Breve storia della chimica

BREVE STORIA DELLA CHIMICA

1) Verso il 600 a.C. l’attenzione dei Greci cominciò ad indirizzarsi verso la natura

dell’Universo e sulla struttura delle sostanze che lo compongono.

Gli studiosi greci, o filosofi, si preoccupavano del perchè dei vari fenomeni; furono i

primi a studiare quella che oggi chiameremo chimica teorica.

Il primo filosofo di cui conosciamo il nome è Talete.

Egli si chiese se fosse possibile trasformare qualsiasi sostanza in qualsiasi altra

sostanza, in modo che tutte le sostanze risultino aspetti diversi di una sola materia

fondamentale; e gli sembrava che la risposta dovesse essere positiva e che

l’elemento di base dovesse essere l’acqua, perchè sembrava essere la sostanza

presente in maggiore quantità sulla Terra.

Questa teoria sull'esistenza di un elemento base che costituisce tutte le sostanze fu

accolta da vari filosofi, invece l’idea che l’acqua fosse l’elemento di base venne

rifiutata.

Anassimene considerava l’aria l’elemento fondamentale e sosteneva che verso il

centro dell’universo l’aria venisse compressa, trasformandosi in sostanze di tipo più

duro e più denso, come l’acqua e la terra.

Eraclito faceva invece un ragionamento diverso. Se la caratteristica dell’Universo era

la trasformazione, si doveva scegliere come elemento una sostanza in cui la

trasformazione avesse le caratteristiche più salienti. Secondo il filosofo questa

sostanza era il fuoco.

Empedocle, seguace di Pitagora, trovò una soluzione di compromesso. Creò la

dottrina dei quattro elementi; unendo l’acqua di Talete, l’aria di Anassimene, il fuoco

di Eraclito ed egli aggiunse la terra.

Questa dottrina fu accettata da Aristotele. Egli considerava gli elementi come

combinazioni di due coppie di caratteri opposti: caldo e freddo, asciutto e bagnato.

- caldo e asciutto era il fuoco;

- caldo e bagnato era l’aria;

- freddo e asciutto era la terra;

- freddo e bagnato era l’acqua.

Aristotele aggiunse un quinto elemento, l’etere, che componeva il firmamento.

Essendo quest’ultimo immutabile, il filosofo giudicò l’etere perfetto, eterno e

incorruttibile, a differenza dei quattro elementi imperfetti della Terra.

Tra i filosofi greci sorse anche un'altra questione importante ,quella relativa alla

divisibilità della materia.

Sembra che Leucippo fu il primo a mettere in dubbio la convinzione che qualsiasi

pezzo di materia, per quanto piccolo, potesse venire diviso in parti ancora più

piccole. Leucippo affermò che a lungo andare si sarebbe ottenuto, a lungo andare,

un frammento di dimensioni minime, non divisibile.

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1) Verso il 600 a.C. l’attenzione dei Greci cominciò ad indirizzarsi verso la natura

dell’Universo e sulla struttura delle sostanze che lo compongono.

Gli studiosi greci, o filosofi, si preoccupavano del perchè dei vari fenomeni; furono i

primi a studiare quella che oggi chiameremo chimica teorica.

Il primo filosofo di cui conosciamo il nome è Talete.

Egli si chiese se fosse possibile trasformare qualsiasi sostanza in qualsiasi altra

sostanza, in modo che tutte le sostanze risultino aspetti diversi di una sola materia

fondamentale; e gli sembrava che la risposta dovesse essere positiva e che

l’elemento di base dovesse essere l’acqua, perchè sembrava essere la sostanza

presente in maggiore quantità sulla Terra.

Questa teoria sull'esistenza di un elemento base che costituisce tutte le sostanze fu

accolta da vari filosofi, invece l’idea che l’acqua fosse l’elemento di base venne

rifiutata.

Anassimene considerava l’aria l’elemento fondamentale e sosteneva che verso il

centro dell’universo l’aria venisse compressa, trasformandosi in sostanze di tipo più

duro e più denso, come l’acqua e la terra.

