Un progetto di storia della scienza
L’allegato in formato PDF (in fondo , al termine dell’introduzione) è stato prodotto dalle alunne Alessandra Vaccaro e Luciana Simon della 1B t, a.c. 2007/2008 dell’I.T.I.S. di Arezzo, nell’ambito dell’iniziativa più generale sulla Storia della scienza che venne portata avanti , nel nostro istituto, da un gruppo di insegnanti durante tutto l’anno scolastico. Accanto alle conferenze – dibattito tenutesi durante l’anno su temi importanti di storia della scienza , un altro modo per sviluppare questa tematica fu quello di far lavorare gli studenti su argomenti scelti in modo da produrre elaborati multimediali, come in questo caso , da presentare alla propria classe e alle altre classi.
Il ” Sepolcro” di Antoine Lavoisier
L’articolo racconta la casuale scoperta fatta durante un breve soggiorno a Parigi, alla ricerca dei luoghi della storia della chimica . La visita alle catacombe di Parigi , una delle tante mete turistiche , ci ha fatto conoscere , attraverso una mostra allestita in quel luogo , dove sono i resti mortali del padre della chimica .
Una proposta didattica
L’idea di ripercorrere il cammino storico- epistemologico sulla determinazione della composizione molecolare di una sostanza organica è nato qualche anno fa quando insegnavo Chimica organica al corso Biologico – sanitario dell’I.T.I.S. di Arezzo . Il proposito si concretizzò in una prima presentazione che partiva dal lavoro compiuto da Antoine Lavoisier alla fine del settecento . Mi è rimasto il rimpianto di non avere presentato ai miei studenti i successivi progressi fatti dopo Lavoisier che ora presento in questo articolo .
Oltre Antoine Lavoisier
Ma il tema lo ritenevo e lo ritengo di grande validità didattica. Dopo la metà dell’ottocento l’obiettivo , dalla composizione di una sostanza organica , si estese fino alla determinazione della composizione molecolare. Ma era sempre necessario trovare prima la composizione percentuale e la strategia per ottenere questo primo fondamentale obiettivo ha camminato sempre sui binari tracciati dal grande chimico francese .
La composizione di molecole di interesse biologico
E’ stato necessario portare delle modifiche al metodo , allo scopo di ridurre la quantità di sostanza necessaria per l’analisi e la sua precisione . Questo lavoro di affinamento ha visto impegnati grandi chimici come Dumas , Berzelius , Liebig ecc. Ma è stato con le modifiche apportate soprattutto da Fritz Pregl nei primi due decenni del novecento che si è riusciti a trovare la composizione molecolare delle prime molecole organiche di interesse biologico . Si apriva l’esplorazione delle molecole della vita , nasceva la biochimica . Il lavoro di Pregl fu così fondamentale da fargli vincere il premio Nobel nel 1923 . Ritornando all’idea di questo percorso storico , ho nel frattempo arricchito il materiale a disposizione .
Il materiale trovato nei musei
Per esempio la visita al Museo della Scienza a Monaco di Baviera mi ha fatto conoscere il lavoro di Liebig sull’ analisi per combustione delle sostanze organiche . Ho potuto vedere al Conservatorio delle Arti e Mestieri di Parigi lo strumento originale usato da Lavoisier .
Il laboratorio di Liebig a Giessen
Il filmato presenta il laboratorio di Liebig a Giessen che si trova al museo della scienza di Monaco di Baviera. Il laboratorio è una ricostruzione dell’originale di Giessen . Nel primo tavolo è collocato l’apparecchio per l’analisi delle sostanze organiche tramite combustione . Nel secondo è mostrato un apparecchio per la distillazione contro corrente . Nel suo laboratorio , con uno strumento da lui migliorato e reso più preciso , vennero analizzate per combustione centinaia di sostanze organiche .
Dove ho incontrato Pregl
E’ stato un caso fortuito che mi ha fatto diventare familiare Fritz Pregl . Avevo cercato in internet la descrizione dell’apparecchio di Pregl , ma invano . Nel testo di Chimica organica , dove ho studiato quando ero studente del terzo anno all’I.T.I.S. di Arezzo , che ancora conservo , ho trovato per caso , nel primo capitolo , il disegno e la descrizione dettagliata dello strumento ideato da Pregl, con mie annotazioni sulle varie parti .
La scuola era un pò in ritardo
L’insegnante, il Prof. Berti ci aveva fatto studiare l’apparecchio di Pregl . La cosa mi era caduta nell’oblio più completo . Quindi un testo degli anni ’60 riportava il metodo di Pregl per la determinazione della composizione molecolare di una sostanza organic. Tra parentesi , non erano neppure rammentati i metodi spettroscopici, apparsi nei laboratori da circa una decina d’anni prima .
Il metodo di Karl Rast
Sappiamo che la determinazione della formula molecolare richiede la conoscenza del peso molecolare. Il testo di Organica riporta il metodo di Karl Rast del 1922 . Anche il famoso testo tedesco di Gatterman , della fine degli anni ’50 , lo riporta come metodo “assai elegante e semplice “. Può rappresentare una interessante esperienza di laboratorio per gli studenti . Bene , questo metodo è facilmente riproducibile in laboratorio di chimica organica perchè richiede solo l’apparecchi di F. K. Johannes Thiele per la determinazione del punto di fusione.
