L'Universo dentro di noi

5.In marcia sullo stomaco
Quando dei rumorini arrivano dal vostro stomaco forse è semplicemente tempo di mangiare, o forse c’è un’indigestione in atto.
Non è di certo il problema fisico più grave che vi possa capitare, ma è comunque qualcosa di molto fastidioso. Di solito, in questi momenti si ingoia una pasticca di digestivo, che non è propriamente un farmaco, ma un semplice componente in una reazione chimica.
La fisica studia come sono fatti gli atomi, ma è la chimica a spiegarci come si legano fra loro. Spesso si dice che in chimica è tutta una questione di elettroni, questo perché di solito le reazioni chimiche coinvolgono interazioni tra elementi differenti che condividono o si scambiano gli elettroni dei livelli atomici più esterni.

La vostra chimica interna
Il vostro stomaco è dotato di acidi di un certo livello, come l’acido cloridrico. È uno di quegli acidi che in laboratorio si devono maneggiare con molta cura, perché è forte abbastanza da poter causare gravi danni. Ma questo è esattamente il motivo per cui la sua presenza è assolutamente necessaria nel vostro stomaco. Il ruolo di questo acido è quello di distruggere qualsiasi cosa mangiate, in modo che il cibo possa poi essere utilizzato per produrre energia, e successivamente essere facilmente eliminato come prodotto di scarto.
I livelli di acido nello stomaco variano molto e a volte queste differenze possono dar luogo a un senso di fastidio. Ogni tanto l’azione dei succhi gastrici si sposta in parti del vostro corpo dove invece non dovrebbe andare, per esempio nei fenomeni di «reflusso», in cui gli acidi dello stomaco risalgono e si riversano nell’esofago.
Nella maggior parte dei casi, questi problemi sono dovuti a cattive abitudini alimentari (come l’eccessiva alimentazione o gli spuntini notturni), anche se alcune persone ne soffrono a causa di altri disturbi fisici, come l’ernia iatale.
Un rimedio al volo? Buttare giù un antiacido. Il risultato sarà una semplice reazione chimica.
Sebbene esistano diversi tipi di antiacido sul mercato, quasi tutti contengono un carbonato, di calcio o di magnesio. Il carbonato è un atomo di carbonio con tre atomi di ossigeno.

Un blocchetto di roccia
Il carbonato di calcio è un minerale molto comune. Fornisce ai gusci d’uovo la loro durezza, ed è il principale componente del calcare, del marmo e del gesso. E sì, quando assumete un antiacido state in effetti ingoiando polvere di roccia, anche se non vi suggerirei di polverizzare un sassolino come sostituto economico al medicinale!
I carbonati reagiscono benissimo con gli acidi. Questo si dimostra valido, purtroppo, anche nelle aree afflitte dalle piogge acide.
Le costruzioni in marmo, e soprattutto quelle in rocce calcaree di minore durezza, se la passano molto male quando la pioggia è particolarmente acida, e sono vittime di evidente erosione. Le sculture perdono definizione, mentre alcune incisioni possono scomparire del tutto, lasciando le lapidi delle tombe con scritte che non dicono più nulla.
Ma ciò che è dannoso per le costruzioni in pietra, risulta di beneficio per il vostro stomaco.
Quando un elemento chimico come il carbonato di calcio incontra l’acido cloridrico, avviene una reazione chimica. Una reazione consiste in differenti parti di due composti chimici (molecole che contengono più di un elemento) che si scambiano posto. Lo fanno per ragioni energetiche. C’è energia nel modo in cui differenti legami elettronici fanno stare insieme gli atomi nelle molecole, e non tutti i legami sono gli stessi. Se c’è rilascio di energia nel passaggio da una configurazione a un’altra, di solito quel passaggio tende a verificarsi. La situazione assomiglia a quella di un oggetto che cade da una certa altezza. È facile far cadere un masso dalla punta di un precipizio, perché l’energia potenziale viene completamente persa nella caduta. È invece molto più difficile trascinare un masso dal fondo di una valle fino in cima alla montagna, perché in questo caso l’energia deve essere aggiunta.
Nel caso dell’incontro di carbonato di calcio e acido cloridrico, il risultato è una forte interazione che termina con la produzione di tre molecole. L’acido cloridrico ha un atomo di idrogeno e uno di cloro legati insieme. Nella reazione, il cloro si lega con il calcio formando cloruro di calcio, mentre la coppia di atomi di idrogeno si lega all’ossigeno del carbonato formando acqua, e il carbonato rimanente diventa anidride carbonica. Come risultato generale, i livelli di acido calano e il vostro stomaco comincia a darvi meno fastidio, o almeno così si spera.

