Storia della chimica

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	«Forse venticinque secoli fa, sulle rive del mare divino, dove il canto degli aedi si era appena spento, qualche filosofo insegnava già che la mutevole materia è fatta di granelli indistruttibili in continuo movimento, atomi che il caso e il fato avrebbero raggruppato nel corso dei secoli secondo le forme e i corpi che ci sono familiari.»
	(Jean Perrin, Les atomes, 1912)

Le prime teorie che tentavano di spiegare il comportamento della materia risalgono ai filosofi greci (si pensi all'atomismo di Democrito), per i quali la scienza e la religione erano ben distinte. In seguito gli influssi arabi ed egiziani sulla cultura greca portarono alla nascita dell'alchimia, un'antica pratica protoscientifica che combinava elementi di chimica, fisica, astrologia, arte, semiotica, metallurgia, medicina e religione.

Per approfondire, vedi la voce Alchimia.

La storia della chimica intesa come scienza sperimentale ha inizio solo nel XVII secolo quando si cominciò ad analizzare con metodo scientifico la materia e le sue trasformazioni, allontanandosi dalle vaghe e misteriose teorie e legate al misticismo dell'alchimia.

[modifica] Le origini

Nel XVI e XVII secolo moltissimi concetti che oggi daremmo per scontati, quali pressione, temperatura o fasi della materia, non erano affatto compresi, tantomeno quelli di atomo o molecola.
Il processo di transizione tra alchimia e chimica avvenne quindi piuttosto gradualmente.
Dopo che Evangelista Torricelli scoprì il modo di misurare la pressione atmosferica e formulò il concetto di vuoto si diede il via a numerosi esperimenti per lo studio dei gas.
L'inglese Robert Boyle fu molto attivo in questo campo, e fu fra i primi ad applicare il metodo scientifico allo studio della materia e delle sue trasformazioni. La sua opera The Skeptical Chymist (1661) è considerata il primo testo in cui la chimica è considerata una scienza; in esso Boyle descrive i suoi esperimenti con i gas, e delinea alcune definizioni (ancora imprecise) di composto chimico.

[modifica] La nascita della chimica

Una pagina del trattato "Chymical Nomenclature", A. Lavoisier, 1787

	«Nulla si crea, nulla si distrugge»
	(Antoine Lavoisier)

Nonostante l'opera di numerosi emeriti studiosi, ancora alla fine del XVIII secolo si consideravano validi alcuni concetti del tutto errati, come ad esempio la teoria del flogisto.
Nel 1700 emerse la necessità di una teoria che riunisse le varie scoperte nel campo dei gas. L'uomo che fece questo lavoro fu Antoine Lavoisier, il quale demolì la teoria del flogisto con la sua legge di conservazione della massa nel 1739. Egli è considerato il padre della chimica moderna: fra i suoi meriti vi sono, oltre alla citata legge di conservazione, il metodo di lavoro (con attenzione alla purezza dei reagenti, e l'uso della bilancia di precisione), l'opera di nomenclatura di composti binari, la corretta determinazione della composizione dell'aria, l'analisi sulla composizione di grassi, olii e zuccheri, scoprendo la costante presenza di idrogeno, ossigeno e carbonio (i "mattoncini" di base di tutte le sostanze organiche).

[modifica] La chimica organica

Nel 1828 Friedrich Wöhler sintetizzò accidentalmente dell'urea partendo da sostanze inorganiche. Questo fatto fece comprendere che il mondo della chimica organica e della chimica inorganica avevano delle basi in comune; inoltre aprì degli accesi dibattiti sul vitalismo, teoria che sosteneva una netta demarcazione tra il mondo della vita (organico) e l'inorganico.

Lo sviluppo della chimica organica compiuto nei secoli successivi, permise di sintetizzare, partendo da molecole più piccole, innumerevoli sostanze di uso comune, dai coloranti ai medicinali.

[modifica] Lo sviluppo industriale

L'ultima parte del XIX secolo segna l'inizio dello sfruttamento industriale delle nuove conoscienze chimiche, con la sintesi industriale della soda, lo sviluppo di nuovi coloranti, dei primi polimeri sintetici, la petrolchimica ed i farmaci di sintesi, detersivi, fertilizzanti. I grandi benefici apportati dallo sviluppo della chimica industriale sono evidenti e sotto gli occhi di tutti, ma è utile ricordare che questo sviluppo ha avuto anche un costo: da un lato la creazione di armi distruttive utilizzate nelle due guerre mondiali e anche in seguito, dall'altro incidenti e scarsa sensibiità hanno causato in passato gravi incidenti ambientali e morti prima che si sviluppasse una sufficiente sensibilità ambientale.

Per approfondire, vedi la voce Storia dell'industria chimica.

