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Filosofia Chimica

La chimica che riflette su sè stessa, ponendosi alcune delle domande essenziali, ad esempio sui suoi principi fondanti, che troppo spesso gli uomini di tecnologia nella fretta tralasciano. La chimica viene al contrario intesa qui nel senso scientifico più alto, e come tale affrontata ed argomentata in termini epistemologici, storici, comparativi e talvolta etici.

Oltre le molecole: chimica, vita, complessità

di Giuseppe Alonci

I diversi ordini di grandezza della materia: 1. Materia (macroscopico); 2.Struttura molecolare (atomi); 3.Atomo (neutrone, protone, elettrone); 4.Elettrone; 5.Quark; 6.Stringhe

Diversi ordini di grandezza della materia

Dalla prima particella a un embrione umano, da un insieme disordinato di atomi a un computer, il cammino dell’evoluzione ha sempre seguito la traccia della complessità. Cosa rende un insieme di molecole un essere vivente? Quando è che la materia diventa pensante? Questi interrogativi che la natura pone al filosofo e allo scienziato richiedono di cambiare completamente la nostra prospettiva su ciò che ci circonda. Poniamoci una domanda ulteriore: cosa porta miliardi e miliardi di molecole ad auto-organizzarsi in un’entità dotata di proprietà completamente diverse da quelle dei suoi materiali costituenti? Questa è una domanda su cui il chimico deve riflettere seriamente, poiché rivela che c’è una zona grigia tra la biologia – cioè lo studio del complesso, lo studio del vivente – e la chimica, che invece sembra limitarsi a studiare come gli atomi si legano e si scambiano tra di loro e come trovare nuove strategie per combinarli. Questa zona grigia, che studia come le molecole interagiscono tra di loro, come si organizzano autonomamente nello spazio, è la chimica supramolecolare.

Il chimico del nostro secolo è, di fatto, un ottimo “artigiano molecolare”. Creatività, fantasia e una cassetta degli attrezzi piena di reazioni, metodi di analisi e di purificazione, progetti, disegni e schizzi, gli permettono la sintesi di praticamente qualsivoglia molecola.

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André-Marie Ampère, padre dell’elettromagnetismo e primo chimico teorico moderno

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Andrè-Marie Ampère (1775-1836) fu matematico, fisico, biologo, filosofo…chimico, un autentico genio enciclopedico, sebbene oggi sia ricordato soprattutto come padre dell’elettromagnetismo.

antico amperometro analogicoDue fili percorsi dalla corrente si attraggono o respingono a seconda che il verso delle correnti sia rispettivamente concorde o discorde: è l’osservazione sperimentale fondamentale che spinse Ampère a studiare a fondo l’électrodynamiques dal 1821 al 1831 dimostrando l’omonima legge. Tuttavia, egli fu anche chimico geniale, propose ante litteram il principio di Avogadro ed elaborò una raffinata teoria della struttura molecolare, divenendo di fatto il primo chimico teorico moderno: in questa parte I ci occuperemo della sua biografia e del principio di Ampère-Avogadro.

Andrè-Marie nacque nei pressi di Lione, dove fu educato in una solida fede religiosa e larghezza di vedute. Sin da bambino mostrò una spiccata tendenza al calcolo, interesse per i fenomeni naturali e una formidabile sete di sapere. A soli quindici anni lesse in modo sistematico i venti volumi dell’Encyclopédie di Diderot e d’Alembert, con tanta attenzione che per tutta la vita fu capace di citarne interi brani a memoria. A sedici anni imparò il latino per accedere alle opere di Newton, Euler e Bernoulli ma, in questo modo lesse anche i classici… In quegl’anni abbozzò poemi epici, tragedie, odi e tentò di elaborare un nuovo linguaggio universale.

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Dall’alchimia alla chimica: la teoria del Flogisto

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

E’ tempo di Natale, tempo di raccogliersi davanti al camino, al fuoco… è tempo di raccontare la storia del flogisto, la prima teoria chimica che segnò il definitivo superamento dell’alchimia.

