Corso di studi di Scienza dei materiali
Corso di Storia delle scienze sperimentali

Indice delle lezioni 2011-2012

 

Dispense del corso di Storia delle Scienze Sperimentali

 

Fascicolo 7                        Lezioni 13-14

 Fascicolo 7 in formato pdf             Diapositive delle Lezioni 13-14

 

Avvertenza generale

Queste dispense sono scritte come commento e integrazione delle diapositive proiettate a lezione.

Le dispense sono incomprensibili se non si hanno sotto gli occhi le diapositive.

Contengono inoltre brevi passi di fonti originali e di scritti di storia della scienza.

Se il rinvio alle diapositive è seguito dalla scritta "Nessun commento" si intende che il contenuto delle diapositive è adeguato ad essere di base per l'esame.

In ogni caso si deve studiare il contenuto delle diapositive.

Tuttavia le dispense e le diapositive non sono sufficienti per la preparazione dell'esame. Occorre riflettere sugli appunti presi a lezione. Chi non li avesse presi (o non possedesse una formidabile memoria) può sempre chiederli ad un collega.

Sono richiamate in modo specifico le pagine oggetto di esame dei testi forniti agli allievi, ma una lettura più estesa degli stessi testi non potrà che essere utile ad una migliore comprensione della storia della scienza.

Diapositiva 1

 Argomenti delle lezioni 13-14

Davy e l'elettrochimica

Ampère e la costituzione dei gas

Berzelius

Gli equivalenti

Dulong, Petit e i calori specifici

Dumas e Clausius sulla costituzione dei gas

Cannizzaro e il Congresso di Carlsruhe

Lothar Meyer

Dimitri Mendeleev e il sistema periodico

Liebig e la chimica organica

Frankland e il concetto di valenza

Diapositiva 2-3 Nessun commento

Diapositiva 4 Nessun commento

Diapositiva 5

Non si hanno prove testuali che Ampère abbia concepito l'ipotesi sulla costituzione dei gas indipendentemente da Avogadro, tuttavia l'interesse maggiore di Ampère non riguardava i  gas ma i solidi.

Nel complesso è poco chiaro il modo con cui Ampère giunse a ricostruire le 'molecole' rappresentate nell'immagine.

Diapositiva 6-7

Berzelius era un ricercatore infaticabile. Determinò il peso atomico di 29 elementi e la composizione di 2000 sostanze. La sua teoria elettrochimica divideva gli elementi in elettropositivi ed elettronegativi, ed era in grado di spiegare la costituzione delle sostanze inorganiche.

Prof. a Stoccolma, diede vita a una scuola alla quale si formarono F. Wohler, G. Rose, H. Rose, L. Gmelin, E. Mitscherlich. I suoi contributi furono determinanti in tutti i principali campi della chimica: chimica organica e inorganica, chimica fisica e elettrochimica. Dal punto di vista teorico fu un sostenitore della teoria atomica e si impegnò a ricercare dati sperimentali che la rendessero più rigorosa. Determinò il peso atomico degli elementi allora conosciuti ottenendo risultati, tranne poche eccezioni, molto vicini a quelli attuali; confermò, con numerosi esperimenti, la validità della legge delle proporzioni multiple, fondamentale per l'interpretazione atomica delle reazioni chimiche, estendendola anche alle reazioni organiche. L'impostazione atomistica e il desiderio di organizzare le conoscenze chimiche in modo sistematico, portarono B. a proporre l'uso degli attuali simboli chimici per gli elementi; suggerì che i simboli dovessero rappresentare anche una definita quantità dell'elemento (inizialmente parlò di "volumi atomici"). In campo analitico, determinò la composizione centesimale di circa 2000 composti: i suoi lavori costituirono le premesse per la definizione delle reazioni in termini di equazioni chimiche. Importanti furono i suoi contributi in elettrochimica: a lui si deve l'introduzione della cella a catodo di mercurio; le sue riflessioni sulla decomposizione delle sostanze negli elementi tramite elettrolisi lo condussero alla formulazione della teoria dualistica che, anche se abbandonata in seguito, ebbe notevole importanza nello sviluppo della chimica perché diede fondamento materiale all'idea della affinità chimica e fornì una interpretazione unitaria alle reazioni acido-base, di decomposizione e di scambio: sulla base di tale teoria e di dati elettrochimici, compilò una tabella in cui gli elementi erano ordinati dal più elettropositivo (potassio) al meno elettropositivo (ossigeno) e osservò che tanto più gli elementi erano lontani nella serie tanto più grande risultava la loro affinità chimica. La serie elettrochimica suggerì a B. un metodo per la preparazione degli elementi: partendo dal presupposto che il potassio era l'elemento con la maggiore affinità per l'ossigeno, fuse tale elemento con alcuni ossidi di metalli sconosciuti arrivando alla scoperta degli elementi silicio, zirconio, titanio e torio. Grande importanza hanno avuto i suoi lavori teorici e sperimentali in chimica organica, notando che, in molte trasformazioni organiche, gruppi di atomi erano capaci di passare inalterati da un composto all'altro, formulò la sua teoria dei radicali. Diede un fondamentale contributo alla nascita della teoria della struttura, a cui quella dei radicali aprì la strada, affermando che le molecole possono differire tra loro per la diversa disposizione degli atomi e introducendo così il concetto di isomeria. Il riconoscimento dell'esistenza di gruppi di atomi che si ripetono all'interno di una molecola organica lo portò a coniare il termine di polimeria. Infine, notevole fu il suo contributo alla cinetica chimica, con la individuazione di una serie di sostanze che influiscono sulla velocità di reazione ma non entrano nella stechiometria della reazione, per le quali B. coniò il termine di catalizzatori.

