Giulio Natta: il genio italiano che ha trasformato l’industria dei polimeri

Giulio Natta, l’unico italiano ad oggi insignito del Premio Nobel per la Chimica, nacque nel 1903 a Porto Maurizio e mostrò sin dai suoi primi studi un’intelligenza fuori dal comune. Diplomatosi ad appena 16 anni al liceo classico Cristoforo Colombo di Genova, si iscrisse al biennio di Ingegneria presso l’Università di Genova per poi trasferirsi al Politecnico di Milano dove si laureò nel 1924 in Ingegneria Chimica.

Tra i primissimi studi chimici a cui si dedicò Giulio Natta va segnalato lo studio sugli effetti dell’iprite. Questa arma chimica era tristemente nota durante la prima guerra mondiale. Dal 1925 ebbe incarichi per l’insegnamento al Politecnico e alla facoltà di Scienze di Milano.

Nel 1932 ebbe l’opportunità di lavorare nei laboratori di Friburgo diretti dal futuro premio Nobel per la chimica Hermann Staudinger che gli trasmise l’entusiasmo per lo studio delle macromolecole e dei polimeri.

Giulio Natta nel 1935 sposò Rosita Beati, una donna di formazione umanistica, compagna della sua vita, che lo aiutò a denominare isotattico e sindiotattico, termini di etimologia greca, le diverse configurazioni dei polimeri che il professore scoprì.

Tattico deriva infatti dal greco τακτός che significa ordinato e isotattico si riferisce a un a un polimero in cui tutti i sostituenti si trovano orientati dalla stessa parte rispetto al piano in cui idealmente giace la catena polimerica.

La scoperta della polimerizzazione stereospecifica, che costituisce il maggior contributo alla chimica di Giulio Natta ha le sue radici nei lavori di Karl Ziegler che avrebbe poi condiviso con lui il Nobel del 1963.

Ziegler nel 1952 studiò la polimerizzazione dell’etilene in presenza di specifici composti ma non riuscì ad ottenere prodotti ad alto peso molecolare finché non aggiunse ai reagenti tetracloruro di titanio. Natta comprese che il tetracloruro di titanio aveva nella reazione la funzione di attivatore catalitico sull’etilene per la formazione del polimero.

Giulio Natta e polipropilene isotattico

La sintesi del polipropilene isotattico ottenuto dal propene può essere visualizzata dall’immagine

Per ottenere questo polimero, brevettato con il nome di Moplen, si utilizzano catalizzatori stereosepecifici. Il  termine stereospecifico si riferisce a un processo chimico da cui si ottengono prodotti di reazione con una struttura che ha una precisa disposizione nello spazio.

Questa idea che all’atto della scoperta avvenuta l’11 marzo 1954, Giulio Natta annotò semplicemente sulla sua agenda “fatto il polipropilene” costituisce una pietra miliare nell’età dei polimeri.

Il polipropilene ha bassa densità, elevata rigidità, resistenza termica, inerzia chimica, buona elasticità, notevoli caratteristiche meccaniche quali elevato carico di snervamento, allungamento a rottura, resilienza, durezza e buone caratteristiche dielettriche alle alte frequenze.

Il polipropilene isotattico è un materiale che può servire alla produzione di manufatti con una forma stabile nel tempo e capaci di sopportare sforzi e sollecitazioni meccaniche, oggetti per uso specifico come cavi, supporti per circuiti integrati, membrane, componenti isolanti, batterie per auto.

Polimeri stereospecifici

Il concetto di polimero stereospecifico non è di facile comprensione se il monomero di partenza è una molecola altamente simmetrica come nel caso dell’etene da cui si ottiene il polietilene. Le singole unità monomeriche del polietilene, infatti, anche ruotando nello spazio, non possono mostrare particolari peculiarità.

Il propene che è il monomero di partenza è una molecola asimmetrica che, nella figura, mostra il gruppo metilico -CH₃ in alto a destra. Considerando lo spazio tridimensionale e ruotando lungo un asse nel piano del foglio e perpendicolare al doppio legame carbonio-carbonio, la stessa molecola si può trovare con il gruppo metilico in alto a sinistra, e nelle altre due posizioni disponibili.

Finché si considera la molecola, tali disposizioni sono del tutto indifferenti infatti il propene non mostra isomeria cis-trans.
Se si genera una catena polimerica la geometria del polimero è fortemente dipendente dal modo in cui le singole unità monomeriche si legano tra loro.

La capacità di un catalizzatore di disporre reciprocamente nello spazio i singoli monomeri in un modo piuttosto che in un altro è detta stereospecificità. Il primo polimero che ha evidenziato l’esistenza di catalizzatori di polimerizzazione stereospecifici è stato il polipropilene ottenuto da Giulio Natta.

Esso è costituito cioè da una catena molto regolare di unità di propilene identiche, tutte disposte allo stesso modo in cui la testa di una molecola è legata alla coda della successiva con i gruppi -CH₃ disposti tutti dalla stessa parte rispetto al piano della catena principale che si presume adotti una disposizione planare a zig-zag.

Tuttavia, gli studi di Natta hanno portato anche a polimeri con una regolarità diversa: ad esempio, la giunzione testa-coda, in cui i gruppi -CH₃ si alternano sui lati opposti del piano della catena principale, porta al polipropilene sindiotattico. Il termine atattico è stato invece adottato per descrivere un polipropilene privo di una specifica regolarità nella disposizione dei gruppi -CH₃

Il polimero isotattico ha caratteristiche molto migliori, in particolare meccaniche, rispetto a quello atattico. Queste proprietà resero ancora più importanti gli studi sui catalizzatori in grado di disporre nello spazio, in un certo ordine, gli atomi di specifiche molecole ovvero i catalizzatori stereospecifici.

Il polimero divenne popolare con il suo nome commerciale e ampiamente pubblicizzato