Il Superuovo

Giulio Natta: l’ingegnere chimico che vinse il premio Nobel per la chimica

Giulio Natta: l’ingegnere chimico che vinse il premio Nobel per la chimica

È il 1963: Giulio Natta diventa il primo italiano a vincere il Nobel per la chimica.

Raffineria, un esempio di impianto chimico in cui vennero applicate le scoperte di Natta (fonte: pixabay)

Spesso si pensa che la ricerca sia un ambito esclusivo dei chimici e che invece agli ingegneri si riservino solo le applicazioni pratiche, ma questo è lungi dall’essere vero.

Chimica e ingegneria: che differenza c’è?

Spesso il rapporto tra chimica e ingegneria chimica è frainteso. Come in molti altri campi le parole ingannano, e così le credenze popolari. Quando si parla di chimica s’intende quella branca della scienza che studia la materia, dagli atomi fino a ciò di cui sono fatti i pianeti. L’ingegneria chimica si occupa invece di applicazioni estremamente varie: dall’alimentare al cosmetico, dall’industria al petrolifero, dai materiali fino al farmaceutico. Sono entrambe branche molto importanti per lo sviluppo industriale e per la vita di ogni giorno, e dipendono l’una dall’altra. Tutto ciò che ci circonda è risultato, diretto o indiretto, di reazioni chimiche: la combustione della legna nella stufa di casa, il pavimento lucido dopo averci passato la soda caustica, la busta di “ghiaccio rapido” che applichiamo su una botta dopo essere caduti in bici o avere preso una pallonata. Il chimico si occupa di studiare le reazioni chimiche, i composti dalle quali scaturiscono (legna e ossigeno, idrossido di sodio, nitrato di ammonio e acqua, in riferimento agli esempi fatti prima), e ciò che si crea al termine di queste. L’ingegnere chimico si occupa invece della produzione industriale di sostanze o di materiali. Quello che fa è quindi prendere le reazioni e i processi più “convenienti” e progettare gli impianti di conseguenza. Oltretutto è d’obbligo ricordare che spesso esiste una figura intermediaria tra queste due, quella del chimico industriale, che si occupa per così dire della “via di mezzo” tra ciò che viene fatto in laboratorio e quello che viene eseguito negli impianti. Facciamo qualche esempio pratico. L’ammoniaca, formula chimica NH3, è uno dei composti più largamente usati industrialmente e facile da reperire, basti pensare che si trova comodamente al supermercato disciolta in acqua come prodotto di pulizia per la casa. Questo versatile composto può essere prodotto in molti modi diversi, ognuno dei quali ha dei vantaggi e degli svantaggi. Per semplificare, pensiamo di dover far colorare a dei bambini una figura di rosso. Uno di loro preferirà partire dagli angoli, uno dai bordi e uno dal centro: il risultato sarà sempre lo stesso, un pezzo di carta completamente rosso. Per le sostanze chimiche il ragionamento è simile: diverse vie di produzione, stesso risultato finale. Quando i chimici si sono trovati a studiare l’ammoniaca e le sue applicazioni, sono stati scoperti diversi metodi per produrla, fino ad arrivare al processo Haber-Bosch, che valse il premio Nobel ai suoi scopritori, che rimane ad oggi il più vantaggioso a livello industriale. Il chimico studia e conosce molti diversi processi per la produzione di sostanze o di energia, mentre l’ingegnere si interessa solo a quelli che in termini di sicurezza e di guadagno possano essere i più convenienti. Detto questo si potrebbe pensare che l’ingegnere chimico abbia un campo di ricerca teorica e sperimentale molto più ristretto rispetto a quello del chimico puro, ma non è affatto vero. Mentre il chimico si occupa di ricerche sulla struttura della materia, spesso a scavalco anche con la fisica, e di molto altro; l’ingegnere è concentrato sui fenomeni di trasporto, di separazione delle sostanze e ancora argomenti a che fare con termodinamica e fluidodinamica. Senza quindi entrare nei dettagli si può affermare che hanno entrambi dei campi di ricerca molto ampi, così come il chimico industriale, che possono essere estremamente lontani ma anche intersecati gli uni con gli altri. D’altronde l’ingegnere chimico potrebbe fare ben poco senza le basi teoriche e sperimentali date dai chimici. Questi ultimi a loro volta traggono beneficio dal conoscere il risultato di reazioni eseguite su larga scala, come accade in un impianto. In ultima analisi chimici e ingegneri chimici sono una grande famiglia, in cui uno fa la sua parte per aiutare l’altro e viceversa.

