Riassunto BREVE STORIA DELLA CHIMICA DI ISAAC ASIMOV | Sintesi del corso di Chimica

BREVE STORIA DELLA CHIM ICA DI ISAAC ASIM OV

CA PI TO LO 1: GLI ANT ICH I

FUO CO E PIE TRA

Gli uomini primitivi accettavano la natura così come la trovavano. Con il passare del tempo però impararono a costruire

oggetti come utensili, armi in pietra e legno. Tuttavia, la natura della materia si trasformava (fuoco inceneriva il legno)

e questo genere di trasformazioni costituivano l’oggetto della chimica. Le alterazioni fondamentali della natura e della

struttura delle sostanze costituiscono le trasformazioni chimiche. Dalla possibilità dell’uomo di compiere queste

trasformazioni viene scoperto il fuoco e come dargli vita. Da questo punto in poi l’uomo diventa chimico, poiché ha dovuto

escogitare sistemi che permettessero al legno di bruciare. Dal fuoco inizio a trarre molte azioni vantaggiose come la

luce, cuocere il cibo, l’argilla per la costruzione di mattoni e vasi. Verso l’8000 a.C. l’uomo inizia la produzione propria

del cibo attraverso l’allevamento e dato che era una fonte più stabile, la popolazione aumentò. Iniziarono a sorgere le

prime abitazioni permanenti e nacquero così le prime città: EBBE INIZIO LA CIVILTÀ. Nel 4000 a.C. l’uomo iniziò a servirsi

non solo delle pietre ma anche di altri materiali come i metalli e ciò esprime grande segno di evoluzione.

I M ETAL LI

I primi metalli furono rinvenuti sottoforma di pepite come pezzi di rame o oro. Venivano usati in primo luogo come

ornamenti e successivamente per gioielli e utensili per la loro capacità di essere malleabili. Successivamente nel 3000

a.C. la scoperta del bronzo fece iniziare la produzione di armi militari. Nell’età del bronzo si conobbe anche il ferro,

metallo molto duro che veniva ritenuto molto raro. Nell’Asia Minore nel 1500 a.C. fu scoperto il segreto della fusione del

ferro, iniziò così la produzione di utensili e armi rivestite da una lega di ferro e carbonio. EBBE COSÌ INIZIO L’Età DEL

FERRO.

Gli egiziani oltre ad essere esperti nella metallurgia erano abili nella produzione di pigmenti minerali e nell’estrazione

di succhi e infuso dal mondo vegetale. La parola KHEMIA deriva proprio dagli egizi per indicare la terra. Un’altra teoria

valida è che la parola derivi dal greco KHUMOS che significa succo di pianta. Comunque, qualsiasi sia la sua origine, la

parola KHEMEIA è l’antenato della parola chimica.

GLI E LEME NTI DE I GRECI

Verso il 600 a.C. i greci iniziarono a nutrire interesse per la natura dell’universo e per la struttura delle sostanze che lo

compongono. I filosofi del tempo si occupavano infatti del perché dei vari fenomeni.

TALETE: elemento base L’ACQUA perché presente in maggior quantità, poiché la terra è un disco piatto che

galleggiava su un oceano infinito

Così veniva respinta l’idea del vuoto, infatti lo spazio tra terra e il firmamento non era vuoto. Ciò spinse ANASSIMENE

ad affermare che l’elemento base era L’ARIA.

ERACLITO: riteneva che l’elemento base dovesse essere IL FUOCO poiché sempre mutevole e in movimento

permetteva le trasformazioni ed inoltre era presente in ogni cosa.

EMPEDOCLE (discepolo di Pitagora) non riusciva a decidere un elemento base unico, nasce così la Dottrina dei 4

elementi (acqua, aria, terra e fuoco) che viene adottata anche da ARISTOTELE ai quali aggiunse un quinto

elemento, L’ETERE che componeva il firmamento

GLI AT OMI DE I G REC I

Tra i filosofi greci nacque inoltre la quesitone relativa alla divisibilità della materia.