[Testo dell'Enciclopedia Treccani]

Diapositiva 9

Fino alla riforma di Cannizzaro molti chimici ritennero che gli equivalenti fossero più 'empirici' dei pesi atomici. Così per esprimere la composizione delle sostanze adottavano O=8, C=6, ecc. In effetti gli assunti teorici non mancano neanche per gli equivalenti. Due assunzioni erano importanti e note:  la composizione di una sostanza ha proporzioni fisse e immutabili; gli equivalenti partecipano alla composizione di una sostanza secondo numeri interi (questa assunzione esclude i composti non stechiometrici).

Diapositiva 10-11

La legge di Dulong e Petit 'mette in ordine' i calori specifici degli elementi solo se si fa riferimento ai loro pesi atomici.

Diapositiva 12-13

Vedi appunti

Diapositiva 14

Clausius scopre l'utilità dell'ipotesi di Avogadro in fisica. I successivi contributi di Boltzmann e Maxwell saranno in grado di confermare la validità della legge di Avogadro a partire dal teorema dell'equipartizione dell'energia.

Diapositiva 15-17

Vedi appunti

Diapositiva 18-20

Vedi appunti

Diapositiva 21-23 Nessun commento

Diapositiva 24

I due fondatori del sistema periodico degli elementi parteciparono al Congressi di Carlsruhe e furono immediatamente convinti della giustezza del metodo di Cannizzaro per la determinazione dei pesi atomici.

Julius Lothar Meyer (August 19, 1830 - April 11, 1895) was a German chemist. He was contemporary and competitor of Dimitri Mendeleev to draw up the first periodic table of chemical elements. Some five years apart, both Mendeleev and Meyer worked with Robert Bunsen.

He was born in Varel, at that time belonging to the Duchy of Oldenburg, now part of Germany, the son of Friedrich August Meyer, a physician, and Anna Biermann. After high school (Altes Gymnasium Oldenburg AGO) he went to study medicine first at Zürich University in 1851, and then, two years later, at the University of Würzburg, where he had Rudolf Virchow as his teacher in pathology. The influence of C. F. W. Ludwig, under whom he studied at Zürich, decided him to devote his attention to physiological chemistry, and therefore he went, after his graduation (1854), to Heidelberg, where R. Bunsen held the chair of chemistry. There he was so influenced by G. R. Kirchhoff's mathematical teaching that he took up the study of mathematical physics at Königsberg under F. E. Neumann (v. le lezioni 19-20). In 1859 he became privat-docent in physics and chemistry at Breslau. In the preceding year, he had graduated as Ph.D. with a thesis on the action of carbon monoxide on the blood. In 1866 he accepted a post in the School of Forestry at Neustadt-Eberswalde, but soon moved to Carlsruhe Polytechnic. [Wikipedia]

Diapositiva 25

Meyer appoggiò con un diagramma molto significativo i ragionamenti sull'ordinamento periodico dei pesi atomici degli elementi.

