2                   

LUCI E PENOMBRE

“... que nous reste-t-il de l'ambitieuse excursion que nous nous sommes permise dans la région des atomes?Bien, rien de nécessaire du moins”. J.B. Dumas, 1836 /32:314/.

“... le possible étudié par la chimie n'est pas un possible gratuit, c'est déjà un programme de réalisation”. G. Bachelard, 1932 /99:228/.

2.1 LA DELUSIONE DI DUMAS

Il pensiero di Jean Baptiste Dumas si sviluppa lungo linee morbide, oscillanti intorno a baricentri non sempre espliciti ad una prima lettura delle sue memorie, ma il tono spesso sommesso non deve ingannare. Dumas, in politica conservatore cattolico (“questo fratello Ignazio” lo definì Gay-Lussac nel 1838/140, IV:339 /),era aperto a grandi avventure teorico-sperimentali, purché la spedizione fosse ben organizzata. Qui lo seguiremo in un tratto decennale, dal fondamentale lavoro sulle densità di vapori di elementi e composti del 1826 alle lezioni di filosofia chimica del 1836. Questo arco di tempo, immenso per la mole di lavoro sviluppato da Dumas, sarà sotteso da un solo ‘pilone’, il Traité del 1828; per di più concentreremo lo sguardo unicamente su qualche aspetto epistemologico. Gli articoli del nostro inventario sono quattro, desunti, esplicitamente, dagli scritti appena indicati: i modi di combinazione (MC) dei corpi, l'ipotesi di Avogadro e Ampère (AA), la legge sui calori atomici di Petit e Dulong (PD) del 1819 /82/, la coeva legge dell'isomorfismo di Mitscherlich /68,69/ (M). Lo studio dei modi di combinazione rimane lo strumento conoscitivo fondamentale di Dumas, i livelli gerarchici - inferiori- degli altri principi muta nel tempo con un andamento estremamente significativo (v. tab. 2/1). 

La nota del 1826 /29/ è un orizzonte di tecniche sperimentali nuove (v. Fig. 2-l) e di ipotesi, di accurati dati sperimentali e di speranze. Il programma è di “fare una serie di esperienze per arrivare al peso dell'atomo di un gran numero di corpi per mezzo della loro densità allo stato di gas o di vapore”: un programma privilegiato, secondo Dumas, perché l'ipotesi di Ampère e di Avogadro (cit. a p.391), 

 

Fig. 2.1 - Gli strumenti di Dumas (1826) per determinare la densità dei vapori; la sostanza veniva fatta vaporizzare a temperatura nota in un palloncino tarato, chiuso con la fiamma dopo che i vapori avevano completamente cacciato l’aria.(Tratto da Ann. De Chimie et de Phys., xxxiii (2), 1826:f.t.)

Tab. 2/1

Gerarchia degli strumenti conoscitivi di Dumas

1826      1828     1836

MC        MC        MC

AA                         M

PD      PD,AA      PD

M           M         AA

 

su cui “tutti i fisici sono d’accordo”(!) /ib.:337/, non è soggetta a quell'inconveniente che presenta “la maggior parte delle considerazioni generali” avanzate negli ultimi tempi, e cioè il fatto che “non sono vere che in date condizioni”. (La 'gerarchia' è enunciata a pag. 340). I risultati che Dumas descrive su due elementi (I e Hg) e su nove composti, permettono al chimico francese di dire che pur essendo ancora lontana “l'epoca in cui la chimica molecolare potrà dirigersi con regole certe”, tuttavia, “l'attività singolare di Berzelius e il buon spirito dei chimici /tedeschi/” possono far sperare in “una rivoluzione prossima e duratura” /ib.:390-1/. Ma già nel 1828 i giudizi di Dumas sono profondamente cambiati. La tensione unificatrice è completamente scomparsa, tanto è vero che il nostro autore giunge a proporre tre valori distinti per i ‘numeri’ che possono rappresentare il mercurio nei calcoli chimici, il tutto, nel. breve giro di una ventina di pagine. Il primo a comparire è il “numero proporzionale” definito come “la quantità in peso di un corpo che si combina con 100 d'ossigeno, dando origine al primo ossido” /30,I:xxxj/. Il mercurio dà due ossidi; in quello in cui c'è la maggior percentuale di metallo (il primo ossido) si trova che il numero è 2531,60. Questi numeri derivano da una “regola puramente arbitraria, in vero, ma sufficienti ai bisogni attuali dei chimici”. Qualche pagina dopo, in riferimento all'ipotesi di Prout (non nominato) Dumas propone il valore 1264 corrispondente al secondo composto con l'ossigeno, l'ossido rosso /ib.:xlix/; la “regola arbitraria” è subito violata, alla prima occasione importante. Ed infine alla pagina successiva, nella “tabella dei pesi dell'atomo dei corpi semplici” compare il numero 632,9, Alla tabella è premessa la considerazione che “sono stati ammessi i numeri di Dulong e Petit” (eccetto il Co) e che gli altri sono stati “dedotti con le analogie che sono sembrate più verosimili”. Qui Dumas è troppo 'riservato', infatti il numero per il mercurio è quello già dato nella nota del 1826. Per quanto riguarda il valore conoscitivo delle diverse leggi e ipotesi, sono presentate molte riserve nei confronti dell'isomorfismo /ib.:xliv/, mentre la legge dei calori e quella dei volumi sono ora impuntate di non 'saper' fare altro che fornire indicazioni, sulla “molecola fisica”, separabile mediante il calore, nettamente contrapposta alla “molecola chimica” /ib.:xxxix/, quella che appare indivisibile durante le reazioni: 

“L'atomo di un corpo semplice è quella particella molto più piccola di questo corpo che non subisce alterazioni nelle reazioni chimiche” /ib.:xxxiv/. 