LEUCIPPO iniziò la teorizzazione secondo la quale dividendo qualsiasi pezzo di materia, a lungo andare si

sarebbe ottenuto un frammento minimo

DEMOCRITO chiamò questo frammento ATOMOS (άτομο). Riteneva che per ogni elemento, gli atomi, avessero

forma e dimensione diversa e ciò determinava le proprietà dei singoli elementi

Non avendo strumenti per dimostrare ciò, la teoria di Democrito rimase solo su carta, infatti molti filosofi seguirono la

teoria di Anassimene sui 4 elementi. EPICURO e LUCREZIO ripresero però la teoria di Democrito ed è proprio grazie al

DE RERUM NATURA di Lucrezio che questa teoria è pervenuta fino a noi.

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BREVE STORIA DELLA CHIMICA DI ISAAC ASIMOV

CAPITOLO 1: GLI ANTICHI

FUOCO E PIETRA

Gli uomini primitivi accettavano la natura così come la trovavano. Con il passare del tempo però impararono a costruire oggetti come utensili, armi in pietra e legno. Tuttavia, la natura della materia si trasformava (fuoco inceneriva il legno) e questo genere di trasformazioni costituivano l’oggetto della chimica. Le alterazioni fondamentali della natura e della struttura delle sostanze costituiscono le trasformazioni chimiche. Dalla possibilità dell’uomo di compiere queste trasformazioni viene scoperto il fuoco e come dargli vita. Da questo punto in poi l’uomo diventa chimico, poiché ha dovuto escogitare sistemi che permettessero al legno di bruciare. Dal fuoco inizio a trarre molte azioni vantaggiose come la luce, cuocere il cibo, l’argilla per la costruzione di mattoni e vasi. Verso l’8000 a.C. l’uomo inizia la produzione propria del cibo attraverso l’allevamento e dato che era una fonte più stabile, la popolazione aumentò. Iniziarono a sorgere le prime abitazioni permanenti e nacquero così le prime città: EBBE INIZIO LA CIVILTÀ. Nel 4000 a.C. l’uomo iniziò a servirsi non solo delle pietre ma anche di altri materiali come i metalli e ciò esprime grande segno di evoluzione. I METALLI I primi metalli furono rinvenuti sottoforma di pepite come pezzi di rame o oro. Venivano usati in primo luogo come ornamenti e successivamente per gioielli e utensili per la loro capacità di essere malleabili. Successivamente nel 3000 a.C. la scoperta del bronzo fece iniziare la produzione di armi militari. Nell’età del bronzo si conobbe anche il ferro, metallo molto duro