Diapositiva 26-28

Dimitri Mendeleev nacque a Tobol'sk, in Siberia, l'8 febbraio 1834,[2] da Ivan Pavlovič Mendeleev (direttore del Ginnasio della città) e Maria Dimitrievna Mendeleev (nata Kornilieva), donna intelligente ed energica, si occupava dell'educazione dei figli di cui Dimitri era il diciassettesimo e ultimo.

Nel 1834 il padre divenne cieco e fu costretto a lasciare il suo posto. Maria Dimitrievna dovette così assumersi la responsabilità anche economica della famiglia, accettando di gestire una piccola vetreria cedutale dal fratello. Il vetro in fusione, i bagliori notturni della fabbrica rimasero sempre impressi nella memoria di Dimitri.

Nel 1849, la famiglia di Mendeleev, povera, si trasferì a San Pietroburgo, dove entrò al Grande Istituto Pedagogico nel 1850. Dopo la laurea, un malessere, che gli fu diagnosticato come tubercolosi lo costrinse a spostarsi in Crimea, sulla costa settentrionale del Mar Nero, nel 1855. Mentre era li, raggiunse il più alto grado tra il personale scientifico del ginnasio №1 a Simferopol. Ritornò in piena salute a San Pietroburgo nel 1857. Tra il 1859 e il 1861 lavorò ad Heidelberg ('allievo' di Bunsen) sulla capillarità dei liquidi e sul funzionamento dello spettroscopio.

Nel 1863 divenne professore di chimica all'Istituto Tecnologico di San Pietroburgo e all'Università Statale di San Pietroburgo. Ottenne la cattedra di ruolo nel 1867.

Nel 1868 Mendeleev iniziò a scrivere il suo libro, Principi di chimica. Il suo progetto prevedeva la sistematizzazione di tutte le informazioni dei 63 elementi chimici allora noti. Lo scienziato russo preparò 63 carte, una per ciascun elemento, sulle quali dettagliò le caratteristiche di ciascun elemento. Ordinando le carte, secondo il peso atomico crescente, si accorse che le proprietà chimiche degli elementi si ripetevano periodicamente. Sistemò i 63 elementi conosciuti nella sua tavola e lasciò tre spazi vuoti per gli elementi ancora sconosciuti.

La tavola periodica di Mendeleev

Il 6 marzo 1869 Mendeleev presentò la relazione "L'interdipendenza fra le proprietà dei pesi atomici degli elementi" alla Società Chimica Russa, che aveva fondato con altri quello stesso anno.

Il grande scienziato russo previde l'esistenza di altri elementi, e ne descrisse anche le proprietà chimiche e fisiche con impressionante precisione. L'importanza della tavola periodica e delle previsioni di Mendeleev furono riconosciute pochi anni dopo, in seguito alla scoperta degli elementi scandio, gallio e germanio, che andarono ad occupare alcuni posti lasciati vuoti nella tavola e possedevano le proprietà fisiche previste dalla loro posizione in essa. [Wikipedia, con qualche taglio e precisazione]

Mendeleev non rinunciò mai ad usare per il tellurio un peso atomico minore di quello dello iodio (contrariamente ai dati sperimentali noti e raffinati nel tempo).

Diapositiva 29

Mendeleev previde le proprietà chimiche e fisiche di tre elementi: ekalluminio (gallio, scoperto nel 1875); ekaboro (scandio, scoperto nel 1879); ekasilicio (germanio, scoperto nel 1882). Le previsioni di Mendeleev diedero enorme prestigio al chimico russo e alla chimica come disciplina.

Diapositiva 30

Già nel titolo del suo testo di chimica teorica Nernst testimonia il valore della legge di Avogadro verso la fine dell'Ottocento

Diapositiva 31 Nessun commento

Diapositiva 32-34 Nessun commento

Diapositiva 35

In mancanza di un sistema teorico consolidato, e senza un accordo sul valore dei pesi atomici le proposte sulla costituzione molecolare delle sostanze erano numerose e discordanti. Confusione o pluralismo epistemologico?

Diapositiva 36 Nessun commento

Diapositiva 37-38

Frankland propose il concetto di valenza basandosi in parte su formule errate, ottenute con i valori numerici degli equivalenti e non con quelli dei pesi atomici.