Il trionfo delle considerazioni puramente chimiche si ha nel terzo volume dell'opera (1831) quando Dumas utilizza per i due ossidi di mercurio le composizioni Hg2O e HgO, corrispondenti al peso atomico 1264 (alla p.427), il più negletto e il più 'chimico' dell'introduzione teorica che abbiamo appena discusso.

 

Nel 1836 il valore conoscitivo dell'ipotesi di Ampère e di Avogadro è definitivamente crollato. Ancora una volta secondo Dumas, “la maggior parte dei chimici ... ha creduto di poter ammettere... che nei gas gli atomi sono piazzati a distanze eguali” /32:284-285/, addirittura se si accetta ciò on contentera tout le monde /ib.:293/, e tuttavia così facendo non si darà alcunché di utile a nessuno: “su questo argomento si è già fatto troppo”. Lo statuto della legge dei calori atomici è un po' migliore, in quanto essa può per lo meno servire da “verifica... con dei pesi atomici già fissati su altre basi” /ib.:297/. Entrambi i principi sono destinati a non “insegnarci nulla in maniera assoluta” sugli “atomi chimici” /ib.:302/. Le tesi di Mitscherlich hanno invece spuntato una rimonta clamorosa: 

“L'applicazione dell'isomorfismo alla ricerca dei pesi atomici si fa con la massima facilità... gli atomi così stabiliti soddisfano molto bene ai bisogni della Chimica” /ib.:310/. 

Poco oltre Dumas giunge ad affermare che “la teoria atomica sarebbe una scienza puramente congetturale se non si appoggiasse all'isomorfismo” /ib.:313/. 

Le linee di forza argomentativa che hanno trascinato in direzioni divergenti le proposte di Ampère e Avogadro e di Mitscherilich sono facilmente rintracciabili, e gettano qualche luce sui rapporti fra esperimento e teoria nel sistema di conoscenze della chimica. Fra il 1826 e il 1828 Dumas e Boullay avevano svolto una serie di ricerche sulla composizione degli esteri, utilizzando anche la determinazione delle densità dei vapori /33, 34/ per confermare le formule proposte per i vari composti. Si era negli anni della crescita rampante della chimica organica, con i teorici (ma chi allora non era il teorico esplicito di se stesso?) alla caccia di qualche clinamen orientativo nella fitta pioggia di dati sperimentali. Nella prima nota viene presa posizione nei confronti della molto discussa questione dell'etere solforico cui viene attribuita la formula 2H2C2 + 1/2 H·H /33:309/ (il punto sull'idrogeno indica, con la notazione di Berzelius /13:9/, la presenza di un atomo di ossigeno). La mezza molecola d'acqua non doveva apparire soddisfacente ai due ricercatori, così nel 1828 la formula diventa 4H2C2 + H·H /34:50/. A questo punto le vicende dell'ipotesi di Ampère e Avogadro e le necessità teoriche della chimica organica si intersecano pesantemente. L'articolo del 1828 ha tutta la ponderosità dei migliori contributi di Dumas: grande ricchezza di dati sperimentali, accurata e cauta sistemazione teorica. Si tratta qui di individuare quella parte degli esteri, dell'etere solforico e dell'alcool, che può unificare la concezione chimica di tutti questi composti, e Dumas e Boullay la ritrovano appunto nella formula appena proposta per l'etere. Ma allora si impone per i due un trattamento disomogeneo dei dati della densità di vapore. L'operazione (per noi tutta convenzionale) consisteva nel passare dai dati della composizione ai 'contributi' che gli atomi di ogni singolo elemento davano alla densità gassosa (utilizzando un'opportuna, ipotetica, densità di vapore per il carbonio).

La “densità così ottenuta veniva divisa per quattro, ottenendo un valore vicino a quello sperimentale. Tutto bene per gli esteri degli acidi monobasici, ma per quello dell'acido ossalico (bibasico) la composizione ottenuta sulla base dell'assunto teorico, espresso dalla formula dell'etere, portava alla necessità di dividere la densità teorica per due. I valori sono ora così ottimamente concordanti che i due autori possono cercare di nascondere il disastroso cambiamento di prospettiva teorica con una tipica ‘consolazione per lo specialista’: “non si può dubitare dell'esattezza del punto di vista che ha diretto il calcolo”/ib.:33/. Ancora peggio andarono le cose negli anni immediatamente successivi, quando Dumas si avventurò nella difficile determinazione sperimentale delle densità dei vapori di P, As e S. Ora la fisica dava dei risultati troppo evidenti: ciò che il calore separava non solo non corrispondeva con quanto la reazione chimica trasferiva da un composto all'altro (era quanto Avogadro aveva indicato per primo), ma si aveva “avuto torto a supporre che i vapori dei corpi poco volatili dovessero somigliare nel loro modo di divisione ai gas permanenti” /31:214/. Quindi le densità gassose non potevano costituire le misure fondamentali nella determinazione dei pesi atomici. 

Il 'salto' decisivo compiuto nella valutazione dell'isomorfismo, fra il 1828 e il 1836 è in gran parte da imputare ai contributi che Mitscherlich diede proprio in quegli anni sui sali corrispondenti agli acidi di S, Se, Cr, Mn, Cl /709 71/.

Il risultato sul sistema di conoscenze chimiche fu di portata tale da modificare profondamente l'intera metodologia di assegnazione dei pesi atomici seguita fino ad allora da Berzelius /14,IV:603/. Si affermava quindi un metodo di indagine a cui Dumas aveva dato un contributo (indiretto) solo negli anni giovanili, mentre il suo programma sulle densità gli appariva sterile. Con uno sfogo lacerante scriveva: “Si j’en étais le maitre, j’effacerais le mot atome de la science” /32:315/. 

