Chimica e didattica della chimica Luca Fiorani Chimica e didattica della chimica Le origini della chimica

Gli elementi nell'antichità L'idea di elemento è antichissima (spesso gli elementi emergono dal caos e corrispondono a una cosmogonia): Genesi: separazione di terra e acque Tradizione sanscrita: spazio, vento, fuoco, acqua, terra Taoismo: yin e yang Mesopotamia e Iran: caos e ordine 2

Gli elementi nell'antica Grecia Dal mito (o Rivelazione in forma di mito) alla filosofia I primi filosofi sono filosofi della natura Talete: l'acqua è l'elemento fondamentale (arché) Empedocle: terra, acqua, aria e fuoco sono i quattro elementi fondamentali A partire dall'acqua o dai quattro elementi fondamentali si ottengono tutte le sostanze 3

Parentesi filosofica Sostanza: “Si tratta dell’ente primario e completo, a cui fanno necessariamente riferimento tutti gli altri enti […] la sostanza è l’ente la cui determinazione è essere per sé e in sé; accidente è l’ente la cui determinazione è essere per e in altro, che è la sostanza […] si possono individuare vari tipi o ordini di sostanza: materiale, materiale e spirituale, spirituale” (A. Molinaro: Lessico di metafisica, San Paolo, 1998) 4

Gli elementi nell'antica Grecia Le forme dell'acqua o i quattro elementi fondamentali corrispondono agli stati fisici della materia Per la scienza moderna la materia: ha massa e occupa spazio e tempo è solida, liquida, aeriforme (vapore, gas), plasma 5

Gli elementi per Aristotele I quattro elementi fondamentali sono composti dalla stessa materia prima e si distinguono per due proprietà che danno loro la forma terra: fredda e secca acqua: fredda e umida aria: calda e umida fuoco: caldo e secco Gli elementi possono trasformarsi l'uno nell'altro I materiali sono miscugli dei quattro elementi fondamentali 6

Gli atomisti Per Aristotele la materia è continua Per gli atomisti la materia è fatta di atomi Gli atomi sono particelle indivisibili della stessa materia ma dotati di forma, grandezza, peso e movimento differenti Muovendosi e urtandosi si uniscono e si separano in vari modi formando tutte le sostanze 7

Gli elementi per Platone I quattro elementi fondamentali sono composti da particelle che hanno forme geometriche terra: cubi acqua: icosaedri aria: ottaedri fuoco: tetraedri e il dodecaedro? Etere… Le facce triangolari si dispongono in vari modi (trasformazioni fisiche e chimiche) 8

Medioevo Materia continua Trasmutazione delle sostanze: una sostanza può trasmutarsi in un'altra, cambiando le proporzioni di elementi fondamentali che la costituiscono 9

Medioevo Filosofi naturali: Alchimisti: teoria dei quattro elementi fondamentali Alchimisti: ricette segrete componente magica tecnologia raffinata particelle di dolce, di secco, di pesante, di dorato… oro e pietra filosofale 10

Medioevo Artigiani tingono stoffe, cuociono vasellami, forgiano metalli conoscono i materiali, sanno dove trovarli, sono competenti nel maneggiarli, padroneggiano il fuoco pensano che ci siano altri elementi (oltre ai quattro classici): l'oro è il miscuglio (perfetto) di mercurio e zolfo 11

Nasce la chimica Antichità: il ferro è un miscuglio dei quattro elementi fondamentali Medioevo: il ferro è un miscuglio (imperfetto) di mercurio e zolfo XVIII secolo: il ferro è costituito da particelle di ferro e le sue proprietà dipendono dalle caratteristiche delle particelle e dal modo in cui si organizzano (non dal miscuglio delle proprietà di elementi fondamentali) 12

Nasce la chimica Si compilano tabelle delle trasformazioni chimiche Riaffiora l'idea di affinità (alcune sostanze tendono a unirsi fra loro) Si isolano nuovi elementi Si distinguono sostanze semplici (elementi), sostanze composte (composti) e miscugli 13

Elementi, composti e miscugli Esempi di elemento (sostanza semplice): ferro (Fe) e zolfo (S) Miscuglio: è separabile fisicamente Composto (sostanza composta): ha proprietà nuove Esempio di composto: solfuro ferroso (FeS) 14

Lavoisier Introduce la nomenclatura chimica Enuncia il principio di conservazione della materia (1787): "si può accettare come assioma il fatto che in ogni trasformazione, sia prima che dopo che essa è avvenuta, esiste la stessa quantità di materia" 15

Dalton Enuncia la legge delle proporzioni multiple (1808): "quando due elementi si combinano in modi diversi, una certa quantità di un elemento si combina con quantità dell'altro che stanno tra loro come numeri piccoli e interi". Ad esempio, 7 g di azoto (N) si combinano con 4, 8, 12, 16, 20 g di ossigeno (O). Deduce la teoria atomica moderna Attribuisce una massa agli elementi, a partire dall'idrogeno (H) a cui assegna massa unitaria 16

XIX secolo Gli studi di Avogadro, Berzelius e Cannizzaro permettono di distinguere atomi e molecole Si sviluppa la teoria della valenza: ad esempio, il carbonio (C), di valenza 4, si combina con due atomi di ossigeno (O), di valenza 2, o con quattro atomi di idrogeno (H), di valenza 1 Mendeleev osserva che gli elementi, ordinati per massa crescente, mostrano proprietà periodiche e crea la "tavola periodica degli elementi" (con alcuni spazi vuoti, riempiti da elementi naturali o artificiali scoperti successivamente) 17

Tavola periodica degli elementi 18

Fine della lezione… 19