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Dallalchimia alla chimica / 1 Lezione del corso di Storia della Tecnologia 21/04/2006 Filippo Nieddu.

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1 Dallalchimia alla chimica / 1 Lezione del corso di Storia della Tecnologia 21/04/2006 Filippo Nieddu

2 La chimica naturale L'erborizzazione, la raccolta di essenze naturali, la distillazione dei succhi e l'estrazione di sostanze sono stati alla base della farmacologia sino alla moderna chimica delle sintesi. La concia delle pelli serve invece per la nobilitazione di uno scarto dellindustria della carne. Radici di mimosa, Collezione del R. Istituto del Cuoio di Torino

3 Lalchimia L'alchimia, disciplina carica di ermetismo ed esoterismo, nasce agli albori della civiltà intorno alle trasformazioni dei metalli, che segnarono il grande evento della rivoluzione agricola. La spiegazione metaforica della combinazione degli elementi ha creato un linguaggio di immagini e segni che ha continuato a vivere anche quando migliori conoscenze hanno svelato i primi segreti della materia. Heinrich Khunrath, Amphitheatrum sapientiae aeternae, 1595

4 Athanasius Kircher Athanasius Kircher, gesuita nel Collegio Romano, istituì un Museum simile alle Wunderkammer. La sua visione del mondo è carica degli archetipi esoterici di una scienza arcana di cui bisogna decifrare i segreti. La conoscenza del mondo è "curiosa" ed eclettica. Il Mundus subterraneus (Amsterdam, 1664) immerge il mondo minerale in una cosmogonia in cui la tecnologia ha piccolo spazio. Athanasius Kircher, Mundus Subterraneus, 1664

5 I testi alchemici La costituzione dei metalli è determinata dalla materia del pianeta corrispondente e ciò che accade in Natura deve essere riprodotto per artificio. Vi sono sette metalli, ciascuno correlato al suo pianeta, cioè: l'oro che viene dal Sole e che così si chiama; l'argento dalla Luna; il ferro da Marte; l'argento vivo da Mercurio; lo stagno da Giove; il piombo da Saturno; il rame e il bronzo da Venere; i metalli sono chiamati col nome del loro pianeta. Da: [pseudo] Tommaso d'Aquino, L'Alchimia, ovvero trattato della pietra filosofale, cura e traduzione di Paolo Cortesi, Milano : Newton Compton, 1996.

6 La distillazione / 1 Nel 1544 il chirurgo militare Filippo Ulstadio pubblicò un'opera sui farmaci ottenuti mediante la distillazione Egli riconosceva il debito nei confronti della tradizione alchemica e di Giovanni da Rupescissa in particolare. Il Coelum philosophorum è in effetti un dettagliato resoconto delle conoscenze elaborate nei trattati alchemici medievali sulla distillazione Philippus Ulstadius, Coelum philosophorum, 1544

7 La distillazione / 2 Le opere d'alchimia attribuite a Raimondo Lullo, scritte a partire dal terzo decennio del XIV secolo, parlano dell'utilizzo medicinale del lapis philosophorum o elixir prodotto mediante le tecniche illustrate nella Summa perfectionis magisterii. Il Liber de secretis naturae seu de quinta essentia, presentava la tecnica della distillazione dell'alcool inserendola in un progetto alchemico complessivo finalizzato sia alla produzione di medicine per il corpo umano che alla trasmutazione dei metalli. Raimondo Lullo

8 La distillazione / 3 Negli anni un francescano, Giovanni da Rupescissa, rinchiuso nel carcere di Avignone per la sua attività profetico-politica, scrisse l'opera che segna l'ultima tappa creativa dell'alchimia latina, il Liber de consideratione quintae essentiae. Egli insegna a distillare alchemicamente (e cioè in un vaso ermeticamente sigillato) il vino, modificando una tecnica già in uso per la produzione di aquae medicinali. Egli designa l'alcool ottenuto col nome di quinta essentia, riservata alla materia dei cieli, perché "continuando a sublimare con elevazioni e discese fino a mille volte giunge ad una glorificazione così eccelsa da diventare un composto incorruttibile quasi come il cielo, e perciò, dal fatto che ha la natura del cielo, è chiamata quintessenza, poiché sta in rapporto col nostro corpo come il cielo sta in rapporto col mondo intero.

