LA NASCITA DELLA CHIMICA

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Breve storia della chimica

I° Periodo Origini Dalla scoperta del fuoco all’estrazione dei metalli e

formazione delle prime leghe

Preistoria dal IV sec. a.C. al IV sec. dC.

Periodo alchimista dal IV sec. d.C. al XVII sec

Nella storia della chimica, si possono identificare due ampi periodi: il primo, che dalle origini più remote giunge sino al XVIII secolo, caratterizzato dal fatto che i chimici non sono ancora consapevoli di praticare una nuova disciplina e sono essenzialmente dei tecnologi; il secondo s’identifica con la chimica moderna che dal secolo XVIII giunge sino a noi

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Scoperta del fuoco

Controllare il fuoco allo scopo di produrre luce e calore è stata una delle prime grandi conoscenze apprese dal genere umano.

La scoperta del fuoco ha reso possibile migrazioni verso climi più freddi e ha dato agli uomini la possibilità di cuocere il cibo. I segnali prodotti con il fuoco

furono un primitivo utilizzo del fuoco come mezzo di comunicazione. Il fuoco rese presto possibile la metallurgia

Gli antenati dei moderni uomini come l'Homo erectus sembrerebbero avere imparato a controllare il fuoco circa 790.000 anni fa.

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Estrazione dei metalli e formazione di leghe

Già nel IV millennio a.C., la chimica intesa come tecnologia aveva raggiunto un notevole livello di sviluppo.

Le popolazioni mesopotamiche (Sumeri e Assiri), gli Ebrei e gli Egizi non solo sapevano estrarre i metalli dai loro minerali e

combinarli in leghe, ma erano in grado anche di ricavare succhi vegetali e pigmenti minerali e di utilizzarli come coloranti, come cosmetici e come farmaci. In particolare, chi possedeva queste conoscenze si riteneva detentore per volontà divina di un grande potere.

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Origine del nome

Secondo alcuni studiosi il

termine chimica,

deriverebbe da una parola

egizia:

Khemeia

, cioè

“appartenente all’Egitto”,

oppure dal greco Khumos,

“succo di pianta”, con

riferimento all’estrazione e

all’uso dei succhi vegetali.

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Preistoria (IV-V sec. a.C.)

Gli elementi dei Greci

Tutta la materia si trasforma, deve esistere allora una sostanza prima, l’archè, da cui tutto deriva

Per Talete (640 546 a.C.) tale sostanza prima è l’‑ acqua.

Per Anassimene, (570 a.c.) l'elemento fondamentale è l'aria; Per Eraclito, (ca 540 475) la sostanza fondamentale è il ‑ fuoco

poiché esso è alla base di tutte le principali trasformazioni. Empedocle un discepolo di Pitagora (ca. 490 430 a.C.) avanzò ‑

l’ipotesi che le sostanze-base siano quattro: l'acqua di Talete, l'aria di Anassimene, il fuoco di Eraclito, e la terra aggiunta dallo stesso Empedocle.

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Aristotele (384-322 a.C.)

Riconobbe l’esistenza di qualità derivate dalla percezione tattile: caldo opposto a freddo, secco opposto a umido.

Queste qualità associandosi in coppie diverse ma non opposte, darebbero origine ai vari elementi: fuoco (caldo+secco), aria (caldo+umido), acqua (freddo+umido), terra (freddo+secco).

Il concetto dei quattro

elementi ha dominato le

menti dell'umanità per

duemila anni !!!

Il concetto dei quattro

elementi ha dominato le

menti dell'umanità per

duemila anni !!!

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Alchimia (IV sec- XVII sec)

Gli alchimisti iniziarono a ad operare ad Alessandria in Egitto nel 200-300 d.C.

