Trasformare il dente di leone in gomma: la strada verso un futuro sostenibile Teach article

Tradotto dalla classe 5B LSSA 2018/19 I.I.S. Badoni. Una varietà di dente di leone sta portando verso la produzione di gomma ecosostenibile. Scoprite come, crescendo voi stessi questa insolita pianta ed estraendo la gomma dalle sue radici. 

Guardatevi attorno: quali oggetti fatti di gomma vedete? Potreste individuare un elastico, una gomma per cancellare, o forse uno dei maggiori impieghi della gomma: gli pneumatici. Infatti, ogni giorno vengono ottenuti più di 40 000 prodotti a partire dalla gomma naturale e sintetica. Essendoci una così elevata richiesta di questo materiale, gli scienziati ne stanno studiando una fonte alternativa a partire da una particolare varietà del noto, ma sottostimato, dente di leone: Taraxacum kok-saghyz, comunemente noto come dente di leone russo.

Dente di leone Russo, Taraxacum kok-saghyz.
Mareike Göbel
 

Per aiutare gli studenti a capire di più a sulla sostenibilità e su questa inusuale fonte di gomma, abbiamo sviluppato due semplici metodi per estrarre la gomma dalle radici essiccate del Tarassaco Russo. Nel primo metodo, gli studenti macinano le radici fino a ridurle in polvere per estrarre le particelle di gomma e produrre la propria gomma per cancellare. Nel secondo metodo, l’idrossido di sodio è usato per erodere le parti legnose della radice, e gli studenti possono estrarre il filo sottile di gomma che è rimasto. Le attività possono essere svolte da studenti di età compresa tra 11 e 14 anni o più grandi, in piccoli gruppi di tre o quattro, e richiederanno circa 2 ore.

La gomma: fonti e struttura

La maggior parte della gomma naturale deriva dalle piantagioni dell’albero tropicale della gomma Hevea brasiliensis –oltre il 90% delle quali viene coltivato nel sud-est asiatico. La produzione della gomma naturale è la responsabile di un’ampia deforestazione, e la maggior parte di questa gomma viene utilizzata per la fabbricazione di pneumatici. Dipendere solo dalla gomma naturale per sopperire alle crescenti richieste del mercato non solo è insostenibile, ma è anche rischioso: la produzione della gomma naturale è in declino a causa della diminuzione dei prezzi, che ha portato gli agricoltori a passare a coltivazioni più redditizie, come quella delle palme da olio. Il cambiamento climatico e le malattie delle colture costituiscono ulteriori minacce. Queste sono sfide rendono incerto il futuro della produzione della gomma naturale. La produzione di gomma sintetica può aiutare, ma necessita dell’utilizzo di petrolio greggio – quindi è importante trovare un’alternativa ecosostenibile e rispettosa dell’ambiente.

Le radici del dente di leone contengono un’alta percentuale di gomma:
Mareike Göbel

La scoperta del dente di leone russo

Il dente di leone russo, Taraxacum kok-saghyz, venne scoperto nel Kazakhstan dell’est nel 1931. La pianta produce i fiori gialli tipici del genere del tarassaco, ma le radici contengono una maggiore percentuale di gomma rispetto alla tipica varietà di dente di leone che si trova in Europa. Poco dopo la sua scoperta, l’Unione Sovietica diede il via ad una coltivazione su larga scala di T. kok-saghyz per estrarre la gomma e porre termine alla dipendenza del paese dalle importazioni (vedi Göbel & Gröger, 2016). Quando il Giappone si impadronì delle piantagioni di gomma nel sud-est asiatico durante la Seconda Guerra Mondiale, altri paesi, tra cui USA e Germania, avviarono la produzione di tarassaco come fonte alternativa. Quando la guerra si concluse, e le forniture derivanti dall’albero della gomma, H. brasiliensis, divennero nuovamente disponibili, la ricerca sul dente di leone russo cessò – fino a poco tempo fa.

Un sostituto per la gomma naturale

Oggi, la ricerca sul dente di leone russo sta crescendo. Il Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecologyw1, con sede presso l’Università di Münster, e l’azienda produttrice di pneumatici Continental w2 sono solo due delle organizzazioni che stanno lavorando sull’utilizzo del dente di leone russo come fonte alternativa di gomma.

Rispetto alla gomma proveniente dagli alberi, il dente di leone russo è estremamente resiliente e può crescere in climi moderati su terreni poveri. Questo vuol dire che può essere coltivato localmente, riducendo la dipendenza dalle importazioni. Inoltre, la crescita del dente di leone è molto più rapida di quella degli alberi – il dente di leone russo può essere e raccolto due volte l’anno, mentre gli alberi della gomma impiegano 7–10 anni per giungere a maturazione prima che la linfa, che viene trasformata in gomma, possa essere raccolta per la prima volta. In più, il dente di leone russo produce inulina (un sostituente dello zucchero e potenziale biocarburante) come sottoprodotto.