[modifica] La tavola periodica degli elementi

Per molto tempo l'esistenza stessa degli elementi chimici fu oggetto di ricerca; la lista degli elementi si ampliava molto spesso, ed i chimici stentavano a dare un senso teorico alle loro scoperte.

Per approfondire, vedi la voce Scoperta degli elementi chimici.

Fortunatamente i chimici Dmitri Mendeleev e Lothar Meyer ebbero una intuizione, sistemando in una tabella gli elementi a seconda del loro peso atomico e della loro valenza. La tavola periodica permise a Mendeleev di predirre l'esistenza di vari elementi (germanio, gallio, e scandio, che lui inizialmente nominò ekasilicon, ekaaluminium, ed ekaboron) nel 1870. In assenza di una coerente e condivisa teoria sulla struttura atomica, la comunità scientifica fu inizialmente scettica, ma in seguito le sue previsioni furono confermate.

Per approfondire, vedi la voce Tavola periodica.

[modifica] La chimica moderna

Prima del XX secolo la chimica era considerata una scienza con pochi punti in comune con la fisica.
Auguste Comte scriveva nel 1830:

Ogni tentativo di utilizzare metodi matematici nello studio dei problemi chimici è da considerarsi profondamente irritante e contrario allo spirito della chimica....

Fortunatamente l'atteggiamento cominciò a cambiare dopo la metà de XIX secolo quando Friedrich August Kekulé scriveva, nel 1867:

Mi aspetto che un giorno si trovi una spiegazione matematica e meccanica di ciò che chiamiamo atomi...

In seguito alla scoperta della radioattività da parte di Marie e Pierre Curie gli scienziati cambiarono drasticamente il loro punto di vista. Gli atomi rivelarono una struttura complessa e non più indivisibile.

[modifica] La teoria atomica

Nel XVIII secolo i chimici erano piuttosto favorevoli alla teoria atomica (ad esempio John Dalton) ma molto più cauti erano i fisici come ad esempio Wilhelm Ostwald, Ernst Mach e lo stesso Max Planck. Gli atomi potevano essere contati ma nessuno li aveva mai visti! I fautori della teoria come Amedeo Avogadro, Stanislao Cannizzaro, Svante Arrhenius e Ludwig Boltzmann fecero, grazie ad essa, numerosi passi in avanti come ad esempio la spiegazione dei comportamenti dei gas o degli acidi e basi in soluzione o la determinazione dei pesi atomici degli elementi. Ciononostante, la lunga disputa ebbe fine solamente nella prima decade del XX secolo quando Jean Perrin fece una lunga serie di esperimenti, basati anche sulla teoria che Albert Einstein aveva formulato per spiegare il moto Browniano, la quale era appunto fondata sulla teoria atomica; Perrin dimostrò in maniera inoppugnabile l'esistenza degli atomi.

	«La Natura dispiega lo stesso splendore senza limiti nell'atomo come nella nebulosa, ed ogni nuovo mezzo di conoscenza la mostra più vasta e diversa, più feconda più imprevista, più bella, più ricca d’insondabile immensità.»
	(Jean Perrin, Les atomes, 1912)

I primi modelli atomici degni di nota sono quello a "panettone" di Joseph John Thomson (1904) e quello a "planetario" di Ernest Rutherford (1911), ma, contemporaneamente alle deduzioni di Perrin, la svolta si ebbe con la teoria di Niels Bohr sulla sttruttura atomica nel 1912. Bohr spiegò la disposizione delle linee spettrali dell'atomo di idrogeno introducendo una "quantizzazione".

Per approfondire, vedi la voce Teoria atomica.

Finalmente lo studio della chimica non coinvolgeva più solo osservanzioni empiriche sui comportamenti della materia, ma anche aspetti collegati alla nuvola elettronica che avvolge il nucleo atomico. Si delineava un modo coerente per spiegare la natura del legame chimico e la disposizione degli elementi nella tavola periodica: in poche parole aveva inizio la convergenza tra fisica e chimica sollecitata da Kelulé.

[modifica] Chimica quantistica

Per approfondire, vedi la voce Meccanica quantistica.

