Il kit: nove attrezzi prima di cominciare
La chimica respinge chi la incontra da adulto per un motivo che con la chimica c'entra poco. È scritta in una notazione che somiglia all'aritmetica e non lo è, e usa parole prese dall'italiano di tutti i giorni dando loro un senso più stretto. Chi apre la prima pagina e legge NaHCO₃ vede rumore; chi sa che quel 3 conta soltanto gli ossigeni legge una parola.
Conviene sapere dove finisce lo sforzo, perché la fatica attesa e la fatica vera stanno in due posti diversi. Il programma ufficiale di chimica è fatto di sette unità e quarantasei voci, e quelle voci, sciolte argomento per argomento, diventano trecentosessantasette. Settantaquattro chiedono un conto: uno su cinque. Più della metà invece nomina una formula, una struttura, un legame o un nome da sciogliere. La chimica si legge molto più di quanto si calcoli, e la barriera di chi parte da zero è quasi sempre di lettura.
Questi attrezzi non sono chimica. Sono ciò che serve prima. Nessuno richiede più di dieci minuti, e nessuno chiede di essere imparato a memoria: chiedono di essere usati una volta.
Un avvertimento che vale per tutto il kit. Qui non si insegna niente che poi il corso rispieghi. La mole e il numero di Avogadro, le unità con cui si misura una concentrazione, la scala del pH, i numeri di ossidazione, il bilanciamento di una reazione, le regole per costruire un nome: sono tutti materia d'esame e si imparano nel corso, al loro posto. Qui si prepara solo il terreno: il modo di contare a pacchi senza sapere ancora quale pacco, il mestiere del rapporto senza sapere ancora quale rapporto, l'aritmetica dell'esponente senza sapere ancora di che cosa.
Come si usa questo kit#
Non si legge tutto d'un fiato, e non si legge in ordine.
Le prime tre sezioni servono dal primo minuto e tornano in ogni capitolo: le parole, la notazione, il modo di contare. Quelle conviene averle in mano prima di aprire il primo capitolo, sulla struttura dell'atomo.
Le altre sei si prendono quando servono. La tabella qui sotto dice quali, ed è costruita contando sul programma ufficiale quanti argomenti di ogni parte chiedono quell'attrezzo. Il modo giusto di usarla è al contrario: quando durante lo studio qualcosa non torna, si guarda quale attrezzo manca invece di rileggere tre volte lo stesso paragrafo.
| Parte del programma | Di cosa parla | Attrezzi che chiede |
|---|---|---|
| Atomo, legami, stati della materia, energia | com'è fatta la materia e cosa la fa cambiare | §1 parole · §2 formule · §3 contare · §6 segno · §9 figure |
| Miscele e soluzioni | cosa succede quando una cosa si scioglie in un'altra | §3 · §4 rapporti · §5 proporzionale |
| Reazioni: velocità ed equilibrio | quanto in fretta, e fin dove | §2 · §5 · §8 forma · §9 |
| Acidi, basi, tamponi, ossidoriduzioni | scambi di particelle cariche | §6 · §7 logaritmo · §8 |
| Carbonio, idrocarburi, aromatici | le molecole costruite attorno al carbonio | §1 · §2 |
| I gruppi funzionali | i pezzi che decidono come una molecola reagisce | §2 |
| Le molecole della vita | proteine, zuccheri, grassi, acidi nucleici | §2 · §4 |
Le tre sezioni di partenza sono §1, §2 e §3. Se hai poco tempo, quelle.
§1 · Le parole che sembrano di tutti i giorni#
La chimica prende in prestito parole comuni e le usa in senso stretto. Il prestito è insidioso proprio perché la parola sembra già nota: si scorre la frase convinti di averla capita, e si è capita un'altra cosa.