2.2 LA CHIAREZZA DI GAUDIN

 

Anche Marc Antoine Gaudin appartenne alla tradizione di ricerca mantenuta viva da Ampère /109:134/. Egli seguì il corso di fisica tenuto al Collège de France dal grande scienziato francese nel 1827 /120:160/, e ne adottò l'ipotesi sulla equidistanza delle molecole gassose così come aveva fatto Dumas, ma le connessioni fra i destini dei due 'allievi' sembrano terminare qui. Mentre Dumas agli inizi degli anni '30 si avviava trionfalmente a diventare il principe della chimica francese (della chimica tout court direbbe Wurtz /147/), Gaudin non assunse mai il minimo rilievo accademico, incapsulato nella modesta posizione di calcolatore al Bureau des Longitudes. Una estrema rigidità nelle posizioni teoriche ed un progressivo distacco dai grandi sviluppi della chimica a partire proprio dagli anni in cui produceva i suoi migliori lavori completano l'opposizione fra gli atteggiamenti e le intenzioni dei due ricercatori. Ancora una volta rigidità e relativo isolamento sembrano caratterizzare, come nei casi di Dalton e di Avogadro, l'iniziale chiarezza teorica di Gaudin.

Gli articoli più importanti di Gaudin vennero pubblicati ne '31 e nel '33 suscitando qualche interesse nella comunità dei chimici /109:358/. Con una piccola deviazione temporale parleremo prima dell'articolo pubblicato nel 1833,.con un titolo programmatico che occupa più di metà pagina della rivista. Fin da questo titolo (ma richiamato in nota) Gaudin rinvia ad Ampère come fonte della sua attenzione sul problema della determinazione del peso relativo degli atomi, e come il maestro pone “una distinzione ben netta fra le parole atomo e molecola”, aggiungendo una nota di 'straordinario' ottimismo (invero diffuso fra gli scienziati) sul fatto che se non si erano ottenute le sue stesse conclusioni (a proposito della struttura della materia) ciò era dovuto “unicamente a non aver stabilito questa distinzione”: 

“Un atomo sarà per noi un piccolo corpo sferoide omogeneo, o punto materiale essenzialmente indivisibile, mentre una molecola sarà un gruppo isolato di atomi, in numero qualunque” (sottolineatura nel testo, /36:115/). 

La definizione è puramente geometrica, per cui gli atomi perdono le connotazioni attive della definizione di Ampère (“punti materiali da cui emanano forze attrattive e repulsive” /2:434/). La stessa limpidezza geometrica hanno famosi (per gli storici) diagrammi che corredano l'articolo. E' evidente come Gaudin sostenesse la suddivisione delle molecole (biatomiche: la parola è sua /ib.:115-116/) ed affrontasse i loci ormai classici della teoria molecolare dei gas. Tuttavia limitarsi a questa lettura farebbe un grave 'torto' storiografico a Gaudin, infatti la sua memoria del 1831 ci offre due importanti risultati. 

Il primo va collocato in un denso contesto teorico accentrato intorno all'analisi fatta da Berzelius, dei fenomeni offerti da sostanze con la medesima composizione centesimale ma con diverso comportamento chimico e/o diverso peso molecolare /15:136;11,XI:44;11,XII:63/. E’ appunto Berzelius nel 1831 a proporre il termine isomeria, e subito questa nuova categoria interpretativa dei fenomeni chimici viene estesa agli stessi elementi: in modo oscuro dal chimico svedese /15:128/, con aperta esplicitazione dal francese Robiquet, che riferendosi all'“aria di famiglia” di iodio, bromo e cloro, coglieva nei loro tre stati fisici distinti a temperatura ambiente, e nella omogeneità (distinguibile) del loro comportamento chimico una stretta analogia con le modificazioni isomeriche delle olefine (di composizione CH2) /86:36/. Nella nota del 1831, in cui Gaudin usa in modo molto interessante anche l'estensione della legge sui calori specifici di Dulong e Petit, vengono esposte le relazioni numeriche che legano i pesi atomici di sei “famiglie” di elementi. E' importante notare che i rapporti fra i termini successivi (1:2:5:8:13:15) sono 'modellati' nei primi quattro valori sulla serie chimicamente fondamentale O,S, Se, Te/ 37:136-7/. Solo in questo caso il dato 'sperimentale' corrisponde bene al dato 'teorico' : indice sicuro di una precisa 'gerarchia chimica' nel pensiero di Gaudin, che non esita a definire “semplice e notevole” una relazione fra i quattro alogeni (vi comprende il fluoro) abbastanza incerta (1:1,9:4,0: 6,6). 

Il secondo punto notevole del contributo di Gaudin sta in una precisa discussione della periodicità delle proprietà fisiche degli elementi ib. :137-8. Il suo ragionamento è interamente basato sui volumi atomici, indicando una linea di pensiero che sarà ripercorsa con grande profitto da Lothar Meyer trenta anni dopo. Ma tutto questo nitido apparato teorico trova un limite, per Gaudin invalicabile, nella sua stessa origine. Egli avanza le sue proposte constatando che “non sono i fatti a mancare, essi formicolano; al contrario essi ... non attendono che una teoria che li possa concatenare” /36:114-5/. La sua teoria ha un fondamento estetico, essa poggia sulla ricerca costante di 'simmetrie' nei composti, e fra i composti quando si discute la reattività: ancora nel 1857, quando Cannizzaro già avanzava verso una teoria della valenza Gaudin scriveva: “la ragione che sta dietro la composizione è una ragione geometrica” /38:920/. Ancora più tardi nel 1873, mentre la teoria strutturale di Kekulé aveva già portato ampi frutti, in un suo libro dedicato all'“Architettura del mondo degli atomi” venivano riproposti i risultati, ormai scarni ed obsoleti, di 40 anni di lavoro in una immaginazione spaziale da troppo tempo svincolata dal confronto dialettico con l'intero, mutevole sistema delle teorie chimiche. Ogni suo modello molecolare era al riparo dal pericolo di essere un monstre simile (secondo lui) ai sistemi derivabili con altre posizioni teoriche (36:128; 37:136), ma la loro pulita simmetria era stata incapace di stimolare l'interesse e la fantasia operativa degli altri chimici. 

