Storia della chimica

Come ogni altro organismo vivente, anche noi esseri umani ci manteniamo in vita grazie ad una serie di reazioni chimiche che avvengono nel nostro corpo e che definiamo nel complesso come metabolismo.
Oltre alla chimica dei processi metabolici, di cui abbiamo avuto consapevolezza solo in epoca moderna, l'uomo ha imparato a sfruttare reazioni chimiche per la sua "tecnologia" già da moltissimo tempo.

Da allora la chimica è alla base di gran parte della nostra tecnologia.

Gli Erectus avevano imparato a trasformare l'energia potenziale chimica contenuta in alcune sostanze come il legno, in luce e calore, inoltre erano in grado di alterare grazie al calore proteine ed altri tipi di alimenti in modo da renderli più facili da mangiare e da digerire. (altro indiscutibile vantaggio per i giovani erectus, non c'era nessuno che li interrogava in chimica!)

Tipico Neanderthal secchione

Gli Homo erectus e i loro successori Neanderthal o primitivi sapiens erano troppo occupati a sopravvivere per porsi la domanda del perchè un pezzo di legno brucia e un sasso no? o forse già allora qualche Neanderthal particolarmente secchione si era posto la domanda, in fin dei conti senza la nostra innata curiosità non saremmo mai diventati sapiens !.

Poco meno di 2500 anni fa però, nell'antica Grecia, la cività umana aveva raggiunto un livello tale che c'erano persone che non dovevano né lavorare né cacciare o fare altre cose faticose per vivere e, visto che si annoiavano a stare tutto il giorno in ozio, inventarono la scienza e la filosofia e la scuola. Per molti secoli (in pratica fino a Galileo) queste due figure, filosofo e scienziato, non si sarebbero distinte e gli esseri umani iniziarono a farsi domande sul perché delle cose.

L'ETA' ANTICA

Empedocle di Agrigento, vissuto tra il 490 e il 430 a.C. (circa) è stato uno dei primi studiosi che si è interrogato sulla natura della realtà che ci circonda e sugli "elementi primari" di cui il mondo è composto. Egli propone quattro primordiali e immutabili elementi che sono alla base di tutte le cose e ai quali tutte le cose ritornano in un ciclo eterno. I quattro elementi di Empedocle sono Aria, Acqua, Terra e Fuoco.

Democrito (460 -360 a.C.) Fu un allievo di Leucippo e probabilmente condivide con quest'ultimo molte delle sue idee. E' il padre dell'atomismo e la sua visione della chimica risulta estremamente moderna. Gli atomi di Democrito erano eterni e immutabili, rappresentavano particelle originarie e indivisibili all'origine della materia e si contrapponevano al concetto di "vuoto". Naturalmente non dovete pensare a Democrito impegnato in esperimenti con provette e alambicchi, la sua, come quelle degli altri filosofi greci, è una costruzione essenzialmente mentale. Prima di arrivare ad un approccio sperimentale e alle prime applicazioni tecnologiche sarebbero dovuti passare ancora secoli.

Se volete il ragionamento di Aristotele fila anche, peccato che siamo rimasti impantanati su questa storia per quasi venti secoli...

Aristotele 384/3 ? 322 a.C. Senza dubbio uno dei più famosi e influenti filosofi e pensatori dell'antichità. Peccato che sulla chimica e sull'astronomia abbia preso delle cantonate e soprattutto peccato che la chiesa cattolica abbia fatto proprie le sue teorie bloccando per secoli in una morsa la scienza europea. Anche secondo Aristotele la Terra è formata da quattro elementi, terra, aria, fuoco e acqua. Ogni elemento possiede due dei quattro attributi fondamentali e cioè secco, umido, freddo e caldo. Ogni elemento ha la tendenza a tornare nel proprio luogo naturale che per la terra e l'acqua sono il basso e per l'aria e il fuoco sono l'alto, quindi la Terra, verso cui tutto cade non può che essere il centro dell'universo.