Due parole che misurano cose diverse, e vengono scambiate di continuo: «forte» e «concentrato». Nel linguaggio di tutti i giorni un caffè forte e un caffè concentrato sono la stessa cosa. Nel linguaggio della chimica sono due assi indipendenti: uno dice che tipo di sostanza hai in mano, l'altro quanta ce n'è nel liquido. Una sostanza forte può essere diluitissima. Una debole può essere concentrata. Tutte e quattro le combinazioni esistono. Che cosa distingua esattamente una sostanza forte da una debole è una delle prime cose che il corso definisce; l'unica cosa da portarsi da qui è che «forte» e «tanto» non sono sinonimi, e che ogni volta che compaiono insieme vanno tenute separate.
Parole che sono istruzioni operative. «Standard» non significa «normale» o «solito»: indica un insieme di condizioni fissate per accordo, scelte una volta in modo che due numeri misurati in laboratori diversi si possano confrontare. Dice qualcosa sul metodo, niente sulla sostanza. «Ideale» significa: dimentica le complicazioni che stiamo trascurando, così la relazione che segue vale. «Spontaneo» significa: se parte, va avanti da solo, senza che nessuno spinga. Non dice nulla sulla velocità. Il ferro che arrugginisce è spontaneo, e ci mette anni.
Parole con due sensi nella stessa pagina. «Neutro» a volte vuol dire senza carica elettrica e a volte né acido né basico: due proprietà diverse, stessa parola. «Prodotto» a volte è ciò che esce da una reazione e a volte è una moltiplicazione. Una sola riga dell'esame ufficiale li usa entrambi, e chiede il rapporto fra il prodotto (la moltiplicazione) delle concentrazioni dei prodotti (le sostanze). «Peso» compare spesso dove si intende una massa: «peso molecolare» è una massa, e quella parola va letta così.
L'appiglio, e copre tutti e tre i casi. Davanti a una parola familiare, fermati: chiediti quale proprietà sta nominando, e misurata come. Sono due domande, e nessuna delle due si risponde col senso comune. Una parola ne esce con un contorno netto oppure ti accorgi che non sai di che cosa parla, e quello è già un guadagno: hai individuato il punto in cui rileggere.
Errore tipico. Fidarsi di una parola perché la si conosce. «Essenziale» nel parlato vuol dire importante; in chimica indica una categoria con un criterio preciso, e l'esame ufficiale del primo appello chiede proprio quello, in una domanda a completamento che si risolve solo conoscendo la definizione stretta. Una parola presa in prestito va trattata come una parola nuova, finché il corso non ne dà il contorno.
§2 · Leggere una formula: quattro segni e basta#
Una formula chimica sembra una targa. È invece una frase con una grammatica rigidissima, fatta di quattro segni. Imparati quelli, ogni formula del programma si legge. Ed è l'attrezzo più usato di tutto il corso: più della metà degli argomenti del programma nomina una formula, una struttura, un legame o un nome da sciogliere.
Il simbolo. Una o due lettere, la prima sempre maiuscola, la seconda sempre minuscola. Ciascuno indica un elemento. La distinzione fra maiuscola e minuscola è informazione, non tipografia: Co è un elemento solo, il cobalto, mentre CO sono due elementi vicini: un carbonio e un ossigeno.
Il pedice, cioè il numerino in basso a destra. Dice quanti atomi ci sono di quel simbolo, e vale solo per il simbolo che lo precede. In H₂O ci sono due idrogeni e un ossigeno: quando il pedice manca, vale uno. H₂O₂ ha un solo pedice di differenza, ed è il perossido di idrogeno, quello dell'acqua ossigenata: una si beve e l'altra no.
La parentesi. Il pedice scritto fuori dalla parentesi moltiplica tutto quello che sta dentro. Ca(OH)₂ non ha due idrogeni e basta: ha un calcio, due ossigeni e due idrogeni.
Il coefficiente, cioè il numero grande davanti a tutta la formula. Moltiplica l'intera formula, non un simbolo solo. 2 H₂O sono due molecole d'acqua, quindi quattro idrogeni e due ossigeni: due formule intere, non una formula allargata.