9 La Summa alchemica / 1 La Summa perfectionis magisterii fu scritta da un semi-sconosciuto francescano del Duecento, Paolo di Taranto negli ultimi decenni del XIII secolo. Quest'opera rimase per secoli uno dei capisaldi dell'arte trasmutatoria; la sua importanza è sottolineata dal fatto che fino all'Ottocento venne considerata opera di Geber (il nome latinizzato dell'alchimista islamico Jâbir). Summa perfectionis magisterii, 1531

10 La Summa alchemica / 2 L'autore descrive la generazione e le caratteristiche fisiche dei metalli, indicati con i nomi dei pianeti corrispondenti, e poi della sostanza alla base dell'opus, il mercurio "non volgare. Lo schema operativo è scandito in sette procedure: sublimazione, distillazione, calcinazione, soluzione, coagulazione, fissazione, fluidificazione.

11 Una curiosità: la pistola di Volta "Un miscuglio di gas ossigeno e d'idrogeno nella proporzione di uno a due non immeritatamente fu chiamata aria tonante dal dotto fisico Volta. Tostoché il prelodato cavalier Volta scoperse che la scintilla elettrica anche debole accendeva non solo all'aria aperta, ma anche al chiuso un miscuglio di gas e di aria atmosferica, pensò alla costruzione della sua pistola elettrica. In una canna di vetro con il fondo chiuso vengono praticate due aperture tali da far passare a tenuta due fili metallici le cui estremità interne sono poste alla distanza di circa un millimetro. Si procede poi a riempire la canna con la miscela gassosa ed a tapparla opportunamente. La scintilla elettrica nel luogo dell'interruzione dei due fili colpirà il miscuglio aeriforme, il quale infiammandosi farà saltare il turacciolo di sovero con un rumore simile a quello di un moschetto o di una pistola". Bibl.: G.B. Moratelli, Corso elementare di fisica ad uso delle Università e dei Licei del Regno d'ltalia, voll. 4, Milano: Sonzogno, 1805

12 La pila di Volta Alessandro Volta [...] riuscì a combinare alcuni apparecchi, che fecero sbalordire, per così dire, tutti i fisici d'Europa. Uno di questi è quello a corona composto di tanti bicchieri (n.b. 30 o 40) pieni d'acqua tiepida e alquanto salata e posti accanto l'uno all'altro. In ciascuno di questi bicchieri pescano due lastre l'una di rame, e l'altra di zinco saldate insieme; ma con quest'ordine, nel primo bicchiere pesca la sola lastra di zinco; quella di rame a lei saldata accavallandosi sopra l'orlo dei due bicchieri pesca invece nel secondo; in questo secondo pesca una seconda lastra di zinco unita ad una di rame, che va a pescare nel terzo, e così delle altre. [...] Conviene avvertire che per il buon successo delle esperienze è necessario che nello stesso bicchiere le lastre di zinco e rame [...] non si tocchino, ma che vi rimanga sempre l'acqua di mezzo. " "Se s'immerge un dito nel primo bicchiere, e con l'altra mano si tocca l'acqua o il metallo dell'ultimo si ha una scossa sensibilissima". Bibl.: G.B. Moratelli, Corso elementare di fisica ad uso delle Università e dei Licei del Regno d'ltalia, voll. 4, Milano: Sonzogno, 1805, II, 297.

13 Amedeo Avogadro / 1 Amedeo Avogadro, Essai d'une manière de déterminer les masses relatives des molecules élémentaires des corps, et les proportions... Biblioteca Civica di Torino, Manoscritti scientifici di Amedeo Avogadro, n. 2 Avogadro riformula in maniera originale la teoria atomica di John Dalton e la legge sulle combinazioni del francese Joseph-Louis Gay- Lussac Propone l'ipotesi, in riferimento al cosiddetto numero di Avogadro: "volumi uguali di gas, a parità di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di particelle".

14 Amedeo Avogadro / 2 Avogadro insegnò all'Università di Torino tra il 1820 ed il 1821 e, in seguito, dal 1834 al Egli nutrì un particolare interesse per il problema della diffusione del sapere scientifico, in relazione alla formazione degli alunni delle scuole primarie e secondarie. Avogadro insegnò all'Università di Torino Fisica Sublime, all'interno del corso di Filosofia positiva presso la Facoltà di Lettere e Scienze (ex Facoltà delle Arti). Il corso era destinato a formare gli insegnanti delle scuole superiori. Fra il 1837 ed il 1841 Avogadro pubblicò (grazie a Carlo Alberto) un manuale universitario, diviso in quattro volumi, dal titolo Fisica de' corpi ponderabili. La forma è discorsiva, sono presenti ampi cenni storici e, soprattutto, sono descritte le ricerche in corso e le ipotesi alternative.

