Luigi Cerruti                         

           

L'orizzonte conoscitivo di D. Mendeleev. II · Uno sguardo sul sistema degli elementi

 

 

I

Il grande saggio sul sistema periodico di Dmitrii Ivanovich mendeleev (1834-1907) apparve nel 1871 (1). Da allora generazioni di chimici si sono richiamati a esso come a uno scritto che ha segnato una svolta decisiva nella storia delle nostre discipline.In una nota precedente (2) è stato ritracciato il percorso che portò il chimico russo alla sua grande scoperta, ora l'intenzione è di avvicinarsi al suo punto di vista, di cogliere i tratti principali della sua proposta. Vi è molto di arbitrario in una simile operazione, in quanto il modo migliore di rendere omaggio a un testo è leggerlo e, da questo punto di vista e in questo caso, lo storico farebbe meglio ad adattarsi al mestiere, non più facile, di traduttore. Ma con il nuovo testo davanti sorgerebbe un nuovo problema. L'accesso alle fonti di storia della chimica è spesso bloccato solo dalla cura quotidiana dell'insegnamento e della ricerca. Altre volte però il testo che ci potrebbe interessare appartiene a un contesto teorico e sperimentale troppo remoto per noi, non secondo la «distanza» temporale, ma in termini di fruibilità conoscitiva. Il problema di una lettura diretta è in un certo modo ricondotto inesorabilmente a quello della scrittura nel suo sfondo storico, spesso intricato e per noi oscuro. Testo e contesto costituiscono in effetti una coppia di avversari formidabili per qualsiasi lettore del saggio di mendeleev. In questa nota non si potrà ne duplicare il primo, ne ricreare il secondo, si cercherà semplicemente di far «funzionare» ancora una volta quel testo nel nostro contesto.

 

Struttura e argomentazione

II lavoro di cui stiamo intraprendendo la lettura, oltre alle solite difficoltà di un testo scritto più di 110 anni fa, presenta una soglia d'ingresso ardua, data dalla sua stessa mole. Si tratta di 97 pagine piuttosto compatte apparse in un volume supplementare degli Annalen der Chemie und Pharmacie: i lettori di allora si aspettavano articoli densi e avanzati, su temi in un certo senso a latere rispetto a quelli presenti nei normali quaderni della rivista di liebig. Così l’articolo che chiudeva il fascicolo precedente a quello che ci interessa era dovuto ad August Friedrich Horstmann (1842-1929) e trattava dell'applicazione del secondo principio della termodinamica ai fenomeni di dissociazione in fase gassosa. Si può presumere quindi che il nostro lettore ideale fosse abbastanza agguerrito, e tuttavia Mendeleev deve aver curato particolarmente la struttura espositiva per tener desta la sua attenzione per tutta la complessa monografia. Le scelte retoriche del chimico russo sono state molto precise: un linguaggio altamente filosofico capace di sostenere le intenzioni teoriche dell'Autore, una continua visione sistematica della chimica in grado di ridurre al minimo (apparentemente) le zone d'ombra, una sapiente distribuzione lungo tutto il testo delle «novità» indotte dal nuovo approccio classificatorio, e infine un «crescendo» molto dosato verso le zone più «calde» della teoria chimica. Proprio quest'ultima linea strategica dell'argomentazione Mendeleeviana ci rende coscienti dello sforzo necessario per comprendere un grande testo scientifico del passato: non ci sarà nessuna impresa erudita capace di restituirci l'attualità della lettura contemporanea alla scrittura. Ci consoleremo cercando almeno di interpretare lo scritto collocandolo in quelle successioni di eventi che portano alla nostra attuale visione del mondo chimico.

