.

CRISTALLIZZAZIONE. I cristalli sono affascinanti quanto i processi che li formano. Per riprendere la trasformazione, Liang ha aggiunto goccioline di 5 diverse soluzioni sature di sali ai vetrini da microscopio, e ha poi ripreso la cristallizzazione mentre l’acqua evaporava. La reazione è stata catturata nel tempo grazie alla fotografia in time-lapse.

Video, foto e informazioni tratti da Envisioning Chemistry. Photographer/Film Editor Wenting ZHU, Yan LIANG 

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