 

3 LA CONFUSIONE DELL’ANNO '60 

“Per condurre i miei allievi al medesimo convincimento che io ho, gli ho voluti porre sulla medesima strada per la quale io ci son giunto, cioè per l'esame storico delle teorie chimiche. 

S. Cannizzaro, 1858 /21:3/.

 

3.1 IL REGNO DI BERZELIUS

 

Per regnare occorre la convinzione di essere re. Berzelius certamente doveva averne una forte dose, se nel-1826 giungeva a scrivere che nei casi in cui i suoi risultati analitici non erano coincisi con quelli altrui aveva invariabilmente dato la preferenza ai propri:

“So molto bene quale cura io stesso applico per ottenere risultati soddisfacenti, ma malgrado tutto il rispetto per gli sforzi di altri, non posso avere in egual grado una conoscenza della loro” /13:13/. 

Infaticabile analista, il grande chimico svedese frugava con eguale diligenza gli ultimi resti dei precipitati fra le pieghe dei filtri, e gli ultimi brandelli di conoscenza fra le pieghe delle pubblicazioni.

Ogni anno, a marzo, presentava un rapporto all'Accademia delle scienze svedese sullo stato delle scienze chimiche, incluse le parti pertinenti della fisica e della mineralogia. Il rapporto venne tradotto fin dall'inizio (1821) in tedesco, e più tardi (1841) anche in francese. Strumento di informazione, e di controllo, lo JAHRES-BERICHT è ora utilizzato dagli storici per avere una percezione immediata dell'accoglienza data a ricerche e proposte innovativi, ma qui ci interessa di più considerare fra le intenzioni e le categorie del controllo quelle che ci paiono più significative per l'uomo e il suo tempo. Fra le intenzioni predomina quella della salvaguardia dell'insieme delle conoscenze chimiche come sistema integrato, dove ogni sua parte trova il suo senso in riferimento a e con le altre. Berzelius era perfettamente cosciente che uno spostamento d'opinione su un peso atomico avrebbe coinvolto il più delle volte un certo numero di altri mutamenti: la struttura delle analogie chimiche richiedeva un'indagine minuziosa e sensibile per tutti gli accertamenti, in senso positivo e negativo, resi necessari o possibili da ogni nuova proposta.

Se lo sguardo sistematico è la presenza più interessante fra le intenzioni, l’impegno ontologico è l'assenza che più colpisce fra le categorie del controllo.Nel 1826, sulla base dei risultati delle ricerche sull'isomorfismo, Berzelius modifica profondamente la sua tavola dei pesi atomici dimezzando (rispetto alle proposte del 1818) quasi tutti quelli dei metalli. Con il suo linguaggio si tratta di passare dalla serie d'ossidazione del solfo R + 0,R + 20,R + 30 ... alla serie dell'azoto 2R + 0,R + 0,2R + 30,R + 20 ... :/12:411/; un vero sconvolgimento, ma Berzelius non drammatizza.

Annunciati come semplice artificio semplificativo nella scrittura delle formule /13:9/ fanno la loro comparsa gli atomi doppi (Doppelatome), caratterizzati tipograficamente da una barra ad un terzo dell'altezza. L'anno successivo la riforma sarà puntualmente registrata sullo JAHRES-BERICHT, dove il lettore viene avvertito che le ampie tabelle in cui Berzelius aveva già pubblicato la composizione di centinaia di sostanze mantengono tutta la loro validità:

“... la sola variazione da fare nelle formule di composizione è di intendere le lettere che indicano l'elemento più elettropositivo, come l'espressione (Ausdruck) per due atomi... Per quanto riguarda il calcolo delle proporzioni queste variazioni non hanno nessun influsso sulla giustezza del numero calcolato” /11, VII:71/ (sottolineatura mia). 

Poche pagine dopo questa formidabile attenuazione ontologica Berzelius fustiga duramente Dumas per le ambizioni (troppo evidenti?) dell'articolo sulle densità di cui si è parlato nella sezione precedente/ib.: 80/. Ma Berzelius va oltre il richiamo all'ordine di un giovane troppo intraprendente, negando recisamente la divisibilità dei soliden Atomen di ossigeno e azoto postulata per spiegare la formazione dell'ossido nitrico (con un esempio prestato a Dumas, onde calcare l'argomentazione sulla presenza di ben due “mezzi atomi”). Ma questa enfasi sospetta rinvia la nostra attenzione alle lettere sbarrate dei Doppelatome, e ci viene il dubbio che quella barra altro non sia che il simbolo di un blocco non superato verso l'accettazione ‘integrale’, (cioè ontologica) dell'esistenza di due atomi elettropositivi all'interno dello stesso “atomo di base”. Siamo quindi sui limiti conoscitivi della teoria elettrochimica, basata sulla coesistenza all'interno di ogni composto di due parti di segno elettrico opposto. La teoria era nata negli anni intensi del dialogo con i chimici inglesi /6, 13/, ed aveva reso grandi servigi nella sistematica inorganica, ma ora, agli inizi del trionfo della chimica organica si avviava ad essere un duro ‘ostacolo epistemologico’. 

