Da Aristotele, a Democrito, a Lavoisier

Filosofia e ontologia

Fin dall'antichità l'uomo si è posto domande sulla sua origine, sul suo essere e sulla natura del mondo che lo circonda. Le risposte si trovarono su concetti filosofici dell'essenza dell'uomo e della materia, su teoria ontologiche dell'essere e non essere e spesso sfociavano in teorie metafisiche. Già Talete aveva provato a dare un senso a ciò che ci circonda, facendo discendere tutta la materia da un unico elemento: l'acqua era l'arché. In seguito, tuttavia, questa ipotesi venne messa da parte con l'avvento delle nuove correnti filosofiche propinate e da Aristotele e da Democrito, allievo del filosofo greco Leucippo. Se da una parte Democrito propose un'interpretazione della realtà fondata sull'esistenza di particelle infinitesimalmente piccole come parte fondamentale e indivisibile della materia che si muovevano nel vuoto, dall'altra Aristotele, che non accettava l'esistenza del vuoto, faceva discendere la materia dai quattro elementi principali quali acqua, fuoco, terra e aria i quali, combinandosi tra loro formavano le sostanze presenti in natura. In quell'epoca, nel V secolo a.C., l'idea di una struttura atomica come quella proposta da Democrito era troppo audace e moderna, infatti venne ben presto accantonata per lasciar spazio alla teoria del filosofo di Stagira che dominò il pensiero scientifico della storia fino al Rinascimento.

Béguin e Boyle: le basi della chimica moderna

Il primo testo che tratta di chimica, distaccandosi dall'antico concetto di alchimia (sviluppatasi sulle basi della teoria di Aristotele), sembra essere la raccolta di lezioni del chimico francese Jean Béguin, vissuto a cavallo tra il XVI e XVII secolo. In Tyrocinium Chymicum, originariamente scritto in latino e subito tradotto in francese, lo stesso Béguin vuole creare una divisione tra alchimia e chimica, definendo quest'ultima come l'arte di separare i miscugli di corpi naturali e di coagulare quelli disciolti per preparare medicine più gradevoli, salutari e sicure; l'influenza con la medicina e la farmaceutica è già palpabile in questa prima frase. Nella successiva si preoccupa di sottolineare che in questa definizione si esclude la parte che riguarda la trasmutazione dei metalli [...]. Adesso (la chimica) serve alla medicina e non solo si dedica ai minerali ma anche agli animali e vegetali [...]. In queste lezioni di chimica si sofferma nei primi metodi di separazione come calcinazione ed estrazione e metodi di unione e condensazione della materia: in pratica iniziano i primi riferimenti alle reazioni chimiche. A lui si deve inoltre la sintesi dell'acetone a partire dall'acetato di piombo mediante la pirolisi (scissione di metariali organici con l'applicazione di calore in assenza di agente ossidante) Una cinquantina d'anni dalla pubblicazione di Tyrocinium Chymicum, esce The Sceptical Chymist del chimico inglese Robert Boyle, noto tra l'altro per la legge di Boyle-Mariotte che descrive il comportamento di un gas perfetto e che sarà una delle leggi alla base dell'equazione di stato del gas ideale. Con questo libro si arriva ad una vera e propria spaccatura tra chimica e alchimia.

Lavoisier e la scoperta dell'ossigeno

Una delle prime reazioni chimiche studiate fu la combustione alla quale lo stesso Robert Boyle non seppe dare una descrizione appropriata. Il problema principale della combustione era che, durante la reazione, qualcosa si perdeva in fumo e fiamme. Il medico tedesco George Stahl tentò di darne una spiegazione attraverso la teoria del flogisto, basandosi su una specie di principio di infiammabilità, il flogisto, presente in tutti i materiali infiammabili e che si disperdeva durante la reazione. Questa teoria fu ben accettata dagli studiosi del tempo anche se non riusciva a spiegare ancora la variazione del peso dopo la combustione. Quasi un secolo dopo, intorno al 1775, il chimico Antoine de Lavoisier riuscì a confutare la teoria del flogisto enunciando quella che sarà una delle leggi ponderali della chimica: la legge di conservazione della massa con la quale afferma che durante una reazione chimica la materia non si crea né si distrugge; ciò significa che la massa dei prodotti della reazione è uguale alla massa dei reagenti. Basandosi su questa nuova teoria riuscì a dare una spiegazione alla combustione con l'aggiunta di un nuovo elemento chimico: l'ossigeno. Oltre alla scoperta dell'ossigeno a Lavoisier si deve anche la scoperta dell'idrogeno e l'ipotesi che quest'ultimo insieme all'ossigeno formasse acqua; buttò le basi della nomenclatura chimica e descrisse altri elementi come l'azoto, lo zolfo, il mercurio.

Leggi ponderali

Il 1700 fu un secolo di sviluppo per la chimica, o almeno fu un periodo in cui si gettarono le basi per quella che sarebbe diventata la chimica moderna. Con la legge della conservazione della massa di Lavoisier, la legge delle proporzioni definite di Proust e la legge delle proporzioni multiple di Dalton, denominate leggi ponderali, si cominciarono a costruire le fondamenta della chimica.

Legge della conservazione della massa

La prima legge ponderale venne formulata, come accennato nel paragrafo precedente, da Lavoisier nel 1789. Essa può essere formulata in questo modo: "durante una reazione chimica la materia non si crea nè si distrugge, ma si trasforma". Ciò significa che il peso e quindi la massa (se consideriamo il peso direttamente proporzionale alla massa P=mg) delle sostanze che si combinano è uguale al peso delle sostanze che si formano a seguito della reazione.

Legge delle proporzioni definite

Dieci anni dopo la formulazione del principio di Lavoisier, Proust enunciò una nuova legge alla base della chimica: la legge delle proporzioni definite la quale si può riassumere così: quando due o più elementi chimici reagiscono per produrre un determinato composto, lo fanno sempre in una proporzione di massa costante. Prendiamo in esame il solfuro di ferro. Se facciamo reagire 10,00 grammi di zolfo e 10,00 grammi di ferro si formeranno 15,75 grammi di solfuro di ferro e noteremo che una parte di zolfo non ha reazionato. Esattamente 4,25 grammi. Ciò significa che i due reagenti si sono combinati secondo una proporzione: per ogni grammo di zolfo sono necessari 1,74 grammi di ferro.

Legge delle proporzioni multiple

L'ultima delle tre leggi ponderali fu enunciata di Dalton nel 1803. Essa afferma: quando due elementi si combinano per formare diversi composti, la quantità in massa dell'uno che si combina con una quantità fissa dell'altro, stanno tra loro in rapporti di numeri interi e semplici. Così, 7 g di azoto formano monossido di diazoto con 4 g di ossigeno; monossido di azoto con 8 g di ossigeno, triossido di diazoto con 12 g di ossigeno e così via.

Con la formulazione di queste nuove leggi, però si creò un nuovo problema: erano tutte e tre provate sperimentalmente, ma nessuno riusciva a darne una giustificazione. Perché in una reazione la massa totale non variava? Perché due elementi chimici si combinavano sempre in una proporzione costante per dare un composto? Perché più elementi potevano combinarsi in distinte proporzioni per dare diversi composti?

Tutto ciò riuscirà a trovare risposta solo in quella che sarà la teoria atomica.

Lezioni Successive

La teoria atomica

L'avvento della fisica quantistica