Tra i filosofi "latini" merita senza ubbio di essere citato Lucrezio. La sua visione del mondo e della scienza è sorprendentemente moderna. Ateo, estremamente critico nei confronti della religione, seguace dell'epicureismo, la sua opera è stata osteggiata nei secoli seguenti alla sua morte. E' stato descritto come uno psicotico, morto suicida, ma la causa della sua morte non è accertata. Nella chimica ha una visione simile al modello atomico di Dalton che sarà prodotto 18 secoli più tardi e nella biologia avanza un concetto evoluzionistico. Lucrezio nega ogni sorta di creazione, di provvidenza e di beatitudine originaria e afferma che l'uomo è diventato tale grazie al suo intelletto e alla produzione di tecniche, che sono trasposizioni della natura.

A partire dall'anno 0 e per i primi secoli, l'impero romano ha dominato quello che era considerato l'allora mondo conosciuto (almeno in occidente) I romani erano assai poco inclini a filosofeggiare, il tempo libero lo passavano applaudendo gladiatori che si tagliavano la gola a vicenda o combattevano con belve feroci. Anziché speculare su questioni astratte (oggi diremmo ricerca pura) si dedicavano all'architettura e all'ingegneria e alle campagne militari. Hanno costruito opere ed edifici che sarebbero rimasti ineguagliati fino al XIX secolo. Con la caduta dell'impero romano però tutta l'Europa è entrata in una profonda crisi. Le arti e le scienze sono regredite.

IL MEDIOEVO

Nel medioevo gli studiosi (uomini) che si dedicavano alle scienze e alla chimica in particolare, venivano definiti alchimisti, erano figure a metà tra il mago e lo studioso, si cercava la pietra filosofale (quella di Harry Potter) e il modo di trasformare il ferro in oro. Le studiose (donne) che invece si occupavano di medicina o di altre scienze, venivano additate come streghe, legate ad un palo e bruciate vive! La stessa sorte a dire la verità è toccata anche a personaggi come Giordano Bruno, arso sul rogo il 17 febbraio dell'anno 1600 in Campo dei Fiori a Roma. A Galileo Galilei, nel 1616 andò un po' meglio, si limitarono a imprigionarlo e a costringerlo all'abiura.

Ecco come poteva andare a finire nel medioevo se si dimostrava un po' troppa curiosità scientifica...

Una piccola nota possiamo spenderla per Ruggero Bacone (1214 ? - 1294), scienziato, filosofo e alchimista inglese. Secondo alcuni, tra i precursori del metodo scientifico in quanto propugnatore dell'empirismo. Questa corrente di pensiero diceva che le teorie che cercano di spiegare il mondo dovrebbero basarsi sull'osservazione della natura piuttosto che sull'intuito e la fede. Nelle sue opere si trovano trattazioni di matematica, ottica, alchimia e istruzioni per la produzione della polvere da sparo, arrivata probabilmente in Europa dalla Cina proprio in quegli anni.

Produrre polvere nera è molto semplice, ecco la ricetta: per avere un chilo di ottima polvere mescolate 750 g di nitrato di potassio, 150 g di carbone di legna finemente tritato 100 g di zolfo in polvere. Mescolate bene con un mestolo di legno ed evitate di accendere una sigaretta durante il procedimento. Bombarda moderna

Probabilmente il contributo più significativo della chimica del medioevo è stata (purtroppo) l'invenzione della polvere da sparo o polvere nera. Difficile stabilire quale paese o quale popolo abbia per primo fatto la scoperta, probabilmente la polvere nera è arrivata dalla Cina e forse all'inizio veniva usata solo per fare bei fuochi d'artificio colorati, poi a qualcuno è venuto in mente di usare la pressione generata dall'esplosione all'interno di un cilindro per lanciare un proiettile verso altri esseri umani e farli a pezzi. Com'era facile prevedere la cosa ha avuto un successone e continua allegramente anche ai nostri giorni. Bombarda medioevale Purtroppo gli uomini hanno una spiccata tendenza ad usare le loro invenzioni per uccidersi a vicenda...