3.2 GLI ERETICI IN ESILIO. GERHARDT E LAURENT

 

I nomi di August Laurent e di Charles Gerhardt sono stati spesso accomunati nella storiografia per una quantità di motivi di carattere biografico e scientifico: isolamento, anche politico, dalla comunità francese dominata da Dumas, vigore innovativo nella teoria, infaticabilità nella pratica sperimentale /121/. In anni recenti si è giustamente cominciato a differenziare il loro contributo /103, 1161 131/ così che qui possiamo limitarci ad esporre le tesi principali di Gerhardt, che fu dei due lo scienziato che più direttamente influenzò le riflessioni di Cannizzaro.

 

Ne1 1842 Gerhardt attaccò uno dei cardini delle consuetudini chimiche con tutta quella virulenza polemica che tanto lo rese insopportabile ai contemporanei. Un lungo saggio fu scritto per una rivista concorrente dei prestigiosi ANNALES DE CHIMIE, inviato (tradotto) al JOURNAL FÜR PRAKTISCHE CHEMIE, riscritto infine in forma 'attenuata' per gli stessi ANNALES, dopo che le conclusioni erano già state presentate all'Accademia di Parigi /41, 42, 43, 44/. L'articolo originale ha un attacco in grande stile, che evoca l'immagine grandiosa di una immensa scala delle combustioni, i cui infiniti scalini sono separati fra di loro dagli elementi dell'ac. carbonico, dell'acqua, dell'ammoniaca /41:150/:

 

“...il chimico... discende la scala semplificando poco a poco le sostanze ... la forza vitale al contrario rimonta la scala e, con i prodotti morti, con i prodotti della combustione del chimico, ricostruisce degli esseri organizzati” /ib.:149/. 

Così, con l'uso della teoria vitalistica (che alcuni dichiarano già spenta nel 'terzo mondo' di Popper a partire dal 1828 /94:175-6/), e con lo sfoggio di una estesa conoscenza di decine e decine di reazioni, Gerhardt argomenta che i gradini della scala sono sempre separati da almeno due molecole di acqua o di ac. carbonico, di qui la necessità di dimezzare gli equivalenti ammessi per molte sostanze: “... l'equivalente del carbone è falso ... l'equivalente dell'acqua è falso ... l'equivalente dell'ossigeno è falso ...”, /41:168;42:464/ e, se non bastasse questo rullo di tamburo, viene scritto in corsivo: “... la teoria elettro-chimica non si accorda con gli equivalenti chimici” /ib.;ib./. 

Seguirono anni di polemiche durissime in cui Gerhardt e l'amico furono accusati da Liebig di essere dei “banditi da strada” (Gerhardt in particolare era chiamato “mentitore” e “mezzo sangue”/60:439, 424, 431/), e di lavoro altrettanto duro. Nel 1852, per portare a compimento la sua ricerca sulle anidridi degli acidi, in cui si dimostrava che la chimica era popolata di “esseri della ragione” (le parole sono di Grimaux /121:305/), Gerhardt era giunto letteralmente a sputare sangue (“... avec crachement de sang” /45:294/). Il risultato testamentario di tutto questo veniva consegnato pochi mesi prima della morte nel quarto volume del suo TRAITE’. 

L'attenzione più acuta era la trasferita dalla composizione, privilegiata da Berzelius, alla reazione per cui le formule su cui .tanto si battagliava non erano altro che “equazioni contratte” /46, IV: 566/. Tutto era teso ad uno sforzo unitario di sintesi conoscitiva: 

“... è necessario fare la scelta di una unità di molecola, suscettibile della doppia decomposizione, e derivare da questa unità le formule di tutti gli altri corpi” /ib.:581/. 

La scelta non poteva non cadere sull'acqua, la cui formula era OH2 (H = 1, 0 = 16) mentre “la maggior parte dei chimici scrivono OH, e altri annotano O2H2 (valore di H = 1, di 0 = 8)” /ib.:582/). Ai ‘due volumi’ attribuiti all'acqua Gerhardt cercava di ricondurre quelli di tutti i composti, con qualche mascheramento delle difficoltà (ad es. a proposito della densità di vapore dell'ac. solforico)[2]. L’impeto ‘unitario’ aveva però travolto il battagliero chimico alsaziano, attento più ai problemi urgenti della chimica organica che all’intero sistema di conoscenze chimiche, così che il tipo H2O si era trasformato in modello M2O, “avendo Gerhardt voluto considerare tutti i metalli analoghi all’idrogeno”/19:53/. Per Cannizzaro (e gli altri) rimaneva ancora molto da fare. 

3.3 CANNIZZARO, FILOSOFO E DIDATTA

La situazione che nell'estate del '57 indusse Cannizzaro a lunghe meditazioni teoriche era caratterizzata dall'ostilità al suo insegnamento da parte dell'ambiente clericale, dall'isolamento scientifico e personale, dalla forzata inattività sperimentale /106/. La prosa secca, un po' ruvida, del Sunto del suo corso di filosofia chimica è il risultato, in alcuni passi densissimo, di questa sua attiva solitudine. Ad aiutarlo nella fatica intellettuale erano giunti, con la puntualità delle costellazioni storiche, il lavoro di Sainte-Claire Deville sulla dissociazione dei gas /28/ e quello di Clausius sulla teoria cinetica dei gas (/22/, v. 5.l.). Al primo Cannizzaro dedica un commento sul Nuovo Cimento alla fine del 1857 (è il suo unico articolo di quell'anno!), in cui saluta la dimostrazione sperimentale di Deville come risolutiva della “singolare anomalia che offrono i volumi equivalenti dei sali ammoniacali” /18:88/. Il secondo vede i suoi risultati inseriti fra i “vari studi dei fisici” nella terza lezione del corso, a conferma della “ipotesi di Avogadro e Ampère”/19:5/, e in un altro scritto del 1858 (una 'lezione' pubblicata su una rivista locale ligure) viene messo in evidenza il carattere complementare delle nuove corroborazioni: “Insieme ai risultamenti della chimica concorrono a tornare in onore la teoria di Avogadro e di Ampère gli studi dei fisici intorno alle proprietà dei fluidi elastici e ai calorici specifici si dei corpi semplici che dei composti” /20:83/. 

