Dalla pila di Volta al Congresso di Carlsruhe, 1800-1860

 

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Il racconto sul periodo 1750-1800 si è chiuso nel nome di Volta e di Dalton, due scienziati i cui contributi avrebbero influenzato in vario modo l'intera scienza dell'ottocento. La pila di Volta forniva uno strumento essenziale di ricerca; in grado di fornire correnti continue per lunghi periodi di tempo esso permise la nascita di un nuovo, inaspettato campo: l'elettrochimica. Nelle mani dell'inglese H.Davy e dello svedese J.J.Berzelius la pila non solo sarebbe presto diventata un importante apparato di laboratorio, ma con le sue evidenti interazioni 'polari' avrebbe indotto un modello elettrochimico della materia, e di ciò che noi chiamiamo 'legame chimico'.  Questo modello fu principalmente opera di Berzelius. Ancora una volta è un medico interessato alle applicazioni terapeutiche a trasformare il suo lavoro pratico - per definizione - in fonte ricca e generosa di congetture sulla natura della materia. Infatti Berzelius si laureò in medicina nel 1802 con una tesi sulle applicazioni mediche del galvanismo, e di qui avviò un'ampia ricerca sull'attività della pila di Volta che sfociò, fra il 1811 e il 1818, nellla teoria elettrochimica. In quegli stessi anni il grande chimico svedese aveva già accettato e sviluppato la teoria atomica, così che alle unità ultime della materia proposte da Dalton vennero subito attribuite, oltre al peso caratteristico di ogni elemento, certe proprietà di elettropositività ed elettronegatività, in grado di spiegare elegantemente ed esaurientemente gran parte della chimica inorganica.

Fin dalle sue origini, nelle stesse congetture di Dalton, la teoria atomica si era fondata sulla base sperimentale delle leggi stechiometriche, che ne uscirono epistemologicamente rafforzate; per di più essa fornì lo strumento concettuale per cui A.Avogadro (1811) e A.Ampère (1814) emisero la loro fondamentale legge sulla costituzione dei gas, Dulong e Petit (1818) scoprirono la legge sui calori atomici e E.Mitscherlich (1818) spiegò le proprietà di isomorfismo nei cristalli. Ed era stato ancora il quesito dell'estensibilità alle sostanze organiche delle leggi stechiometriche ad indurre Berzelius a sviluppare in modo innovativo la tecnica di analisi elementare in questo campo.

Ma è qui, nell'ambito della nascente chimica organica, che nei tre decenni dal 1820 al 1850 giganteggiano accanto a Berzelius (morto nel 1848) due scienziati che - nel bene e nel male - ben rappresentarono le ambizioni di una scienza, la Chimica, che intendeva plasmare su di sé l'intera visione scientifica del mondo. J.B.Dumas domina la scena francese e J.Liebig quella tedesca. Entrambi fondano scuole di chimici che fanno della pratica sperimentale più accurata il loro vangelo, entrambi combattono, anche su fronti avversi, per un'impostazione teorica rigorosa della loro disciplina, entrambi ricorrono ai mezzi più scorretti per mantenere la loro supremazia accademica. Sono comunque essi ed i loro numerosissimi allievi a rendere l'organica il settore dominante della chimica.

D'altra parte la ricchezza dei problemi posti dalla chimica organica è veramente immensa. All'inizio degli anni 1840, mentre sta studiando le singolari proprietà dei primi composti metallorganici (da lui stesso scoperti) E.Frankland emette le prime congetture sulla valenza: Lentamente, nel giro di due decenni, queste congetture si trasformarono in una precisa proprietà degli atomi ed in una caratteristica particolare di ogni elemento. Questo processo, iniziatosi a partire dalla teoria dei radicali organici, fu costantemente alimentato dai problemi sempre più complessi che presentava la classificazione dei composti organici. Decine di nuove classi di composti imposero ai teorici la necessità applicare a fondo genio e fantasia per dominare un settore ormai affollato da migliaia di individui chimici. Il risultato di questo sforzo collettivo fu la teoria dei tipi; ad esso parteciparono a vario titolo scienziati come Williamson, Wurtz, Hofmann, Gerhardt e Kekulé. La costituzione  molecolare di poche sostanze fondamentali (l'idrogeno, l'acqua, l'ammoniaca e il metano) divenne il riferimento per la classificazione di tutte le altre e razionalizzò in gran parte un settore che prima appariva - nelle parole degli stessi chimici - come una giungla inestricabile.

La teoria dei tipi fu una teoria di transizione. Essa utilizzava in modo ancora rigido il concetto di valenza e preludeva alla teoria della struttura, pur mantenendosi sul piano di un netto rifiuto di qualsiasi impegno ontologico rispetto alla costituzione reale del mondo microscopico. Eppure, mentre si leggono i classici dell'epoca, come il Sunto del nostro S.Cannizzaro, in più punti si vede che i chimici erano sempre più attratti dall'efficacia di una descrizione che coraggiosamente affermasse "in questo certo caso gli atomi della molecola sono 'messi' così e così ...". La teoria della struttura si svilupperà dopo il 1860, la data che per noi conclude il periodo. Una volta tanto si tratta di un anno cruciale sul cui carattere discriminante tutti gli storici della scienza sono d'accordo. Nel settembre del 1860 un centinaio di chimici provenienti da tutti i paesi europei si riunì a Carlsruhe per 'decidere' i problemi più pressanti della chimica teorica. Ovviamente non ne venne fuori nessuna decisione vincolante per l'intera comunità, ma i risultati furono comunque decisivi: molti chimici tornarono a casa convinti della estrema coerenza del metodo di determinazione dei pesi atomici proposto da Cannizzaro, e basato su un uso accorto dell'ipotesi di Avogadro e sulla legge dei calori atomici. Fra questi chimici, come sappiamo vi furono L.Meyer e D.Mendeleev, i fondatori del sistema periodico, uno dei grandi risultati del periodo successivo, in cui la chimica classica giunse al suo apice conoscitivo.

Nei decenni fra il 1800 e il 1860 la chimica classica giunse sulla soglia di una comprensione profonda del mondo microscopico quale fu data dalla tavola di Mendeleev e dalla teoria della struttura. Questo 'giungere sul limite' non va però interpretato in modo riduttivo. Se fossimo in grado di chiamare come testimoni i grandi protagonisti dell'epoca, Berzelius, Dumas e Liebig, sicuramente essi confermerebbero gli immensi progressi compiuti in sessanta anni. Berzelius fu assertore senza tentennamenti delle leggi stechiometriche e della teoria atomica come fondamenti della chimica: l'opera di Cannizzaro e il Congresso di Carlsruhe confermarono in pieno le sue tesi teoriche. Dumas e Liebig, che appartennero alla generazione successiva a quella di Berzelius e che avevano iniziato le loro ricerche negli anni '20,  nel 1860 dalle loro posizioni di immenso prestigio nei rispettivi paesi e nella comuntità scientifica internazionale potevano affermare - e spesso lo facevano - che la chimica era o sarebbe stata in grado di spiegare qualsiasi fenomenologia che mettesse in gioco le sostanze materiali, dai problemi della nutrizione a quelli dell'igiene pubblica e a quelli dell'agricoltura scientifica. La 'muscolatura sociale' della chimica era ormai ben delineata: negli anni immediatamente sucessivi si sarebbe mossa in modo possente.