Sir Francis Bacon, italianizzato in Francesco Bacone (1561 – 1626) Fancis Bacon , che io ho sempre confuso (ma a voi non succederà) con Ruggero Bacone... non era proprio un chimico, ma il suo contributo è stato importante per gli studiosi successivi, come Robert Boyle. Fu un esponente di spicco della rivoluzione scientifica, cioè la fase di straordinario sviluppo della scienza che abbraccia il periodo compreso tra la data di pubblicazione del capolavoro di Copernico Le rivoluzioni degli astri celesti (1543) e quella dell'opera di Isaac Newton I principi matematici della filosofia naturale (1687). Egli fu un sostenitore del metodo induttivo, basato sull'esperienza e quindi fu un precursore di Galileo

Robert Boyle (1627 – 1691) è stato un chimico, fisico, inventore e filosofo naturalista irlandese. Nel 1661 Robert Boyle pubblicò un libro dal titoloThe sceptical chymist (Il chimico scettico) che è stato, forse, il primo libro di chimica. Boyle dimostrò che non c'erano prove sperimentali a sostegno delle idee di Aristotele . Per Boyle la materia era formata da particelle e tutte le sostanze erano costituite da atomi diversi. Il suo modello della materia era sorprendentemente moderno. Una delle leggi della chimica porta il suo nome: Legge di Boyle. Per ogni gas, a temperatura costante, è costante il prodotto della pressione esercitata per il volume occupato.

Georg Ernst Stahl e la Teoria del flogisto (1659 -1734). I tempi stanno cambiando, la rivoluzione scientifica ha dato un soffio di nuova vitalità alle arti e al pensiero dell'uomo. Quasi due secoli prima Leonardo Da Vinci aveva illuminato con il suo genio le arti e le scienze , piantando forse dei semi che adesso iniziano a germogliare. Ricordate la famosa domanda dell'uomo di Neanderthal secchione? Perché un pezzo di legno brucia e un sasso no? Gli scienziati iniziano a chiederselo sul serio, secondo Stahl, le cose che bruciano possiedono al loro interno una particolare sostanza, il flogisto. Le fiamme non sarebbero altro che il flogisto che lascia la sostanza, quando tutto il flogisto è uscito rimangono solo le calci.

FINALMENTE L'ILLUMINISMO!

Abbi il coraggio di servirti della tua propria intelligenza! È questo il motto dell'Illuminismo. (Immanuel Kant)

Antoine-Laurent de Lavoisier (1743 - 1794). Lavoisier è da tutti considerato il padre della chimica moderna. I suoi più importanti studi hanno riguardato proprio la combustione. Egli ha scoperto che quando una cosa brucia si combina con una sostanza contenuta nell'aria: l'ossigeno. Dimostrò anche il ruolo dell'ossigeno nella respirazione di animali e piante, così come nell'arrugginimento del metallo. La spiegazione data da Lavoisier alla combustione rimpiazzò la teoria del flogisto. Grazie ai suoi esperimenti enunciò la prima delle tre leggi ponderali della chimica. La legge di conservazione della massa. Lavoisier contribuì anche alla messa a punto del sistema metrico decimale. Nel delirio che seguì alla rivoluzione francese fu accusato di vari crimini da Marat e venne ghigliottinato all'età di 51 anni.

Lavoisier ritratto assieme alla moglie che assomigliava a Meryl Streep

Joseph Louis Proust (1754 - 1826) Proust lavorava come farmacista in un ospedale di Parigi, tra le altre cose è stato uno dei primi uomini a compiere voli nei palloni areostatici (le mongolfiere), il suo più importante contributo alla chimica è stato l'enunciazione della legge delle proporzioni definite. Egli è inoltre considerato uno dei precursori della teoria atomica. Legge delle proporzioni definite. Quando due o più elementi reagiscono, per formare un determinato composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti

John Dalton (1766 - 1844) Oltre ad essere famoso come chimico, per aver proposto un moderno modello atomico e aver formulato la legge delle proporzioni multiple, Dalton ha per primo studiato e descritto un fenomeno che poi ha preso il suo nome: il daltonismo. Il modello atomico di Dalton. La materia è formata da atomi piccolissimi, indivisibili e indistruttibili. Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici e hanno uguale massa. Gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di altri elementi. Gli atomi di un elemento si combinano, per formare un composto, solamente con numeri interi di atomi di altri elementi. Gli atomi non possono essere né creati né distrutti, ma si trasferiscono interi da un composto ad un altro.

