Cos’è lo strano oggetto al centro del Logo dell’American Chemical Society ?

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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 )

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 .

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  .

 

 

 

 

 

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 .