Eraclito faceva invece un ragionamento diverso. Se la caratteristica dell’Universo era

la trasformazione, si doveva scegliere come elemento una sostanza in cui la

trasformazione avesse le caratteristiche più salienti. Secondo il filosofo questa

sostanza era il fuoco.

Empedocle, seguace di Pitagora, trovò una soluzione di compromesso. Creò la

dottrina dei quattro elementi; unendo l’acqua di Talete, l’aria di Anassimene, il fuoco

di Eraclito ed egli aggiunse la terra.

Questa dottrina fu accettata da Aristotele. Egli considerava gli elementi come

combinazioni di due coppie di caratteri opposti: caldo e freddo, asciutto e bagnato.

caldo e asciutto era il fuoco;
caldo e bagnato era l’aria;
freddo e asciutto era la terra;
freddo e bagnato era l’acqua.

Aristotele aggiunse un quinto elemento, l’etere, che componeva il firmamento.

Essendo quest’ultimo immutabile, il filosofo giudicò l’etere perfetto, eterno e

incorruttibile, a differenza dei quattro elementi imperfetti della Terra.

Tra i filosofi greci sorse anche un'altra questione importante ,quella relativa alla

divisibilità della materia.

Sembra che Leucippo fu il primo a mettere in dubbio la convinzione che qualsiasi

pezzo di materia, per quanto piccolo, potesse venire diviso in parti ancora più

piccole. Leucippo affermò che a lungo andare si sarebbe ottenuto, a lungo andare,

un frammento di dimensioni minime, non divisibile.

Il suo discepolo Democrito continuò il ragionamento nella medesima direzione, e

chiamò atomos le particelle minime della materia. La teoria secondo la quale la

materia è costituita da particelle piccolissime indivisibili, prende il nome di atomismo.

Democrito riteneva che gli atomi di ciascun elemento fossero diversi per forma e

dimensione, e che proprio questa diversità spiegasse le differenti proprietà dei vari

elementi.

Per la maggior parte dei filosofi, compreso Aristotele, era inaccettabile che un

pezzetto di materia non si potesse dividere in frammenti ancora più piccoli; quindi la

teoria rimase impopolare per i duemila anni successivi.

Fortunatamente l’atomismo non morì completamente. Il filosofo greco Epicuro

accolse l’atomismo nel suo modo di pensare, e nei secoli successivi l’epicureismo

ebbe molti seguaci, tra i quali Lucrezio.

Lucrezio espose l’atomismo in una lunga composizione poetica intitolata De Rerum

Natura. All’interno dell’opera egli riconosce che gli atomi sono qualcosa di concreto e

non di astratto, ipotizza l’esistenza del vuoto e sostiene che l’Universo sia immenso

e infinito poichè se si arrivasse ai limiti dell’Universo e si lanciasse un dardo oltre

avremmo ancora dello spazio.

L’opera di Lucrezio è arrivata intera fino a noi,contribuendo a conservare la teoria

atomistica, mentre le opere di Democrito e di Epicuro sono frammentarie.

2) Ai tempi di Aristotele, Alessandro il Grande di Macedonia conquistò il vasto

impero persiano. Nel Medio Oriente ebbe luogo un fecondo mescolarsi di culture.