Il composto malefico eppure vitale
L’anidride carbonica è un semplicissimo composto chimico che però ora gode di una cattiva nomea. Se ci trovassimo in un film della serie 007, interpreterebbe il cattivo con il perfido intento di dominare il mondo. Questa fama è dovuta al suo ruolo come gas serra nel riscaldamento globale. Indubbiamente un eccesso di anidride carbonica nell’atmosfera risulta dannoso. Ma è importante non mettere in cattiva luce questo gas di per sé, perché ci sono un paio di motivi per cui, senza di esso, non potreste proprio vivere.
Il primo vantaggio che l’anidride carbonica vi dona riguarda il lato positivo dell’effetto serra. Nell’atmosfera si comporta come uno specchio unidirezionale per il calore. La maggior parte dei raggi solari che ci arrivano attraversano imperterriti l’atmosfera riscaldando così la superficie della Terra, che successivamente rilascia radiazione infrarossa di minore energia. Parte di questa radiazione viene assorbita brevemente dalle molecole di anidride carbonica.
Le molecole riemettono nell’infrarosso, mandandone una parte verso lo spazio, ma un’altra proprio verso la Terra. L’anidride carbonica, dunque, è una sorta di coperta, che contribuisce all’isolamento termico del nostro pianeta, mantenendo la temperatura confortevole per noi esseri umani.
Se volete vedere l’anidride carbonica realizzare questa operazione ma al suo estremo negativo, fatevi un giretto su Venere. Prima si pensava che le condizioni su Venere fossero simili a quelle della Terra, ma con un 97% di anidride carbonica nell’atmosfera, l’effetto serra è galoppante. La temperatura media è di 480 °C, e può salire fino ai 600 °C. Nell’atmosfera terrestre, invece, in termini volumetrici abbiamo solo lo 0,039% di anidride carbonica, ma il suo contributo all’effetto serra generale (ci sono anche altri gas, come il vapore acqueo e il metano che contribuiscono) comporta un innalzamento della temperatura di 33 °C rispetto alla temperatura che si avrebbe in sua assenza. Senza effetto serra, la Terra avrebbe infatti una temperatura media di –18 °C, che renderebbe quasi impossibile la vita.
L’altro ruolo fondamentale ricoperto dall’anidride carbonica riguarda il nutrimento delle piante. Come abbiamo visto prima, il ciclo vitale della Terra si fonda sulle piante. Anche i carnivori ne hanno bisogno, perché gli animali di cui si nutrono si sono a loro volta cibati di piante, e comunque, analizzando la catena alimentare a ritroso, qualche elemento lo avrà fatto di sicuro. Le piante assumono anidride carbonica dall’aria, utilizzano il carbonio per la loro crescita, e, attraverso la fotosintesi, emettono come prodotto di scarto l’ossigeno che ci serve per respirare (vedi pag. 112).

Con l’aggiunta di un po’ di bollicine
E poi c’è il lato divertente dell’anidride carbonica, scoperto stranamente agli inizi degli studi su questo composto. Il chimico scozzese Joseph Black fu il primo a isolare l’anidride carbonica nel 1756.
Appena undici anni dopo, Joseph Priestley, che successivamente isolò l’ossigeno, cominciò a studiare la produzione di anidride carbonica nella birreria Jacques nella città di Leeds. Uno dei test di Priestley consistette nel farla spumeggiare nell’acqua, dove appunto ne individuò una piccola quantità disciolta, capace di rendere il sapore dell’acqua esaminata simile a quello dell’acqua minerale frizzante che sgorgava dalle Alpi.
Priestley mise quasi del tutto da parte questi suoi studi fino al 1772, quando venne invitato a una cena a casa del duca di Northumberland, a Londra. Come parte dell’intrattenimento, agli ospiti venne offerta dell’acqua di mare purificata, che si rivelò piuttosto insipida. Priestley annunciò di avere un metodo per migliorarne il sapore, e si ripresentò il giorno successivo per trasformare l’acqua in acqua gasata. All’epoca, Priestley ottenne anidride carbonica da acido solforico e polvere di gesso, ovvero da un processo non molto differente da quello che si genera dissolvendo una pasticca di antiacido nel vostro stomaco. Fu cacciato dalla distilleria di birra con l’accusa di aver rovinato una partita della bevanda dopo aver provato a dissolvere anidride carbonica nell’etere etilico. Priestley non ebbe l’intuizione di diffondere commercialmente l’acqua gasata, pertanto le cose si rivelarono piuttosto facili, qualche anno dopo, per lo svizzero Johann Schweppe.