Le trasformazioni del mercurio: da metallo a "calce" (oggi detta ossido) e viceversa

Le trasformazioni del mercurio: da metallo a “calce” (oggi detta ossido) e viceversa

Nella nascente chimica del ‘600-‘700 la calcinazione dei metalli, ovvero la trasformazione mediante il calore di un metallo nella calce (ossido) corrispondente e la successiva riduzione delle calci nuovamente a metallo, furono al centro del dibattito scientifico.

Robert Boyle (1627-1691) nei New Experiments del 1673, osservò un fenomeno molto importante: le calci ottenute pesavano più del metallo di partenza. Boyle interpretò questo risultato ipotizzando i ‘corpuscoli ignei’, questi attraversando i pori del crogiolo, si combinavano coi metalli aumentando il peso della calce prodotta. In accordo con la visione newtoniana, il fuoco veniva considerata una sostanza di natura particellare.

interpretazione della calcinazione dei metalli secondo la teoria del flogisto

interpretazione della calcinazione dei metalli secondo la teoria del flogisto

Proprio in questo periodo Georg Ernst Stahl (1660-1734) elaborò la teoria del flogisto. Egli avversò il ‘meccanicismo atomistico’ (che infine avrebbe prevalso) ritenendolo incapace di spiegare interamente le reazioni chimiche. In questo modo implementando le idee del maestro Johann Joachim Becher (1635-1682) sviluppò una teoria chimica basata su ‘entità portatrici di qualità’ ed approdò al flogisto.

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Wohler e la nascita della chimica organica

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Scintilla vitale trasmessa da Dio ad Adamo nel celebre dipinto di Michelangelo Buonarroto nella Cappella Sistina a Roma

Scintilla vitale trasmessa da Dio ad Adamo nel celebre dipinto di Michelangelo Buonarroto nella Cappella Sistina a Roma

All’inizio dell’800 nella comunità scientifica la nozione di ‘forza vitale’ era un paradigma ben consolidato: il grande Berzelius ne aveva determinata l’affermazione con la sua autorità scientifica.  Si riteneva che la sintesi dei composti organici necessitasse di una forza misteriosa prerogativa esclusiva degli organismi viventi. Pertanto, era ritenuto impossibile preparare in laboratorio composti organici a partire da quelli inorganici.
Questa teoria ci appare oggi di carattere metafisico. Tuttavia, il vitalismo (così si chiama la dottrina che congettura la vis vitalis) fu il primo tentativo di rispondere agli ardui problemi che la nascente biochimica poneva e che allora sembravano scientificamente irrisolvibili. Oggi consapevoli di quanto complesse sono le sfide poste dalla biosintesi cerchiamo le risposte nella biologia molecolare senza far ricorso a teorie mistiche. Ad esempio, le prodigiose reazioni che avvengono nella cellula sono rese possibili dalla catalisi enzimatica in cui intervengono proteine altamente specializzate.

Friedrich Wöhler

Friedrich Wöhler

Proprio un allievo di Berzelius, Friedrich Woehler, fu un convinto oppositore del vitalismo.  Riteneva che la ‘forza vitale’ avesse le stesse misteriose e non meglio definite caratteristiche del ‘flogisto’, superato dalla rivoluzione chimica di Lavoisier.

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Henry Cavendish: lo scopritore dell’idrogeno che pesò il mondo

di Vincenzo Villani

Continuiamo con la rilettura dei chimici illustri raccontati da Bertrand Jaffe nelle sue biografie.  E’ la volta di Henry Cavendish, milionario eccentrico e geniale che scoprì l’idrogeno e decompose e sintetizzò l’acqua.