Il pedice e il coefficiente sono la coppia che si confonde di più, e l'asse che li separa è uno solo: che cosa moltiplicano. Il pedice moltiplica il simbolo che ha davanti a sé; il coefficiente moltiplica tutto ciò che lo segue. Da qui viene il conto degli atomi, che si fa per colonne: si prende un simbolo alla volta e si somma, prima da una parte, poi dall'altra.
Il quinto segno, che non è un pedice: la carica. In alto a destra compare talvolta un più o un meno, con il numero che precede il segno. Na⁺ è un sodio con una carica positiva; Ca²⁺ è un calcio con due. Quel segno racconta un'altra storia rispetto al pedice, e va letto a parte.
Un nome è una formula scritta in lettere. «Monossido di carbonio» e «diossido di carbonio» hanno la stessa radice e un ossigeno di differenza: il prefisso conta, la radice nomina. I nomi del corso sono costruiti allo stesso modo, a pezzi, con prefissi che dicono quanti e numeri che dicono dove; quali siano i pezzi e in che ordine si montino è materia del corso. Attenzione però: non ogni sillaba davanti a un nome è un numero. Il «bi» di «bicarbonato», il nome comune di NaHCO₃, non dice due di niente, ed è il motivo per cui un nome si verifica sulla formula invece di dedurlo. L'abitudine da portarsi da qui è leggere un nome a pezzi invece che in blocco, perché un nome letto a pezzi si può contare, e l'esame chiede di contare: cinque delle trentuno domande del primo appello si risolvono contando qualcosa dentro una formula o dentro un nome, e nove portano scritta una formula o un nome sistematico che va sciolto per poterle leggere.
L'appiglio. Prima di ragionare su una formula, leggila ad alta voce come un elenco: NaHCO₃ diventa «un sodio, un idrogeno, un carbonio, tre ossigeni». Tre secondi, e la formula ha smesso di essere una targa.
Errore tipico. Spostare un numero dal davanti al basso. Chi ha bisogno di quattro idrogeni e scrive H₄O₂ al posto di 2 H₂O non ha raddoppiato l'acqua: ha inventato una sostanza che non esiste. Il coefficiente si può cambiare, il pedice no. Cambiarlo cambia la sostanza, e quindi cambia la domanda.
§3 · Contare quello che non si può contare a uno a uno#
Due mestieri diversi che si appoggiano l'uno all'altro: scrivere numeri enormi o minuscoli, e contare cose troppo numerose per essere contate una per una.
Le potenze di dieci. 10³ vuol dire mille, cioè 1 seguito da tre zeri. 10⁻³ vuol dire un millesimo, cioè la virgola spostata di tre posti a sinistra. L'esponente è il numero di posti di cui sposti la virgola: positivo verso i grandi, negativo verso i piccoli. La sola regola di calcolo che serve: moltiplicando, gli esponenti si sommano, e dividendo si sottraggono. Non c'è altro.
Contare a pacchi. Nessuno conta i fogli di carta uno per uno: si contano le risme, e una risma sono cinquecento fogli. Le uova si contano a dozzine. Contare a pacchi ha due sole mosse. Dal numero di pacchi al numero di pezzi si moltiplica per quanti ne sta in un pacco; dal numero di pezzi al numero di pacchi si divide. Non ce ne sono altre. Un pacco, per esistere, ha bisogno di una cosa sola: che qualcuno ne abbia fissato la taglia una volta per tutte.
La chimica fa esattamente questo, e per una ragione ovvia una volta detta: le particelle che compongono un cucchiaino di qualunque cosa sono troppe perché un numero con tutti i suoi zeri sia maneggiabile. Quindi si contano a pacchi. Come si chiama quel pacco e quanto è grande lo dice il corso, ed è materia d'esame; quello che serve avere già in mano sono le due mosse, moltiplica e dividi, e la consapevolezza che la taglia del pacco è una convenzione fissata, non una scoperta.