Arte legata alla religione

Incuteva timore e rispetto, chi la

praticava sembrava depositario di arti segrete e di conoscenze

pericolose

I sette metalli: oro, argento,

mercurio, rame, ferro, stagno, piombo, erano in relazione con i sette astri: Sole, Luna, Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno, ed entrambi connessi con le parti

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Vi sono tre grandi obiettivi che si proponevano gli alchimisti:

• _{conquistare l'onniscienza}

• _{creare la panacea universale, un}

rimedio cioè per curare tutte le

malattie, per generare e prolungare indefinitamente la vita

• _{trasmutare i metalli in oro o}

argento.

La pietra filosofale, sostanza di tipo etereo (che potrebbe essere una polvere, un liquido o una pietra), era

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Durante il '700 i fenomeni più studiati erano quelli che coinvolgevano il calore.

Calcinazione: un metallo all'aria e in presenza di fuoco si trasforma

in calce

Riduzione (nel senso di ripristinare, rigenerare) :una calce in

presenza di opportuni materiali, ad esempio il carbone, con l'aiuto del fuoco si trasforma in metallo

Combustione: alcuni materiali (come ad esempio il legno) in

presenza di fuoco e aria danno origine a ceneri

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Il Flogisto

• _{La teoria del flogisto fu elaborata dal chimico tedesco Georg}

Ernst Stahl (1660-1734)

• _{ogni sostanza combustibile possiede un fattore comune,}

battezzato con il nome di flogisto (dal termine greco phlox indicante la fiamma)

• _{Il flogisto, secondo Stahl, dà ai composti la capacità di}

infiammarsi

• _{Il carbone, l'alcool e il legno erano considerati formati quasi}

esclusivamente dal flogisto in quanto altamente infiammabili.

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Stahl riteneva che anche i metalli

fossero corpi contenenti flogisto

così come la “materia terrosa”;

quando si scalda fortemente un

metallo, in fondo al crogiolo

resta una terra, una calce da cui

deriverà il termine calcinazione

L’aria ha la funzione di raccogliere

il flogisto per trasferirlo ad altri

corpi.

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La calcinazione

un metallo (Me) all'aria e in presenza di fuoco si

trasforma in calce

2Me + O

2

2MeO

Era considerata come l'emissione di flogisto liberato dal

metallo riscaldato all'aria

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La riduzione

una calce in presenza di opportuni materiali, ad esempio il carbone, con l'aiuto del fuoco si trasforma in metallo

2MeO + C 2 Me + CO2

il flogisto viene ripristinato, dando di nuovo metallo, ossia la reazione inversa alla calcinazione

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La combustione

alcuni materiali (come ad esempio il legno) in presenza di

fuoco e aria danno origine a ceneri

CH

4

+ O

2

CO

2

+ H

2

O

in base alla teoria del flogisto la reazione di combustione avviene tra un materiale “ricco di flogisto” in grado di bruciare (combustibile) con un materiale

“deflogisticante” (comburente) e di un innesco per la reazione (accensione e fuoco)

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La calcinazione secondo il flogisto

era considerata come l'emissione di flogisto liberato dal

metallo riscaldato all'aria e cioè:

Metallo

calce

+

flogisto

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Lavoisier (1743-1794)

Antoine Laurent Lavoisier

riconobbe l’importanza delle misurazioni accurate e fece una serie di esperimenti sulla

combustione.

Lavoisier riscaldò dei metalli (stagno o piombo) in recipienti chiusi con quantità limitate di aria. La calce che si formava pesava di più del metallo originale, ma il peso dell’intero recipiente era immutato.

Analogamente bruciando la legna la cenere residua era più leggera del legno di partenza ma il peso del recipiente rimaneva lo stesso.

