THINGS THAT GO "BOOM!" - I

La sintesi chimica non è cosa semplice: solventi per lo più infiammabili e tossici o irritanti, reagenti corrosivi, caustici, piroforici, tossici. E in più l'inaccortezza e l'ignoranza possono provocare incidenti la cui gravità cresce con la scala della sintesi. Le cose possono prendere una piega esplosiva quando meno te l'aspetti.
Anni fa accanto a me, alla stessa mia cappa, un collega provava a recuperare altro prodotto dalla cristallizzazione di un nitrofenilglicoside; aveva concentrato le acque madri, e non era successo niente, aveva raffreddato il concentrato e ora stava filtrando. All'improvviso, BOOM!. La quantità era piccola, quindi fu un boom! in tono minore, ma comunque polverizzò una piccola beuta da vuoto. La cosa fece storia. Dopo l'episodio saresti potuto entrare in laboratorio chiedendo a gran voce "Quando si recupera un secondo crop di un nitrofenilzucchero?" e avresti ottenuto come risposta all'unisono un sonoro "MAI!".
Pure azidozuccheri, si facevano, e finivano in un progetto di proteomica che veniva portato avanti dall'università. Sintetizzavano analoghi peptidici. Ci stava dietro una post doc. Un giorno mi chiamò.
"Visto che avete fatto tutti questi azidozuccheri ci servirebbe un'altra azide, tipo la glicina, ma con l'azide al posto dell'ammina"
"Cioè acido azidoacetico."
"Sì, potete farlo?"
"No."
"Perché?"
"Perché esplode. Estremamente instabile. Si potrebbe fare l'estere etilico, ottenerlo come soluzione al 10%"
"Concentrato no?"
"No."
"Perché?"
"Perché esplode."
"Oddio, e ora come facciamo, non riusciamo a finire la sintesi"
"Potreste usare acido cloroacetico, o bromoacetico, e come ultimo passaggio sostituire cloro o bromo con l'azide."
"Grande idea, grazie!"
"Ah, ma non fatelo in diclorometano a caldo"
"Ma noi di solito usiamo diclorometano a caldo. Perché?"
"Perché si forma diazidometano."
"E che fa?"
"ESPLODEEEEE!"

Nel video uso ludico del potassio metallico da parte di un gruppo in un laboratorio universitario yankee

THINGS THAT GO "BOOM!" - II - I CHIMICI FISICI

Di solito si pensa alle esplosioni come a fenomeni prodotti da composti esplosivi o miscele esplosive.
Nei laboratori universitari più intensivi e stressanti (duravano mesi, all'epoca) durante i tempi morti c'era chi si dava all'attività ricreativa: azoturo di iodio, correttamente denominato nitruro di iodio (esplosivo poco potente ma molto instabile, quando secco, che detona rilasciando nuvolette viola di vapori di iodio), variazioni sulla termite, combustibili solidi per razzi, fumogeni e via dicendo. Un professore di chimica industriale, di scuola nattiana (riposi in pace) raccontava di un suo tesista fortemente avverso ai fumatori che faceva lotti di fulminato di mercurio da qualche grammo, e ci minava i posaceneri dell'Istituto. Quando uno spengeva una sigaretta, BAM, rumore di fucilata e posacenere per aria.
Ma le esplosioni si possono verificare anche per aumento di pressione in un contenitore chiuso. Potete gonfiare un palloncino fino a farlo scoppiare, ad esempio. Vedere un reattore da 3000 l deformarsi perché qualcuno ha caricato velocemente bicarbonato per neutralizzare una miscela acida lasciando chiusi gli sfiati è molto più spaventoso, da quel che mi hanno raccontato.
Dalle nostre parti chimici fisici e chimici teorici non erano animali da laboratorio e sicuramente non avevano attitudine per preparazioni e sintesi. Ma non erano alieni al fascino dei botti. A causa delle loro inclinazioni, usavano mezzi diversi.
Si raccontava di un austero professore che in gioventù, da fan del ghiaccio secco, era uso con molta pazienza inserire pezzettini di anidride carbonica solida in palloncini sgonfi, d'inverno. Li chiudeva legandoli e li inseriva tra gli elementi dei termosifoni delle aule. Quando il calore trasformava il ghiaccio secco in anidride carbonica gas, BAM!.
Un altro incredibile soggetto aveva un autentico amore per l'azoto liquido. L'unico che abbia mai visto sgattaiolare fuori dall'Istituto a sera con un dewar da cinque litri di azoto liquido sotto l'impermeabile. "Uso scherzi", diceva lui.
In realtà stava perfezionando il suo botto all'azoto liquido.
Usava bottiglie di plastica, di quelle stondate, a sezione circolare. Il problema era che il tappo non era a tenuta, e sfiatava, rilasciando gas e impedendo l'accumulo di pressione nella bottiglia. Colpo di genio, risolse il problema con un sigillo di ghiaccio. Riempì la bottiglia di azoto liquido quasi completamente, poi aggiunse acqua che immediatamente ghiacciò, espandendosi, e garantendo così la perfetta tenuta.
Mi raccontò che solo dopo averlo fatto si rese conto di avere un botto innescato in mano. Velocemente aprì la porta di casa, lo mise a una buona distanza dalla soglia, e corse di nuovo dentro chiudendosi la porta alle spalle.
I minuti passavano e non succedeva niente. Pensando di aver ancora fallito nell'esecuzione aprì la porta per vedere cosa stava succedendo. La bottiglia era ancora lì, ma non era più una bottiglia, era una sfera con un tappo blu. Chiuse velocemente la porta, giusto un'attimo prima del boato. Il vicinato si affacciò alle finestre, in allarme, pensando ad una fuga di gas.
Niente del genere, nessun danno a nessuna cosa. "Uniche tracce rimaste, un tappo di plastica blu e qualche goccia d'acqua", mi disse.