Ordine di grandezza. È la potenza di dieci più vicina a un numero, e risponde a una domanda che vale più della precisione: il risultato è plausibile? Un conto che restituisce mezzo chilogrammo di sostanza sciolta in un bicchiere non va ricontrollato nell'aritmetica: è sbagliato da un'altra parte.
L'appiglio. Non leggere un esponente come un numero: leggilo come quante volte hai moltiplicato o diviso per dieci. È l'unica lettura che rende automatiche sia la conversione fra pacchi e pezzi, sia il confronto fra due quantità lontanissime.
Errore tipico. Trattare l'esponente come un fattore. Chi legge 10⁻⁶ e pensa «sei volte più piccolo» sbaglia di cinque ordini di grandezza, perché quel sei conta i posti della virgola, non le volte. Ed è lo stesso errore che, più avanti, rende incomprensibile qualunque scala scritta con gli esponenti.
§4 · Rapporti, «per», e percentuali: di che cosa, su che cosa#
Un rapporto è una divisione a cui qualcuno ha dato un nome, e non significa niente finché non si dice quali due cose sta dividendo. È il punto in cui la chimica perde più lettori di qualunque altro, perché la stessa miscela si può descrivere con rapporti diversi, che differiscono solo per che cosa sta sotto.
«Per» in italiano vuol dire due cose opposte. In «tre per quattro» moltiplica. In «grammi per litro» divide. La regola che le separa è meccanica: se la parola dopo «per» è un'unità di misura, allora «per» significa «in ogni», e quindi è una divisione. Grammi per litro sono grammi divisi litri. Chilometri all'ora sono chilometri divisi ore. L'unica forma che sfugge alla regola la incontri qui sotto, ed è «per cento»: cento non è un'unità di misura, eppure anche lì si divide.
La percentuale è un rapporto su cento, e niente di più. Otto per cento vale otto centesimi, cioè 0,08. Scrivere 8% o scrivere «otto su cento» è scrivere lo stesso numero in due lingue.
Dove morde. «Otto grammi per cento» può voler dire otto grammi di sostanza in cento grammi di miscela finita, oppure otto grammi di sostanza aggiunti a cento grammi di liquido di partenza. Sono due quantità diverse, e nel secondo caso la miscela finita pesa centootto grammi, non cento. Il numero scritto è identico. Cambia solo che cosa sta sotto. I nomi che la chimica dà a questi rapporti, e le unità con cui li scrive, sono materia d'esame; l'abitudine che li rende leggibili invece è questa, e si prende adesso.
L'appiglio. Prima di usare un rapporto, dillo per esteso a voce: «tanti di che cosa, in tanti di che cosa». Se una delle due metà della frase non ti viene, non ti manca il conto: ti manca il dato, e lo devi cercare nel testo prima di andare avanti.
Errore tipico. Leggere una percentuale come una quantità invece che come un rapporto. Due contenitori con la stessa percentuale non contengono la stessa quantità di sostanza se sono grandi in modo diverso: la percentuale dice come è fatta la miscela, non quanta ce n'è. La domanda che smaschera l'errore è sempre la stessa: per cento di che cosa?
§5 · Proporzionale, inversamente, a parità di#
Dire che due grandezze sono legate significa dire come si muove la seconda quando muovi la prima. Tre modi coprono quasi tutto il programma, e nella parte sulle soluzioni e in quella sull'equilibrio compaiono a ogni pagina.
Direttamente proporzionale. Raddoppi una, raddoppia l'altra. Resta fisso il rapporto.
Inversamente proporzionale. Raddoppi una, l'altra si dimezza. Qui a restare fisso è il prodotto, non il rapporto. È una differenza che l'esame ufficiale chiede per nome: una domanda a completamento dà due grandezze il cui prodotto si conserva e chiede quale parola descrive quel prodotto. La risposta è una parola sola, e si trova solo se si è capito che «inversamente proporzionale» significa esattamente «il prodotto non cambia».