Struttura e proprietà della gomma

La gomma è impiegata in così tanti prodotti grazie alle sue uniche caratteristiche chimiche e fisiche. Un elastomero (un polimero con proprietà elastiche, come la gomma) può essere allungato anche più del 100% della sua lunghezza originale senza rompersi. La gomma naturale è costituita da lunghe catene di cis-1,4-poliisoprene (figura 1), ciascuna delle quali contiene fino a 30 000 unità monomeriche di isoprene. Le catene sono intrecciate tra di loro come un piatto di spaghetti cotti. Quando la gomma viene tirata, le catene si districano ma non si rompono, a causa dei legami presenti tra le catene aggrovigliate (figura 2).

Figura 1: Struttura chimica del cis-1,4-poliisoprene, il principale costituente della gomma naturale
Smokefoot/Wikimedia Commons
Figura 2: Modello della struttura della gomma a riposo (a sinistra) e stirata (a destra)
Mareike Göbel

Preparazione del materiale vegetale

Per preparare le attività successive, bisognerà piantare il dente di leone, farlo crescere, raccogliere le sue radici per farle poi seccare. L’intero processo di preparazione richiederà approssimativamente sette mesi, da febbraio a settembre, ma gli insegnanti, nel frattempo, potrebbero cogliere l’opportunità di parlare ai loro studenti di queste piante e dei requisiti per farle crescere. I semi del dente di leone russo possono essere acquistati online w3 e dovrebbero essere piantati in febbraio in una piccola serra per davanzali. Dopo due mesi, le piantine dovranno essere trasferite in fioriere. La raccolta delle radici sarà possibile da agosto in poi. Per far seccare le radici, bisognerà metterle su tovaglioli di carta e lasciarle a temperatura ambiente per 3-4 settimane.

Attività introduttiva

Prima di iniziare a svolgere le due attività principali, è opportuno stimolare l’interesse degli studenti con questa attività introduttiva, che presenta gli argomenti della gomma e del dente di leone russo.

Procedimento

  1. Chiedere agli studenti di elencare prodotti in gomma che usano quotidianamente.
  2. Mostrare agli studenti una foto del tarassaco russo e chiedere loro di trovare la connessione tra il tarassaco e i prodotti in gomma. Per stimolarli, chiedere loro da dove ha origine solitamente la gomma.
  3. Dare ad ogni studente una radice di tarassaco russo essiccata. Dare istruzioni per rompere con cautela la radice a metà in modo da poter osservare I sottilissimi filamenti di gomma elastica all’interno della radice (figura 3). Notare che questo filamento potrebbe spezzarsi facilmente se la radice venisse rotta con troppa forza.
Figura 3: La rottura della radice di tarassaco russo rivela la rete di filamenti di gomma bianca.
Mareike Göbel

Attività 1: Ottenere una gomma per cancellare a partire dal dente di leone

In questa attività, gli studenti dovranno estrarre manualmente la gomma dalle radici essiccate del dente di leone Russo per produrre una piccola gomma per cancellare.

Materiali

Ad ogni gruppo di 3-4 studenti occorreranno:

  • 3–4 pezzi di radice di dente di leone russo essiccata. Note: bisognerebbe   scegliere delle radici con un diametro di circa 1 mm, e romperle in pezzi lunghi circa 2-3 cm.
  • Pestello e mortaio
  • Pinzette
  • Vetro d’orologio
  • Acqua

Procedimento 

  1. Mettere le radici essiccate del tarassaco nel mortaio (figura 4). Maggiore è la quantità di radici, maggiori saranno il tempo e lo sforzo richiesti per macinarli.
  2. Con il pestello, macinare le radici per  5-10 minuti sino ad ottenere una polvere omogenea (figura 5).
  3. Mentre si macinano le radici, rimuovere Tutte le particelle globulari marroni che si vedono nel mortaio utilizzando delle pinzette, e metterle da parte su di un vetro d’orologio. Quelle sono le particelle di gomma.
  4. Continuare a macinare le radici sino a quando non si formano più particelle marroni nella polvere.
  5. Lavare il mortaio con un po’ d’acqua rimuovere la polvere di legno. Mettere nuovamente le particelle di gomma nel mortaio, che dovrebbe essere ancora leggermente bagnato (figura 6).
  6. Macinare le particelle di gomma finché non si amalgamano (figura 7), formando cosi un pezzo di gomma lungo circa 0,5-1 cm (figura 8).
  7. Ora è possibile testare il pezzo ottenuto come gomma per cancellare. Gli studenti possono unire pezzi di gomma ottenuti dai diversi gruppi per ottenere una gomma più grande.

