Luca Fiorani
Chimica e
didattica
della chimica
Verso le analisi quantitative
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La scoperta dello stato aeriforme
 Nella
terminologia usata dagli alchimisti (arie,
vapori, spiriti) erano insiti sia il dubbio che
potessero esistere diverse sostanze aeriformi, sia
un alone di mistero
 Jan Baptista Van Helmont (1577-1644) capisce
che la caratteristica delle sostanze aeriformi e di
non avere né una forma, né un volume definiti (le
chiamò "caos", da cui "gas")
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La scoperta dello stato aeriforme
 Se
Van Helmont è interessato alle caratteristiche
chimiche dei gas, Evangelista Torricelli (1608-47)
e Otto von Guericke (1602-86) si dedicano a
studiarne le caratteristiche fisiche
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La scoperta dello stato aeriforme
 Nel
1643 Torricelli dimostra che anche i gas
hanno un peso e quindi possono esercitare una
pressione: a lui si deve l'invenzione del barometro
e la dimostrazione della capacità dell'aria di
sostenere una colonna di mercurio alta 760 mm
 Nel 1654 von Guericke inventa una pompa
pneumatica per diminuire la pressione all'interno
dei recipienti
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didattica della chimica
La scoperta dello stato aeriforme
 Robert
Hooke (1635-1703) e John Mayow (164179) si accorgono che per la combustione è
indispensabile l'aria
 Hooke sostiene che i corpi combustibili si
dissolvono a contatto con una sostanza nitrosa
presente nell'aria
 Per Mayow l'aria è costituita da due tipi di
sostanze: una parte inerte e una composta da
particelle nitro-aeree e, nella combustione, la
componente solforosa delle sostanze combustibili
reagisce con le particelle nitro-aeree
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didattica della chimica
Boyle, il chimico scettico
 Robert
Boyle (1627-91) si
occupa delle proprietà dei
gas
 Nell'opera "Difesa della
dottrina relativa all'elasticità
e al peso dell'aria" (1662)
Boyle individua la relazione
tra pressione e volume di un
gas a temperatura costante:
il volume e la pressione sono
inversamente proporzionali
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didattica della chimica
Boyle, il chimico scettico
 Boyle
lavora con un
tubo a U contenente
mercurio che esercita
una determinata
pressione sull'aria:
variando la pressione
varia anche il volume
secondo la legge:
P×V=k
detta legge di Boyle
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Boyle, il chimico scettico
 Edme
Mariotte (1635-84) scopre autonomamente
la stessa legge (per questo detta anche legge di
Boyle-Mariotte)
 Gli studi di Boyle sono importanti perché:
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è forse la prima volta che i chimici cercano di dare
una forma matematica e una misura quantitativa a
quello che sperimentano
le sue osservazioni contribuiscono alla diffusione
della teoria atomica (Boyle ipotizza che i gas siano
costituiti da particelle infinitesime chi si avvicinano e
si allontanano)
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Boyle, il chimico scettico
 Nell'opera
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"Il chimico scettico" (1661):
elimina il prefisso "al"
afferma che l'esperienza "è la sola sulla quale si
fondano i chimici"
prende le distanze dagli alchimisti che spiegavano
tutte le sostanze con S, Hg e NaCl
si avvicina alla definizione moderna di elemento
distingue composti e miscugli
intuisce che l'aria è indispensabile per le fiamme
conia il termine "analisi"
introduce indicatori per l'acidità e la basicità
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La chimica pneumatica e il flogisto
A
metà del Seicento, con l'invenzione della
macchina a vapore, l'uomo impara a sfruttare la
combustione e gli scienziati si interrogano sulla
natura del fuoco
 Georg Ernst Stahl (1660-1734) chiama flogisto il
principio di infiammabilità
 Nella combustione si libera il flogisto che è
catturato dall'aria e non è più presente nella
cenere
 La teoria del flogisto spiega perché i solidi
perdono massa nella combustione
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didattica della chimica
La chimica pneumatica e il flogisto
 Stahl
capisce il legame tra combustione e
formazione della ruggine: il ferro si trasforma nella
ruggine perdendo il flogisto
 Problema: la ruggine pesa più del ferro
 Ipotesi: esistono due flogisti, uno di massa positiva
e uno di massa negativa
 Anche se in errore, i sostenitori della teoria del
flogisto fanno scoperte importanti
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didattica della chimica
La chimica pneumatica e il flogisto
 Stephen
Hales (1677-1761) dimostra che l'aria
partecipa alle reazioni chimiche
 Joseph Black (1728-99) si accorge che nella
combustione si forma CO2 che chiama aria fissa
perché:
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è più pesante dell'aria
non favorisce la combustione
è un componente dell'aria
 Henry
Cavendish (1731-1810) isola H2 che
chiama aria infiammabile
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La chimica pneumatica e il flogisto
 Indipendentemente
e nello stesso anno Joseph
Priestley (1733-1804) e Carl Wilhelm Scheele
(1742-86) isolano O2
 Priestley osserva che O2 alimenta la combustione
e lo chiama aria deflogisticata (la mancanza di
flogisto nell'aria ne facilita la liberazione)
 Scheele individua N2 e O2 chiamando
quest'ultimo aria di fuoco
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La bilancia di Lavoisier
 Antoine
Lavoisier (1743-1794) è
il padre della chimica moderna:
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introduce l'uso sistematico
dell'analisi quantitativa (bilancia)
che sfocerà nella legge di
conservazione della massa,
enunciata nel suo "Trattato
elementare di chimica" (1789)
riconosce i gas presenti nell'aria
(e conia i nomi "azoto",
"ossigeno" e "idrogeno")
fonda la nomenclatura chimica
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didattica della chimica
La bilancia di Lavoisier
 Lavoisier
comprende la conservazione della
massa studiando il riscaldamento del gesso
(CaSO4•2H2O): la massa che il gesso perde
corrisponde alla massa dell'acqua che si libera
 Facendo bruciare un metallo in un recipiente
chiuso, trova che il sistema ha la stessa massa
prima e dopo la reazione
 L'ossido di metallo pesa di più del metallo, come
se un gas passasse dall'aria al metallo e non il
flogisto dal metallo all'aria
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Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Fine della lezione…
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