Henry Cavendish

Henry Cavendish

Henry nacque nel 1731 in una nobile famiglia inglese di condottieri, dignitari e navigatori, cavendo tutus (sii sicuro esercitando la prudenza) era il loro motto. Egli portò quest’indole a limiti estremi in tutt’altra direzione: riservato e solitario fu assorbito dalla ricerca scientifica in modo completo. Fu abilissimo sperimentatore, la Scienza per lui significò ‘misurare’. Seppe concepire apparecchiature ed esperimenti la cui precisione ha sfidato il tempo.

sviluppo di idrogeno gassoso dalla reazione di un metallo con un acidoGià Paracelso, ultimo degli alchimisti e primo dei chimici, nel ‘500 aveva osservato che l’acido solforico reagiva col ferro liberando misteriose bollicine. Cavendish, si propose di studiare la natura di quel gas incognito che bruciava con una fiammella azzurra: forse si trattava del flogisto, lo spirito imponderabile che si liberava nella combustione. Per indagare, utilizzò acidi e metalli diversi: ferro, zinco e stagno, acido cloridrico e solforico, in tutti i casi ottenne la stessa fiamma azzurra… Era incredibile che lo stesso composto si liberasse in reazioni così diverse: non poteva trattarsi che del fantomatico flogisto, che si riteneva presente nei metalli.

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Anche tra vecchi scaffali si nasconde la Chimica…

di Vincenzo Villani

Tra gli scaffali impolverati di una vecchia libreria, ho scovato il volume di Bernard Jaffe La conquista della materia tradotto da Stefano Fachini per Mondadori nel 1937.  E’ una storia della chimica di carattere divulgativo, scritta con una prosa d’altri tempi, con enfasi romantica. Vi vengono trattate le figure dei chimici più eminenti (a partire dagli alchimisti…) in un racconto avvincente e rigoroso che conserva tutt’oggi una valenza didattica. Così, mi sono riproposto di condividere la mia piccola scoperta riadattando la narrazione in chiave moderna conservando tuttavia, il fascino del passato.

Joseph Priestley

Joseph Priestley

Cominciamo con l’ecclesiastico che scopre l’alimento della vita: Joseph Priestley, lo scopritore dell’ossigeno.  Siamo a Birmingham, è il 14 luglio del 1791, anniversario della caduta della Bastiglia. L’Inghilterra è percorsa da venti di rivolta: Priestley è un pastore dissidente, un presbiteriano. Si era pericolosamente speso a favore dei coloni americani nella lotta per l’indipendenza. La sua casa fu assalita dai conservatori e libreria, manoscritti e strumenti scientifici dati alle fiamme…
Egli fu filosofo, teologo, politico e…chimico: sempre controcorrente, mosso da grandi ideali di giustizia e verità. Sebbene dilettante, fu mosso da grande curiosità scientifica e la sua opera fu tanto vasta da contribuire a rivoluzionare la chimica: scoprì metodiche nuove e dieci nuovi gas.

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La chimica come avanguardia culturale

Articolo 15/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni VillaniNel chiudere questo ciclo di quindici lavori dell’iniziativa “I Lunedì della cultura chimica”, vorrei riprendere un po’ gli argomenti trattati, per evidenziare il peso culturale che la chimica potrebbe e meriterebbe di avere. Andrebbe, poi, fatto un lavoro sociologico per spiegare perché, nei fatti, tale disciplina non riesce a esplicitare tutto il suo potenziale culturale, ma questo va oltre i limiti che ci siamo posti.
In questi lavori, per prima cosa si è introdotta la Filosofia Chimica, non la filosofia della chimica, ma proprio l’ottica, l’approccio filosofico, generale, culturale della chimica. Essa può essere racchiusa nella ricchezza e varietà del mondo macroscopico e microscopico di tale disciplina. La chimica, infatti, si pone come un necessario intermedio tra la “semplicità” della fisica e la “complessità” del vivente. Tale molteplicità, tale pluralità (che impone milioni di individui chimici differenti) è stata correlata a livello microscopico con il sistema-molecola. In questo contesto, il termine sistema significa ente strutturato/organizzato, da contrapporre ad aggregato di atomi. Come si è detto, un sistema genera una realtà nuova che va oltre i costituenti senza, tuttavia, annientarli.