che veniva ritenuto molto raro. Nell’Asia Minore nel 1500 a.C. fu scoperto il segreto della fusione del ferro, iniziò così la produzione di utensili e armi rivestite da una lega di ferro e carbonio. EBBE COSÌ INIZIO L’Età DEL FERRO. Gli egiziani oltre ad essere esperti nella metallurgia erano abili nella produzione di pigmenti minerali e nell’estrazione di succhi e infuso dal mondo vegetale. La parola KHEMIA deriva proprio dagli egizi per indicare la terra. Un’altra teoria valida è che la parola derivi dal greco KHUMOS che significa succo di pianta. Comunque, qualsiasi sia la sua origine, la parola KHEMEIA è l’antenato della parola chimica. GLI ELEMENTI DEI GRECI Verso il 600 a.C. i greci iniziarono a nutrire interesse per la natura dell’universo e per la struttura delle sostanze che lo compongono. I filosofi del tempo si occupavano infatti del perché dei vari fenomeni. TALETE: elemento base L’ACQUA perché presente in maggior quantità, poiché la terra è un disco piatto che galleggiava su un oceano infinito Così veniva respinta l’idea del vuoto, infatti lo spazio tra terra e il firmamento non era vuoto. Ciò spinse ANASSIMENE ad affermare che l’elemento base era L’ARIA. ERACLITO: riteneva che l’elemento base dovesse essere IL FUOCO poiché sempre mutevole e in movimento permetteva le trasformazioni ed inoltre era presente in ogni cosa. EMPEDOCLE (discepolo di Pitagora) non riusciva a decidere un elemento base unico, nasce così la Dottrina dei 4 elementi (acqua, aria, terra e fuoco) che viene adottata anche da ARISTOTELE ai quali aggiunse un quinto elemento, L’ETERE che componeva il firmamento GLI ATOMI DEI GRECI Tra i filosofi greci nacque inoltre la quesitone relativa alla divisibilità della materia. LEUCIPPO iniziò la teorizzazione secondo la quale dividendo qualsiasi pezzo di materia, a lungo andare si sarebbe ottenuto un frammento minimo DEMOCRITO chiamò questo frammento ATOMOS (άτομο). Riteneva che per ogni elemento, gli atomi, avessero forma e dimensione diversa e ciò determinava le proprietà dei singoli elementi Non avendo strumenti per dimostrare ciò, la teoria di Democrito rimase solo su carta, infatti molti filosofi seguirono la teoria di Anassimene sui 4 elementi. EPICURO e LUCREZIO ripresero però la teoria di Democrito ed è proprio grazie al DE RERUM NATURA di Lucrezio che questa teoria è pervenuta fino a noi.