Come viene organizzata la proposta didattica
Il progetto di ricostruzione storico – epistemologica sulla determinazione della composizione molecolare di una sostanza organica si si basa sulla descrizione :
- dell’apparecchio ideato da Antoine Lavoisier per la determinazione del Carbonio e dell’Idrogeno
- dello strumento ideato da Justus von Liebig per la determinazione del Carbonio e dell’Idrogeno .
- dello strumento di Pregl , ripreso dal testo di Chimica organica dell’ I.T.I.S. di Arezzo
- dei metodi strumentali comprende anche la individuazione critica dei limiti che si dovettero superare per migliorare le analisi .
- del metodo di Karl Rast per la determinazione del peso molecolare Ad una ricostruzione storica non possono poi mancare notizie sul contesto storico e sui protagonisti .
Come sono organizzati gli allegati PDF
Gli allegati sono divisi in tre parti :
- nel primo fanno riferimento al lavoro di Lavoisier , che si colloca alla fine del settecento .
- nel secondo a quello di Liebig che è collocabile nella prima metà dell’ottocento .
- infine al lavoro di Pregl che viene compiuto nella prima parte del novecento .
Questo excursus storico prosegue con un allegato dove si mostra che ancora oggi l’analisi per combustione è attuale . Vi è infine l’ultimo allegato sulla determinazione della massa molecolare con il metodo di Rast , che risale ai primi anni del novecento . Il metodo può essere impiegato come esperienza di laboratorio in un corso di Chimica Organica .
Il contributo di Lavoisier
Descrizione dell'apparecchio di Lavoisier per l'analisi tramite combustione
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Il contributo di Liebig
Il contributo di Pregl
L’analisi per combustione oggi
La determinazione della massa molecolare con il metodo di Rast
Macquer e il primo Dizionario di Chimica, 1766
La comparsa del primo Dizionario di Chimica in senso moderno risale al 1766. Sebbene l’opera fosse pubblicata in forma anonima, il suo autore fu Pierre-Joseph Macquer (1718-84), uno dei massimi chimici dell’epoca.
Macquer con l’analisi chimica del blu di Prussia avvia scoperte fondamentali della chimica
Termini come Acido cianidrico , Gas Cianogeno, Acido Cianico, Gruppo Ciano, Ciano composti , fanno parte del bagaglio conoscitivo del chimico organico e inorganico da così tanto tempo che si è persa la memoria della loro origine. Eppure la scoperta e l’isolamento dell’acido cianidrico o prussico, come veniva chiamato, capostipite di questa serie di composti, ha segnato un momento importante nella formazione di una teoria chimica a cavallo tra settecento e ottocento. Vedremo prossimamente in altri articoli, come, a cascata, a partire dall’acido cianidrico, sono arrivati gli altri membri della famiglia e come la loro comparsa abbia contribuito a far nascere concetti chiave legati ad una teoria della struttura, all’isomeria e alla sintesi organica.
L’inizio
Ma in questa storia affascinante siamo in grado di individuare l’inizio. Tutto nasce dalla sintesi accidentale del primo colorante sintetico il blu di Prussia che è fatta risalire al 1706. A partire dal 1725, anno in cui la “ricetta” del blu di Prussia divenne pubblica, la composizione del blu e la ricerca della causa del colore blu occuperanno la scena accademica. La tabella elenca i protagonisti dei primi trenta anni :
La storia del condensatore ad acqua
La distillazione in laboratorio e nelle pratiche industriali impiegava nel XVIII secolo, per la condensazione dei vapori, una serpentina immersa in recipienti pieni di acqua. Continuava ancora l’uso di raffreddare i vapori all’altezza del capitello (la testa dell’alambicco), tramite una camicia riempita di acqua. Il ricambio dell’acqua usata per il raffreddamento, soprattutto dove era immersa la serpentina, avveniva in modo discontinuo. Il raffreddamento con acqua era stato introdotto nella pratica della distillazione nel XII secolo, mentre l’impiego della serpentina viene fatto risalire al XV secolo. In quasi quattro secoli la pratica del raffreddamento dei vapori non aveva fatto sostanziali progressi. È subito dopo la metà del settecento che emerge una nuova concezione su modo di condensare i vapori. Parleremo di questo e dei protagonisti di questo cambiamento.
Una impresa storica : l’isolamento dell’urea
L’urea è stata una sostanza che è divenuta il simbolo della nascita della chimica organica dopo che Fiedrich Wöhler riuscì a sintetizzarla nel 1828. Ma la sua storia chimica risale a molti anni prima della sua sintesi. L’interesse per questa sostanza ha riguardato la chimica e la medicina fino dal ‘600. Se Wohler ha compiuto l’impresa straordinaria di riconoscere nella reazione del cianogeno con una soluzione ammoniacale o nella reazione di doppio scambio tra un cianato e cloruro di ammonio la formazione di una sostanza del tutto inattesa come l’urea e ha potuto identificarla, è merito anche di quei chimici che prima di lui hanno dedicato le loro ricerche allo studio dei liquidi fisiologici e all’isolamento delle sostanze che contengono, come l’urea nell’urina.