 

Figura 4: Radici di dente di leone essiccate nel mortaio.
Mareike Göbel

 

Figura 5: Le radici essiccate vengono macinate fino a diventare polvere.
Mareike Göbel

 

Figura 6: Singole particelle di gomma.
Mareike Göbel

Figura 7: Le singole particelle di gomma unite a formare un pezzo di gomma.
Mareike Göbel

 

Figura 8: Macinando tre pezzetti di gomma essiccata si produce una gomma  da cancellare lunga circa 1 cm.
Mareike Göbel

 

Attività 2: Raffinazione dei fili di gomma

La gomma presente nelle radici di dente di leone fresche è un’emulsione di microparticelle polimeriche, simile alla linfa dell’albero della gomma. Nelle radici essiccate, invece, la gomma è un aggregato solido. In questa attività, gli studenti sciolgono il materiale legnoso esterno delle radici essiccate per avere accesso al reticolo di gomma interno.

Materiali

Ad ogni gruppo di 3-4 studenti serviranno:

  • 1-2 pezzi di radice di dente di leone russo essiccata. Nota: bisognerebbe scegliere radici del diametro di circa 0.5 cm, e romperle in pezzi della lunghezza di circa 3-4 cm.
  • 5 ml di soluzione di idrossido di sodio (NaOH) al 3%.
  • Provetta
  • Bagno d’acqua a circa 90°C.
  • Pinzette

Nota di sicurezza

Questo procedimento richiede l’uso di una soluzione di idrossido di sodio. Gli student dovrebbero indossare camici da laboratorio e occhiali protettivi. Vedere anche la nota generale sulla sicurezza.

Procedimento

  1. Mettere un pezzo di radice di dente di leone in una provetta.
  2. Coprire la radice con la soluzione di idrossido di sodio.
  3. Mettere la provetta a bagnomaria per circa un’ora. Il colore della soluzione di idrossido di sodio passerà dal chiaro al marrone, ma la soluzione rimarrà trasparente.
  4. Dopo un’ora, rimuovere la radice dalla provetta usando le pinzette. Ora la radice sarà morbida.
  5. Usando le pinzette, lavare accuratamente la radice immergendola nell’acqua del bagnomaria. Il materiale legnoso della radice verrà lavato via, ma se necessario, di deve rimuovere qualsiasi tessuto rimanente usando le pinzette finché non rimane solo la rete bianca brillante di sottili fili di gomma.
  6. Estendere delicatamente i fili separandoli (figura 9).
Figura 9: Separando delicatamente i filamenti della rete di gomma se ne  evidenziano le proprietà elastiche.
Mareike Göbel

Domande per la discussione

Insieme alle attività, discutete le seguenti questioni con i vostri studenti per spiegare loro i diversi tipi di gomme, le proprietà della gomma e l’importanza della sostenibilità.

  • Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della gomma derivata dalla Hevea brasiliensis, e della gomma sintetica?
  • Perché è importante cercare fonti alternative della gomma come il tarassaco russo?
  • Quando si rompe in due una radice di dente di leone, cosa si può osservare?
  • Che forma assume la gomma nelle radici di tarassaco essiccate?
  • Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della gomma derivate dal dente di leone?
  • Quali sono le proprietà della gomma? Spiegane l’elasticità.

Attività aggiuntiva

Osservare e sperimentare l’elasticità della gomma ottenuta dal tarassaco russo può essere sufficiente per testare la gomma naturale. Tuttavia, per ampliare l’attività, si potrebbe verificare la presenza di doppi legami nel poliisoprene, per esempio usando bromo, permanganato di potassio (test di Baeyer) o la reazione dei colori di Burchfield (vedere Göbel & Gröger, 2017).

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References

  • Göbel M, Gröger M (2016) Kautschukforschung am russischen Löwenzahn in der Zeit um den Zweiten Weltkrieg. Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule 8(65): 19–22
  • Göbel M, Gröger M (2017) Alternative Kautschukquellen am Beispiel des russischen Löwenzahns experimentell erschließen. Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule 2(66): 26–30

Web References

Resources

Author(s)

Mareike Göbel è una dottoranda del gruppo di Didattica della Chimica del Professor Martin Gröger all’Università di Siegen, in Germania. Nella sua tesi, sviluppa approcci sperimentali per l’estrazione di gomma e inulina dalle radici del dente di leone russo, e li testa e valuta con gli studenti.


Review

Viviamo in un tempo in cui dobbiamo riconsiderare le nostre abitudini e il modo in cui usiamo le risorse naturali. Questo articolo, che fornisce informazioni su come la gomma possa essere prodotta usando una varietà di dente di leone, può essere usato per lezioni di chimica, biologia e scienze ambientali. È particolarmente adatto per discutere problemi inerenti la sostenibilità in relazione allo sviluppo tecnologico e per considerare le questioni globali riguardo la biodiversità.

L’articolo descrive anche una nuova attività che utilizza le radici del dente di leone. La specie Taraxacum deve essere coltivata con largo anticipo, ma gli insegnanti possono far crescere le piante insieme agli studenti durante la primavera, e completare l’esperimento in autunno. Sarebbe interessante seguire l’intero processo, dai semi alla gomma.


Ingela Bursjöö, insegnante di scienze e ricercatrice di scienze dell’educazione, scuola elementare di Johannebergsskolan, Svezia




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