15 La metallurgia La storia della tecnologia accompagna la chimica sin dalle sue origini. L'arte mineraria, la metallurgia delle leghe per campane e cannoni, le tecnologie di produzione alimentare e la stessa energia elettrica, sono settori dove ingegneri e tecnici hanno saputo portare a innovazioni di grande importanza per la società. Georgius Agricola, De Re Metallica, Basilea, 1556, Forno per la metallurgia del rame

16 La chimica tintoria / 1 I coloranti naturali erano noti in tutte le aree civilizzate del mondo antico. Estratti principalmente da sostanze vegetali o animali, lavorati con altre sostanze, principalmente minerarie, essi non erano soltanto applicati ai tessuti ma usati per molti altri scopi. I processi tintori, codificati a partire dal X secolo, furono profondamente modificati con la scoperta e la colonizzazione del Nuovo Mondo. Molti furono infatti i colori ivi coltivati che non solo arricchirono la gamma di quelli noti e coltivati in Europa, ma che sostituirono quasi completamente i coloranti locali, come l'indaco e il rosso coccinella. Nella seconda metà del XVIII secolo, lo scenario si modificò radicalmente. Si modificarono i luoghi, da piccoli laboratori a fabbriche sempre più grandi, i gusti, le mode, e gli attori.

17 La chimica tintoria / 2 A partire dal 1750, soprattutto in Francia, per la grande importanza economica e strategica che settori legati ai coloranti iniziavano ad acquisire, criteri chimici furono applicati sistematicamente ai processi tintori, e una nuova classe di chimici specializzati iniziò a sostituire quella dei Maestri Tintori. In Piemonte, nel 1789, il Governo, dati i costi per la tintura delle divise per l'esercito e per migliorare un'arte importante per l'economia locale, si rivolse all'Accademia delle Scienze. Nello stesso anno venne formata una commissione apposita che, dopo una accurata divisione del lavoro, iniziò a produrre studi e analisi. Qualche mese dopo fu deciso di bandire anche un premio per uno studio sulla coltivazione del corrispondente indigeno dell'indaco, il guado (ricerche interrotte nel 1792).

18 La chimica tintoria / 3 Vittorio Amedeo III nel 1773 varò una riforma dell'esercito che coinvolse anche il colore delle divise: da rosse a blu. In quegli anni, tutti i paesi europei producevano indaco nelle proprie colonie: la Francia in Santo Domingo, il Regno Unito nella Carolina del Sud e la Spagna in molte sparse colonie. Le foglie dell'indaco erano lasciate fermentare in appositi locali e indi lavorate fino a ottenere una polvere bianca, successivamente disidratata e compattata, che veniva imballata in varie forme prima di essere esportata. Le Livre de l'Uniforme des Regimens d'Infanterie au service de S.M. le Roi de Sardaigne, 1744

19 La chimica tintoria / 4 Nel 1784, il Ministro dei Savoia a Napoli informò il governo che un piemontese di nome Giuseppe Morina aveva, dal 1781, impiantato con successo una fabbrica in cui con il guado locale riusciva a produrre un colorante con caratteristiche molto simili all'indaco. Pareri del Consiglio di Commercio circa i saggi di colore... di Giuseppe Morina, 27/2-6/5 1785, Archivio di Stato di Torino

20 La chimica di sintesi Quando l'Accademia riprese la sua attività scientifica dopo il periodo francese, il tema dei coloranti naturali, il cui declino iniziò a Londra molti decenni dopo nel 1856 con la scoperta da parte di William Henry Perkin dell'anilina, non venne più affrontato. Il Fischietto, 1860

21 Lindustria degli alcali / 1 Il settore dell'industria chimica che per fu quello degli alcali. Esso giunse a maturità tecnologica negli ultimi decenni dellOttocento, ed è rappresentativo dell'affermarsi stesso dell'industria chimica fra quelle fondamentali per lo sviluppo economico. Per tutto l'Ottocento con il termine "industria degli alcali, primo settore a realizzare una produzione economicamente cospicua, si comprendevano soda, soda caustica, e acido solforico. Soda caustica in granuli