L'abilità egiziana nel campo della chimica applicata e la conoscenza greca della teoria si incontrarono e si fusero, ma l’unione non fu completamente vantaggiosa. In Egitto la conoscenza della chimica era strettamente connessa con l’imbalsamazione dei morti e i riti religiosi, mentre gli antichi filosofi greci avevano invece separato la religione dalla scienza. Gli Egizi praticavano l’arte della khemeia (arte di modificare la materia) che appariva intimamente legata alla religione, e la gente comune avevano una certa paura delle persone che la praticavano, considerandole arti segrete e pericolose. Questo alone di mistero ebbe due effetti spiacevoli. In primo luogo, ritardò il progresso poiché ciascun ricercatore nel campo della chimica viveva nell’ignoranza in merito a ciò che facevano gli altri e di conseguenza nessuno poteva trarre insegnamenti utili dagli errori o dalle conquiste altrui. In secondo luogo, dava a tutti i ciarlatani e imbroglioni la possibilità di spacciarsi per studiosi seri. Il primo seguace importante della khemeia greco-egiziana di cui ci sia pervenuto il nome è Bolos, vissuto nel 200 a.C. circa. Egli si dedicò allo studio della trasformazione di un metallo in un altro e, in particolare, alla trasformazione del piombo o del ferro in oro (trasmutazione). Per secoli e secoli molti chimici si sono sforzati onestamente di scoprire la tecnica per produrre l’oro. Nei suoi scritti Bolos forniva i particolari di metodi per la produzione dell’oro, ma probabilmente si trattava di una lega di rame e zinco che dà luogo all’ottone, il quale possiede lo stesso colore dell’oro. Nell’epoca romana, l’arte della khemeia subì un notevole regresso, dopo il 100 a.C. non si scoprì praticamente niente di nuovo. Il colpo di grazia venne dato dall’imperatore Diocleziano, che temeva che si potesse riuscire a produrre oro a buon mercato, e per questo ordinò la distruzione di tutti gli scritti dedicati alla khemeia. Un’altra motivazione è che con il

2- è il fondatore della Iatrochimica, cioè una medicina fondata sull’uso di sostanze minerali. Paracelso è uno dei primi a capire che le sostanze minerali possono agire su alcune malattie; 3- per lui la materia è composta da tre elementi: sale, mercurio e zolfo.

Daniel Sennert, questo autore è importante perché lui fa una conciliazione tra Democrito e Aristotele. Propone l’atomismo aristotelico, con una posizione molto interessante,anche se da un certo punto di vista scientifico morirà con il suo autore e con i suoi discepoli. Per lui gli elementi non sono divisibili all’infinito, la loro minima è come un atomo, quindi gli elementi sono fatti di atomi. Parlerà di atomi di acqua, di fuoco, di aria e di terra, quindi salverà la visione qualitativa aristotelica e dirà che questi elementi sono fatti di particelle
Galileo Galilei, già studioso dell’universo. Egli propone la teoria che si può nominare “del segmento”, cioè secondo lui la materia è come un segmento, è finita ma è composta da atomi infiniti che sono definiti non quanti, cioè senza quantità; un pò come il segmento che è fatto da infiniti punti i quali non hanno una dimensione. Quindi lui concepisce anche l’esistenza dell’infinito all'interno della materia.
Pierre Gassendi, era un gesuita sacerdote cattolico e cristianizza l’atomismo. Gassendi pur essendo un sacerdote e un gesuita fa capo a una visione filosofica che si chiama nominalismo. Dovendo salvare l’atomismo stabilisce che gli atomi non sono infiniti e non sono eterni, perché ammettere che gli atomi hanno avuto un inizio, significa che sono stati creati e sono stati creati nella visione di Gassendi da Dio e si aggregano a formare delle molecole. Per Gassendi il vuoto esiste nell’universo e all’interno dei corpi e tutto ciò che esiste fa parte di un progetto che è intriso, esiste dentro gli atomi che si chiama vis motrix, cioè qualcosa che ne guida il movimento facendo si che le aggregazioni a cui danno vita, dette molecole si aggregano solo in determinati modi. E’ una visione che concilia l’atomismo con la visione Cristiana.
Sir Isaac Newton soprannominato l’ultimo dei maghi perchè viene considerato come uno degli ultimi alchimisti. Nella sua opera De natura acidorum tratta della trasmutazione, quindi sostiene che un elemento si possa trasformare in un altro elemento, ammettendo però che questo venga scomposto nelle particelle. Lui mette in correlazione le proprietà macroscopiche con la microstruttura, cioè la microstruttura della materia e i tipi di legami che si stabiliscono, la natura degli elementi, influenzano le proprietà macroscopiche. Nella sua visione la materia è fatta da particelle indivisibili e presenta spazi vuoti. Tali atomi hanno forma, grandezza, solidità e inerzia. Inoltre per lui le proprietà ottiche e magnetiche della materia dipendono dalla presenza di pori nella materia.
Robert Boyle era un uomo veramente dedito alla scienza; era un nobile ed eliminò la pratica di tenere le unghie lunghe invitando anche i suoi amici a dedicarsi alla scienza, poiché erano gli unici all’interno della società ad avere del tempo libero per farlo. Pubblica un libro “Il chimico scettico”, e da quel momento la scienza verrà chiamata chimica e gli scienziati chimici. Era scettico perchè non era disposto ad accettare le antiche conclusioni che erano state raggiunte tramite semplice ragionamento e non tramite esperimenti. Scrive nel suo libro critiche contro Paracelso e Aristotele. Contro Paracelso muove la critica contro il fuoco come elemento esclusivamente separatore perché lui dirà che il fuoco può essere usato per unire gli elementi non solo per separarli.

