Scienza, produzione e immagine pubblica

1. Scienza, produzione e immagine pubblica Lo sviluppo ineguale della chimica del ‘900 Luigi Cerruti lcerruti@ch.unito.it http://minerva.ch.unito.it

2. Un tempo suddiviso in più tempi è ridicolo ipotecare il tempo e lo è altrettanto immaginare un tempo suddiviso in più tempi. E. Montale, “È ridicolo credere”1968

3. Scienza & SocietàTre componenti • Conoscenza scientifica • Produzione materiale • Immagine pubblica

4. Prima parte:quasi una cronologia Chimica e fisica dell'atomo, 1900-1918  Chimica e chimica-fisica della struttura, 1918-1945  Mutazione e travestimento, 1945-1975  Chimica della complessità, 1975-2000

5. Seconda parte:quasi una analisi storica Trompe l'œil: struttura vs. reattività, ovvero O/I Quantità e qualità nella produzione industriale  L'immagine della chimica: due o tre crisi  Osservazioni finali

6. Chimica e fisica dell'atomo1900-1918 • Modelli atomici • Trasmutazione degli elementi • Isotopia Ovviamente c’è anche altro

7. Chimica e fisica dell'atomo, 1900-1918I modelli atomici e del legame Il modello di Thomson, 1904 Il modello di Abegg, 1904 Il modello di Rutherford, 1911 Il modello di Bohr, 1913 Il modello di Lewis, 1916: atomo e legame

8. Il modello di Thomson, 1904 Trattazione fisico-matematica Decine di migliaia di corpuscoli Deduzione della periodicità Legame polare Corpuscoli in movimento su orbite circolari

9. Il modello di Rutherford, 1911 Un nucleo con possibili masse minori come satelliti Concepito dopo l’acquisizione di una nuova base sperimentale Instabile secondo la fisica classica Si fonda esclusivamente sui dati sperimentali

10. Il modello di Bohr, 1913 Il primo modello quantistico Calcola il raggio dell’atomo di idrogeno Calcola la costante di Rydberg Le configurazioni elettroniche sono ‘aggiustate’ in base alle proprietà chimiche Il legame chimico è dato da un numero variabile di elettroni

11. Il modello di Lewis, 1916L’elettrone e il legame chimico • Un modello assiomatico: regole, non calcoli • Un modello statico • Il legame chimico è dovuto ad una coppia di elettroni • L’accoppiamento degli elettroni giustifica la configurazione tetraedrica dei legami dell’atomo di carbonio

12. Enzimi e reattività I messaggeri chimici: gli ormoni In absentia: le vitamine La biochimica, 1900-1918Nuove funzioni, nuovi oggetti molecolari La biochimica del ‘900 ha origine da tre campi di ricerca in buona parte disgiunti. Per primi sono caratterizzati gli enzimi, come agenti del metabolismo cellulare. Un’interazione complessa all'interno della medicina, fra pratica terapeutica e indagine patologica, porta a definire gli ormoni. Epidemiologia e chimica affrontano gravi patologie e scoprono le vitamine.

13. Chimica e chimica-fisica della struttura 1918-1945 • Chimica organica fisica • Chimica quantistica • Chimica macromolecolare • Biochimica • La chimica fisica e la sua strumentazione

14. Chimica organica fisica1918-1945 • 1924- 1926 R.Robinson, durante una dura polemica con Ingold, descrive gli effetti di mobiltà elettronica • 1934 C.K.Ingold pubblica i Principles of an Electronic Theory of Organic Reactions • anni 1930 Ingold e Hughes: cinetica e meccanismi di reazione • 1940 L.P.Hammettpubblica Physical Organic Chemistry

15. Chimica quantistica

16. R. S. Mulliken, 1931 “il fatto che gli elettroni di valenza quasi sempre si presentino a coppie nelle molecole sature sembra, dopo tutto, che non abbia nessuna connessione fondamentale con l’esistenza del legame chimico” La presunzione di Dirac e di quanti volevano ‘ridurre’ la chimica alla fisica, o alla chimica-fisica, è rimasta nel regno del wishful thinking. L’autonomia epistemologica della chimica non è dovuta a pretese disciplinariste dei chimici, ma alla complessità del livello ontologico di riferimento, che impone l’uso di concetti -come quello di struttura- che sono irrimediabilmente indigeribili dalla meccanica quantistica

17. Chimica macromolecolare

18. Biochimica1918-1945 • La preparazione dell’insulina Un successo terapeutico ed economico straordinario Il ciclo di Krebs Gli ormoni corticosurrenalici

19. La chimica fisica e la sua strumentazione1918-1945 • Strutturistica con i raggi X • Le spettroscopie vibrazionali • Spettrometria di massa • Misure di momenti di dipolo • Polarografia

20. Mutazione e travestimento, 1945-1975 • Cromatografia ed elettroforesi • La trasformazione del laboratorio organico • La biologia molecolare, biochimica travestita * * * • La chimica quantistica diventa chimica teorica • Termodinamica delle strutture dissipative ( caos chimico)

21. Cromatografia ed elettroforesi • 1941 Martin e Synge, cromatografia di partizione • 1944 Consden, Gordon e Martin, cromatografia su carta • 1948-1950 elettroforesi su carta • 1952 James e Martin, gas-cromatografia • 1953 Grabar e Williams, elettroforesi su agar, immuno-elettroforesi • 1958 Stahl presenta il Grundausrüstung per la cromatografia su strato sottile La cromatografia su carta e le diverse tecniche di elettroforesi furono applicate alla separazione delle proteine e dei peptidi. I risultati sconvolsero interi settori della biologia: genetica umana genetica delle popolazioni teoria dell’evoluzione

22. La trasformazione del laboratorio organico1945-1975 In una generazione, dopo la seconda guerra mondiale, sono stati introdotti strumenti che hanno modificato profondamente i cardini stessi dell’affermazione professionale di un chimico organico. L’analisi elementare è stata automatizzata. IR, UV, NMR, cromatografie, GC-MS hanno grandemente semplificato il compito di determinare la struttura dei composti. Il chimico organico dimostra la sua eccellenza nell’arte della sintesi.