Elevato a una potenza. Una relazione può contenere una grandezza elevata a un esponente, e l'esponente non è sempre due: a volte è un numero che si legge altrove, scritto in un altro punto della pagina. Quando c'è un esponente, il fattore va elevato prima di essere applicato. Triplicare una grandezza che compare al cubo moltiplica il risultato per ventisette. Non per tre.
«A parità di» è un'istruzione, non una cautela. Significa: quel termine non cambia, quindi sparisce dal confronto. Quando una frase dice «a parità di temperatura», sta togliendo una variabile dal tavolo per rendere leggibile il legame fra le due che restano.
Una dipendenza che in chimica torna spesso: quanti, non quali. Alcune proprietà di una miscela cambiano con il numero di particelle disciolte e sono indifferenti a che cosa siano quelle particelle, esattamente come il numero di posti liberi su un autobus dipende da quanti passeggeri sono saliti e non da chi siano. La chimica ha un nome di famiglia per queste proprietà e lo dà nel capitolo sulle soluzioni; l'abitudine da avere già è riconoscere la forma della dipendenza quando compare, perché è controintuitiva e regge un'intera parte del programma.
L'appiglio. Non chiederti «quanto vale». Chiediti di quale fattore stai moltiplicando la prima grandezza, poi applica quel fattore alla seconda secondo la regola: così com'è per la diretta, rovesciato per l'inversa, elevato all'esponente quando c'è. Il valore di partenza non serve mai: il triplo è il triplo da qualunque numero.
Errore tipico. Leggere «inversamente proporzionale» come «cala un po'». Chi lo fa sa la direzione e perde la struttura, e resta senza risposta quando la domanda chiede che cosa resta costante, che è la forma in cui l'esame la pone. Due delle trentuno domande del primo appello si giocano interamente sul verso: sale o scende, e nient'altro.
§6 · Il segno, e i conti che devono chiudere a zero#
Un segno meno non è un ornamento: è metà dell'informazione, perché dice il verso. E la chimica tiene tre contabilità diverse che devono chiudere, tutte e tre con lo stesso gesto.
La carica chiude a zero. In una sostanza elettricamente neutra le cariche positive e quelle negative si compensano esattamente. Questa è la prima delle tre, ed è quella che l'esame chiede più direttamente: una domanda a completamento del primo appello dà un composto neutro e chiede quanto vale la somma dei suoi numeri di ossidazione. La risposta è un numero solo, e si trova ragionando sulla contabilità, non ricordando una tabella.
Gli atomi chiudono a coppie. In una trasformazione, ogni simbolo deve comparire tante volte a sinistra quante a destra. Gli atomi non si creano e non si distruggono: si ridispongono. Il gesto per verificarlo è quello già visto leggendo una formula, ma usato al contrario. Lì serviva a capire che cosa c'era scritto; qui serve a controllare: si scrivono due colonne, si conta un simbolo alla volta a sinistra e a destra, e si confrontano le due cifre.
L'energia chiude come un estratto conto. Quella che entra e quella che esce hanno segni opposti per costruzione, e la differenza è ciò che resta. Da qui viene tutta la famiglia di parole che il corso userà per dire se una trasformazione rilascia o assorbe.
«Somma algebrica» significa: somma tenendo i segni. Meno tre più cinque fa due, e non otto. È l'unica cosa che quella espressione aggiunge alla parola «somma», e viene scritta apposta per ricordare che i segni non vanno lasciati fuori.
L'appiglio. Un numero negativo grande è un effetto grande, in direzione opposta. Il segno sceglie la direzione, la cifra sceglie l'intensità, e sono due informazioni indipendenti. Leggerle insieme come se fossero una sola è il modo più rapido di sbagliare il verso di una conclusione giusta.
Errore tipico. Tenere il numero e lasciar cadere il segno. Il conto torna in metà dei casi, e questo lo rende peggiore di un errore che salta subito all'occhio: passa inosservato finché non capita il caso che lo smaschera, e all'esame quel caso è costruito apposta. Una delle domande a scelta multipla del primo appello offre la stessa relazione in cinque versioni che differiscono per poco più del segno meno.
