Il Logo dell’American Chemical Society
Al centro del logo della Società Chimica Americana , sotto l’aquila , c’è uno strano oggetto fatto da cinque palline unite tra loro . Ma cosa rappresenta ? E perché è così importante da essere inserito nel logo di una delle più prestigiose e antiche Società Chimiche ? ( La sua fondazione è del 1876 )
Il Logo dell’ American Chemical Society
Ancora più sorprendente è la scoperta che nella parete dello Sterling Chemistry Laboratory ( 1923 ) dell’università di Yale (USA) è inserita l’immagine in pietra dello stesso oggetto .
Chi ha avuto l’idea di inserirlo nel logo della ACS ? La Società Americana di Chimica venne fondata nel 1876 da trentacinque chimici riuniti a New York City . J. L. Smith , uno dei fondatori , suggerì di inserire nel logo della Società il nostro oggetto (venne progettato all’inizio del XX secolo da Tiffany’s Jewelers ) . Ma dove aveva visto e soprattutto usato questo oggetto ? J. L. Smith era stato , come molti altri chimici europei e americani , nel laboratorio di Justus von Liebig a Giessen in Germania, come studente , nel 1842 per apprendere le tecniche di laboratorio , in particolare la tecnica per l’analisi elementare delle sostanze organiche .
Visitiamo il laboratorio nell’Istituto di Chimica di Liebig
E’ uno dei laboratori dell’800 che si sono meglio conservati fino ad oggi . Oggi è un museo di chimica tra i più interessanti al mondo . Vale proprio la pena di visitarlo .
L’Istituto di Chimica di Liebig a Giessen
La sede dell’Istituto di Chimica di Liebig a Giessen in Germania . Venne ricavato da una caserma militare nel 1819 . Nel 1825 Liebig sostituì il Prof. Zimmermann alla guida dell’Istituto . Lo diresse fino al 1852 , quando si trasferì all’Università di Monaco di Baviera . Il museo è costituito da molti ambienti , tra cui lo studio di Liebig . Una sala più grande fu destinata ad essere , per quel tempo, un moderno laboratorio , progettato dallo stesso Liebig ( 1834 ) , che venne frequentato dai chimici provenienti da tutta Europa e perfino dell’America .
Il nuovo laboratorio era munito di cappe aspiranti , una novità in quel periodo , che eliminavano la gran parte dei problemi di salute . L’ambiente dei laboratori, prima dell’istallazione delle cappe ,era così insalubre che sottoponeva a forte stress i chimici che vi lavoravano . L’ “isteria del chimico” , una patologia a sé, era la diagnosi che veniva più di frequente diagnosticata . In uno dei due banchi centrali del laboratorio si trovano due apparecchi utilizzati per l’analisi delle sostanze organiche . In entrambi vediamo il nostro oggetto in vetro (vedi immagine seguente ) .
L’oggetto faceva parte dell’apparecchio per l’analisi elementare . Fu disegnato dallo stesso Liebig ( 1831) . La sua posizione rispetto all’apparato è evidenziata nell’immagine seguente tratta dalla Enciclopedia di Chimica Vol. II del 1868 curata dal Prof. Francesco Selmi .
L’apparecchio è simile al primo esemplare apparso nel laboratorio di Liebig verso la fine degli anni trenta dell’800.
Come funzionava l’apparato per l’analisi elementare
Osserviamo la figura precedente . Nel fornetto di metallo F veniva collocato , su uno strato di carbone , un tubo di vetro chiuso ad una estremità E , contenete la sostanza organica da analizzare e ossido rameoso . La temperatura raggiunta nel fornetto decomponeva l’ossido rameoso in rame e ossigeno . Era quest’ultimo che alimentava la combustione della sostanza organica . Non veniva usata aria , l’ossidazione risultava più completa , e la velocità della reazione controllata dal grado di riscaldamento del fornetto . L’apparecchio , così come è rappresentato , veniva utilizzato per l’analisi di composti quali aldeidi , alcoli , chetoni ecc.. Erano esclusi i composti azotati .
Le trappole per C e H
I prodotti della combustione CO2 e H2O uscivano dall’estremità A , passavano nel tubo riempito di cloruro di calcio C che tratteneva l’acqua , mentre il biossido di carbonio gorgogliava nel nostro strumento di vetro a cinque bolle contenente una soluzione di idrossido di potassio , e per questo chiamato “ Kaliapparat”, dove veniva assorbito . Il disegno di quest’ultimo era pensato per favorire l’assorbimento del biossido di carbonio aumentando la superficie assorbente e il percorso del gas .
Il Kaliapparat
Nella grossa bolla gorgogliavano i gas provenienti dalla combustione della sostanza organica mentre la più piccola era collegata con la parte finale dell’apparato
Terminata la combustione veniva rotta la punta B del tubo F , l’aria entrava , dopo averla prima essiccata , fluiva attraverso l’apparato , aspirata attraverso il boccale E (operazione che non era priva di rischi ) . L’operazione serviva a rimuovere dall’apparecchio le ultime tracce di acqua e biossido di carbonio. Da notare che una bolla di vetro H era inserita dopo lo strumento a cinque bolle. Era riempita di idrossido di potassio solido . La sua funzione era quella di trattenere le tracce di gas CO2 che potevano sfuggire al Kaliapparat e/o le gocce d’acqua che da quest’ultimo potevano essere trasportate dalla corrente d’aria finale . Terminata l’operazione l’aumento di peso del tubo C forniva la quantità di acqua prodotta con la combustione e quindi la quantità dell’elemento idrogeno del campione .
L’aumento di peso che si registrava nel Kaliapparat D più quello eventuale nella bolla H dava la quantità di CO2 prodotta con la combustione da cui si ricavava il peso dell’elemento carbonio del campione. La differenza tra il peso del campione e quello degli elementi carbonio e idrogeno trovati , forniva il peso dell’ossigeno contenuto nel campione .
