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Chimica e società: una coppia esplosiva
Siamo all'inizio del XIX secolo e l'industrializzazione in Europa è in pieno svolgimento. La stretta collaborazione tra l'industria chimica e la ricerca - in gran parte in Francia all'inizio, poi seguita da altri paesi europei - sta determinando rapidi progressi in entrambi i settori. Con la crescita dell'industria, la chimica sta guadagnando un profilo più alto nella società. La terza e la quarta parte della nostra serie sulla storia della chimica considerano il rapporto tra chimica, industria e società dal XIX secolo in poi.
La chimica degli organismi viventi
Uno dei chimici più importanti dell'inizio del XIX secolo è Jöns Jakob Berzelius (1779–1848). Questo scienziato svedese ha migliorato le tecniche di laboratorio e sviluppato metodi per l'analisi elementare. Conducendo analisi sistematiche su larga scala, determinò le formule molecolari di praticamente tutti i composti inorganici conosciuti e le masse atomiche degli elementi che erano stati scoperti a quel punto. È anche la persona che dobbiamo ringraziare per i simboli degli elementi: H per idrogeno, O per ossigeno e così via. L'unica differenza tra la sua notazione e ciò che usiamo oggi è che Berzelius ha presentato le proporzioni degli elementi nelle formule molecolari come caratteri in apice piuttosto che i caratteri in pedice che vediamo oggigiorno (ad es. H2O invece di H2O).
Oltre a questo, si occupò ampiamente della chimica degli organismi, qualcosa che chiamò «chimica organica». Essendo un sostenitore del vitalismo, Berzelius era convinto che solo gli organismi viventi fossero in grado di produrre sostanze organiche, sostenendo che per questo processo fosse necessaria la «forza vitale». I risultati di uno dei suoi apprendisti, Friedrich Wöhler, avrebbero poi messo un punto interrogativo su questa ipotesi.
Organico da inorganico: è possibile?
Nel 1828, Friedrich Wöhler (1800–1882) fu la prima persona che riuscì con successo a sintetizzare un composto organico da reagenti inorganici: riscaldando il cianato di ammonio, riuscì a creare il suo isomero organico, l'urea. Ha così mostrato che le sostanze organiche possono essere create in un laboratorio e che gli esseri umani sono quindi in grado di imitare e manipolare la natura. Con l'avanzare del XIX secolo furono rese possibili sempre più sintesi organiche.
La sintesi dell'urea di Wöhler fu rivoluzionaria. Oggi, l'urea viene prodotta industrialmente a un ritmo di 150 milioni di tonnellate all'anno. Tra le altre cose, viene utilizzato per prodotti dermatologici e nell'industria dei polimeri.
Wöhler e Liebig: un'amicizia fruttuosa
Wöhler ha stretto un'amicizia con Justus von Liebig (1803–1873) dopo aver risolto una controversia sul fulminato d'argento e il cianato d'argento nel 1825. Entrambe le sostanze condividono la stessa formula molecolare, ma il fulminato d'argento scoperto da Liebig è altamente esplosivo, mentre il cianato d'argento di Wöhler non lo è. Alla fine hanno accertato che il tipo e il numero di atomi in un composto da solo non sono sufficienti per caratterizzare una sostanza: va considerata anche la disposizione degli atomi. Oltre a uno spirito di stima reciproca, Liebig e Wöhler scoprirono così l'isomerismo. Tuttavia, a quel tempo non era ancora possibile determinare la struttura molecolare.
Nel 1832, i due ricercatori lavorarono insieme per formulare la loro cosiddetta teoria radicale, che aprì la strada alla moderna chimica organica. Questo affermava che le sostanze organiche sono composte da gruppi di atomi, che hanno chiamato radicali. Questi rimangono invariati durante le reazioni chimiche e vengono semplicemente scambiati tra i reagenti. Sebbene il termine «radicale» abbia ora un significato diverso in chimica, un principio molto simile rimane fino ad oggi: i gruppi funzionali.
Il superfosfato rivoluziona l'agricoltura
Intorno al 1840 Liebig, che aveva studiato alla Sorbona di Parigi sotto grandi nomi come Gay-Lussac e aveva sperimentato il rapporto simbiotico della Francia tra scienza e industria, voltò le spalle alla ricerca fondamentale. Iniziò a studiare chimica organica in fisiologia e agricoltura. Si rese conto che le piante estraggono dal terreno i nutrienti necessari per la crescita, ad eccezione dell'anidride carbonica, proveniente dall'aria. Dalle sue scoperte, ha dedotto implicazioni pratiche che hanno rivoluzionato l'agricoltura. Attraverso il suo lavoro, Liebig è stato il primo a stabilire la necessità di fertilizzanti da un punto di vista scientifico. La sua ricerca gli ha anche permesso di determinare quali nutrienti devono essere presenti nei fertilizzanti. Ciò includeva composti organici semplici, ma anche sostanze inorganiche come i sali. Sulla base di questa conoscenza, Liebig ha sviluppato il primo fertilizzante artificiale, superfosfato, che ha portato a un enorme aumento delle rese agricole.