CAPITOLO 2: L’ALCHIMIA

ALESSANDRIA

Dopo la morte di Alessandro il Grande ad Alessandria fu fondato un tempio dedicato alle Muse che serviva da istituto di ricerca e da università. Annesso al tempio fu costituita la più grande biblioteca del mondo antico. Grazie all’unificazione del regno, l’abilità egiziana e la conoscenza in campo chimico dei greci si unirono, anche se per molti versi non fu molto positivo. L’abilità egiziana nella chimica era finalizzata all’imbalsamazione dei morti e ai riti religiosi. I greci avendo separato la scienza dalla religione, la chimica egiziana appariva come qualcosa di oscuro e pericoloso. In questo senso venivamo presi in oggetto gli astrologi, chimici e sacerdoti ma anche se temuti, erano incoraggiati a seguire i loro studi. Ai 7 corpi considerati pianeti erano associati i 7 metalli conosciuti: Sole – Oro Luna – Argento Mercurio – Mercurio Venere – Rame Marte – Ferro Giove – Stagno Saturno – Piombo Questo mistero della chimica ebbe in sé per sé due effetti spiacevoli

Ritardò il progresso, infatti, la ricerca chimica avveniva nell’ignoranza
Non era possibile distinguere i furfanti dai veri uomini di scienza Un primo seguace importante fu BOLOS DI MENDES che si dedicò allo studio della trasformazione di un metallo in un altro. Nell’epoca romana la chimica seguì un notevole regresso legato alla decadenza generale della scienza greca. Questa situazione fu fortemente aggravata dalla paura dell’imperatore Diocleziano che nutriva la convinzione che si potesse produrre abbastanza oro da rovinare l’economia dell’impero. A tal proposito l’imperatore fece distruggere tutti gli scritti dedicati. Con l’affermarsi del Cristianesimo la scienza pagana destò ancora più sospetto, così la chimica insieme alla religione Cristiana divennero clandestine. Una setta cristiana venne perseguitata in Occidente e si rifugiò in Persia dove portò con sé la scienza greca sottoforma di ALCHIMIA. GLI ARABI Nel settimo secolo iniziò la diffusione degli arabi (nel 641 a.C. invasero l'Egitto e la Persia). La chimica diventa alchimia, anche se di questo periodo ci è pervenuto ben poco, si sono conservati i termini chimici che usiamo ancora oggi. Un importante alchimista del periodo è GIABIR che studia la trasmutazione dei metalli. Riconosceva il mercurio come metallo per eccellenza e pensava che tutti gli altri erano un miscuglio di mercurio e zolfo. Restava da scoprire una sostanza che agevolasse questa mescolanza. Dai greci veniva chiamata XERION anche nota come Pietra Filosofale. Iniziò così a diffondersi la credenza che questa polvere avesse effetti benefici sulla persona. Così l’alchimia si sviluppò su due vie differenze: MINERALOGICA il quale obiettivo fondamentale era creare l’oro MEDICA che mirava alla scoperta di un elisir di lunga vita A Gabir succedette AR-RAZI che seguì gli studi di Avicenna grazie al quale iniziò a dubitare delle possibilità di trasformare i metalli in oro. IL RISVEGLIO DELL’EUROPA Dopo le crociate gli europei capirono che gli arabi possedevano libri di grande valore culturale. Anche se con molta riluttanza il pieno fruitore di questi libri fu PAPA SILVESTRO II. Lo studioso ROBERTO DI CHESTER fu il primo a tradurre questi libri così dal 1200 gli studiosi europei ebbero la possibilità di studiarli. Il primo importante alchimista europeo fu ALBERTO MAGNO che studio le opere di Aristotele. Successivamente RUGGERO BACONE capì sin da subito che il progresso era basato sull’esperienza. Il più importante alchimista medievale fu GEBER che descrisse per la prima volta l’acido solforico. Con la scoperta degli acidi minerali, l’alchimica compie un enorme progresso, ritorna così l’idea di poter produrre l’oro. Conseguentemente a questa convinzione si sprofondò in enorme regresso che portò al divieto di studiare l’alchimia. Successivamente alla caduta dell’Impero Romano d’Oriente si aprì il grande periodo delle esplorazioni geografiche. In tal senso si aprirono le vie di comunicazione con l’estremo Oriente. In questo clima di forte espansione e progresso JOHANN GUTEMBERG realizza la prima macchina per la stampa e per la prima volta si ebbe la possibilità di produrre libri. I primi pubblicati furono: Il poema di Lucrezio, Il libro di Niccolò Copernico e il libro di Andrea Vesalio.