Nella citazione tratta dalla 'lezione' troviamo condensati gli elementi dello strumentario epistemologico messo in moto da Cannizzaro nel Sunto: in primo luogo i “risultamenti della chimica”, compresi i precoci elementi della nascente teoria della valenza, ed in secondo luogo i 'concorsi' delle misure fisiche - densità dei gas e calori specifici - interpretati significativamente per gli elementi e i composti. Si vede che in questo strumentario non compare 1’ isomorfismo , con la sua potente capacità correlativa fra interi gruppi di elementi: le possibili spiegazioni sono molte, compresa quella dello scarso interesse di Cannizzaro per la classificazione degli elementi, ma probabilmente la principale è che il grande chimico italiano si è ancorato decisamente ad un criterio che lo rende in buona parte indipendente dalle relazioni sistematiche, almeno per quanto riguarda la determinazione dei pesi atomici. Si tratta della sua famosa “legge degli atomi”, come lui stesso la chiama /19:14/: 

“... le varie quantità dello stesso elemento contenute in diverse molecole son tutte multiple intere di una medesima quantità, la quale, entrando sempre intera, deve a ragione chiamarsi atomo” /ib.:11/. 

E' evidente che nella epistemologia di Cannizzaro la molecola ‘viene prima’ dell'atomo, un fatto stupefacente se si pensa che nel 1858 non esisteva un solo metodo fisico per la determinazione dell'entità molecolare che non fosse controverso. Ma come avevano dimostrato Gerhardt e Laurent ciò che partecipa ad una reazione chimica è (in generale) la molecola e non l'atomo, e in un passo della sua METHODE DE CHIMIE Laurent aveva scritto: 

“L'atomo di Gerhardt rappresenta la più piccola quantità di un corpo che può esistere in un composto. La mia molecola rappresenta ... la più piccola quantità di un corpo che deve essere usata per effettuare una combinazione, una quantità che è divisa in due dall'atto della combinazione” /55:84/. 

Tutto bene, se non fosse per quello che Cannizzaro all'inizio del Sunto definiva il “pregiudizio” dell'uniformità strutturale delle molecole dei corpi semplici. In effetti la 'definizione' di molecola data da Cannizzaro è operativa, ad essa concorrono, volta a volta, tutte le conoscenze che la chimica e la fisica possono mettere a disposizione dello studioso. Le due epistemologie si intrecciano intimamente e distintamente. Così nella lunga discussione dello status molecolare-atomico del mercurio (che aveva tanto 'ingarbugliato' le fila del ragionamento di Dumas) troviamo la densità del vapore dell'elemento /19:10/ accanto a quelle dei suoi composti /ib.:20/, il calore specifico del metallo /ib.:21/ e quello dei suoi composti /ib.:23/, il tutto completato dall'applicazione della legge degli atomi /ib.:23-4/. Il chimico si è finalmente reso padrone degli strumenti messi a punto dai fisici, ed essi nelle sue mani perdono ogni rigidità per adattarsi ad ogni (imprevedibile) esigenza di quella reattività che, in fondo, costituisce la ragione d'essere della chimica. 

3.4 I CHIMICI A CONGRESSO

Ai primi di luglio del 1860 partivano da Karlsruhe le circolari che annunciavano per il 3-5 settembre un congresso in cui sarebbero state discusse, senza ricercare “conclusioni normative”, le seguenti questioni: 

“Più precise definizioni dei concetti di atomo, molecola, equivalente, atomicità, alcalinità, ecc.: ... i veri equivalenti dei corpi e le loro formule; avvio di un piano per una nomenclatura razionale" /136:421/.

Dal punto di vista storico il merito di Kekule per avere organizzato il congresso è pari a quello di Cannizzaro per avervi appassionatamente partecipato, ed avervi fatto distribuire il suo Sunto (v. Fig. 3 - 1). Si può anzi dire che la stessa convocazione a Karlsruhe dei più prestigiosi chimici di ogni nazione, sta ad indicare che l'allora unnoticed Sunto rispondeva nelle sue intenzioni ad esigenze sentite dall'intera comunità dei chimici. Dato che la letteratura secondaria sul congresso è facilmente accessibile /126, 130/, non ci soffermeremo su di esso, lasciando brevemente la parola al giovane Mendeléeff (26 anni) che in una lettera alla GAZETTE di Pietroburgo descrisse brevemente l'andamento e i risultati della riunione. Mendeléeff parteggia spudoratamente per Cannizzaro (34 anni), e ne descrive un successo sulla questione dei pesi atomici che forse va oltre la realtà, ma ha certamente ragione quando deriva dagli “animati interventi” del chimico italiano la chiarezza dell'unica mozione votata al congresso:

 

Fig. 3.1 - Frontespizio dell’opuscolo di Cannizzaro distribuito dal suo collega Pavesi al Congresso di Karlsruhe. 

“Si decide di dare un significato diverso a molecole ed atomi, considerando come molecola la quantità di sostanza che entra in una reazione e che determina le proprietà fisiche, e intendendo come atomo la più piccola quantità di sostanza inclusa in una molecola” /138:422/. 

La mozione coglieva lo spirito e la gerarchia epistemologica di Gerhardt, Laurent e Cannizzaro, ma certo ci voleva ben altro che una risoluzione congressuale per sgombrare il campo atomistico da dubbi e obbiezioni, e ancora molti sforzi erano necessari per penetrare in quello difeso da chi aveva veramente cercato di cancellare dal proprio orizzonte ontologico l'atomo fisico o chimico che fosse.