Un laboratorio, luogo di ricerca sia dei chimici che degli ingegneri (fonte: pixabay)

Giulio Natta e le sue scoperte

Classe 1903, Giulio Natta fu un ingegnere e studioso di origine ligure. Vinse il premio Nobel nel 1963 assieme al tedesco Ziegler, per le loro scoperte nel campo dei polimeri e della catalisi. Ma di cosa si tratta esattamente? I polimeri sono una classe di composti in cui viene ripetuto migliaia di volte un singolo gruppo di atomi, fino a formare catene e complessi. Quando sentite parlare di policarbonato, PVC, Nylon e altri composti ancora, ci si riferisce ai polimeri. Prendiamo ad esempio il Nylon di tipo 6,6. Tutto comincia con una singola molecola, senza particolari proprietà, che si lega ad una seconda identica a lei. Poi una terza, una quarta e così via, fino ad arrivare a migliaia o milioni. Un po’ come dei fogli di carta: quando sono soli basta un alito di vento per tagliarli, in grande numero invece come accade negli elenchi telefonici, diventa un’impresa anche solo provare a fare uno strappo. Lo stesso accade con molte delle molecole di cui sono composti i polimeri, che rivelano proprietà straordinarie e molto durature. Per quanto riguarda la catalisi invece, non si tratta più di materiali ma di reazioni. Mi spiego meglio: avete una bicicletta chiusa in garage da qualche mese e volete farvici un giro. Dopo esserci montati iniziate a pedalare ma notate che la catena è molto dura e vi rallenta, oppure semplicemente credete di poter andare più veloci. Allora rientrate in casa e ungete la catena con del grasso o dell’olio, montate in sella e percorrete la via di casa nella metà del tempo di prima. Cosa è cambiato? Semplice: aggiungere una sostanza ha reso la vostra pedalata più semplice e più veloce. Con le reazioni chimiche succede all’incirca la stessa cosa. I catalizzatori sono dei composti molto particolari che, come il grasso da meccanico che tenete in garage, rendono le reazioni più veloci o più semplici. L’unica differenza è che, mentre voi se siete fortunati potete guadagnare la metà del tempo in sella alla vostra bicicletta, le reazioni guadagnano milioni o anche miliardi di volte il tempo che normalmente impiegherebbero per arrivare a termine. Natta collaborò alla ricerca di un tipo particolare di catalizzatori, che uniscono metalli e composti organici, particolarmente efficaci per produrre polimeri (ad esempio il PP). Natta fu inoltre direttore di diverse istituzioni accademiche in Italia, ed è anche l’unico italiano ad aver vinto il premio Nobel per la chimica. Dimostrò con le sue ricerche che chimica, chimica industriale e ingegneria chimica, sono tre realtà molto vicine tra loro e con necessità di cooperare per andare avanti. Dopo una vita di brevetti, ricerca, libri e scoperte, Natta si spense a 76 anni a causa del morbo di Parkinson, diagnosticatogli nel 1956. Lasciò un’eredità non indifferente sia a livello professionale che personale. Alcuni dei suoi scritti vengono tuttora usati per l’insegnamento universitario e i suoi allievi arrivarono ai livelli più alti delle industrie italiane e internazionali. Si distinse soprattutto per la sua attenzione nelle applicazioni dei materiali e dei composti, ad esempio nell’acustica degli ultrasuoni, e questo lo portò a intuire delle potenzialità e degli utilizzi che altri suoi coevi difficilmente avrebbero immaginato. Fu di ispirazione per molte industrie e compagnie, che utilizzarono i suoi brevetti e le sue scoperte in moltissimi ambiti differenti. Tutt’oggi rimane un punto di riferimento per chimici e ingegneri, a dimostrazione che per andare avanti il mondo ha bisogno di persone con passione e poliedricità, che abbiano competenze specifiche e che sappiano anche “di tutto un po’”.