22 Lindustria degli alcali / 2 L'industria degli alcali si poneva al servizio di altri settori: il tessile, trainante dell'intera rivoluzione industriale, poi quelli del sapone, del vetro, della carta, tutti legati a consumi civili in grande crescita con il diffondersi di modesti livelli di benessere. Si comprende quindi l'estendersi della base produttiva di questo comparto, pur caratterizzato fra il 1810 e il 1860 da immobilità tecnologica. Alcuni "alcali" erano stati preparati e utilizzati da tempo immemorabile. In particolare la soda (carbonato di sodio) era ricavata dalle ceneri di alcune alghe e di certe piante che crescevano in paludi salmastre, mentre la potassa (carbonato di potassio) poteva essere ottenuta ovunque vi fossero foreste da incenerire. I derivati caustici della soda e della potassa si avevano mediante trattamento con calce viva; la soda caustica era particolarmente apprezzata nei saponifici in quanto portava a saponi "duri", più costosi di quelli "molli" ottenuti trattando i grassi con potassa caustica.

23 Lindustria degli alcali / 3 Nell'industria chimica la soda caustica è un reagente di ampio impiego; è utilizzato nella sintesi di coloranti, detergenti e saponi, nella fabbricazione della carta e nel trattamento delle fibre del cotone, nonché nella produzione dell'ipoclorito di sodio (la comune candeggina) e di altri sali sodici, quali il fosfato ed il solfuro. A livello domestico trova uso nei prodotti per disgorgare gli scarichi dei lavelli; va maneggiato con una certa cautela, dato che provoca ustioni per contatto con la pelle e cecità per contatto con gli occhi.

24 Duhamel, Black e Leblanc II crescere della domanda di alcali durante tutta la prima metà del Settecento ne fece lievitare notevolmente il prezzo, ma non vi fu alcuna possibilità di produzione da altre materie prime che non fossero i vegetali fin quando non furono stabiliti i concetti fondamentali di sostanza e di composizione. Nel 1736 il francese H.-L. Duhamel ( ) provò che il sale comune era un composto della base della soda e dello spirito di sale (acido cloridrico). Quando nel 17° secolo il chimico inglese Joseph Black ( ) stabilì che soda e potassa non erano altro che i corrispondenti composti caustici combinati con aria fissa (anidride carbonica), apparve anche il nesso fra materie prime facilmente accessibili, quali il salmarino e il calcare, e la soda, ma occorsero tre decenni di proposte e di tentativi pratici prima di giungere ad una "soluzione" accettabile a opera di Nicolas Leblanc nel 1775 (premio dellAccademia francese).

25 Leblanc e Solvay II sistema tecnico della soda Leblanc rimase sostanzialmente invariato fino al 1863, quando per una singolare coincidenza esso si trovò sottoposto a una duplice fortissima pressione, economica e politica. La prima veniva dalla proposta di un processo alternativo da parte del belga Ernest Solvay ( ), la seconda era costituita dall'inedita legge anti- inquinamento inglese, l'Alkali Act.

26 Un confronto impari Il principio del processo Solvay è il seguente: se in una soluzione di sale saturata con ammoniaca si fa gorgogliare anidride carbonica si ottiene un precipitato di bicarbonato di sodio, poco solubile, da cui per riscaldamento si ha la soda. Ernest e Alfred Solvay compirono il passo decisivo con la messa a punto di una torre di carbonatazione. Già alla fine degli anni 90 il processo Solvay aveva raggiunto, per quantità prodotta, il metodo Leblanc (con il quale, per ogni tonnellata prodotta, venivano scaricati nell'aria 0,75 t di cloruro di idrogeno).

27 I coloranti sintetici / 1 La storia dei coloranti di sintesi inizia da un'intenzione "farmaceutica". Nel 1855 il diciassettenne William H. Perkin ( ) era entrato nel Royal College of Chemistry; e gli era stata indicata come tema di ricerca la sintesi della chinina, una sostanza vegetale impiegata nella cura della malaria. Nel 1856 Perkin si imbattè più volte in precipitati di incerta composizione, ma di spiccata colorazione. Perkin ignorò l'avviso di studiare solo sostanze purificate e cristallizzate, e accentrò il suo interesse sui risultati della reazione fra dicromato potassico e anilina. Dopo una prima esperienza condotta su un impianto pilota di tipo familiare, depositò il 26 agosto 1856 il brevetto del nuovo colorante, la porpora di anilina. Il successo fu immenso, immortalato nella leggenda dalla comparsa della regina Vittoria all'Esposizione universale del 1862 interamente vestita in mauve, secondo il nome francese del colorante di Perkin.