Il fertilizzante superfosfato di Liebig è ancora utilizzato oggi. Grazie a nuove scoperte, tuttavia, ora esiste una moltitudine di fertilizzanti in grado di fornire i nutrienti necessari in base alle piante e alle condizioni del suolo.
Kekulé: sognatore o ciarlatano?
Gli studenti di Liebig hanno portato avanti la sua eredità conducendo ricerche chimiche fondamentali. Uno di questi esempi è August Kekulé (1829–1896), che è stato ispirato da Liebig a studiare chimica durante il suo periodo all'Università di Giessen invece di diventare un architetto come aveva previsto la famiglia di Kekulé. Nel 1858 Kekulé riconobbe la capacità degli atomi di carbonio di legarsi direttamente tra loro per formare catene. Ciò spiegava come i pochi elementi presenti nella materia organica potessero formare una tale diversità di sostanze organiche. Nel 1865 Kekulé pubblicò anche risultati sulla struttura del benzene.
Secondo le sue stesse dichiarazioni, entrambe le idee rivoluzionarie di Kekulé erano ispirazioni dai sogni, ma la verità dietro questo è contestata. Kekulé è considerato un intellettuale che denigrò la cultura prevalente tra chimici e industriali dell'epoca: si stava diffondendo un modo di pensare pragmatico e positivista: era un cieco senso di empirismo che non lasciava spazio all'immaginazione.
Christoph Meinel - storico delle scienze chimiche - dubita della verità dietro l'aneddoto onirico, raccontato per la prima volta da Kekulé durante un discorso a una celebrazione in suo onore. Egli afferma: "L'atteggiamento ambivalente di Kekulé nei confronti della mentalità presente in questo periodo storico, noto come ‹Gründerzeit›, e verso le visioni patriarcali della società berlinese risuona fin troppo chiaramente nel suo discorso. Quando Kekulé finisce di raccontare la sua visione con le parole ‹Impariamo a sognare, signori!›, l'ironia è molto difficile da ignorare dato il profilo di spicco dei presenti, che rappresentavano la burocrazia prussiana, le industrie Gründerzeit e le università elitarie dell'epoca» [1].
Colori artificiali: tutto grazie al benzene
Indipendentemente dal fatto che l'aneddoto di Kekulé fosse basato su eventi veri o meno, la sua scoperta della struttura del benzene e della sua importanza per la chimica non può essere negata. La conoscenza delle strutture organiche e aromatiche ha consentito la sintesi sistematica delle stesse molecole. Il lavoro dei chimici si spostava sempre più dall'isolamento delle sostanze dalla natura alla sintesi di sostanze artificiali. L'industria dei coloranti ha conosciuto un boom dopo la scoperta della struttura del benzene, poiché ciò significava che ora era possibile produrre una moltitudine di colori artificiali. La produzione di indaco, ad esempio, divenne un processo industriale economicamente significativo.
Le sintesi coloranti non hanno perso rilevanza dalla loro invenzione intorno al 1900, anzi, proprio il caso opposto. I coloranti sono stati continuamente sviluppati per numerose proprietà e funzioni. Questo li rende intrinsecamente più complessi dei loro predecessori primitivi.
Dai un'occhiata al nostro ultimo articolo di questa serie per conoscere i progressi della chimica intorno alla seconda guerra mondiale. Clicca il link in basso per la parte 4.
Riferimenti
[1] Sponsel, R. e Rathsmann-Sponsel, I. Kekulés Traum. Über eine typisch-psychoanalytische Entgleisung Alexander Mitscherlichs über den bedeutenden Naturwissenschaftler und Chemiker August Kekulé (1829-1896), Mitschöpfer der Valenz-, Vollender der Strukturtheorie und Entdecker der Bedeutung des Benzolrings. Alternative Analyze und Deutung aus allgemeiner und integrativer psychologisch-psychotherapeutischer Sicht. http://www.sgipt.org/th_schul/pa/kek/pak_kek0.htm (accesso 15 agosto 2016).