Riforma la nomenclatura troppo vaga; se una sostanza si poteva scindere in sostanze più semplici, essa non era un elemento e due sostanze che erano entrambe elementi si potevano combinare formando una terza sostanza chiamata composto. Perfeziona la classificazione di Silvius delle sostanze acide e basiche. Silvius era un chimico, il primo che portò un laboratorio di chimica in un'università , e aveva distinto le sostanze tra acide e basiche. Boyle ha la caratteristica di essere ancorato al suo tempo in quanto ammette che la trasmutazione sia possibile. Boyle afferma che gli atomi sono divisibili anche se in natura permangono indivisibili; questa è una grande intuizione perché porterà gli uomini a comprendere l’esistenza di particelle subatomiche. A questi corpuscoli che sono inerti di per sé, dotati di proprietà meccaniche, secondo Boyle Dio ha conferito il moto, quindi anche nella versione di Boyle, che era un uomo molto religioso, la presenza di Dio come principio è presente. Egli dimostrerà che un gas si può comprimere e quindi aumentando la pressione esercitata su un gas questo può diminuire il suo volume senza perdere peso. Quindi se il gas si può comprimere l’unica spiegazione è ammettere che il gas sia fatto di particelle divise da spazi vuoti. Molto importante in quel periodo fu anche van Helmont. Egli fece crescere un albero in una quantità di terra misurata, misurando l’acqua e la terra che aggiungeva, e il peso, per vedere se ci fossero dei cambiamenti. Fu importante perché studiò i vapori e, trovò che assomigliassero al “caos” dei Greci, la materia originaria, e per questo li chiamò caos, che in fiammingo diventò gas, ed è l'espressione che usiamo ancora oggi per indicare le sostanze aeriformi Verso la fine del diciottesimo secolo James Watt realizzò la prima macchina a vapore veramente efficiente. Da quel momento, l’uomo cominciò ad interessarsi al fuoco e cercò di scoprire nuovi metodi per adibire il fuoco ad altri impieghi in sostituzione dell’uomo. Secondo gli antichi greci le sostanze in grado di bruciare contenevano in sé l’elemento del fuoco, e le teorie degli alchimisti erano analoghe, con la differenza che si ritenevano combustibili le sostanze contenenti il principio dello zolfo. Becher ipotizzò l’esistenza di tre tipi di terra: la terra lapidea tipica dei solidi, la terra mercurialis, sostanza fluida, e la terra pinguis, una sorta di principio di infiammabilità. Georg Ernest Stahl diede al principio di infiammabilità il nome di flogisto. Secondo Stahl le sostanze combustibili erano ricche di flogisto e il processo di combustione determinava la cessione del flogisto all’aria. Ciò che rimaneva dopo la combustione era privo di flogisto, quindi non poteva bruciare. Quindi, la cenere proveniente dalla combustione del legno, era priva di flogisto. C’era però un problema, nella formazione della ruggine dal metallo, il peso aumentava invece che diminuire. Stahl e i suoi discepoli non erano in grado di spiegare il perchè, ma nel diciottesimo secolo questo problema non era considerato grave poiché non si dava molta importanza alle misurazioni