§7 · Il logaritmo, cioè contare gli zeri#
Quando le quantità in gioco vanno da numeri enormi a numeri minuscoli, scriverle per esteso è impraticabile e confrontarle è peggio. Il rimedio è smettere di dire il numero e dire il suo esponente. Quell'esponente ha un nome, logaritmo, e a chi parte da zero serve saperne quanto sta in sei righe.
Che cos'è. Il logaritmo in base dieci di un numero è l'esponente a cui bisogna elevare dieci per ottenerlo. Il logaritmo di 1000 è 3, quello di 100 è 2, quello di 10 è 1, quello di 1 è 0, e quello di 0,001 è −3. Nient'altro. I numeri grandi hanno logaritmi grandi; quelli sotto l'unità li hanno negativi.
Perché conta, e in che modo cambia la lettura. Su una scala di questo tipo, un'unità di differenza vale un fattore dieci. Due unità valgono cento volte, tre unità mille. La scala comprime, ed è tutto il punto. Gli scalini sono piccoli, i salti che descrivono sono enormi.
Il meno davanti rovescia il senso di lettura. Quando una scala è definita come il logaritmo cambiato di segno, oppure come il logaritmo del reciproco (sono la stessa cosa, perché il logaritmo di «uno diviso un numero» è il logaritmo di quel numero col segno cambiato), allora il numero piccolo corrisponde alla quantità grande. Questa inversione è il motivo per cui la scala che il corso userà per l'acidità sembra andare al contrario: non va al contrario, ha un meno davanti.
Uguale vuol dire uguale. Su una scala logaritmica «uguale a» non è una formula: due numeri di scala uguali dicono che le due quantità che rappresentano sono uguali fra loro. Una domanda a completamento del primo appello ha per risposta proprio la parola «uguale», e quella parola vale una frase intera: dice che sotto le due letture c'è la stessa quantità. Perché sia lì che succede lo insegna il corso.
L'appiglio. Leggi la differenza, non i numeri. Davanti a due valori su una scala logaritmica chiediti di quanti passi distano, e traduci ogni passo in un fattore dieci. La domanda giusta non è mai «quanto in più»: è «quante volte».
Errore tipico. Trattare una differenza di due passi come un raddoppio. Sono cento volte, e la distanza fra le due letture è il più grosso fraintendimento possibile su questo tipo di scala. Delle trentuno domande del primo appello una sta interamente dentro questa aritmetica, e un'altra la usa come chiave per leggere il resto.
§8 · Riconoscere la forma di una relazione#
Il gesto meccanico di girare una formula si riassume in una riga: ciò che moltiplica da una parte divide dall'altra, ciò che si somma da una parte si sottrae dall'altra, e prima di sostituire i numeri si isola l'incognita. Fine: in chimica quel gesto serve meno che altrove, perché solo settantaquattro argomenti su trecentosessantasette chiedono un conto.
Quello che invece serve moltissimo è un mestiere diverso, e di solito nessuno lo insegna: riconoscere la forma di una relazione, cioè distinguerla dalle sue quasi-gemelle. Le domande d'esame non chiedono quasi mai di eseguire un calcolo. Quelle a scelta multipla chiedono invece di scegliere, fra cinque scritture che si assomigliano, quella giusta.
Le quattro differenze che separano due relazioni simili. Che cosa sta sopra e che cosa sta sotto, cioè chi divide chi. Che cosa è elevato a una potenza, e quale. Se davanti c'è un segno meno. Se uno dei pezzi sta dentro un logaritmo oppure fuori. Una domanda a scelta multipla del primo appello mette in fila cinque varianti della stessa relazione e le fa differire soltanto per queste cose: lo stesso gruppo di grandezze, una volta moltiplicate e una volta divise, una volta col meno e una volta senza.