4 L'ARMONIA ELEMENTARE

“...la crescita del sapere ha asimmetrie osservabili... caratteristiche di un processo culturale unico, al cui interno interagiscono, attorno a problemi locali e ben determinati, teoremi e immagini, opinioni e dati empirici.” F. Bellone, 1980 /102:127/.

 

4.1 IN INGHILTERRA FANTASIA,E DERISIONE

... the eighth element starting from a given one is a kind of repetition of the first, like the eighth note of an octave in music.

J.A.R. Newlands, 1864 /74:94/.

La classificazione degli elementi costituisce un compito classico dei chimici, sia dal punto di vista 'teorico' della previsione delle connessioni nel sistema delle reattività e in quello dei composti, sia dal punto di vista 'pratico' dell'ordinamento espositivo nei trattati e nella didattica. Non c'è quindi da stupirsi nel constatare che la circolazione delle idee uscite rafforzate dal congresso di Karlsruhe rinvigorì i tentativi di costruire ‘sistemi naturali’. Uno dei più interessanti ebbe la sua gestazione e la sua fine abortiva in Inghilterra ad opera, rispettivamente, di un modesto chimico analitico che svolgeva attività professionale in proprio, e della comunità accademica locale, intenta a dotte discussioni sulle leggi della natura e del pensiero (Boole è citato più volte in /16/). 

John Newlands riuscì a pubblicare le sue brevi note sulle relazioni fra gli equivalenti solo sul CHEMICAL NEWS, il giornale diretto da Crookes che, tra l'altro, appoggiò in ogni modo l'ascesa professionale della categoria cui apparteneva Newlands (e a cui era appartenuto Dalton). Nella sua prima lettera Newlands fa un po' di numerologia con equazioni del tipo già usato da Pettenkofer nel 1850/140, IV:224/: 1,(equivalente di) litio + 1 di potassio = 2 di sodio, ma fa anche affiorare delle differenze più o meno costanti fra gli elementi appartenenti ad una stessa ‘triade’ /73,71/. 

Siamo nel febbraio del 1863. Dopo più di un anno, utilizzando gli equivalenti di Williamson fa ancora dei giochi numerici (luglio '64), ma nell'agosto pubblica la sua prima tabella e annota per la prima volta la relazione periodica con le parole che abbiamo riportato in epigrafe alla sezione /74/.

Finalmente dopo ancora un anno (agosto 1865) dà anche un nome alla sua relazione chiamandola “legge delle ottave” /75/. Un lungo sentiero di ricerca, che si interrompe definitivamente nel marzo del '66 quando Newlands presenta la sua legge in una comunicazione alla Chemical Society. Nella tavola offerta alla discussione gli elementi sono ordinati secondo i pesi atomici di Cannizzaro (citato esplicitamente), all'inizio delle ottave si trovano l'idrogeno, gli alogeni e i metalli di quello che sarà poi chiamato l'ottavo gruppo. Le ottave si susseguono verticalmente, e orizzontalmente sono allineati gli alogeni, i metalli alcalini, gli alcalino terrosi, e via di questo passo, con qualche incertezza e camuffamento, ma certo anche con un buon orientamento nella direzione giusta. Nella discussione la beffa da parte di G.C. Foster, un fisico: 

“ ... ha il signor Newlands provato ad ordinare gli elementi secondo la loro lettera iniziale? ... perché qualsiasi disposizione potrebbe presentare delle coincidenze occasionali ...” /76/. 

Newlands aveva 'scelto' il posto e l'anno sbagliato. Sir Benjamin Brodie, professore di chimica ad Oxford ed uno dei massimi esponenti della comunità chimica inglese stava per dare alla luce un ponderoso saggio ‘algebrico’ in cui con una disinibita libidine simbolica sosteneva, “un metodo perfettamente indipendente da qualsiasi ipotesi atomica sulla natura del mondo materiale, ed in cui il simbolo è collocato in immediata relazione con il fatto, essendo il suo equivalente simbolico” /16:374/. Dopo novanta fitte pagine ecco il risultato ‘filosofico’: 

“... i 'pesi semplici' possono essere trattati come esistenze 'ideali', o create e chiamate all'essere per soddisfare alle esigenze dell'intelletto, per metterci in grado di pensare in riferimento ai fenomeni chimici, ma destinati a svanire dalla scena quando avessero assolto al loro compito” /ib.:465/. 

Il maggiore storico della chimica del nostro secolo, Partington, commenta gelidamente: “fra gli altri risultati veniva coinvolta l'equazione 0 =1 /140,IV:426/, ma questo esito non impedì a Sir Brodie di dirigere alla Chemical Society, tre anni dopo(4 novembre 1869), un dibattito sulla teoria atomica in cui si svolse un vero e proprio referendum sui fondamenti conoscitivi dell'atomismo. Frankland, uno dei fondatori della teoria della valenza (proprietà tipicamente discreta e discriminante) sostenne che “era impossibile pervenire alla verità, se la materia fosse composta di particelle piccole e indivisibili, o se fosse continua - la questione apparteneva a ciò che i metafisici chiamavano ‘l'inconoscibile’” /17:435/. Odling, che assunse la cattedra di Brodie nel 1872, e che aveva lavorato sulle teorie organiche e su quella della valenza, affermò che “come chimico non era interessato al problema se la materia fosse infinitamente divisibile o non”/ib.:435-6/. Non poteva mancare il contributo dell'ineffabile Foster che pensava che “le idee ... sull'esistenza dei costituenti dei corpi nei composti non sono idee assolutamente necessarie” /ib.:437/, e che di fronte alle reazioni “potremmo forse tornare ... con grande beneficio alla nozione che una porzione di materia è effettivamente trasmutata (transmuted) in un'altra: che essa cessa di esistere come tale, ma qualcosa d'altro prende il suo posto” /ib.:438/. Appare chiaro come da un simile consesso il buon Newlands non potesse sperare di trarre molto stimolo nelle sue ricerche sull'ordine degli elementi. 