23. 1950 Chargaff determina nel DNA il rapporto 1.1 fra adenina e timina, e fra guanina e citosina 1955 Sanger determina la sequenza dell’insulina 1957 Ingram individua la causa molecolare dell’anemia falciforme 1961 Braunitzer determina la sequenza dell’emoglobina 1953 Watson e Crick propongono la struttura a doppia elica del DNA 1956-1960 Perutz determina la struttura tridimensionale dell’emoglobina 1958-1960 Kendrew determina la struttura tridimensionale della mioglobina La biologia molecolare, 1945-1975 mostly biochimica travestita

24. Verso la chimica della complessità, 1975-2000 • Chimica supramolecolare • Chimica combinatoriale • Chimica computazionale • Caos chimico La questione ambientale*

25. Distruzione dell’ambientevs.chimica dell’ambiente • 1962 Rachel Carson, Silent Spring • 1965-70 L’agent orange, 80.000 t sul Vietnam • 1976 L’incidente di Seveso • 1984 40 t di metilisocianato su Bhopal • 1985 Inizia il programma Responsible Care • 1985Il “buco dell’ozono” descritto su Nature

26. Difesa dell’ambienteLegislazione negli Stati Uniti 1965, Water Quality Act 1970, Clean Air Act 1970, Occupational Safety & Health Act 1972, Federal Insecticide Fungicide & Rodenticide Act 1974, Safe Drinking Water Act 1976, Resource Conservation & Recovery Act 1976, Toxic Substances Control Act

27. 1967 Il blockbuster di C. J. Pedersen, gli eteri corona 1969 J.-M. Lehn, i criptati 1973 D. J. Cram, host e guest 1977 Congresso IUPAC, Tokyo Lehn propone il termine: chimica supramolecolare Riconoscimento molecolare Auto-replicazione: oligonucleotidi, micelle Auto-organizzazione: mesofasi tubulari, recettori fotosensibili, interruttori Nanotecnologie Chimica supramolecolare 1960, Richard Feynman: there's plenty of room at the bottom 1995, Jean-Marie Lehn: there's even more room at the top

28. Chimica combinatoriale • 1963 R. B. Merrifield, sintesi di peptidi in fase solida • 1985-1988 Librerie di cloni mutanti • 1991 Seminario di Á. Furka a Tucson, Arizona 1990, un referee dell’ Int. J. Peptide Protein Res., a proposito del primo articolo di Furka: “My overall view is that the content of the paper is not immediatly useful nor is especially original. I recommend rejection”.

29. 1952 Alan Turing, sulla “base chimica della morfogenesi” 1964 Articolo di Zhabotinsky sulla reazione di Belousov 1967 Prigogine e Nicolis, sulle “strutture dissipative” 1990Ann. Rev. Phys. Chem. Temi trattati sulle dinamiche non lineari: Propagazione di onde e strutture spaziali Oscillazioni in sistemi eterogenei Oscillazioni biologiche Patterns geochimici Modelli 1990 Boissonade e De Kepper, il Gel Strip Reactor Caos chimicoStrutture dissipative e auto-organizzazione

30. Trompe l'œil: struttura vs. reattività,ovvero O/I Sia nella didattica, sia nella divulgazione si privilegia l'aspetto osservativo della conoscenza delle strutture molecolari a scapito di ciò che permette l'intervento del chimico sul mondo microscopico: il controllo della reattività.

31. Trompe l'œil: struttura vs. reattività,Osservare vs. Intervenire La chimica degli ultimi decenni, supramolecolare, combinatoriale, non-lineare ha affrontato con nuovi metodi il controllo della reattività. Le nuove procedure conoscitive si sono affiancate a quelle più classiche: Reazioni mirate, per la formazione di strutture o di particolari strutturali Catalizzatori, per dirigere la cinetica delle reazioni

32. Struttura vs. reattività,ovvero osservare e intervenire

33. Quantità e qualità nella produzione industriale

34. 1903-1913 Un decennio di conquista della fisica > 1927 Inizia l’assalto della fisica quantistica 1953-1959 Dalla doppia elica al Journal of Molecular Biology 1945 Impiego della bomba atomica: terrore & risparmio > 1962 La devastazione dell’ambiente naturale viene imputata alla chimica L'immagine della chimicaDue o tre crisi

35. Scienza & SocietàL’immagine pubblica

36. Scienza & SocietàL’immagine pubblica

37. Osservazioni finaliSulle gerarchie accademiche • Mutati rapporticon il potere politico • Mutati rapporti con il potere economico • Latitanza sulla scena culturale

38. Osservazioni finaliSull’immagine pubblica • Declino generale dell’immagine della scienza • Implicazioni ‘chimiche’ del degrado ambientale • Latitanza sulla scena culturale

39. ConclusioniIn nuce La chimica è in buona salute I chimici un po’ meno  Tuttavia ...