L'articolo viene scandito da Mendeleev in sette parti, un'introduzione (7 pagine) e sei capitoli numerati di lunghezza assai ineguale: i principi della legge periodica (23 pagine), applicazione alla sistematica (9 pagine), pesi atomici di elementi poco studiati (24 pagine), determinazione delle proprietà di elementi non ancora scoperti (10 pagine), correzione del valore di certi pesi atomici (5 pagine), completamento della conoscenza delle forme di combinazione chimica (19 pagine). Vedremo in questa stessa sezione che le diverse ampiezze testuali corrispondono abbastanza puntualmente alla diversa enfasi che l'Autore vuole dare ai suoi argomenti. L'introduzione si apre con una ricerca di precisione concettuale: fino a Laurent e Gerhardt si sono utilizzate indistintamente le parole «molecola», «atomo» ed «equivalente», ora è necessario distinguere fra corpo semplice ed elemento: al primo corrisponde l'idea di molecola, al secondo quella di atomo. Il carbonio è un elemento, il carbone, la grafite e il diamante sono corpi semplici; poiché le grandezze fondamentali sono i pesi atomici è al concetto di elemento che si deve fare riferimento. Dopo questa precisazione, già all'inizio della seconda pagina del saggio Mendeleev enuncia un programma di carattere affatto generale: «Ciò che la chimica contemporanea si pone come compito principale è di indagare la dipendenza di composizione, reazioni e proprietà dei corpi semplici e composti dalle proprietà fondamentali degli elementi in essi contenuti, per poter risalire dal carattere (Charakter) conosciuto di un elemento alla composizione e alle proprietà sconosciute dei suoi composti» (134) (3). L'estrema «modernità» di questo progetto non deve far dimenticare che Mendeleev era ancora alle prese con il compito preliminare di scoprire il vero «carattere» originale degli individui chimici denominati «elementi», e che quindi il suo sguardo mirava ben lontano nel futuro.

Dopo questo enunciato tutta la premessa si muove su un piano di grande cautela terminológica e ontologica: la nozione di peso atomico è di «solidità incrollabile», ma il concetto (Begriff) non deve essere scambiato con la denominazione (Benennung) che rinvia troppo facilmente all'«ipotesi della costituzione atomistica dei corpi» (136). Questo tono cauto è accentuato da una presa di distanza immediata dalla teoria della valenza e dalla nozione di legame (137).

Nel primo capitolo del suo lungo lavoro Mendeleev pone i principi della legge periodica, ovvero ne argomenta l'esistenza dimostrando il variare di certe proprietà chimiche e fisiche in funzione del crescere del peso atomico, e il loro ripetersi, secondo andamenti particolari, dopo ogni alogeno (allora i gas nobili non erano noti). II fondamento di tutto il discorso si trova nei composti con l'idrogeno e l'ossigeno dei 14 elementi compresi fra il litio e il cloro. Questi composti vengono rappresentati e discussi mediante la categoria delle «forme di combinazione» (Verbindungsformen) e non all'interno di quella teoria della valenza che il nostro Autore attaccherà duramente in chiusura di articolo. Queste forme, da Na2O a Cr2O7, passano gradualmente da fortemente basiche a fortemente acide, all'inizio delle serie troviamo i metalli e alla fine i metalloidi (142) ... tutto un patrimonio di generalizzazioni entrate da molto tempo nell'insegnamento «elementare» della chimica sono formulate per la prima volta in queste pagine veramente classiche. La stessa esplicitazione della legge periodica si trova poco dopo: «Le proprietà degli elementi (e quindi anche quelle dei corpi semplici e composti da essi costituiti) si trovano m dipendenza periodica dai loro pesi atomici» (144, corsivo nel testo).

Ancora in questo capitolo sono presentate le due tabelle qui riprodotte (fig. l e 2), la prima organizzata in periodi, la seconda in gruppi e serie (i gruppi sono caratterizzati dalle forme di combinazione rispetto all'idrogeno e all'ossigeno). I punti interrogativi posti prima del simbolo indicano incertezza nella collocazione periodica dell'elemento, posti dopo il peso atomico denunciano una determinazione imprecisa di questo valore; già in questo luogo delicato Mendeleev si sente in dovere di segnalare che «per il tellurio, in accordo con la legge periodica, appare 125, e non 128, secondo Berzelius e altri» (150).