4.2 IN GERMANIA E IN RUSSIA IL SISTEMA

“... au poids atomique correspond... un concept affecté d'un devenir épistémologique, un concept cui garde ses attaches historiques”. 

G. Bachelard, 1953/97:93/.

Lothar Meyer e Dmitry Mendeléeff ebbero in comune alcuni tratti fondamentali: la capacità di vaste sintesi teoriche, una robusta vena polemica, un deciso impegno didattico. E' possibile che tutte queste aperture verso la ricerca siano confluite nelle loro meditazioni sul sistema degli elementi, stimolate e indirizzate dalla partecipazione dei due scienziati al Congresso di Karlsruhe e dalla assunzione dei pesi atomici di Cannizzaro. La loro testimonianza è diretta e precisa, diffusa in molti scritti /136:422, 64:636-7, 67:102, 63:1414/.

Meyer e Mendeléeff arrivarono contemporaneamente ed indipendentemente alla concezione del sistema periodico durante il lavoro di scrittura (il russo) e di riscrittura (il tedesco) dei loro trattati di chimica (1868). Meyer inserì nella seconda edizione, edita del 1872, delle MODERNEN THEORIEN DER CHEMIE la sua(poi)famosa tavola sull'andamento periodico dei volumi atomici /66:306/, Mendeléeff presentò nel marzo del 1869 alla Società chimica russa le idee che aveva appena scritto nei suoi Principi di chimica /64:635/. Sotto forma di estratto molto conciso la comunicazione apparve corredata da una tabella (v. Fig.4-l) su una rivista russo-tedesca, /62:405/, in tempo per essere citata da Meyer nella sua prima pubblicazione sull'argomento (datata dicembre 1869) /65:355/.

 

Fig. 4.1 - La tavola di Mendeléef del 1869. Dopo questo incunabolo pieno di interrogativi, il chimico russo ordinò gli elementi secondo il peso atomico e la loro valenza rispetto all’ossigeno e all’idrogeno.(Tratto da Z. für Chemie, V, 1869: pag. 405)

Tuttavia i nostri due ricercatori non furono nemmeno lontanamente dei 'teorici gemelli': non solo la loro trattazione dell'argomento è molto diversa, ma addirittura divergente è la loro intenzione filosofica. Meyer era convinto che l'ipotesi di Prout nella sua formulazione originale era contraddetta dai fatti, però questo non incideva sulla sua opinione che “è per lo meno molto improbabile che gli elementi chimici finora indecomposti, siano sostanze assolutamente indecomponibili”/ib.:354/. Sono queste le prime parole della sua fondamentale nota del 1869, mentre il discorso sulla Urmaterie diventa esplicito (v. sopra) nel 1872. 

Anche Mendeléeff affronta la questione dell'ipotesi di Prout nel suo primo scritto destinato al grande pubblico scientifico ed affidato agli stessi prestigiosi ANNALEN su cui aveva portato il suo contributo Meyer l'anno precedente. Nella quinta e penultima sezione del suo ampio saggio, il chimico russo parla del “destino dell'ipotesi di Prout” e di come sia stata smentita dalle ricerche di Stas: “non vi sono basi solide che permettano di accettarla” /63:206/. Tuttavia Mendeléeff pensa che vi sia “qualche possibilità di accordare l'opinione segreta (im Stille gehegte: custodita in silenzio) dei chimici sulla natura composta degli elementi con la non adozione dell'ipotesi di Prout” /ib.:207/, che questa possibilità risieda nell'ammettere che “il peso abbia... per causa una specie particolare di movimento della materia” e che “la possibilità della trasformazione di questi movimenti in energia chimica o in un'altra forma di movimento qualunque” possa suggerire la trasformazione degli elementi con aumento o diminuzione di peso. Più tardi, nel 1889, davanti al pubblico raccolto nell'anfiteatro della Royal Institution, sosterrà una lunga e dura polemica contro la PRIMARY MATTER, che bollerà come “relitto dei tormenti del pensiero classico” con cui la legge periodica, “basata come è sul terreno solido e corposo della ricerca sperimentale .... non ha nessuna connessione storica” /64:611/. Ancora più aperto (per noi) sarà infine nel 1901, quando parlando delle riforme per l'istruzione necessarie nel suo paese scriverà: 

“... per tali riforme sono richiesti molti forti realisti [educati alla scienza]; i classicisti sono adatti ad essere padroni terrieri, capitalisti, funzionari dello stato, uomini di lettere e critici [capaci di] aiutare solo indirettamente la causa dei bisogni del popolo” /124:2082/. 

Questa posizione etico-politica verso il pensiero classico non era stata inerte nella valutazione che Mendeléeff aveva dato, anni prima, anche su fatti scientifici più 'minuti' della ipotesi di Prout. Mi riferisco alla scoperta delle righe dell'elio nella corona solare da parte di Lockyer (1868), e al collegamento che Crookes aveva fatto fra i raggi catodici e l'elio da una parte, e fra questo e il protilo di Prout dall'altra (1886). Davanti al pubblico inglese, nella già citata Faraday Lecture l'elio viene definito una “sostanza immaginaria” e la riga che si pretende che l'identifichi viene 'assegnata' a “qualche elemento conosciuto da molto tempo, collocato in condizioni... non ancora realizzate nei nostri esperimenti” /64:643/ Un positivo giudizio politico si era trasformato in un ostacolo conoscitivo, in un pre-giudizio scientifico. 

 

[2] Per via della dissociazione allo stato di vapore : H2SO4H2O+SO3;un analogo problema di ‘densità anomale’ ponevano i sali ammoniacali, ad es. NH4ClNH3+ HCl.