CAPITOLO 4: I GAS

ANIDRIDE CARBONICA E AZOTO

Il chimico inglese HALES introdusse nel XVIII secolo il metodo della raccolta dei gas al di sopra dell’acqua. Nonostante questa incredibile scoperta non se ne occupò molto e non ne studio le proprietà. BLACK attraverso i suoi studi capi come riscaldando uno minerale si poteva ottenere l’anidride carbonica. Inoltre, dimostrò che le sostanze gassose potevano dar luogo a nuovi cambiamenti fisici. Sotto questa prospettiva, il gas cambia e viene considerato come uno stato della materia che ha proprietà come solidi e liquidi. Dimostrò inoltre che nell’aria è presente una determinata quantità di anidride carbonica, poiché lasciando all’aria l’ossido di calcio, diventa carbonato di calcio. Black sperimenta come una candela chiusa dopo un certo periodo si spegneva. Il suo allievo RUTHERFORD rinchiuse un topo in una stanza fino alla sua morte e poi bruciò quell’aria. Basandosi sulla teoria del flogisto, la respirazione e la combustione generano flogisto che viene assorbito dall’aria fino a che non ne è satura e per questo gli oggetti non bruciano più. In base a questo ragionamento, l’aria flogistica riusciva ad isolare gli oggetti, così chiamò questo elemento azoto. IDROGENO E OSSIGENO HENRY CAVENDISH era interessato a un gas che si formava dalla reazione degli acidi con alcuni metalli, che successivamente sarà chiamato idrogeno. Fu il primo a misurare il peso di determinati volumi di gas diversi in modo da poter determinare la loro densità. JOSEPH PRIESTLEY riuscì ad ottenere grandi quantità di anidride carbonica dalla fermentazione del grano. Raccogliendo l’anidride carbonica al di opra dell’acqua scopri che una parte di gas si scioglieva dando all’acqua un sapore acido. Riscaldando il mercurio ottenne l’ossido di mercurio che riscaldato a sua volta aveva proprietà eccezionali come mantenere viva una fiamma, scopriremo che si trattava dell’ossigeno GEORGE BRANDT scoprì il cobalto, minerale azzurrognolo che non produceva rame AXEL FREDRIC CRANSTEDT introdusse l’uso del cannello, strumento chiave per l’analisi chimica OLOF BERGMAN elaborò una teoria in grado di spiegare perché due sostanze reagiscono SCHELE scoprì vari acidi come l’acido tartarico, citrico, benzoico, lattico, urico, fluoridrico, solfidrico e cianidrico che essendo tossici causarono la sua morte IL TRIONFO DELLA MISURA Verso la fine dell’800 si iniziò a sentire la necessità di riunire in un’unica teoria generale tutte le scoperte fatte nel campo dei gas. LAVOISIER fu uno dei primi a compiere quest’opera, ed inoltre diede grande importanza alla misura. Lavoisier si interessa molto alla combustione perché era il grande problema del tempo, ma anche perché uno dei suoi più grandi successi fu un saggio sui miglioramenti dei metodi di illuminazione stradale. Inizio a scaldare i metalli e dimostro così la trasformazione del metallo in calce era l’acquisto di una parte d’aria. Così fu possibile formulare una nuova teoria che spiegasse la formazione dei metalli nei rispettivi minerali. Lavoisier afferma che i minerali erano appunto una combinazione di metalli e gas. Riscaldando il minerale veniva asportato il gas e rimaneva solo il metallo. In questo modo si spiegavano anche le variazioni di peso che si verificavano nella combustione. Lavoisier nel corso dei suoi esperimenti capi che prendendo in considerazione tutte le sostanze che partecipavano ad una reazione chimica e tutti i prodotti formati, non ci sarebbero state variazioni di peso: Legge di conservazione della massa: La massa, quindi, non viene né creata, né distrutta bensì si trasferisce da una sostanza all’altra. LA COMBUSTIONE Lavoisier pubblicò la propria teoria sull’aria nel 1755. L’aria è una miscela di due gas in rapporto 1:4. 1/ dell’aria era composta dall’aria deflogisticata che si combinava con le altre sostanze ed era essenziale per la vita, chiamò questa sostanza ossigeno che significa produttore di acido. I restanti 4/5 di aria erano composti da azoto che significa senza vita. Nel 1783 Cavendish bruciando una certa quantità di acqua capi che i vapori generati erano acqua. Lavoisier chiamo il gas di Cavendish idrogeno (generatore d’acqua) e capi che l’idrogeno bruciava combinandosi con l’ossigeno, allora dedusse che l’acqua era formata da idrogeno e ossigeno. Ideò inoltre con la collaborazione di DE MORVEAU e DE FORUCROY un sistema di nomenclatura logica. Un preciso sistema di prefissi e suffissi in grado di fornire indicazioni precise sulle proporzioni nelle quali si presentavano i diversi elementi. Nel 1789 Lavoisier pubblicò IL TRATTATO ELEMENTARE DI CHIMICA, dove è presente una visione unitaria della conoscenza della chimica e un elenco di tutti gli elementi conosciuti all’epoca, due però risultarono sbagliati ed erano la luce e il calore.