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Un “esperimento cruciale” nella storia della chimica che permetterà il passaggio dalla teoria del flogisto alla

legge di conservazione degli elementi

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Esperimento di Lavoisier sull’ossido di mercurio (1775)

FASE 1

Il mercurio[Hg] venne introdotto nella storta il cui lungo collo

"pesca" nella campana di vetro piena d'aria e isolata dall'esterno. Dopo un lungo riscaldamento (dodici giorni!), Lavoisier osservò la presenza di una polvere rossa nella storta pari a 45 grani e trovò che il volume di aria, presente nella campana di vetro, era diminuito di 8-

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Esperimento di Lavoisier sull’ossido di mercurio (1775)

FASE 2

Nella seconda fase la polvere rossa

venne pesata, rimessa in una storta e riscaldata energeticamente. Dopo un po' di tempo Lavoisier osservò la

formazione di mercurio metallico e

contemporaneamente una produzione di "aria", che andava esattamente a bilanciare la quantità consumata nella reazione precedente. Inoltre determinò che l'ossido di mercurio aveva una

massa superiore al mercurio di partenza e la differenza era di un dodicesimo rispetto alla massa del mercurio di partenza.

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La scoperta dell’ossigeno (1775)

Dall’esperimento sull’ossido di mercurio Lavoisier traeva la

conclusione che l'aria assorbita era più respirabile, più combustibile e di conseguenza "più pura anche dell'aria nella quale noi

viviamo...questo principio che si combina con i metalli...non è altra cosa della porzione più pura dell'aria stessa che ci circonda... ".

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Lavoisier è il padre della rivoluzione chimica

Provò sperimentalmente che

durante le reazioni la massa si

conserva, in quanto si conservano i principi elementari ( in seguito si scoprirà la conservazione del tipo e del numero degli atomi)

Individuò l'elemento ossigeno e gli assegnò il ruolo di componente

reattivo dell'aria sia per le

combustioni, sia per le calcinazioni e smentì le ipotesi che consideravano l'aria poco più che un mezzo per fare avvenire le reazioni

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Introdusse un simbolismo che semplificava il linguaggio dei chimici e che contemporaneamente acquistava un significato fisico

Introdusse come criterio, per classificare le sostanze ed assegnare loro un nome, la tendenza di queste a dare particolari reazioni, cioè la loro reattività

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Leggi ponderali della chimica

Legge della conservazione della massa (Lavoisier, 1789):

la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma

delle masse dei prodotti

.

Legge delle proporzioni definite (Proust, 1799): in un

composto, gli elementi che lo costituiscono sono

presenti secondo rapporti in peso definiti e costanti.

Legge della conservazione della massa

(Lavoisier, 1789):

la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma

delle masse dei prodotti

.

Legge delle proporzioni definite

(Proust, 1799): in un

composto, gli elementi che lo costituiscono sono

presenti secondo rapporti in peso definiti e costanti.

reagente reagente prodotto

Zolfo (S) Ossigeno (O2) Anidride solforosa

(SO₂)

32g 32g 64g

8g 8g 16g

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Leggi ponderali della chimica

Legge delle proporzioni multiple (Dalton, 1808):quando

due elementi si combinano per dare origine a più di un composto, le quantità di uno dei due elementi che si

combinano con la stessa quantità dell’altro elemento stanno in un rapporto esprimibile con numeri interi e piccoli.

Legge delle proporzioni multiple (Dalton, 1808):quando due elementi si combinano per dare origine a più di un

composto, le quantità di uno dei due elementi che si

combinano con la stessa quantità dell’altro elemento stanno in un rapporto esprimibile con numeri interi e piccoli.

Composto Massa di zolfo Massa di ossigeno Anidride

solforosa SO₂ 32g 32g Anidride solforica

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Leggi ponderali della chimica

Legge dell’invariabilità delle sostanze elementari

nelle comuni reazioni chimiche non nucleari un elemento non può essere trasformato in un altro. Gli atomi si possono trasferire da una specie chimica all’altra ma il numero totale deve rimanere inalterato.

Deve rimanere uguale anche la carica totale nei reagenti e nei prodotti

Legge dell’invariabilità delle sostanze elementari

nelle comuni reazioni chimiche non nucleari un elemento non può essere trasformato in un altro. Gli atomi si possono trasferire da una specie chimica all’altra ma il numero totale deve rimanere inalterato.

Deve rimanere uguale anche la carica totale nei reagenti e nei prodotti