Daniel Rutherford, discepolo di Joseph Black, colui che dimostrò che i gas possono combinarsi con solidi e liquidi, era convinto, come il suo maestro, della teoria del flogisto. Dopo molti esperimenti scoprì “l'aria flogisticata”, cioè un’aria che conteneva così tanto flogisto da esserne satura e da non poterne più assorbire altro. Infatti gli oggetti immersi in essa non bruciavano. Oggi questo gas è chiamato azoto.

I successi di Lavoisier incitarono i chimici a cercare altri campi dove l’impiego delle misurazioni accurate potesse illuminare lo studio delle reazioni chimiche. Uno di questi campi era costituito dagli acidi e dalle basi. Benjamin Richter rivolse la sua attenzione alle reazioni di neutralizzazione, cioè alle reazioni all'interno delle quali si mescolano sostanze acide e basiche e si crea una miscela con proprietà né acide né basiche. Scoprì che occorrevano quantità fisse e definite di un determinato acido per neutralizzare una determinata base, e viceversa. Ci si cominciò a chiedere se i rapporti fissi valessero non solo per acidi e basi, ma per tutto il resto della chimica. Joseph Louis Proust formulò la legge delle proporzioni multiple, o legge di Proust. Secondo la quale in tutti i composti gli elementi sono contenuti in determinate proporzioni definite e non in altre combinazioni, indipendentemente dalle condizioni in cui vengono prodotti. John Dalton osservò che due elementi erano in grado di combinarsi secondo più di una serie di proporzioni, dando forma ad una serie di composti dalle caratteristiche differenti. Questa teoria prese il nome di legge delle proporzioni multiple. (1803) Dalton presentò anche la sua visione della teoria atomica, basata sulla legge delle proporzioni definite e sulla legge delle proporzioni multiple. Conservò la parola atomo per definire le minuscole particelle che costituiscono la materia. Secondo Dalton:

tutti gli atomi di un elemento sono uguali tra loro ed hanno la stessa massa;
dagli atomi di un elemento non è possibile ottenere atomi di un altro elemento, quindi annulla le teorie atomistiche;
in una trasformazione chimica gli atomi di un elemento non possono essere né creati né distrutti ma si trasferiscono interi formando nuovi composti. Dalton preparò la prima tavola dei pesi atomici, basandosi sulla convinzione che le molecole fossero formate dall'accoppiamento di un solo atomo di un elemento con un solo atomo di un altro elemento. Per questo molte voci di questa tavola si rivelarono in seguito sbagliate. In quel periodo, per la prima volta, l’energia elettrica invade il mondo della chimica. Le sostanze dotate di carica elettrica, che contengono elettricità, sono quelle in grado di acquisire potere di attrazione per mezzo dello strofinamento o di altre cause. Benjamin Franklin avanzò l’ipotesi che esistesse un unico fluido elettrico per tutte le sostanze. Quando le sostanze contenevano una quantità di fluido elettrico superiore al normale, avevano carica positiva, mentre quando hanno una quantità di fluido inferiore al normale, avevano carica negativa. Alessandro Volta scoprì che due metalli potevano venire disposti in modo tale che si generassero cariche nuove a mano a mano che le cariche vecchie venivano allontanate, per mezzo di un filo conduttore. Aveva inventato la pila elettrica, e generato una corrente elettrica. Poche settimane dopo la scoperta di Volta, Nicholson e Carlisle, fecero passare nell’acqua una corrente elettrica e si accorsero che, in corrispondenza delle piastre di metallo conduttore che avevano immerso nell’acqua, cominciarono ad apparire delle bollicine di gas. I due chimici avevano decomposto l’acqua nei sue due componenti, idrogeno e ossigeno. Questa decomposizione prende il nome di elettrolisi. A mano a mano che si formavano le bollicine si dividevano sulle due piastre, si scoprì che il volume dell’idrogeno era esattamente il doppio del volume dell’ossigeno. Le scoperte di Nicholson e Carlisle furono consolidate dall’opera di Gay-Lussac, il quale, scoprì che, nella formazione dei composti, i gas si combinavano insieme sempre secondo