Il contributo del Kaliapparat
Il procedimento per l’esecuzione di una analisi era in realtà molto minuzioso , fatto da tanti trucchi , per esempio le bolle del Kaliapparat erano inclinate durante l’analisi con la bolla più grossa in basso , e accorgimenti , tra cui la verifica della tenuta dell’apparecchio poiché lavorava in depressione . A Liebig occorsero sei anni per perfezionare il suo metodo di analisi . La difficoltà più grande fu quella di ottenere un assorbimento quantitativo della CO2 . Un risultato che raggiunse con il suo ingegnoso strumento a cinque bolle , il “ Kaliapparat “ che rimase in uso per tre quarti di secolo . Una analisi veniva compiuta in meno di un’ora . Quell’abile sperimentatore quale era Berzelius impiegava nell’analisi di una sostanza organica un tempo non inferiore ai due giorni .
( Nella bibliografia sono riportati i riferimenti in cui viene descritto il funzionamento dell’apparecchio e dell’assorbitore Kaliapparat )
Una bilancia su misura
Poiché gli elementi si ottenevano per via gravimetrica era necessario avere bilance sensibili e accurate . Nella stanza delle bilance , adiacente al laboratorio di Liebig , si conserva ancora la bilancia che Liebig si fece costruire su suo disegno da un locale ebanista . Aveva una portata di cento grammi e una accuratezza di 0,3 mg . Per esempio la combustione di un campione di 0,5 g produceva qualcosa come un grammo di CO2 con una accuratezza migliore dello 0,1 % . Una nota curiosa , ad ogni pesata, i lunghi bracci della bilancia oscillavano lentamente avanti e indietro molte volte prima di fermarsi . L’operazione risultava così noiosa che era chiamata “ il martirio della pesata “ . Liebig la rese più sopportabile per se stesso da fumatore , coniando il motto “ un sigaro per ogni pesata “ .
Una lunga storia
Per oltre 150 anni dall’epoca di Lavoisier fino alla seconda guerra mondiale , l’analisi per combustione fu lo strumento principale per il progredire della chimica organica . Molte delle nostre attuali conoscenze furono possibili utilizzando questo strumento . I principali miglioramenti nel corso di questo lungo periodo sono consistiti nel migliorare la convenienza del metodo e nel ridurre la dimensione del campione necessario per analisi su molecole di origine biologica .
Da Lavoisier a Pregl
Le analisi di Lavoisier (anni 1780) potevano consumare più di 50 g di oli vegetali , richiedevano una squadra di operatori e un apparecchio molto costoso ( lo si può vedere al bellissimo Museo delle Arti e dei Mestieri di Parigi ) . Quaranta anni dopo Liebig, modificando l’approccio di Berzelius , ideava un apparato che richiedeva una quantità di campione che era soltanto 1% di quella usata da Lavoisier ( 0,5 g ) . L’analisi poteva essere eseguita velocemente da un solo studente con una attrezzatura economica. Quasi cento anni dopo Liebig , Fritz Pregl ha ricevuto il Premio Nobel 1923 per avere miniaturizzato l’apparato che richiedeva un campione il cui peso era soltanto l’ 1% di quello impiegato da Liebig ( 5 mg o meno ).
Un ricordo
Ho visitato l’istituto di Chimica di Liebig a Giessen nel 2012 , durante un soggiorno in Germania . Penso sia stata una delle visite più interessanti e coinvolgenti fatte nei luoghi della chimica . Il Prof. Manfred Kroeger dell’Università di Giessen , uno dei curatori del museo , ci ha accompagnato nella visita spiegandoci in dettaglio e con pazienza la storia e gli ambienti del museo . Erano in vendita presso l’workshop del museo modelli in scala reale del Kaliapparat costruiti dagli studenti di chimica .
Il materiale filmico
Nella visita a Giessen scattai molte fotografie e girai dei filmini che ho trasferito su You Tube . Nel primo filmino è ripreso il laboratorio di Liebig a Giessen . Liebig si trasferì all’Università di Monaco di Baviera nel 1852. Al Deutsches Museum , il Museo della Scienza e della Tecnica di Monaco, si può vedere una parziale ricostruzione del laboratorio di Giessen . Il museo è un altro luogo di eccezionale valore per la storia della scienza e della tecnica ( in specie per la chimica ) . Nel secondo filmino è ripreso il laboratorio al Museo di Monaco .
https://www.youtube.com/watch?v=MLFNKonPSzs&t=29s
https://www.youtube.com/watch?v=Hr2Qq3QzwVM
Nel mio blog
https://www.robertopoetichimica.it/la-composizione-delle-sostanze-la-combustione/
Bibliografia
- http://www.che.uc.edu/jensen/w.%20b.%20jensen/Museum%20Notes/40.%20Combustion%20Analysis%20.pdf
- https://www.beautifulchemistry.net/liebig/
- http://chem125-oyc.webspace.yale.edu/125/history99/4RadicalsTypes/Analysis/Kali/kaliapparat.htm
- http://chem125-oyc.webspace.yale.edu/125/history99/4RadicalsTypes/Analysis/Liebiganal.html
- http://www.treccani.it/enciclopedia/l-ottocento-chimica-analisi-chimica_%28Storia-della-Scienza%29/
- Nuovo Dizionario Universale , Tecnologico o di Arti e mestieri . Autori vari . Tomo XXXVI , prima traduzione italiana Venezia 1845
- Trattato Elementare di Chimica di Sebastiano Purgotti . Tomo III Chimica Organica . Perugia 1857
- Enciclopedia di Chimica II del 1868 curata dal Prof. Francesco Selmi .