28 I coloranti sintetici / 2 Dopo il lancio commerciale del mauve le scoperte nel nuovo campo furono innumerevoli: a partire dal magenta (o fucsina) di E. Verguin (1859), il blu di metilene, scoperto da H. Caro ( ) nel 1876, e tuttora usato per il cotone, il verde malachite (1878) di O. Fischer ( ), e il rosso congo di P. Böttiger (1884), il primo colorante diretto per cotone. Il passaggio più evidente dall'empirismo all'intenzione costruttiva della chimica strutturale si ebbe già con la sintesi dell'alizarina di Karl Lieberman ( ) e Carl Graebe ( ) nel Per giungere alla loro sintesi i due ricercatori avevano utilizzato le conoscenze più avanzate sui chinoni e sui composti aromatici, nonché sulle reazioni che permettevano di passare da una classe di composti organici a un'altra.

29 Un caso di colorante: lindaco La struttura della molecola dell'indaco richiese anni di studi per essere delucidata da Adolf Bayer ( ), che fra il 1880 e il 1883 propose quattro vie di sintesi del composto. Nessuna di queste rese la sintesi industriale competitiva con il prodotto naturale, e la pressione della BASF su Baeyer fu tale da portare a una rottura nel L'indaco sintetico fu commercializzato dalla BASF dal Indaco naturale (India)

30 La chimica ottocentesca Alla fine dellOttocento si vennero formando le scuole nazionali, in particolare in Germania e in Francia. Nel primo caso si ebbe una struttura policentrica, con Liebig, Wöhler e Bunsen come riconosciuti maestri. Tutta la Francia doveva gravitare a Parigi, dominata con una vera successione apostolica prima da Gay-Lussac, poi da Dumas e infine da Berthelot. Un modello ancora diverso era dato dal Regno Unito, dove il rapporto fra ricerca e società solo parzialmente passava attraverso le Università, e anche professionisti come Crookes poterono dare un buon contributo alla scienza.

31 La chimica e lagricoltura / 1 L'impiego del guano, escrementi di uccelli con ricco tenore di azoto e fosforo, si sviluppò considerevolmente in Inghilterra e negli Stati Uniti dal Il suo commercio si prolungò fino al 1875 quando fu rimpiazzato dal nitrato cileno come sorgente di azoto e integrato in parte dal solfato di ammonio ottenuto dalle acque di lavaggio delle officine del gas illuminante. Un notevole progresso per i concimi azotati venne dato dal metodo Haber, una sintesi diretta di ammoniaca da idrogeno e azoto con un opportuno catalizzatore. Nel 1913 a Oppau in Germania sorse il primo grande impianto con sistema Haber in grado di toccare già le tonnellate agli inizi della I guerra mondiale.

32 La chimica e lagricoltura / 2 Il solfato di rame, già usato nelle campagne inglesi, si diffuse rapidamente dopo il 1882, unito a calce come "poltiglia bordolese", appena venne individuata in Francia la sua efficacia contro la peronospora della vite. Ma il composto di sintesi più innovativo è stato il DDT. Ottenuto da uno studente già nel 1874, solo nel 1939 nei laboratori Geigy ci si accorge della sua attività particolarmente forte e persistente come insetticida. Il DDT venne usato la prima volta a Napoli nel 1943 per bloccare un'epidemia di tifo che aveva prodotto effetti devastanti tra i soldati americani e un anno dopo per combattere efficacemente la malaria.

33 Dmitrii Mendeleev ( ) Tavola degli elementi (dal 1869) Volutamente incompleta Permise di immaginare i nuovi elementi Dmitrii Mendeleev

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35 Riferimenti bibliografici essenziali index.html Antonio DI MEO, Storia della chimica, Milano : Mondadori, 1996 Isaac ASIMOV, Breve storia della chimica : introduzione alle idee della chimica, Milano : Zanichelli, 1979


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