 

 Tabelle I.

 

 

 

K == 39

Rb == 85

Cs == 133

 

 

 

 

Ca == 40

 

Sr == 87

 

Ba == 137

 

 

 

 

 

 

 

 

?Yt == 88?

 

?Di == 138?

 

Er == 178?

 

­

 

 

 

Ti == 48?

 

Zr == 90

 

Ce == 140?

 

?La == 180?

 

Th == 231

 

 

 

 

 

V == 51

 

Nb == 94

 

 

Ta == 182

 

 

 

 

 

 

Cr == 52

 

Mo == 96

 

 

W == 184

 

U == 240

 

 

 

 

 

Mn == 55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe == 56

 

Ru == 104

 

 

Os == 195?

 

 

Typische Elemente

 

 

 

Co== 59

 

Rh == 104

 

 

Ir == 197

 

 

-——————————————————————————„

 

 

 

Ni == 59

 

Pd == 106

 

 

Pt == 198?

 

 

H = 1

 

Li == 7

 

Na == 23

 

Cu == 63

 

Ag == 108

 

 

Au == 199?

 

 

 

 

Be == 9,4

 

Mg == 24

 

Zn == 65

 

Cd == 112

 

 

Hg == 200

 

 

 

 

B == 11

 

Al == 27,3

 

—·

 

In == 113

 

 

Tl == 204

 

 

 

 

C == 12

 

Si ==28

 

 

Sn == 118

 

 

Pb == 207

 

—.

 

 

 

N == 14

 

P == 31

 

As == 75

 

Sb == 122

 

 

Bi == 208

 

 

 

 

0 == 16

 

S == 32

 

Se == 78

 

Te == 125 ?

 

 

 

 

 

 

F ==19

 

Cl == 35,5

 

Br == 80

 

J == 127

 

 

 

 

 

Fig. 1 - Tratta dal saggio del 1871 questa tabella è ancora organizzata secondo periodi «verticali» come la prima pubblicata da Mendeleev nel 1869.

 

 

 

Fig. 2 - Questa tabella ha già la forma che rimarrà classica per diverse generazioni. Si noti l'ambigua collocazione di Cu, Ag, Au e la presenza del didimio (Di =138), separato da Auer von Welsbach in praseodimio e neodimio solo nel 1885.

 

Dopo aver tracciato le linee del suo pensiero teorico il chimico russo cerca di trame i frutti più a portata di mano, sia nella sistematica, con i suoi risvolti didattici, sia nell'indagine più ravvicinata di elementi dalla fisionomia chimica ancora incerta. In entrambi i capitoli svolge un'importante funzione uno strumento conoscitivo inventato ad hoc, l’Atomanalogie (si veda la prossima sezione di questa nota), in entrambe le parti non mancano ampie e accurate riflessioni metodologiche. All'inizio del secondo capitolo Mendeleev suddivide i sistemi fino ad allora proposti per la classificazione degli elementi in due categorie; i sistemi artificiali e quelli naturali. Fra i primi pone quelli basati sull'affinità, sulle proprietà elettrochimiche o fisiche, sulla valenza; ciascuno di essi organizza gli elementi mediante «pochi caratteri di- stintivi». I secondi invece «stabiliscono dei gruppi di elementi analoghi utilizzando un gran numero di caratteri differenti e puramente chimici» (765); essi sono però incapaci di attribuzioni univoche degli elementi alle famiglie e, difetto gravissimo, di collegare quest'ultime fra di loro. Nel quarto capitolo il nostro Autore esplicita la propria gerarchia epistemológica sui modi per selezionare i multipli degli equivalenti, e affronta i casi più delicati della propria classificazione: vi torneremo sopra fra poco. A questo punto la tattica espositiva di Mendeleev ci è chiara: è partito dalla parte più illuminata del sistema di conoscenze chimiche (gli elementi che lui chiama tipici) per inoltrarsi verso la penombra sempre più fitta delle terre rare. Dopo la penombra l'oscurità, l'esibizione di un vero pezzo di bravura tecnica e di coraggio scientifico con la previsione delle proprietà fondamentali di elementi non ancora scoperti. L'Autore è consapevole della posta in gioco: «Intendo descrivere le proprietà di qualche elemento atteso per dare in modo nuovo e perfettamente chiaro ... una dimostrazione dell'esattezza della legge periodica» (196). È stato segnalato nella nota precedente (4) che Mendeleev si era già cimentato in questo difficile esercizio, ma ora giungono al pubblico scientifico europeo previsioni ben più dettagliate e impegnative su ekaboro (lo scandio), ekaalluminio (il gallio) e ekasilicio (il germanio). Il metodo di previsione si basava ancora una volta sull'Atomanalogie, e cioè sulla media numerica o analogica di valori o proprietà chimiche pertinenti agli elementi noti che inquadravano, nei gruppi e nelle serie, le caselle della tabella periodica non ancora occupate (5).

