Luca Fiorani
Chimica e
didattica
della chimica
Le origini della chimica
Luca Fiorani – Chimica e
didattica 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
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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
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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)
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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
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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
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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
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didattica della chimica
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)
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Medioevo
 Materia
continua
 Trasmutazione delle sostanze: una sostanza può
trasmutarsi in un'altra, cambiando le proporzioni
di elementi fondamentali che la costituiscono
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Medioevo
 Filosofi

naturali:
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
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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
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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)
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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
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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)
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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"
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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
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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)
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Tavola periodica degli elementi
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Fine della lezione…
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