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

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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. Il nostro essiccò il gas e lo pesò, trovò che era leggerissimo, ma ponderabile: fu certo d’aver catturato, novello Prometeo, il principio del fuoco e non si accorse d’aver isolato l’idrogeno…

Nel 1783 il fisico Charles, scopritore delle omonime leggi dei gas, costruì il primo aerostato a idrogeno e volò su Parigi.  L’anno successivo, allo stesso modo, volò con successo sui cieli di Londra l’italiano Lunardi, diplomatico del Regn

prima sorvolata su terra inglese ad opera di Lunardi

prima sorvolata su terra inglese ad opera di Lunardi

o di Napoli in Inghilterra, come illustrato in un bella tela del ‘700 inglese.

Nel 1746 von Musschenbroek aveva inventato la ‘bottiglia di Leida’, in pratica, il primo condensatore che caricato in modo elettrostatico, si scaricava producendo potenti scintille.  Quindi, padre Beccaria nel 1756 osservava che facendo passare scariche elettriche nell’acqua si svolgeva gas.

Il chimico francese Macquer bruciava una miscela di aria e idrogeno raccogliendo ‘minute goccioline di un liquido simile all’acqua’.  E Prestley nel 1781 per mezzo di scintille dava fuoco ad una miscela di aria e idrogeno.

Cavendish si inserì in questo filone di studi ma utilizzò l’ossigeno puro, da poco scoperto, facendolo reagire con l’idrogeno da lui isolato: si tratta ovviamente di una pericolosa reazione esplosiva in cui molta vetreria fu sacrificata… Dopo anni di sperimentazioni, lesse alla Royal Society gli ‘Esperimenti sull’aria’: ‘l’acqua è aria deflogisticata (ossigeno) unita con flogisto (idrogeno)’ in un rapporto di 1:2. Pesando i gas prima dell’esperienza e l’acqua dopo dimostrava che due volumi di idrogeno si univano con uno di ossigeno per formare un peso d’acqua uguale al peso dei due gas di partenza. Dunque, il liquido indispensabile alla vita non era una sostanza semplice, come si era da sempre creduto, ma un composto. Egli riuscì a condensare più di dieci grammi di liquido e a dimostrare che si trattava proprio di acqua.

composizione chimica dell'atmosfera terrestre

composizione chimica dell’atmosfera terrestre

Cavendish era uno sperimentatore meraviglioso. Analizzò molte centinaia di campioni d’aria e concluse che l’atmosfera ha una composizione praticamente uniforme dappertutto. Bruciandola con idrogeno concluse che contiene il 20% di ossigeno (contro il 20,95% di oggi), scoprì che le scariche elettriche facevano reagire l’ossigeno con l’azoto formando gli ossidi fondamentali per la fissazione dell’azoto nelle piante.

Quando tentò di trasformare tutto l’azoto dell’aria in acido nitroso mediante ripetute scariche elettriche isolò un nuovo gas che solo cent’anni dopo sarà identificato da Ramsay e Lord Rayleigh. In una memoria del Cavendish si legge: “dopo aver condensato tutto l’azoto possibile feci assorbire l’ossigeno. Rimase solo una piccola bollicina d’aria che rappresentava 1/120 del volume dell’azoto”.  Quando l’esperimento fu ripetuto, fu identificato il primo gas nobile in un rapporto 1/107 con l’azoto, in ottimo accordo col risultato precedente.  Questo gas fu detto argo (‘pigro’), incapace di reagire con qualsiasi elemento.

schema della bilancia di Cavendish

schema della bilancia di Cavendish

Gli scritti di Cavendish sono infarciti di flogisto e pertanto di difficile lettura. Quando Lavoisier ne dimostrò l’inesistenza, Cavendish deluso si volse ad altro…a ‘pesare la Terra’ ovvero a determinare la sua densità e (in termini moderni) la costante di gravitazione universale con una precisione a lungo ineguagliata. Utilizzò un enorme e complessa bilancia di torsione in cui tutte le fonti d’errore furono minimizzate e la precisione dello strumento ottimizzata: questo esperimento è considerato uno dei più belli mai effettuati (Il prisma e il pendolo – Robert P. Crease – 2007 Longanesi).

Una sera ritornando dalla Royal Society si sentì male. Prima aspettò, quando stette peggio chiamò il servitore: “Sto per morire”, disse.   “Quando sarò morto avverti mio fratello Federico”.  Dopo un’ora richiamò il servo e gli fece ripetere l’ordine dato. Mezz’ora dopo fu trovato morto.  Un suo biografo commenta: “Fu un perfetto meccanismo intellettuale…volle morire predicendo la sua fine come se si fosse trattata di un’eclissi”. Parte delle sue sostanze furono lasciate per la costituzione del Cavendish Laboratories di Cambridge, fucina di Nobel e scoperte epocali come la struttura del DNA e delle proteine.

 

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