CAPITOLO 5: GLI ATOMI

LA LEGGE DI PROUST

Lavoisier incitò gli altri chimici ad esplorare altri campi della chimica e uno di questi fu proprio quello degli acidi. Gli acidi formano un gruppo naturale con determinate caratteristiche: Tendono a reagire con i metalli Il loro sapore è acido Fanno cambiare colore ad altre tinture Contrapposti agli acidi troviamo le basi con determinate caratteristiche: Hanno un sapore amaro Fanno cambiare colore ad alcune tinture Le soluzioni acide neutralizzano quelle basiche e viceversa. Una miscela con proporzioni adatte di basi e acidi non ha proprietà né acide e né basiche. Questa miscela è della SALE. RICHTER misurò la quantità di acidi necessari per neutralizzare una base e viceversa, capi che occorrevano quantità fisse ben definite PROUST dimostrò nel 1799 che il rapporto dei componenti di una determinata sostanza era sempre costante Legge delle proporzioni definite (LEGGE DI PROUST): IN TUTTI I COMPOSTI GLI ELEMENTI ERANO PRESENTI IN DETERMINATE PROPORZIONI DEFINITE E NON IN ALTRE COMBINAZIONI. Questa teoria portò ad una maggior accettazione della teoria atomistica. LA TEORIA DI DALTON DALTON capi che due elementi erano in grado di combinarsi secondo una serie di proporzioni che variavano, e ad ogni variazione corrispondeva un composto diverso, questa legge viene detta Legge delle proporzioni multiple che va in completo accorto con la teoria atomistica, infatti se la materia è formata da minuscolo atomi, queste variazioni di struttura sono dovute alle proporzioni della materia stessa. La nuova teoria atomistica di Dalton non era visibile al microscopio ma era possibile pensarla. Dalton preparò la prima tavola dei pesi atomici anche se parecchie voci risultarono errate poiché egli era convinto che le molecole fossero formate da soli due atomi di elementi diversi. Per la prima volta si parla di energia elettrica nella chimica. WILLIAM GILBERT capì che le sostanze potevano acquisire per mezzo dello strofinamento una carica elettrica. DU FAY nel 1733 capì che esistevano due tipi di carie elettriche: ELETTRICITÀ VETROSA: prodotta dal vetro ELETTRICITÀ RESINOSA: generata dall’ambra FRANKLIN nel 1745 ipotizzò l’esistenza di un unico fluido elettrico. Se le sostanze possedevano una quantità di fluido allora possedevano diversi tipi di carica. Il vetro aveva carica positiva invece la resina carica negativa. Grazie alle scoperte di ALESSANDRO VOLTA nel 1800, si iniziò a capire che le reazioni chimiche erano legate all’elettricità. NICHILSON e CRALISLE idearono il concetto di elettrolisi dalla decomposizione dell’acqua in idrogeno e ossigeno. L’IPOTESI DI AVOGADRO GAY-LUSSAC scoprì che nella formazione dei composti, i gas si combinavano insieme secondo i rapporti di piccoli numeri interi (Legge dei volumi di combinazione (1808)). Partendo dal presupposto che le particelle di diversi gas, comporta da atomi, le loro combinazioni sono distribuiti in intervalli uguali. Così dicendo numeri uguali di particelle di gas occuperebbero volumi uguali, indipendentemente dalla tipologia di gas (Ipotesi di Avogadro (1811)). MITSCHERLINCH(1819) descrisse la Legge dell’isomorfismo secondo la quale COMPOSTI DI SIMILE COMPOSIZIONE TENDEVANO A CRISTALLIZZARSI INSIEME, COME SE LE MOLECOLE DELL’UNO SI MESCOLASSERO ALLE MOLECOLE DELL’ALTRO Da questa legge deriva che se due composti formavano cristalli insieme e si conosceva solo la struttura di uno di essi, si poteva ritenere che la struttura del primo composto fosse simile a quello del primo. PESI E SIMBOLI BERZELIUS e DALTON furono i principali ideatori della teoria atomica Berzelius determinò i pesi atomici con procedimenti ben diversi e più avanzati rispetto a quelli di Dalton. Infatti, la tavola di Berzelius aveva valori che non corrispondevano a numeri interi, così da eliminare la teoria di Dalton. Con gli anni furono presentate nuove teorie che confermavano e perfezionavano quella di Berzelius. Con Dalton e Berzelius nascono i nuovi simboli chimici che con il tempo hanno assunto forme universali. Vengono così introdotte le formule chimiche e delle reazioni chimiche con annessi bilanciamenti.

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