 

Molti dei giocattoli che abbiamo in casa sono composti da materiali polimerici, come ad esempio i lego (fonte: pixabay)

La ricerca d’avanguardia

Se c’è un ambito in cui di sicuro la chimica e l’ingegneria si fondono e cooperano è quello della ricerca. Come ci insegnano Natta e molti altri, la cooperazione è fondamentale tanto più avanzano le scoperte scientifiche. Al giorno d’oggi, anche grazie ai social, le novità ingegneristiche sono alla portata di chiunque. Prendiamo ad esempio il grafene, di cui ogni tanto si parla nei telegiornali. Come il diamante e come le mine delle matite, il grafene è composto da soli atomi di carbonio. Quello che lo differenzia dai suoi altri due “parenti” prima citati è il modo in cui i suoi atomi si dispongono. Non è semplice immaginare la struttura delle molecole all’interno di un materiale, proviamo quindi a fare un paragone con qualcosa più alla nostra portata. Tutti abbiamo provato almeno una volta a costruire un castello di carte. Impiliamo le carte in modo da farle stare in equilibrio e facciamo uno, due, magari tre piani. Poi però qualcuno apre la porta e lo spostamento d’aria causa il collasso del nostro duro lavoro. Se invece sul nostro tavolo teniamo le nostre carte impaccate l’una sull’altra come appena uscite dalla scatola, bisogna mettersi a soffiare con forza o usare le mani per spostarle dalla loro posizione. Ecco un esempio di come l’ordine e la struttura possono influenzare di molto le proprietà degli insiemi. Nel diamante gli atomi sono molto vicini, compatti e formano un reticolo quasi indistruttibile. Nel grafene invece gli atomi sono più lontani e legati con una forma differente, il che lo rende ad esempio un ottimo conduttore. D’obbligo citare anche le zeoliti. Questi minerali hanno infatti moltissimi utilizzi come catalizzatori e nell’edilizia, nell’agricoltura e anche nell’informatica. Sia per quanto riguarda il grafene, e altre forme di carbonio, che per quanto riguarda le zeoliti, la ricerca sforna ogni mese novità sulle loro potenzialità e le loro applicazioni, così come accade per una miriade di altri composti. La simulazione computerizzata accelera in maniera esponenziale la ricerca sulle proprietà dei materiali, che poi vengono utilizzati dall’automobilismo fino al vestiario. Altri composti di grandi interesse sono i superconduttori, che dimostrano proprietà straordinarie nella conduzione di energia a basse temperature, molti polimeri e i fluidi supercritici, uno stadio intermedio tra gas e liquidi. Queste scoperte sconfinano poi nell’informatica, e nella meccanica fino all’energetico, rendendo l’ingegneria chimica una delle branche più vaste e interessanti del mondo di oggi. Anche le forme di energia rinnovabile, come i biocarburanti, fanno parte di queste ricerche. In particolare negli ultimi anni la chimica si è rivelata fondamentale per questo ambito, così come l’ingegneria ha fatto enormi passi avanti nello smaltimento degli scarti e nei processi “puliti”. Le possibilità di scoprire nuovi materiali e nuove tecniche di produzioni sono pressoché infinite, ed è solo con la curiosità e la voglia di sperimentare che potranno essere la chiave per proiettarci in un futuro migliore.

Il diamante ha la stessa composizione chimica della grafite, ma mentre questo viene usato per le trivellazioni, la grafite è così tenera da poter essere temperata (fonte: pixabay)

 

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