L'appiglio, e vale più di qualunque memorizzazione. Prima di usare una relazione, leggila ad alta voce in parole: «questa grandezza è uguale al prodotto di quelle due, col segno cambiato». Se la frase esce intera, la relazione è tua e riconoscerai la variante sbagliata in un istante. Se non esce, quella relazione non la sai ancora, e nessuna quantità di ripassi visivi te la farà sapere.
Il controllo che vale più della verifica. Dopo aver girato una relazione, chiediti se il verso è sensato: aumentando la quantità di una sostanza, quel risultato dovrebbe salire o scendere? Se la formula girata risponde al contrario del buon senso, l'errore è nel giro, e si vede senza rifare i conti.
Errore tipico. Memorizzare la forma invece di leggerla. Chi tiene a mente un'immagine della scrittura, e non il suo significato, all'esame sceglie la variante che «somiglia di più». E le varianti sono state costruite apposta per somigliare.
§9 · Leggere una tavola, un diagramma, una collina#
Tre figure che la chimica usa in continuazione, e che non si leggono come un grafico qualunque. Per tutte e tre vale la regola dell'ordine: prima che cosa c'è sugli assi e con quali unità, poi quanto vale un passo della scala, e solo alla fine la forma. Chi parte dalla forma sta capendo un'altra cosa e non se ne accorge.
La tavola periodica è una tabella in cui conta la posizione. Non si legge cella per cella: si legge per righe e per colonne, perché è la direzione a portare l'informazione. Diverse proprietà del programma sono definite come andamenti su questa tabella: crescono andando in un verso, calano andando nell'altro. L'abitudine giusta è quindi una domanda doppia: che cosa cambia scorrendo lungo una riga, e che cosa cambia scendendo lungo una colonna. Quali siano gli andamenti li insegna il corso; il modo di leggerli è questo, e senza di esso la tavola sembra un elenco da imparare a memoria invece che una mappa.
Un diagramma di stato è una figura in cui contano le regioni, non la curva. Gli assi portano due grandezze, ma quello che si legge non è una linea che sale o scende: è una mappa divisa in zone, e ogni punto rappresenta una condizione. Le linee sono confini, cioè i punti in cui due stati convivono. La domanda da fare a una figura così non è «quanto vale»: è «in quale zona mi trovo, e che cosa succede se mi sposto di qui a lì».
Un profilo di energia è una collina, e l'altezza non è la destinazione. Una figura di questo tipo racconta un percorso: c'è un punto di partenza, c'è un punto d'arrivo, e in mezzo c'è un dosso da scavalcare. L'altezza del dosso e il dislivello fra partenza e arrivo sono due informazioni diverse, e rispondono a due domande diverse: quanto è difficile partire, e dove si finisce. Una collina alta può portare in basso. Una bassa può portare in alto.
L'appiglio. Davanti a ognuna di queste tre figure, dì a voce che cosa rappresenta un singolo punto: una casella della tavola è un elemento, un punto del diagramma è una condizione, un punto del profilo è uno stadio del percorso. Finché non sai che cos'è un punto, la figura intera non ha senso, e guardarla più a lungo non lo fa comparire.
Errore tipico. Scambiare la cima della collina con il punto d'arrivo. È l'errore che rende incomprensibile metà della parte sulle reazioni, perché confonde la domanda «quanto in fretta» con la domanda «fin dove»: sono due proprietà indipendenti dello stesso percorso, e la figura le tiene separate proprio per questo.
Sintesi#
I nove attrezzi non sono nove cose separate. Si dispongono su tre livelli, e vale la pena vedere la struttura perché è quella che li rende recuperabili quando servono.
Il livello della lettura. Prima di qualunque ragionamento c'è il decifrare: le parole prese in prestito che hanno un senso stretto (§1) e la notazione delle formule con i suoi quattro segni (§2). Sono le due sezioni che coprono la maggior parte delle incomprensioni di chi parte da zero, e sono anche le più usate, perché più di metà degli argomenti del programma nomina una formula, una struttura, un legame o un nome da sciogliere. Una pagina di chimica letta con questi due attrezzi attivi è già mezza risolta.