Dalton si rese conto di essere affetto dalla malattia che ha preso il suo nome solo quando, dovendo partecipare a una riunione di quaccheri, si era comprato un paio di calze di colore rosso fuoco, ritenendo che fossero invece di un più sobrio colore marrone. Accortosi del problema, intraprese uno studio sistematico del proprio difetto visivo, giungendo nel 1794 alla sua prima descrizione scientifica rigorosa.

Joseph Louis Gay-Lussac (1778 - 1850) Gay-Lussac ha dato il suo contributo alla chimica studiando i gas. Tre sono le leggi a lui legate: Legge dei volumi di combinazione. Quando due sostanze gassose reagiscono tra loro per formare nuove sostanze, anche esse gassose, i volumi dei gas reagenti e di quelli prodotti stanno tra loro in rapporti espressi da numeri interi e semplici

Prima legge di Gay-Lussac. in condizioni di pressione costante il volume di un gas aumenta linearmente con la temperatura Spieghiamo un po' meglio: Questa legge ci dice che se scaldiamo un gas dandogli la possibilità di espandersi in modo da non far aumentare la pressione, il suo volume aumenterà in modo lineare con la temperatura. La legge è anche detta isobara (pressione costante) e in realtà la sua scoperta è condivisa con gli scienziati Jaques Charles e Alessandro Volta. Dal punto di vista matematico può essere espressa dalla relazione: cioè il volume alla temperatura T è uguale al volume iniziale (V con 0), moltiplicato per alfa, cioè il coefficiente di espansione dei gas che vale per tutti i gas circa 3,663 · 10-3 moltiplicato per il valore di T espresso in gradi Kelvin. Seconda legge di Gay-Lussac. in condizioni di volume costante la pressione di un gas aumenta linearmente con la temperatura Spieghiamo un po' meglio: Questa legge ci dice che se scaldiamo un gas in un recipiente chiuso in modo che il suo volume non possa aumentare, la sua pressione aumenterà in modo lineare con la temperatura. La legge viene anche definita isocora. Nella foto a lato ne vedete una verifica sperimentale con un'attrezzatura relativamente artigianale. Dal punto di vista matematico può essere espressa dalla relazione: cioè la pressione alla temperatura T è uguale alla pressione iniziale (p con 0), moltiplicato per alfa, cioè coefficiente di espansione dei gas che vale per tutti i gas circa 3,663 · 10-3 moltiplicato per il valore di T espresso in gradi Kelvin. Questa relazione come la precedente funziona purché la temperatura non sia troppo vicina alla temperatura di condensazione e non sia troppo alta. In questo modo il comportamento del gas si avvicina a quello di un gas ideale.

Una cosa è sicura! la carriera di Avogadro non è stata sicuramente merito del suo aspetto! La legge di Avogadro in versione francobollo.

Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, conte di Quaregna e Cerreto (1776 – 1856) Amedeo fu un brillante studente; si laureò molto giovane (vent'anni; 1796) in diritto canonico, ma si dedicò allo studio della fisica e della matematica, le sue scienze preferite. Nel 1809 cominciò a insegnare al collegio di Vercelli. Durante la sua permanenza a Vercelli scrisse una memoria nella quale formulò un'ipotesi che viene oggi chiamata Legge di Avogadro. In suo onore è stato chiamato il numero di Avogadro (6,022 x 1023), cioè il numero di particelle (atomi, molecole o ioni) contenute in una mole di sostanza Legge di Avogadro. Volumi uguali di gas, alla stessa temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole

Approfondiamo il discorso: La Legge di Avogadro implica che le relazioni tra i pesi di volumi identici di gas differenti (a temperatura e pressione uguale), corrispondono alle relazioni tra i rispettivi pesi molecolari. Quindi, i pesi molecolari relativi, possono essere calcolati dal peso dei gas. Avogadro sviluppò questa ipotesi dopo che Joseph Louis Gay-Lussac pubblicò la sua legge sui volumi (e i gas combinati) nel 1808. La principale difficoltà che Avogadro dovette risolvere fu la grande confusione che regnava al tempo su atomi e molecole – uno dei più importanti contributi del lavoro di Avogadro fu quello di distinguere gli uni dalle altre, ammettendo che anche particelle semplici potevano essere composte da molecole, e che queste ultime sono composte da atomi. John Dalton, ad esempio, non considerava questa possibilità.