La nascita della meccanica quantistica è una pietra miliare per la fisica e per la chimica. La fisica quantistica era di difficile comprensione per i fisici stessi, e ancora dello scetticismo aleggiava intorno alle sue applicazioni nella chimica, ma la storia diede torto agli increduli. Dopo la formulazione dell'equazione di Schrödinger (1926) si ottennero enormi progressi nell'analisi della struttura degli atomi, molecole e del legame chimico in termini fisici. Nel 1927 Walter Heitler e Fritz London scrissero un articolo in cui si utilizzava per la prima volta la meccanica quantistica per descrivere la molecola di H₂: era la nascita della chimica quantistica. Negli anni seguenti molti altri studiosi contribuirono ai progressi; per citarne alcuni: Robert S. Mulliken, Max Born, Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Aleksandrovich Fock. Ecco una breve cronologia dei principali sviluppi:

Linus Pauling nel 1954

• 1925 - principio di esclusione di Pauli.
• 1926 - equazione di Schrödinger e approssimazione di Born-Oppenheimer.
• 1927 - Walter Heitler e Fritz London: analisi quantistica del legame di valenza e della molecola di idrogeno. ^[1]
• 1927-29 - Friedrich Hund e Robert S. Mulliken descrivono gli orbitali molecolari.
• 1928 - Linus Pauling descrive l'ibridazione degli orbitali di legame.
• 1932 - Henry Eyring e Michael Polanyi analizzano il sistema H₂+H.

Prima della metà del XX secolo si era completata l'integrazione fra chimica e fisica, le maggiori proprietà chimiche potevano essere spiegate in termini di struttura atomica.

Linus Pauling nel suo libro La natura del legame chimico, pubblicato nel 1937 e considerato una pietra miliare nella storia della chimica, utilizzò i principi della meccanica quantistica per dedurre angoli di legame ed altre proprietà molecolari di strutture atomiche complesse.

[modifica] Biologia molecolare e biochimica

Nonostante i principi dedotti dalla meccanica quantistica avessero permesso di formulare nuove teorie e comprendere alcuni principi chimici fondamentali, per le molecole di grandi dimensioni caratteristiche della biochimica (enzimi, ormoni, vitamine, proteine) vi erano molte osservazioni empiriche senza una spiegazione teorica.

Uno dei problemi più dibattuti era la struttura del DNA, una macromolecola che si sapeva nascondere il "segreto della vita", ma la cui struttura era un busillis. Grazie agli sviluppi della chimica organica fisica e dei metodi analitici (come ad esempio la spettroscopia e la cristallografia a raggi X), nel 1953 viene finalmente decifrata la struttura a doppia elica del DNA da Francis Crick e James Watson (peraltro ispirati da ipotesi di Erwin Schrödinger e Linus Pauling e dalle immagini ai raggi X di Rosalind Elsie Franklin). Ecco una breve cronologia dei principali progressi in biochimica di quegli anni:

• 1937 - Hans Adolf Krebs descrive il ciclo di Krebs
• 1950 - Chargaff determina nel DNA il rapporto 1:1 fra adenina e timina, e fra guanina e citosina
• 1953 - Watson e Crick propongono la struttura a doppia elica del DNA
• 1953 - Esperimento di Miller-Urey - Stanley Miller e Harold Clayton Urey ipotizzano e simulano una evoluzione chimica come base dell'origine della vita.
• 1955 - Sanger determina la sequenza dell'insulina
• 1956-60 - Perutz determina la struttura tridimensionale dell'emoglobina
• 1957 - Ingram individua la causa molecolare dell'anemia falciforme
• 1958-60 - Kendrew determina la struttura tridimensionale della mioglobina
• 1961 - Braunitzer determina la sequenza dell'emoglobina

[modifica] I polimeri e le macromolecole

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[modifica] Le nuove frontiere della chimica

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[modifica] Chimica supramolecolare

[modifica] Chimica combinatoriale

[modifica] Chimica computazionale

[modifica] Caos chimico

[modifica] Note

[modifica] Voci correlate

• Alchimia
• Chimica
• Chimici celebri
  • Mikhail Lomonosov, 1711-1765
  • Joseph Black, 1728-1799
  • Joseph Priestley, 1733-1804
  • Carl Wilhelm Scheele, 1742-1786
  • Alessandro Volta, 1745-1827
  • Jacques Charles, 1746-1823
  • Claude Louis Berthollet, 1748-1822
  • Joseph-Louis Gay-Lussac, 1778-1850
  • Humphry Davy, 1778-1829
  • Jöns Jakob Berzelius, 1779-1848
  • Michael Faraday, 1791-1867
  • Justus von Liebig, 1803-1873
  • Louis Pasteur, 1822-1895
  • Stanislao Cannizzaro, 1826-1910
  • Friedrich August Kekulé von Stradonitz, 1829-1896
  • Willard Gibbs, 1839-1903
  • Jacobus van 't Hoff, 1852-1911
  • Marie Curie, 1867-1934
  • Victor Grignard, 1871-1935
  • Gilbert Lewis, 1875-1946
• Premio Nobel per la chimica
• Scoperta degli elementi chimici
• Storia dell'industria chimica

[modifica] Collegamenti esterni

• Minerva: Appunti di storia della chimica
• (EN) Testo completo di The Skeptical Chymist online
• (EN) Scritti selezionati sulla storia della chimica

   

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