Il livello del contare. Poi vengono tre modi di rendere maneggiabile una quantità che non lo è: contare a pacchi e con le potenze di dieci (§3), esprimere una quantità come rapporto di un'altra (§4), e comprimere una scala enorme nel suo esponente (§7). Sembrano tre tecniche. Sono lo stesso gesto applicato a tre scale diverse, ed è il motivo per cui chi possiede la prima impara la terza in dieci minuti.
Il livello del controllo. Restano quattro attrezzi che non servono a ottenere una risposta, ma a sapere se una risposta può essere giusta: il verso di una dipendenza (§5), la contabilità che deve chiudere (§6), la forma di una relazione contro le sue quasi-gemelle (§8), la grammatica delle tre figure (§9). Sono quelli che distinguono chi ha studiato da chi ha capito, e all'esame sono quelli che decidono le domande costruite per confondere.
Tre domande valgono in ogni capitolo e vengono da qui: di che cosa, su che cosa?, il conto chiude?, di quante volte, non di quanto?. Sono la stessa cautela posta a tre livelli (il significato, la contabilità, la scala), e insieme intercettano quasi tutti gli errori che si possono fare prima ancora di sapere la chimica.
Da qui si entra nel primo capitolo, quello sulla struttura dell'atomo e sulla tavola periodica. Lì i simboli, le formule e la tavola smettono di essere lingua e diventano materia da sapere.
Mi interrogo da solo#
Da coprire e rifare a distanza di qualche giorno. Se le risposte escono a mente, il kit è a posto.
Quanti atomi di idrogeno ci sono in 2 H₂O, e quanti in H₄O₂?
Quattro in entrambi i casi, ma la seconda scrittura non è acqua. Il coefficiente 2 moltiplica l'intera formula, quindi due molecole con due idrogeni ciascuna. Il pedice 4 invece moltiplica solo il simbolo che lo precede e descrive una sostanza diversa. Il coefficiente si può cambiare, il pedice no.
«Grammi per litro»: quel «per» moltiplica o divide? E come si decide, in generale?
Divide. La regola è meccanica: se la parola dopo «per» è un'unità di misura, «per» significa «in ogni», quindi è una divisione. In «tre per quattro» la parola dopo non è un'unità, e allora moltiplica. L'eccezione da tenere a mente è «per cento», che divide lo stesso.
Due grandezze sono inversamente proporzionali. Che cosa resta costante, il loro rapporto o il loro prodotto?
Il prodotto. Nella proporzionalità diretta a restare fisso è il rapporto; nell'inversa è il prodotto, ed è per questo che raddoppiando una l'altra si dimezza. Rispondere «cala» descrive il verso e perde la struttura, che è proprio ciò che le domande chiedono.
Su una scala logaritmica due valori distano due unità. Di quante volte differiscono le quantità che rappresentano?
Cento volte. Ogni unità vale un fattore dieci, quindi due unità valgono dieci per dieci. Leggere quella distanza come un raddoppio è l'errore più costoso che si possa fare su questo tipo di scala.
Una sostanza è «forte» ma molto diluita, un'altra è «debole» ma concentrata. È una situazione possibile?
Sì, e sono due assi indipendenti. «Forte» e «debole» dicono che tipo di sostanza hai in mano; «concentrato» e «diluito» dicono quanta ce n'è nel liquido. Tutte e quattro le combinazioni esistono, e trattare le due coppie come sinonimi è il fraintendimento più comune di tutta la materia.
In un profilo di energia, l'altezza del dosso e il dislivello fra partenza e arrivo rispondono alla stessa domanda?
No, a due domande diverse. L'altezza del dosso dice quanto è difficile avviare il percorso; il dislivello fra i due estremi dice dove si finisce rispetto a dove si è partiti. Una collina alta può portare in basso. Confonderle significa scambiare «quanto in fretta» con «fin dove».