“Cosa studi?” è una delle domande poste più frequentemente fra studenti universitari che si conoscono per la prima volta. Mi sono accorto nel tempo che la semplice risposta “Chimica” faceva emergere un profondo stereotipo, legato anche a moderne serie televisive, e in particolare (ma non solo) quando mi interfacciavo con persone fuori dall’ambito scientifico. La figura del chimico è quella tradizionalmente più accattivante: una persona, spesso solitaria, con occhiali e camice bianco (incredibilmente candido) circondato da becher e beute contenenti liquidi di tutti i colori, e che si diletta a mescolare e osservare con sguardo immaginifico, come una recente campagna canzonatoria di professionisti del mondo del lavoro su Twitter ha evidenziato.

Seppur la chimica affondi le sue radici nell’antica pratica dell’alchimia, la concezione moderna di questa disciplina è notevolmente cambiata, specie nel secolo scorso. Questa trasformazione è principalmente dovuta a una serie di nuove scoperte che hanno aperto interi nuovi settori di studio che sono entrati con prepotenza nella comunità scientifica e nella quotidianità. Le leggi di Lavoisier, Avogadro e Boyle e tutti gli studi sui gas perfetti, per quanto essenziali, sembrano dei lontani ricordi, anche se spesso costituiscono la parte principale dei (pochi) corsi di chimica delle scuole secondarie superiori. E quindi la domanda essenziale di cui vorremmo dare una vaga risposta è: di cosa parlano i chimici oggi?

Da un punto di vista pratico, una delle rivoluzioni chimiche che  hanno trasformato radicalmente la nostra società è stata la scoperta dei polimeri. I polimeri sono molecole caratterizzate da un numero enorme di unità semplici che prendono il nome di monomeri collegati l’uno con l’altro. In natura esistono moltissimi esempi di polimeri essenziali per la vita, come il DNA oppure il glicogeno, ovvero un polimero di glucosio che il nostro organismo sfrutta per conservare questa preziosa fonte energetica.  I primi passi in questo nuovo mondo furono effettuati da Hermann Staudinger (Nobel per la Chimica nel 1953) che nel 1920 con il suo lavoro "Über Polymerisation" propose l’esistenza di queste molecole enormi formate da unità semplici ripetute, anche se il primo polimero completamente artificiale è dovuto a Leo Baekeland, che nel 1909 sintetizzò un antenato della moderna plastica, la bachelite.

La capacità di comprendere, ideare, sintetizzare e controllare il processo di polimerizzazione (il collegamento dei vari monomeri a formare la macromolecola) ha permesso l’entrata in scena di tutta una serie di nuovi materiali, tra cui la tanto amata e odiata plastica comunemente utilizzata. I polimeri possono assumere le più disparate proprietà a seconda di alcuni ingredienti essenziali, di cui citiamo quelli più semplici: le caratteristiche chimiche dei monomeri; la loro disposizione nello spazio; il numero di unità ripetute; la presenza o meno di alcuni additivi per migliorare le proprietà. A seconda di questi ingredienti possiamo avere materiali molto diversi: nylon, polimetilmetacrilato (anche noto come Plexigas) oppure PET, PVC e altri tipi di plastiche sono gli esempi più banali.

Cosa significa “controllare” il processo di polimerizzazione? Prendiamo il monomero più semplice possibile, ovvero l’etilene. È una molecola formata da due atomi di carbonio “C” e quattro di idrogeno “H” con formula chimica CH2=CH2, ad indicare che il legame tra i due carboni è doppio. Nel processo di polimerizzazione, il legame doppio diventa singolo e si forma un legame con un atomo di carbonio di un’altra molecola di etilene, in formule CH2=CH2 + CH2=CH2 → CH3-CH2-CH=CH2, dove si vede che gli idrogeni si spostano di conseguenza per permettere a ogni carbonio di avere in totale quattro legami. Avendo moltissime molecole di etilene, che tipologie di polietilene (PE) possiamo ottenere?

«Soltanto una legge che io riesco a capire ha potuto sposarli senza farli scoppiare» (Un chimico, F. De André)

Di che legge parla il chimico cantato da De André mentre osserva il mare? Chi sono i protagonisti di questa legge?

Il mondo della chimica si basa sull’idea di atomo, nata nella scuola dei filosofi naturalisti (fine VII secolo a. C.) e sviluppata pian piano fino al concetto formale che conosciamo oggi. Da un punto di vista pratico, in realtà la chimica non si interessa dell’atomo in sé, ma di come queste entità interagiscono fra loro, creando e distruggendo molecole più o meno interessanti per l’essere umano. Questo desiderio di capire la materia, di spiegare come si trasforma e di dominare queste trasformazioni stesse accompagna da sempre l’esistenza umana, ancor prima che l’atomo venisse davvero compreso tramite la fisica moderna.

Il nostro obiettivo è quello di studiare le interazioni fra gli atomi, che rendono possibile la chimica. Da dove iniziare dunque? Tutto quello che ci serve è in un bicchiere d’acqua. Per semplicità, prendiamo in considerazione esclusivamente l’acqua, trascurando tutti i sali minerali e le sostanze disciolte normalmente. L’acqua è una molecola estremamente semplice e sfogliando un qualsiasi testo di chimica possiamo trovarla schematizzata come in Figura 1.