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Il vivente: dall’ottica meccanica a quella chimica

Articolo 14/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni VillaniIn questo lavoro vorrei evidenziare, in un campo non chimico, l’uso delle molecole come mezzo esplicativo. Per quanto detto, molti sono i settori e gli argomenti che potrebbero essere usati per questo scopo in quanto ogni aspetto “materiale” ha una sua controparte chimica. Abbiamo scelto di volgere lo sguardo alle possibilità che il vario e complesso mondo molecolare offre all’animato. Le ragioni sono abbastanza ovvie da non necessitare di ulteriori precisazioni.

robot a forma di artropodeAlla nascita della scienza moderna, il programma scientifico riguardante il vivente, delineato da Cartesio per la prima volta nel Discours de la méthode (1637), era fondato sulla convinzione che tutte le funzioni vitali degli organismi, anche le più complesse e indecifrabili, fossero in definitiva riconducibili a processi e relazioni di tipo fisico-meccanico. Tale programma aveva lo scopo di riportare le misteriose forze della vita all’ambito di tecniche di analisi e di controllo tipicamente fisico. Il principio dell’unità e dell’uniformità della natura, che d’ora in poi costituirà una delle grandi eredità del meccanicismo, puntava a fare della biologia e della medicina una semplice sezione della fisica, soggetta agli stessi procedimenti logico-matematici e alla stessa legalità scientifica.

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Rappresentare le molecole. Problemi e soluzioni

Articolo 13/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni Villani
Il mondo trattato dalla chimica, lo abbiamo ripetuto fino alla noia, è un mondo plurale e ancora in piena esplosione. Per essere padroneggiato, esso ha bisogno di essere rappresentato. Con questo termine si intende racchiudere più di un aspetto.

Quello di dare un nome alle sostanze, evitando i nomi arbitrari. Blu di Prussia o reattivo di Grignard, sono esempi di nomi convenzionali, vecchi e nuovi, di etichette che identificano una sostanza chimica, ma che non hanno alcun rapporto né con le sue proprietà (strutture) molecolari né con le proprietà macroscopiche della sostanza. Vi è poi il problema della quantità. Se le sostanze chimiche da identificare fossero state dieci, cento, i nomi arbitrari sarebbero stati ancora possibili. Quando, invece, diventano milioni le sostanze da etichettare allora i nomi arbitrari perdono la loro utilità e occorre un sistema sicuro, collaudato, per potere dare un nome alle nuove sostanze che vengono prodotte o per potere risalire e identificarne le proprietà, di quelle vecchie ed etichettate.

moduli strutturali conformazionali in chimicaAccanto a questo problema, e da supporto alla rappresentazione per nomi, si pone il problema della rappresentazione grafica.

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La spiegazione chimica con le molecole

Articolo 12/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni VillaniUna discussione generale sulla spiegazione scientifica è al di fuori di questo contesto. Noi qui abbiamo di mira solamente un aspetto particolare del problema della spiegazione scientifica: il tipo di spiegazione che si ottiene utilizzando il piano molecolare. Come si vedrà meglio in seguito, ciò equivale a parlare del tipo di spiegazione che fornisce la chimica e la sua specificità rispetto a quella fornita da altre discipline.

Fino a qualche decennio fa la posizione predominante a livello epistemologico era che la spiegazione scientifica era unitaria e assimilabile a quella che si applicava alla fisica, quella che si basa sulle leggi di natura. Tale posizione si basava sull’idea che era proprio questo tipo unificante di spiegazione che rendeva scientifica una branca del conoscere. Attualmente, questa posizione è minoritaria ed è riconosciuto, a livello epistemologico, una diversità di spiegazioni scientifiche.

Locke - saggi sulla legge naturaleIl principale modello di spiegazione fisica è quello nomologico-deduttivo descritto da Hempel e Oppenheim nel 1948. Secondo questo modello il fenomeno empirico – l’explicandum – è spiegabile in termini di un explicans, costituito da un complesso di leggi naturali e da certe condizioni iniziali.

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