Nel video, rischi connessi alle bombole di gas compresso: questa aneddotica non deve far venire idee balorde a nessuno, i gas compressi sono PERICOLOSI.

THINGS THAT GOO "BOOM!" - PICRATI

L'acido picrico (o TNP, che sta per TriNitroPhenol) è perlopiù noto come esplosivo secondario, ma ha una lunga storia di altri usi (da colorante in biologia-microscopia a disinfettante).
Negli anni ruggenti veniva usato dai chimici organici per caratterizzare le ammine, con la formazione del relativo picrato di ammonio. Perché, come vedete dal video, è un potente mezzo per tirar giù sali cristallini (nel video il picrato di ammonio cristallizza da acqua).
Non ti veniva il cloridrato, il solfato o l'emifumarato? Col picrato passava la paura, impossibile fallire.
La formazione del picrato era uno dei saggi di una disciplina di fatto estinta, l'analisi qualitativa organica.
"L'acido picrico si combina con le ammine per dare composti (picrati) che hanno punti di fusione caratteristici.", così il Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry.
Il punto di fusione. E vi giuro, che ogni volta che ho letto riportati punti di fusione del picrato di questa o quella ammina ho sempre riso. C'era scritto il più delle volte accanto "dec.", che sta per "decomposizione". Quindi immaginavo qualcuno che infilava qualche cristallo polverizzato in un capillare, lo collocava assieme al termometro in un tubo di Thiele e poi con un bunsen iniziava a scaldare l'olio. 195, 196,197,198,199,200, 201 °C, capillare esploso, registrato sul quaderno di laboratorio "punto di fusione 201°C, dec.".

THINGS THAT GO BOOM! - CUBI, CUBANI, NITROCUBANI

E non si parla di sigari (anche se magari, un Montecristo n° 5...)

Il cubo. Solido platonico, nella sua variante quadridimensionale (ipercubo, tesseract) qualcuno se lo ricorderà animato come screensaver di Linux Slackware.
E esiste un idrocarburo cubico, il cubano (ovviamente un C8).
In realtà esisterebbe la serie degli idrocarburi platonici: tetraedrano (mai sintetizzato senza derivatizzazioni), cubano, ottaedrano (non esistente e di esistenza improbabile, dai calcoli energetici), dodecaedrano (sintetizzato, e con tensione dei legami pressoché nulla), e andando avanti col numero di atomi di carbonio si va verso fullereni e bucky balls. Poi esistono altri idrocarburi poliedrici, come cuneano e prismano.

Mi sono a lungo chiesto, ai tempi, il senso del cubano, al di là della conferma sperimentale delle previsioni teoriche etc. Finché non fu annunciata la sintesi dell'ottanitrocubano.
Breviter, è universalmente noto, o dovrebbero esserlo, che l'idridazione sp3 del carbonio ha struttura tetraedrica.
Parlando di centri di simmetria, nel cubano i carbonii dovrebbero avere il centro di simmetria degli orbitali idridati nel proprio nucleo, ma così non è. La molecola ha simmetria ottaedrica (visto che è un cubo, ed essendo da sempre allergico a simmetrie e teorie di gruppi qui mi fermo). L'angolo di 90° dei legami del cubano è una bella forzatura della "norma" visto che il naturale angolo dell'ibridazione sp3, tetraedrica, è 109.45°.E questo rende il composto endotermico e termodinamicamente sfavorito MA... esistente perché cineticamente stabile.
I suoi derivati eptanitrocubano e ottanitrocubano sono stati studiati come esplosivi sperimentali, ma per la non facile sintesi tali sono rimasti, e le quantità prodotte sono state minime. Però l'ottanitrocubano, stabile se non innescato, è l'esplosivo con la più alta velocità di detonazione al momento nota, 10.100 m/sec. Merito di quei legami tensionati.
All'inizio del millennio, quando la sua sintesi venne annunciata, per alcuni l'intento non era stato sviluppare la sintesi di un esplosivo, bensì misurarsi con la difficoltà dell'impresa.
http://www-news.uchicago.edu/releases/01/010320.explosive.shtml