rapporti di piccoli numeri interi. Gay-Lussac enunciò questa teoria come legge dei volumi di combinazione. Nel 1811 Amedeo Avogadro enunciò l’ipotesi di Avogadro, secondo la quale nei gas numeri uguale di particelle occupano volumi uguali. Esistevano anche altri modi per arrivare ai pesi atomici:

legge del calore atomico, di Dulong e Petit. Il colore variava in base al peso atomico;
legge dell’isomorfismo, di Mitscherlich. I composti aventi composizione simile tendevano a cristallizzarsi insieme. Quindi se due composti formavano cristalli insieme e si conosceva soltanto la struttura di uno di essi , si poteva ritenere che la struttura del secondo composto fosse simile. Nello stesso periodo, Berzelius, che insieme a Dalton fu uno dei principali artefici dell’elaborazione della teoria atomica, utilizzò i dati delle ricerche dei suoi colleghi sui volumi dei gas e pubblicò, nel 1828, una tavola dei pesi atomici. Una differenza importante con quella di Dalton è che in quella di Berzelius i valori non corrispondono a numeri interi. Una volta accettata la teoria atomica, si cercò di raffigurare atomi e molecole attraverso dei circoletti tutti diversi tra loro. Ad esempio il semplice circoletto era per l’atomo di ossigeno, il circoletto con un puntino al centro era l'atomo di idrogeno e quello con una linea verticale era l’atomo di azoto, ecc… Berzelius si rese conto che i circoletti erano inutili ed erano sufficienti le iniziali dei nomi degli elementi. Si scelsero le iniziali dei nomi latini degli elementi. Qualora due o più elementi avessero avuto la stessa iniziale, si sarebbe potuta aggiungere una seconda lettera appartenente al nome. Nacquero così i simboli chimici. Più simboli chimici insieme descrivono una molecola e vengono chiamati formula chimica. Più formule chimiche messe insieme per descrivere una reazione formano un’equazione chimica. Nel frattempo, la corrente elettrica, continuava ad essere studiata. Henry Davy costruì una pila elettrica di 250 piastre metalliche, capendo che l'acqua andava eliminata e che la corrente dovesse passare attraverso i composti allo stato fluido. Grazie a questa invenzione Davy isolò diversi metalli tra cui il potassio, il sodio e il calcio. Michael Faraday, assistente di Davy, definì l’elettrolisi come la scissione delle molecole per mezzo della corrente elettrica, elettroliti i composti o le soluzioni capaci di lasciar passare la corrente elettrica, elettrodi le aste o piastre di metallo inserite nella soluzione. L’elettrodo dotato di carica positiva era l’anodo, mentre quello dotato di carica negativa era il catodo. Egli elaborò anche due leggi dell’elettrolisi:
la massa della sostanza liberata da un elettrodo nel corso dell’elettrolisi era proporzionale alla quantità di elettricità passante per la soluzione;
il peso del metallo liberato da una data quantità di elettricità era proporzionale al peso equivalente del metallo.

Dopo la scoperta del fuoco l’uomo divise tutte le sostanze in due categorie: quelle che bruciano e quelle che non bruciano. Le due caratteristiche coincidevano con il fatto di essere o meno sostanze derivanti da organismi viventi. Le sostanze prodotte da organismi viventi vennero chiamate organiche, mentre quelle caratteristiche dell’ambiente non vivente vennero chiamate inorganiche. Le sostanze organiche erano facilmente trasformabili in sostanze inorganiche, attraverso il calore o altri trattamenti, mentre il processo inverso non si conosceva.

Breve storia della chimica - Isaac Asimov, Sintesi del corso di Chimica

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