Ogni ‘composto’ in Natura ha una ‘azione’ e molto probabilmente ha ‘potenzialità’. Azione che è intrinseca alla struttura e potenzialità che si manifesta quando l’influenza dell’ambiente determini un mutamento della forma, sufficiente a generare altra azione. Potrà tuttavia mettere in atto solo quella o quelle azioni che sono o che saranno nella potenzialità della nuova forma, perché azione, struttura e ambiente sono inscindibili e reciprocamente determinantesi.
I ‘composti’ sono le molecole, formate per l’aggregarsi di atomi. Atomi che, per intrinseca tendenza alla coesione, possono assemblarsi in molecole molto piccole e semplici, come l’acqua, dall’unione di 2 atomi di Idrogeno e 1 di Ossigeno (H2O), o molto complesse, come l’Emoglobina (C2954 H4516 N780 O865 S12 Fe4), il DNA ecc.
Il legame di due o più atomi si realizza secondo la legge che determina la reciproca attrazione, per reazione chimica. Così il legame fra gli atomi della molecola H2O può essere solo H-O-H, in cui un atomo di O lega un atomo di H in 2, e solo 2, loci precisi della propria struttura. Non sarà mai O-H-H, perché la natura di quegli atomi non lo consente.
Parimenti l’ambiente terrestre, mentre agisce e favorisce innumerevoli trasformazioni nella materia, ne inibisce altre che necessitano differenti condizioni per compiersi.
Nel nostro pianeta, le variazioni nella materia si realizzano essenzialmente tramite:
-reazione chimica, con formazione o rottura dei legami chimici all’interno della molecola o fra molecole, per intervento di forze elettrostatiche a livello degli elettroni, nella parte esterna dell’atomo, senza effetti sul nucleo.
-cambiamento di stato, quando muta lo stato di aggregazione fisica (es. transizioni tra le fasi solida, liquida, aeriforme) per variazioni di temperatura o di pressione o di entrambe;
-reazione di decadimento nucleare, che porta a trasmutazione della materia, possibile solo nell’atomo il cui nucleo abbia in sé quell’azione e potenza, ovvero che sia radioattivo.
Senza scendere in più sottili dettagli, l’atomo è costituito da un nucleo centrale di protoni e neutroni e una periferia di elettroni. Ogni atomo è identificato per il numero di protoni, che è quindi specifico per ogni elemento: 8Ossigeno, 6Carbonio, 26Ferro ecc. (v. Tavola Periodica degli Elementi). La somma di protoni e neutroni dà il numero di massa. Al variare del numero di neutroni si determinano i possibili isotopi (=varianti) di quell’elemento, tutti con uguale numero atomico e differente numero di massa, il che determina instabilità del nucleo, quando il numero di massa si ponga oltre il range di stabilità dello stesso, rendendolo radioattivo (v Tabella degli Isotopi).
Ad esempio, dell’atomo Ossigeno, il cui numero atomico è 8, si conoscono 12 isotopi, dei quali 3 sono stabili, con numero di massa 16 (8 protoni + 8 neutroni) 17 (8p + 9n) 18 (8p + 10n), e instabili, quindi radioattivi, tutti gli altri. L’isotopo O-16 rappresenta oltre il 99,7% dell’O totale presente in natura. Per numeri di massa superiori a 210 non si conoscono atomi stabili. Ogni isotopo radioattivo decadrà secondo l’emivita insita nella sua composizione.
La tendenza intrinseca del nucleo instabile a uno stato di maggior equilibrio determina le reazioni di decadimento radioattivo, nelle quali, secondo la legge di conservazione della massa/energia, si ha rilascio di particelle subatomiche e di radiazioni. Se a essere emessi sono i neutroni avverrà modifica isotopica, ma non trasmutazione atomica, che consiste nella trasformazione di un atomo in un altro atomo e che si realizza quando a essere espulsi sono i protoni.
Sono queste le reazioni nucleari possibili nell’ambiente terrestre, avvengono spontaneamente e determinano trasmutazione della materia attraverso un processo che scinde l’atomo instabile, cioè radioattivo, in atomi via via più leggeri, fino al raggiungimento di quel numero atomico, cioè fino alla trasmutazione in quell’elemento, che in natura è stabile. Ad esempio l’elemento Uranio-238 radioattivo decade a Piombo-206, non radioattivo e stabile.
La tendenza al decadimento radioattivo d’isotopi pesanti in nuclei più leggeri, è sfruttata nelle reazioni di fissione nucleare, che sono reazioni indotte, in un reattore costruito ad hoc, in cui si bombardano nuclei di un elemento radioattivo (uranio) con neutroni o particelle, per ottenere reazioni a catena di scissione nucleare che libera energia. Le reazioni a catena controllata sono generate nelle centrali nucleari a scopi civili, quelle a catena incontrollata sono a scopo bellico, impiegate nella costruzione delle prime bombe atomiche.
L’unico esempio noto di reattore a fissione nucleare in natura, senza intervento di tecnologia, è una miniera di uranio nel Gabon, dove per l’abbondanza dell’isotopo 235 dell’uranio, la presenza di acqua e la conformazione geofisica del terreno, si sono verificate reazioni di fissione nucleare innescate circa 1,7 miliardi di anni fa. S’ipotizza anche che la principale fonte del calore che mantiene liquido il nucleo della Terra e il soprastante mantello provenga dal decadimento dell’uranio e dalle sue reazioni nucleari con il torio.
Le reazioni di fusione nucleare, in cui elementi con basso numero atomico si fondono a generare elementi con numero atomico più pesante, non possono avvenire spontaneamente nelle condizioni ambientali terrestri. Perché si attivino occorrono pressione e temperatura critiche altissime, come avviene nel sole e nelle stelle, dove l’insieme delle reazioni nucleosintesi è ciò che alimenta le stelle e che genera i nuclei degli elementi dell’Universo. Sono le stelle le principali produttrici degli elementi, compresa la grande maggioranza degli atomi che compongono il nostro pianeta.
La trasmutazione di un elemento in un altro nelle condizioni ambientali terrestri può avvenire solo per scissione di un nucleo radioattivo con numero atomico più alto in nuclei con numero atomico inferiore. È un’azione spontanea che segue, quindi, leggi naturali.
Un atomo stabile, cioè non radioattivo, è incapace di trasmutazione nucleare. La sua azione si esplica nella tendenza coesiva degli elettroni a unirsi in legame con altri atomi, generando molecole, dalla cui aggregazione si forma tutto ciò che sulla Terra si evolve in strutture e organismi. Materia quindi organica, per definizione ‘viva, e materia inorganica. Dove si pone il limite fra vivente e non vivente quando la sostanza intrinseca è la stessa?