Breve storia della gomma: da Faraday a Natta

di Vincenzo Villani.

La gomma è utilizzata dall’Uomo dalle epoche più remote: abbiamo prove che gli Indios d’America ne facevano manufatti già 4000 anni fa! E’ nota agli europei dal 1496, importata durante il secondo viaggio di Cristoforo Colombo. Tuttavia, in questo excursus ci occuperemo dell’evoluzione propriamente chimica della gomma a partire dall’800.

La gomma naturale si ottiene dall’Hevea Brasiliensis (albero della gomma) sotto forma di un lattice ricco di cis-1,4-poliisoprene.

Si deve al genio di Michael Faraday nel 1826 la determinazione della sua formula minima, C5H8. Faraday era consapevole che anche C10H16, C15H24, … potevano essere le formule molecolari, mai avrebbe pensato che la formula corretta era del tipo C50000H80000 (infatti, la gomma ha un peso molecolare medio di circa 5 · 105), l’idea di macromolecola non era ancora stata scoperta!

Nel 1839 Charles Goodyear scoprì la reazione di vulcanizzazione, in cui la gomma naturale trattata con zolfo, biacca (carbonato basico di piombo, 2PbCO3·Pb(OH)2) e calore → a 130°C è trasformata in un materiale elastico e tenace, resistente all’invecchiamento. Si tratta di una reazione di reticolazione in cui le catene macromolecolari sono unite da forti legami disolfuro (detti cross-link) mediante un accelerante ad alta temperatura.

Fino al 1920 per spiegare l’alto peso molecolare dei polimeri naturali o di sintesi era in auge la ‘Teoria micellare’, sviluppata a partire dagli studi di Graham del 1861. Veniva ipotizzata l’esistenza dei ‘colloidi’, aggregati di molecole a basso peso molecolare (filtrati da una membrana semipermeabile di pergamena) tenute insieme da deboli forze intermolecolari (strutture supramolecolari, diremmo oggi), in modo analogo a come un lungo filo di spago è tenuto assieme dall’aggrovigliamento di fibre corte.

Gli alti pesi molecolari stimati mediante le proprietà colligative (abbassamento crioscopico, innalzamento ebulloscopico e pressione osmotica) erano ritenuti una conseguenza di quest’aggregazione.

Sulla struttura della gomma naturale il dibattito era molto intenso, veniva stimato (correttamente) un peso molecolare M>100 000 uma. Nel 1905 il chimico tedesco Dietrich Harries, elaborò una teoria secondo cui la gomma consisteva di molecole ad anello di 8 termini risultanti dalla combinazione di due molecole di isoprene; queste avrebbero formato grandi aggregati colloidali mediante deboli interazioni intermolecolari tra i doppi legami (anticipando le interazioni π-π).

Il chimico inglese Samuel Pickles criticò l’ipotesi di Harries e propose, un modello ad anelli interconnessi (come i catenani, diremmo oggi) costituiti da almeno 8 unità isopreniche ciascuno.

Finalmente, negli anni ‘30 Wallace Carothers in America ed Hermann Staudinger in Germania, svilupparono la ‘Teoria delle macromolecole’.

La possibilità di disporre di gomma di sintesi (di importanza strategica) rimase frustrata fino al 1910 quando il chimico russo Sergei Lebedev ottenne la prima gomma di sintesi, l’1,4-polibutadiene, trattando il butadiene (ottenuto dall’etanolo a partire dalla fermentazione delle patate…) con sodio metallico come catalizzatore:

 

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Leggi l’articolo completo: Vincenzo Villani, Breve storia della gomma: da Faraday a Natta, in Scienze e Ricerche n. 31, 15 giugno 2016, pp. 18-22