Nel penultimo capitolo viene affrontata l'ipotesi di Prout, un punto centrale delle meditazioni teoriche di gran parte dell'Ottocento (6). Nel fluire dell'argomentazione Mendeleeviana l'incontro con questa controversa ipotesi avviene in un luogo interessante ma pericoloso, già presagito al termine del primo capitolo: «non si può accordare la legge periodica con la teoria atomistica senza rovesciare i fatti noti sulla entità perfettamente determinata di [certi] pesi atomici» (162). Il fantasma di Prout vi appare proprio per la funzione di operatore vero/falso che si sarebbe voluto far assumere alla sua congettura. Come la legge di Prout permetteva di valutare ed eventualmente «correggere» i risultati di una analisi in quanto richiedeva un numero intero di atomi in ogni composto, così si era a lungo sperato di giungere a un valore fondamentale che si ripetesse come multiplo intero in tutti i pesi atomici. Il valore iniziale, corrispondente al peso dell'idrogeno, era stato adottato con sfacciato successo da Thomas Thomson (1773-1852) nel 1818 (7), anche se fin da allora il peso atomico del doro aveva rifiutato di adeguarsi all'obbligo del numero intero. Le successive vicende storiche avevano visto l'alterna fortuna dell'ipotesi nei lavori di Dumas, Stas e Marignac, tuttavia nel 1871 il fascino della proposta di Prout rimaneva intatto e il nostro Autore sentiva il bisogno di dissiparlo mentre si accingeva a fare, con la legge periodica, proprio quell'operazione di correzione che l'ipotesi dei multipli non era in grado di legittimare. L'attacco di Mendeleev è mantenuto, in questo caso, sul livello modesto di «un punto di vista pratico» in quanto la possibile validità dell'ipotesi si gioca sui decimi di unità, quando molti pesi atomici (compresi forse quelli che più stanno a cuore all'Autore) sono noti con imprecisioni molto maggiori (207). Dopo questa manovra evasiva il peso atomico del tellurio viene portato dal valore accettato di 128 a 125 e l'osmio da 199-200 a 195. In entrambi i casi è l'andamento periodico delle proprietà chimiche a imporre la retrocessione dei due elementi prima, rispettivamente, dello iodio e dell'iridio. La storia ci ha poi detto che per l'inversione Te-I il chimico russo aveva dalla sua parte una «ragione» più complessa di quella che allora poteva usare.

Del sesto ed ultimo capitolo si parlerà più oltre, in conclusione di questo articolo, in quanto si muove su un terreno assai diverso dai precedenti, più critico che costruttivo.

 

LA CHIMICA E L· INDUSTRIA, V. 67, N. 9, SETTEMBRE 1985